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黄原胶的特性及其在医药领域的应用

发布日期:2015-05-04 14:40:42
医药
  黄原胶(xanthan gum)别名黄胶、汉生胶,又称黄单胞多糖,是20世纪50年 代美国农业部北方研宄室(Northern Regional Research Laboratories, NRRL)从野油 菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris) NRRL B-1459中发现的中性水溶性多糖,是以糖类为主要原料,经发酵生产的一种微生物胞外杂多糖[1],相对分子质量为 2x106?2x107。黄原胶的基本结构是由重复的五糖单元组成,此单元由2个D-葡萄 糖、2个D-甘露糖和1个D-葡糖醛酸组成。黄原胶分子的一级结构是由糸1,4键连 接的D-葡萄糖基主链与三糖单位侧链组成,其侧链由D-甘露糖和D-葡糖醛酸交 替连接而成;它的二级结构是侧链通过氢键反向缠绕主链形成的双螺旋或多螺旋 结构;三级结构是二级结构通过非共价键组成的网状结构。结构见图1。
  
  黄原胶的性质黄原胶的结构决定其具有许多优良的特性:低浓度下的高黏性、特殊的流变 性、高稳定性以及良好的增稠性、悬浮性和乳化性等。黄原胶广泛应用于食品、 医药、化妆品、纺织和石油等行业
  
  i.i稳定性黄原胶在其二级结构中,侧链反向缠绕主链使主链得到保护而不易降解,从 而使其具有耐高温、耐酸碱和抗酶解等特性。1 %黄原胶溶液在-4?93 °C反复加 热冷冻,其黏度几乎不变;由25 °C加热到120 °C,其黏度仅降3 %[2]。其溶液对 酸碱十分稳定,在pH 2?12黏度几乎不变[3]。许多酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素 酶和半纤维素酶等都不能使黄原胶降解。黄原胶能和许多盐溶液长期混溶,黏度 不受影响[4]。
  
  1.2流变性黄原胶溶液是典型的假塑性流体。在受到剪切作用时,黏度急剧下降,且剪切速度越高黏度下降越快,在剪切作用消失时,黏度瞬间恢复到最大。其原因是 当受到剪切作用时,连接主、侧链的氢键被破坏,分子形成了不规则的线团状, 黏度下降;在剪切作用消失时,分子又恢复了原来的结构[5]。利用黄原胶溶液的 流变学性质作为检测指标可以筛选菌株和优化发酵条件[6,7]。
  
  1.3增稠性黄原胶具有良好的增稠性,特别是在低质量浓度下具有很高的黏度。0.3 g / L的黄原胶溶液即具有0.09 Pa.s的黏度。黄原胶溶液的黏度是同质量浓度明胶 的约100倍[8]。
  
  1.4悬浮性和乳化性由于黄原胶理化性质稳定,因而具有良好的悬浮性和乳化性。1%黄原胶溶 液具有约5X104N/cm2的承托力。黄原胶借助于水相的稠化作用,可降低油相和 水相的不相容性,能使油脂乳化在水中,因而它可在许多食品饮料中用作乳化剂 和稳定剂[8]。
  
  1.5与其他增稠剂协效性黄原胶可与大多数合成的或天然的增稠剂配伍,如与槐豆胶、、卡拉 胶及魔芋胶等都能互溶,混合胶黏度显着提高[5]。
  
  1.6安全性黄原胶是一种安全的生物多聚糖。短期喂养实验表明,黄原胶对大鼠和狗无 毒、无抑制生长作用,对眼和皮肤无任何刺激性。长期喂养实验(2年)毒性研宄 表明,黄原胶对生长速率、存活率和血液系统无明显影响。黄原胶于1969年得到 美国食品药品管理局(FDA)的批准认证,1975年被美国国家处方集(NF)收载, 1983年被联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)批准为食品添加剂,2010 年作为药用辅料被中国药典(ChP)收载。
  
  2黄原胶的应用领域由于黄原胶具有许多优良的特性,其可广泛应用于食品、药品、化妆品、纺 织和石油等领域[5]。黄原胶在食品行业中主要作为增稠剂、稳定剂和成型剂等。 奶油制品中添加少量黄原胶,可使产品结构坚实、易切片,更易于香味释放,口 感细腻清爽。用于饮料,可使饮料具有优良的口感,赋予饮料爽口的特性,使果 汁型饮料中的不溶性成分形成稳定的悬浮液,保持液体基本均匀不分层。黄原胶 在化妆品行业中的最重要的是用于牙膏,其优良的剪切稀化流动行为使牙膏易于 从管中挤出和泵送分装。黄原胶是所有类型牙膏的优良结合剂,其易于水化、优 秀的酶稳定性可生产出均匀稳定的产品,并改良产品的延展成条性。黄原胶在印 染工业中可作为染料和颜料的助悬剂,印染控制剂,可以控制浆液流变性,使染 料不易迀移,图案更加清晰。黄原胶应用于石油工业可以加快钻井速度、防止油 井坍塌、保护油气田、防止井喷及大幅度提高采油率。在医药领域,黄原胶主要 作为增稠剂、助悬剂、乳化剂、稳定剂及缓、控释制剂等。随着现代生化技术的 发展,黄原胶在医药领域越来越显示着其重要性。
  
  3黄原胶在医药领域的应用3.1在制剂方面的应用3.1.1在液体和半固体制剂中的应用黄原胶是一种亲水胶,可在液体和半固体制剂的多相体系中作为有效的增稠剂、助悬剂、乳化剂和稳定剂。黄原胶的高黏 性使外用制剂更易于涂布,且水分挥发后药物不易从皮肤上脱落,提高了药物的 生物利用度和用药舒适感。金义光等[9]以炉甘石洗剂、联苯苄唑滴眼剂和联苯苄 唑软膏作为模型,考察并比较黄原胶、阿拉伯胶和瓜尔豆胶在非均相液体和半固 体制剂中的作用。结果表明,黄原胶的触变性、助悬性和增稠性均优于其它两种 胶,是一种优良的助悬剂和增稠剂。Blakely等[10]通过添加黄原胶配制了多种稳 定的非甾体抗炎药混悬液,其配方主要包括:至少一种非甾体抗炎药、一种缓冲 系统、黄原胶、聚乙烯吡咯烷酮及甘油,此混悬液稳定性高,可掩盖药物的不良 气味且可与其它药物如抗病毒药、抗肿瘤药等联合应用。
  
  在滴眼剂和滴鼻剂中,药物与用药部位接触时间长才能较好地发挥疗效。黄原胶用作滴眼液助剂时功效显着。眼球快速眨动使滴眼液黏度减小,药物快速分 散并与患部充分接触,停止眨动时,黏度增加而使滴眼液不易流动,延长药物作 用时间。鼻内给药制剂[11],如咖啡因溶液:咖啡因2.0 g,对羟基苯甲酸0.02 g, 对轻基苯甲酸丙醋0.01 g,氯化钠0.8 g,黄原胶2.0 g,乙醇0.1 g,无水醋酸钠0.27 g,丙二醇5.0 g,加水至100 mL。由于加入了黄原胶,增加了该制剂的黏 度,使其吸收速度减慢,药效延长。Rouses等[12]在治疗青光眼的拟胆碱滴眼液 (如碘磷灵)中添加黄原胶,提高了药效并降低了毒副作用。含有萜类化合物(如 冰片)的滴眼液长期存放于塑料容器中会导致萜类化合物的含量降低,Fukiko 等[13]在滴眼液中添加黄原胶至终浓度为0.2 %?0.7 %,可以显着抑制萜类化合物 含量的下降并提高滴眼液的稳定性。Koji等[14]制备了含黄原胶(0.05 %?0.4 %) 和氨基酸(0.05 %?2 %)的滴眼液。实验表明,此滴眼液可保护角膜细胞并对眼 睛干涩引起的角膜细胞排列紊乱有缓解作用。黄原胶可代替琼脂用于细菌培养, 在硬度和持水性及细菌数量和菌落形态等方面均优于琼脂[15]。黄原胶还可作乳 化剂的稳定剂,不论何种类型的乳剂,加入本品后可使其在pH 1?13和较高的 电解质浓度下具有较高的稳定性。
  
  3.1.2在固体制剂中的应用在固体制剂中,黄原胶主要作为黏合剂、崩解剂、缓释剂和控释剂。作为黏合剂时其制片黏合力强,且片剂不会过于坚硬,同时, 还可加入淀粉、阿拉伯胶、瓜尔胶和槐豆胶等辅料[16,17],调整到所需硬度,在压 片和贮存过程中不易出现裂片现象。本品具有良好的膨胀、润湿和毛细管作用, 因此,又是良好的崩解剂,既适用于高度水溶性药物,也适用于水难溶性药物。 目前,黄原胶是国际上微胶囊药物囊材中的功能组分,在控制药物释放方面起重 要作用。Talukdar等[18]以可溶的中性药物咖啡因、不溶的酸性药物吲哚美辛及可 溶的酸性药物吲哚美辛钠盐为模型,Helton等[19,20]以布洛芬片为模型,在不同实 验条件下以膨胀率和平均释药时间为考察指标,研宄了黄原胶骨架片的制备和药 物释放过程。结果表明,释药速率与骨架片中黄原胶的用量和溶出条件(转速、 介质离子强度、pH)有关,与制备工艺无关,溶出介质中离子对其释药有影响, 黄原胶能有效控制骨架片中药物释放。王康等[21,22]及Felipe等[23]研宄表明,黄 原胶与魔芋葡甘聚糖的混合物具有协效性,可以有效延缓药物释放,是优良的缓、 控释材料。王康等以魔芋葡甘聚糖、黄原胶或卡拉胶、稀释剂混合得到结肠定位 压制包芯片包裹材料,该包芯片具有结肠定位释药效果明显的特点,而且该包芯 片载药体系广泛、价格便宜、制备过程简单。糜志远等[24]制备了以魔芋葡甘聚 糖和黄原胶两种天然多糖为基质的新型阿昔洛韦口腔缓释膜,用于疱瘆性口腔溃 疡局部给药。Raghavendra等[25]采用体外实验评价了以丙烯酰胺-黄原胶共聚物 为骨架的抗高血压药的药物释放,该释药系统具有价格便宜、易于压片及良好的 生物相容性等特点。郭卫芹等[26]采用黄原胶-壳聚糖混合物为控释层,制备了阿 西美辛缓释制剂。实验表明,该制剂与常规制剂相比能够很好的控制药物释放, 提供了一种能够长时间控制药物稳定释放、延长药物疗效、减少不良反应、基本 上不出现药物释放不完全现象的口服制剂。黄原胶也是咀嚼片和吸吮片的良好赋 形剂,含有本品的药片,在口中因咀嚼和舌头转动产生的剪切力,使黏度急剧下 降而感觉清爽和细腻,利于药物释放,特别适用于生产含抗菌消炎药物的吸吮片 和喉片。
  
  3.2黄原胶降解产物的应用寡糖一般具有抑菌、抗病毒、植物诱抗及提高免疫力等功效,因而造就了寡 糖工程在国际上竞相研宄、炙手可热的局面。黄原胶降解产生的寡糖是否也拥有 某种生物活性的疑问也激起了人们强烈的兴趣。研宄表明[27-29],黄原胶寡糖具有 清除羟基自由基能力,并能激活植物防卫系统以抵御病原菌的侵染,同时对野油 菜黄单孢菌也具有抑菌活性。黄成栋[30]对黄原胶寡糖在抑菌、抗病毒、植物诱 抗、抗氧化等方面的生物活性进行了研宄,发现黄原胶寡糖拥有较强的抑制真菌 生长的能力,而对细菌则没有抑制作用。黄原胶寡糖还具有较强的抗病毒活性、 一定的植物诱抗活性及较强的抗氧化活性。
  
  3.3黄原胶衍生物的应用黄原胶衍生物兼有黄原胶和其它物质的特点,具有更高的经济价值,其中应 用化学改性中接枝共聚方法生产衍生物占有重要地位[31,32]。黄原胶在抗生素药物 固载和控释方面有一定作用。Dumitriu等[33]对链脲左菌霉素、卡那霉素、新霉素、 四环素以及6-氨基青霉素等抗生素在诸如羧甲基纤维素氯化物、4-氨基苯甲酸纤 维素以及黄原胶等天然产物上进行了固载化的研宄工作,之后又系统地研宄了以二环己基碳酰亚胺(DCI)为活化剂,通过与黄原胶的酯化偶联反应,将氯霉素、 阿莫西林等药物固载在黄原胶分子链上,得到了大分子药物,并确定了大分子药 物合成的工艺条件、抑菌活性及水解缓释的影响因素等。结果表明,以大分子药 物制成的氯霉素药膏等药效显着,且无过敏现象。Simionescu等[34]研宄了交联态 黄原胶水凝胶作为缓释药物的支撑载体材料。实验表明,通过黄原胶与氯乙醇的 交联反应可得到适度交联的水凝胶。
  
  3.4在其他方面的应用3.4.1作为降血脂药物黄原胶及其复配物具有适宜的黏度和溶胀系数,可延 长食物胃滞留时间以降低血脂[35]。Yukiko等[36]研宄表明,黄原胶对高脂血症小 鼠的血清总胆固醇和甘油三酯具有明显的降低作用。冯娟的实验结果表明[37], 瓜尔胶:黄原胶(2:1)和魔芋胶:黄原胶(2:1)可显着延长食物在胃内的滞留时 间;瓜尔胶:黄原胶(2:1)可显着降低高脂血症小鼠的血清总胆固醇和甘油三酯。 Tanya等[38]在减肥药中添加黄原胶和钙,可降低减肥药用量和毒副作用并提高药 效。
  
  3.4.2作为免疫调节剂黄原胶是一种效果显着的免疫调节剂。米沙等[39]研宄 表明,正常小鼠经腹腔注射一定剂量的黄原胶后,其腹腔巨噬细胞的吞噬功能明 显增强,迟发超敏反应明显提高。李信等[40]研宄了黄原胶对小鼠脾、胸腺、抗 体形成细胞及迟发型变态反应的影响,结果表明,黄原胶能显着提高小鼠的体液 免疫功能,但对小鼠的脾和胸腺重量未见明显影响;Ishizaks等[41]采用体外试验, 研宄了黄原胶对淋巴细胞增殖和诱导多克隆抗体产生的影响,结果表明,黄原胶 能够有效诱导小鼠胸腺和脾脏B细胞的DNA合成及多克隆抗体的产生。
  
  4 结语黄原胶在医药领域中的应用已不断得到开发,并取得了一定成果。但在国内, 医药级黄原胶的生产技术水平还不高,产品档次还较低,应用开发力量较分散, 研宄有所重复,产业化水平较低。这有待我们集聚行政、科技和企业界的力量, 确定我国医药级黄原胶开发的重点,并采取一定的保障措施,以大力拓展黄原胶 在医药领域中的应用。
  
  2010年黄原胶作为药用辅料被中国药典收载,由于黄原胶本身具有优良的物理化学性能,将持续引起国内、外科研工作者的关注,作为药用新辅料,在药剂领域中将会获得广泛的应用,开发出更多更好的制剂。