壳聚糖为一种含氨基多糖的新型高分子材料,在自然界中的储量非常丰富,广泛存在于虾、蟹和昆虫的外壳及藻类、菌类的细胞壁之中,是仅次于纤维素的第二大天然高分子物质。由于壳聚糖具有一定的保健作用,其作为保健品使用由来已久。近年国内外学者进行的多项研究与实验发现,壳聚糖还可以作为一种新型药用辅料使用,尤其是它特有的对药物有效成分的缓控释作用及靶向定位功能,已成为药剂工作者关注和研究的焦点。越来越多的制药企业也开始将壳聚糖应用于药物新剂型的研制生产当中。
——编者按
壳聚糖为甲壳质经脱乙酰化后获得。甲壳质通过化学修饰能生成多种衍生物,均是很有应用价值的药用辅料,在多种新剂型的制备中发挥了传统辅料所欠缺的作用和功。而壳聚糖是目前在医药、化工领域应用较多的甲壳质衍生物之一。利用壳聚糖所开发的缓控释制剂和具有靶向定位功能的药物,均衡了释药速率,减少了药物对正常组织细胞的毒副作用。
缓控释制剂新帮手
壳聚糖具有良好的生物相容性和可生物降解性。研究证实,使用不同黏度的壳聚糖包衣聚左旋乳酸(PLLA)微球,对其药物的突释效应和控药释放影响是不同的,以高黏度[黏度范围为384±10cp(mPa.s)]壳聚糖包衣的利多卡因PLLA微球与不包衣微球相比,第1小时的利多卡因释放率由19.2%减为14.6%;T50由25小时增加到90小时,进一步的研究表明:高黏度的壳聚糖在减少突释和控药释放方面的效果更佳。此研究说明,控制壳聚糖的黏度是控制壳聚糖包裹的PLLA微球药物释放的最重要因素。
多颗粒壳聚糖分散系统(CDS)为一种较新的缓控释技术。此系统由药库和控释层组成,控释层由水不溶性聚合体和壳聚糖粉末组成,药物可在全消化道从CDS小球中释放。在胃中,可通过控释层部分溶解壳聚糖,并释放部分药物;在小肠,药物会从CDS小球中以恒速释放;在大肠,CDS小球会加速分解残余的壳聚糖粉末,且CDS中的残余药物也会释放,释放速度可由分散壳聚糖的水不溶性控释层的厚度来控制。对于结肠定位给药系统,必须加以肠衣层以避免药物在胃中自CDS小球中释放,从而使有肠溶衣的CDS(E-CDS)小球适用于结肠定位给药系统。由此可见,CDS不仅适用于缓释而且也适用于结肠定位给药系统。
壳聚糖的水溶性衍生物可减少蛋白类药物的突释效应。N-(2-羟基)-丙基-3-三甲基铵壳聚糖氯化物(HTCC)是壳聚糖的水溶性衍生物,HTCC通过和三磷酸钠(TPP)的离子凝胶作用形成HTCC的纳米颗粒。以小牛血清(BSA)为例,当其作为模型蛋白药物,被包裹在HTCC的纳米粒中时(粒径为110~180纳米),体外研究显示在其突释效应后跟随一个缓慢持续的释放过程,既可提高BSA浓度,也可明显提高包封率,若TPP浓度从0.5毫克/毫升提高到0.7毫克/毫升,则可使包封率从46.7%提高到90%,并使释放延迟;而以聚乙二醇(PEG)或海藻酸钠修饰的HTCC纳米粒,会使BSA的突释效应明显减弱,突释率从42%下降到18%;当PEG浓度从1.0毫克/毫升增加到20.0毫克/毫升时,包封率会从47.6%下降到2%;当海藻酸钠的浓度从0.3毫克/毫升提高到1.0毫克/毫升时,则会使包封率从14.5%提高到25.4%。
壳聚糖在胃滞留控释给药系统中的应用同样受到关注。壳聚糖与负电荷表面活性剂DOS(sodiumdioctylsulfosuccinate)之间通过离子相互作用可形成DOS/壳聚糖漂浮型F(Float),与TPP(sodiumtripolyphosphate)结合可形成TPP/壳聚糖非漂浮型NF,将两者进行比较得出结论:F型可得到形状良好的中空微囊和31.2%~59.74%的药物结合率,在模拟胃液(S.G.F)条件下,按近零级分解,药物释放的滞后时间T50(S.G.F)为1.75~6.7小时;而NF型药物的释放几乎是速溶的。
F型的不含药空囊在S.G.F中可持续3天以上几乎不膨胀,不分解,而NF在5小时内即显著膨胀而失去其完整性。因此,F型即DOS/壳聚糖型中空微囊在胃滞留控释给药系统的应用将会逐步受到重视。
靶向定位新载体
壳聚糖作为一种新型高分子辅料,它的优良性质决定了其广阔的应用前景,在药物制备中除可作为缓控释骨架材料外,还可当作凝胶基质和生物黏附材料使用。目前针对壳聚糖靶向定位作用的研究主要集中在基因传导治疗、结肠给药以及鼻腔给药等三个系统。
在基因治疗传导系统中的应用:寻找转染率高、靶向性强、安全性好的基因传导系统(载体)和方法,已成为基因治疗研究中的重点和难点。粒径是载体介
导外源性基因进入靶细胞的先决条件,目前主要采用密接多聚L-赖氨酸等阳离子脂质体载体技术,以加强有效载量和提高转染率。但聚L-赖氨酸的细胞毒性较强,需要寻找低毒替代物,壳聚糖便是一种可能的选择。利用壳聚糖密接质粒DNA及其密接后的良好生物相容性,还能够使外源性基因免受核酶的破坏。
新的研究显示,壳聚糖颗粒可作为潜在载体介导质粒DNA转移,与当前市面销售的转染试剂如SuperFect和Lipofectin相比,壳聚糖颗粒可获得更为持续的基因表达,如在壳聚糖-PGL3-调节颗粒介导的细胞内转染,就显示了长达10天的荧光素酶基因的持续表达,而SuperFect和Lipofectin的基因表达时间仅为2天。琼脂糖凝胶电泳和聚天冬氨酸置换实验结果也表明,在DNA和壳聚糖之间可能存在多重的交互作用,且壳聚糖无细胞毒作用,而SuperFect和Lipofectin则有显著的细胞毒作用。
在结肠靶向定位给药系统中的应用:以双氯芬酸钠为模型药物,壳聚糖和丙烯酸树脂(Eudragit)为辅料,可制成结肠靶向制剂。其具体制作过程为:采用喷雾干燥法将双氯芬酸钠包裹到壳聚糖的微孔中,然后以EudragitL-100和EudragitS-100为囊材,用溶剂蒸发法制成微囊(粒径152~233微米)。已知未包裹Eudragit的壳聚糖/双氯芬酸钠在酸性条件下释放相当快,但在pH值为7.4时,其释放受到阻滞,且释放行为可通过改变壳聚糖的分子量来调节;在包裹Eudragit后,该制剂显示了良好的pH值敏感性,在酸性条件下,没有药物溶出。但当pH值接近Eudragit的溶解条件时(即在结肠环境的pH值条件下),药物能在8~12小时内持续释放。进一步的研究显示壳聚糖的氨基和Eudragit的羧基发生了离子间的相互作用,从而起到控释作用。
对鼻腔给药系统的作用:壳聚糖作为鼻腔吸入剂辅料已被业界公认。通过对胰岛素-壳聚糖的纳米颗粒溶液剂和壳聚糖粉末剂两种剂型的分析,发现在麻醉实验鼠或清醒实验羊的胰岛素鼻腔靶向定位吸收检测中,纳米粒制剂对其吸收率并未有明显提高,壳聚糖的粉末剂在动物实验模型的胰岛素鼻腔靶向定位给药系统中为最有效的剂型。这一实验结果指明了今后壳聚糖作为鼻腔吸入剂辅料的研究方向。
甲壳质又名甲壳素,壳多糖,几丁质,是一种天然氨基多糖高分子物质,分子式为(C8H13NO5)N,分子量在一百万左右,化学名称为(1,4)聚-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖,性质稳定,具有良好的生物可降解性和相容性,毒性极小(LD50 16g/kg),且来源广泛.它是自然界罕见的带正电荷纤维结构化合物,不溶于水,在酸性水溶液中产生水合作用而逐渐溶胀形成球状胶囊, pH增大时转变为线形,同时粘度增大,可溶于浓盐酸,硫酸,硝酸中,发生裂解,聚合度降低,如在浓盐酸中加热100摄氏度可分解为D-胺基葡糖,在浓硫酸中可产生磺酸酯化反应,得到肝素样作用物质,与浓硝酸则产生硝化甲壳质.在稀碱中不溶,在浓碱(>40%氢氧化钠或氢氧化钾)中加热可使分子中乙酰基脱去65%-95%.在氯仿,乙醇等不溶,可溶于浓HAC,甲酸,石酒酸等.不同原料和制备方法不同,产品理化性质(溶解度,分子量,乙酰基含量,比旋度,粘度)有一定差异.甲壳质在虾,蟹,龙虾甲壳中含量较高(约含10%-30%),其为1000-2000个1,4连线-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡糖(C8H13NO5)N的直接聚合物,分子量100-200万,N2含量6.3%-6.7%。
甲壳质在C2脱乙酰后,形成2-胺基-2-脱氧-D-葡糖聚合物,脱乙酰程度越高,功能性越好,但由于脱乙酰不能完全,通常所指壳聚糖实质上是甲壳质和壳聚糖的混合物,日本规定壳聚糖含壳聚糖应>85%。甲壳质在酸碱处理过程中,部分在1,4糖苷键发生断裂,使聚合度降低,聚合度在2-7范围(聚合度7-8的效能最佳),壳聚糖有两种异构体,平均分子量为12万,是米黄至微红松软粉末,无臭味,含水量约为60%。可溶于稀HCL和HAC中,其10%的稀HAC溶液粘度为2000-3000CPS,紫外最大吸收峰为196MM,可溶于二元有机溶剂中(如:CH2CL2-TCA,CH2CLCH2CL-TCA等)。由于其分子中含有-NH2和伯,仲-OH多功能团,故可产生醚化,酯化,交联,螯合等多种化学反应。
甲壳素对人类来说是个比较陌生的名字,它广泛存在于低等植物及甲壳素动物的外壳中。人类最早利用甲壳资源始于中国著名的《本草纲目》中就记载:蟹壳有破瘀消积的功能。"蟹"字本身即指:解毒的虫类。1811年,法国学者布拉诺首先在蘑菇类中发现了甲壳质,从此人类开始了漫长的研究与应用。甲壳胺又称为几丁质、壳聚糖、壳糖胺、甲壳素、第六要素等。广泛存在于虾蟹、昆虫、植物的茎叶之中。
甲壳素又名甲壳质、壳聚糖,是一种化学结构与纤维类似的高分子多糖,它广泛存在于昆虫、甲壳类动物的硬壳以及菌类的细胞壁中。近年来,研究人员对甲壳素及其衍生物进行了研究,提供了许多有价值的资料,展示了它广阔的应用前景。本文对甲壳素在医药上的应用做一简介,以利于这一资源的开发和利用。
一、甲壳素的药理作用
1.抗菌抗感染 甲壳素及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用,以甲壳素六聚糖为最强。小分子的脱乙酰甲壳素具有质子化铵,质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用,吸附和聚沉细菌,同时穿透细胞壁进入细胞内,扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。夏文水、吴焱楠研究认为,相对分子量为1500的脱乙酰甲壳素对大肠杆菌的抑制效果最强,随着分子量增大,则抑菌作用下降。正光华发现,脱乙酰甲壳素对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤害沙门氏菌和李斯特单核增生菌,均有较强的抑制作用。中国纺织大学吴清基教授已成功地将甲壳素制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床,其中甲壳素与醋酸制成的无纺布透气透水效能极佳,用于大面积烧伤烫伤,抗感染和促进伤口愈合效果很好。目前上海市每年可生产甲壳素医用材料约100吨。
2.降脂和防治动脉硬化 魏涛等采用含胆固醇1%和脱氧胆酸钠0.2%的合成饲料喂大鼠28天,在诱发高血脂症的同时,经口服脱乙酰甲壳素观察其对高血脂症的影响。实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量实验组。结果表明,脱乙酰甲壳素中、高剂量组的总胆固醇及总甘油三酯含量与高脂对照组比较,前者降低了10.5%、14.2%,后者降低了18.8%和26.1%,低、中、高剂量三实验组的高密度脂蛋白胆固醇与高脂对照组比较,分别升高了16.5%、32.7%和50.4%。顾云等对31例高血脂成人患者进行口服脱乙酰甲壳素降脂试验,30日后检查,胆固醇、甘油三酯下降,低密度脂蛋白胆固醇下降,高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白均无明显变化。
3.抗病毒 许多科学家已从多方面证实了甲壳素硫酸酯的抗病毒活性。Derek Horton等证明氨基上含有SO42-的甲壳素衍生物对血液病毒有显著抑制作用。1992年Vorcellotti等发现甲壳素磺化衍生物能抑制哺乳动物的病毒感染,特别是能抑制和治疗艾滋病病毒感染,抑制其复制的IC50为7微克/毫升,同时也能抑制劳舍氏白血病病毒和单纯疱疹病毒。
4.抗肿瘤 小分子甲壳素具有优良的抗肿瘤活性,特别是甲壳素六聚糖具有很强的抑制肿瘤的作用。日本爱媛大学奥田教授经实验确认,甲壳素在64微克/毫升的浓度时就能增强淋巴球细胞杀死癌细胞的作用。铃木茂生报道,脱乙酰甲壳素能直接抑制艾氏腹水癌细胞的作用,在含有1×105的癌细胞溶液中,加入0.5毫克/毫升的脱乙酰甲壳素,24小时后癌细胞完全死亡。Saiki I报道,硫酸甲壳素和硫酸羧甲基甲壳素对黑色素瘤肿瘤细胞有明显的抑制作用,且作用呈量效关系。福建师范大学刘艳如等对小白鼠接种S180肿瘤细胞,设对照组和甲壳素实验组,实验表明脱乙酰甲壳素对S180小鼠癌细胞有明显的抑制作用。目前国内外研究者对其抗肿瘤作用十分关注。
5.抗凝血 Muzzarelli等在五六十年代就充分认识到甲壳素硫酸酯的化学结构与肝素相似,预示此类化合物有抗凝血活性。1985年Hirano报道,分子量26000,O-位双硫酸酯甲壳素的抗凝血活性是肝素(174单位/毫克)的1.9~2.2倍。
6.其他 张桂英等证明,脱乙酰甲壳素具有良好的抗辐射效能。蒋莉等研究表明,脱乙酰甲壳素能保护肝脏,提高肝脏抗氧化能力。沈阳铁路总医院高风兰应用脱乙酰甲壳素口服治疗心绞痛5人、心律失常4人、顽固性心衰4人,均收到满意疗效。此外,某些甲壳素衍生物能结合Fe2+,增强胃肠道的吸收功能,用于治疗铁缺乏症。
7.在甲壳素被发现的一个多世纪以来,人们一直把甲壳素当作废物,因为甲壳素不溶于水、稀酸、稀碱和其他有机溶剂,开发的成本要比纤维素直接利用高得多,随着人类智慧增长,科技发展,人们发现甲壳素有纤维素所没有的特性,是目前世界上唯一含阳离子的可食性动物纤维,也是继蛋白质、糖、脂肪、维生素、矿物质以外的第六生命要素,甲壳类动物经过化学经过化学或生化处理后生成溶于稀酸的物质--甲壳素和衍生物聚糖,可以应用在工业领域(如取代塑料)、农业领域(不需要农药的肥料),化妆品领域(调整面板等)、医药、膜材料和其他环保、健康领域。经过20余年的不断研究与临床实验,奇迹不断涌现。既可抑制癌症、肝病、糖尿病,降低胆固醇,又有增强人体免疫力,防止老化等一系列神奇功效。由于其巨大的经济价值,在国内外已广泛地应用于医药、食品、工业等各个领域,目前我国这一技术已达到国际先进水平。
又叫几丁质,壳聚糖.
聚N一乙酰葡萄糖胺
甲壳素是一种多糖类生物高分子,在自然界中广泛存在于低等生物菌类,藻类的细胞,节支动物虾、蟹、昆虫的外壳,软体动物(如鱿鱼、乌贼)的内壳和软骨,高等植物的细胞壁等,甲壳素每年生命合成资源可达2000亿吨,是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源
维生素的种类很多,通常按其溶解性分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。前者有A、D、E、K,不溶于水,而溶于脂肪及脂溶剂中,在食物中与脂类共同存在,在肠道吸收时与脂类吸收密切相关。当脂类吸收不良时,如胆道梗阻或长期腹泻,他们的吸收大为减少,甚至会引起缺乏症。最简单的例子像大家熟知的胡萝卜吃油的道理就是这样。脂溶性维生素排泄效率低,故摄入过多时可在体内蓄积,产生有害作用,甚至发生中毒。
水溶性维生素包括B族维生素(B1、B2、B6、B12、PP等)的抗坏血酸维生素C。B族维生素是辅酶的组成部分。B族维生素中的B6、泛酸及生物素在食物中广泛存在,肠道细菌又可合成,人类未发现典型的缺乏症。水溶性维生素的特点是溶于水,不溶于脂肪及有机溶剂。容易从尿中排出体外,且排出效率高,一般不会产生蓄积和毒害作用。
维生素是人体代谢中必不可少的有机化合物。人体有如一座极为复杂的化工厂,不断地进行着各种生化反应。其反应与酶的催化作用有密切关系。酶要产生活性,必须有辅酶参加。已知许多维生素是酶的辅酶或者是辅酶的组成分子。因此,维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。可以认为,维生素是以“生物活性物质”的形式,存在于人体组织中。
维生素大部分不能在人体内合成,或者合成量不足,不能满足人体的需要。因而,必须从食物中摄取。
食物中维生素的含量较少,人体的需要量也不多,但却是绝不可少的物质。膳食中如缺乏维生素,就会引起人体代谢紊乱,以致发生维生素缺乏症。如缺乏维生素A会出现夜盲症、干眼病和面板干燥;缺乏维生素D可患佝偻病;缺乏维生素B1可得脚气病;缺乏维生素B2可患唇炎、口角炎、舌炎和阴囊炎;缺乏PP可患癞皮病;缺乏维生素B12可患恶性贫血;缺乏维生素C可患坏血病。
维生素是个庞大的家族,就目前所知的维生素就有几十种,大致可分为脂溶性和水溶性两大类。前者包括维生素A、D、E、K,后一类包括维生素B族和维生素C,以及许多“类维生素”。
现在医学上发现的维生素主要有:
脂溶性维生素
维生素A。维持正常视力,预防夜盲症;维持上皮细胞组织健康;促进生长发育;增加对传染病的抵抗力;预防和治疗干眼病。
维生素D。调节人体内钙和磷的代谢,促进吸收利用,促进骨骼成长。
维生素E。维持正常的生殖能力和肌肉正常代谢;维持中枢神经和血管系统的完整。
维生素K。止血。它不但是凝血酶原的主要成分,而且还能促使肝脏制造凝血酶原。小儿维生素K缺乏症
水溶性维生素
维生素B1。保持回圈、消化、神经和肌内正常功能;调整胃肠道的功能;构成脱羧酶的辅酶,参加糖的代谢;能预防脚气病。
维生素B2。又叫核黄素。核典素是体内许多重要辅酶类的组成成分,这些酶能在体内物质代谢过程中传递氢,它还是蛋白质、糖、脂肪酸代谢和能量利用与组成所必需的物质。能促进生长发育,保护眼睛、面板的健康。
泛酸(维生素B5)。抗应激、抗寒冷、抗感染、防止某些抗生素的毒性,消除术后腹胀。
维生素B6。在蛋白质代谢中起重要作用。治疗神经衰弱、眩晕、动脉粥样硬化等。
维生素B12。抗脂肪肝,促进维生素A在肝中的贮存;促进细胞发育成熟和机体代谢;治疗恶性贫血。
维生素B13(乳酸清)。
维生素B15(潘氨酸)。主要用于抗脂肪肝,提高组织的氧气代谢率。有时用来治疗冠心病和慢性酒精中毒。
维生素B17。剧毒。有人认为有控制及预防癌症的作用。
对氨基苯甲酸。在维生素B族中属于最新发现的维生素之一。在人体内可合成。
肌醇。维生素B族中的一种,和胆碱一样是亲脂肪性的维生素。
维生素C。连线骨骼、牙齿、结缔组织结构;对毛细血管壁的各个细胞间有粘合功能;增加抗体,增强抵抗力;促进红细胞成熟。
维生素P。
维生素PP(烟酸)。在细胞生理氧化过程中起传递氢作用,具有防治癞皮病的功效。
叶酸(维生素M)。抗贫血;维护细胞的正常生长和免疫系统的功能。
维生素T。帮助血液的凝固和血小板的形成。
维生素U。治疗溃疡上有重要的作用。
维生素是人体营养、生长所需的有机化合物。机体如果缺乏维生素,就会出现某种疾病。因此有些人认为维生素是营养素,摄入是“多多益善”。人需要维生素越多越好吗?答案是否定的。合理营养的关键在于“适度”。过多摄入某些维生素,对身体不仅无益反而有害。
我们知道,维生素大致可分为水溶性(维生素B、C)和脂溶性(维生素A、D、K等)两大类。水溶性类的维生素多余部分一般可随尿液排出体外,脂溶性类的维生素A或D,多余者不能排出体外。这样就给人们一个印象以为水溶性维生素食多了无害,有人主张每日口服维生素C3—5克以达到保健的目的。其实这是有害的,实验证实,长期日服维生素C1克以上时,可引起草酸尿、高尿酸血症、高外血症。有的人全身可出现皮疹、浮肿、血压下降、恶心。在脂溶性维生素中,以维生素A和维生素D服用量过大而引起的中毒最为常见。维生素A过剩时,将引起不眠、气喘、眩晕、脱发、恶心、腹泻等症;维生素D过剩时,可引起食欲不振,倦怠、便秘、体重下降及低烧等。
正常人每日需要维生素C50—100毫克,维生素A2500—3000国际单位,维生素D300—400国际单位。
从营养上讲,所谓维生素应该是人体不能合成(或合成数量不能满足需要)而在人体正常代谢过程和调节生理功能所不可缺少的一类物质。它们是必须由食物供给的营养素。因此缺乏时就会出现某种典型的临床症状。截止目前为止并未发现因缺乏苦杏仁甙而患任何缺乏症的,因此这两种物质根本不能称为维生素。
维生素B15和维生素B17是国外一些营养学者提出的有益于人体健康的食物成分,并命之为维生素,但至今均未被世界学者们所公认。
在近来的研究表明,维生素还有着一些特殊的功用,如泛酸的情绪调节作用,叶酸和维生素B12的降低DNA损耗作用,叶酸加B6有益心血管等。
对于维生素补充,应该从饮食和维生素制剂两方面来补充。水果蔬菜的维生素含量高,但由于每种蔬菜和水果的维生素含量都不同,未必能够在各方面均衡补充维生素,蔬菜水果在加工、烹调中维生素也有损失,维生素制剂就能够起到均衡的作用。但维生素制剂不容易吸收,又非天然绿色,因此还是以水果蔬菜的补充为主。
有机系抗菌剂:
有机系抗菌剂的优点是:初始杀菌力强、杀菌即效和抗菌广谱性好,无论是粉状或液态,都能比较容易地分散使用。加上已开发几十年,技术成熟,价格也相对便宜。但是它也有诸多致命弱点:如化学稳定性差,不耐热。遇热、光或水等容易挥发,难以实现长效;在许多高聚物的高温、高压、高剪切加工条件下易分解失效,甚至产生有毒的分解产物。特别是在塑料中?使用时易迁移,导致抗菌寿命短(使用寿命只有2-3年),成本高。有机系抗菌剂的分类?有机系抗菌剂可分为化学合成抗菌剂和天然抗菌剂两大类。
1.化学合成抗菌剂(见下表):类别主要产品醇系如异丙醇、乙醇等酚系如3-甲基-4-异丙基苯酚、甲酚等醛系如甲醛有机酸系如丙酸、山梨酸钾酯系如对羟基苯甲酸酯类醚系如2,4,4-三氯-2’-羟基二苯醚(三氯新)过氧化物、环氧化物系如过氧乙酸、环氧乙烷?卤素系如N-(氟二氯甲基硫)钛酰亚胺咪唑系如2-(4-噻唑基)苯并咪唑(TBZ)噻唑系如2-正辛基-4-异噻唑啉-3酮-腈系如2,3,5,6-四氯异肽腈,亚甲基氰酸脂吡啶系如2-吡啶酚-1-氧化钠三嗪系如N,N'N”–三羟基六氢三嗪季铵盐系如苄基二甲基十二烷基氯化铵(新洁而灭)有机金属系如8-羟基喹啉铜?双胍类
如1,1-六亚甲基双[5-(4-氯苯基)双胍]二葡萄糖酸酯其它如环状氢化合物、盐酰基苯胺化合物、氧代双苯氧基砷等
2.天然抗菌剂:主要来自天然物质的提取物,如壳聚糖由来自于天然贝壳、蟹壳、虾壳、鱼骨及昆虫等动物壳体的非常坚硬的部分,经脱去N-乙酰基获得。类别主要产品壳聚糖如β-1,4-聚葡萄糖胺(脱乙酰壳聚糖多糖)、O-羟甲基壳聚糖(O-CMCh)日柏醇如UNIKA?MCAS-25(微胶囊化的日柏醇)、桧醇等?酸性物质碱性物质油?脂?如蓖麻油、椿树油、食用油等天然抗菌剂的优点是,不属化学制品,完全是从天然食物或植物中提取,或直接使用的,在生产和使用过程中,对人畜或环境一般不产生污染危害,生物相容性好,因而受到青睐。但其缺点也是明显的:抗菌功能有限,做不到广谱长效。使用这种抗菌剂后,会使食品、用品产生异味或变色,特别是天然类抗菌剂在150~180℃就开始炭化分解,使应用范围受到极大限制。有机系抗菌剂的灭菌机理有机抗菌剂因品种繁多,灭菌原理不尽相同。天然抗菌剂:酸碱性物质是通过其破坏微生物的细胞壁、细胞膜,进而使细胞蛋白质凝固,实现灭菌;各种醇类是使细胞蛋白质变性,干扰细胞代谢,完成灭菌的;脱乙酰壳多糖类天然抗菌剂,其灭菌原理是,本身含有氨基酸,属阳离子,而微生物细胞壁是由酸和磷脂阴离子等组成的。两者结合后,阻碍微生物的发育和繁殖。化学合成抗菌剂有的是阻碍微生物细胞的能量代谢,有的是阻碍微生物细胞的蛋白质合成(DNA合成),有的是阻碍?微生物细胞壁的合成等。
无机系抗菌剂:
无机系抗菌剂可分为4类:含金属离子的抗菌剂;TiO2光催化(或叫光触媒)抗菌剂;3.?金属氧化物抗菌剂具有远红外辐射功能的抗菌剂。
含金属离子的抗菌剂?含金属离子的无机盐或络合物的无机抗菌剂品种最多,用途也最多,产量也最大。其特点是抗菌性和安全性高,耐热性好,抗菌范围广,有效期长。制法:通过物理吸收或离子交换等方法将无机抗菌成分(各类无机氧化物和无机金属盐类的金属离子)固定在载体上而制成的抗菌剂。
抗菌成分:主要有银、铜、锌及其化合物;其中银及其化合物用得最多。
载体材料:主要有:沸石系、硅胶系、玻璃系、磷酸钙系、磷酸锆系、硅酸盐系、氧化钛系、晶须系等。
抗菌机理:①重金属离子通过与蛋白质的巯基(-SH)反应,破坏细菌的细胞合成酶的活性使细胞丧失分裂繁殖能力而死亡。②金属阴离子与细菌结合,破坏细菌正常代谢,导致微生物死亡或抑制其繁殖。无机系抗菌材料(剂)研究是20世纪80年代中期才开发成功的新型抗菌制剂。它的盛行是20世纪80年代后期的事情。由此形成了新型无机抗菌剂的开发和抗菌加工技术的革新。由于其独特的优点,现在已成为抗菌剂研究的热点。它代表了抗菌剂的发展方向,有巨大的开发应用潜力和良好的发展前途。?TiO2光催化(或叫光触媒)抗菌剂TiO2等氧化物半导体,其光催化作用,可应用于利用水产生氢、氧,水处理,除臭、脱臭、氧化除去NOx等大气污染物等,是一种多功能型抗菌剂。其特点是在没有光照射的状态下,不产生抗菌效果,即氧化物光催化剂为了产生活性氧,光照是必不可少的。
作用机理:主要的抗杀菌机理在于TiO2被光照后产生电子空穴对,并与其表面吸附的OH-和O2作用生成羟基自由基和超氧化物阴离子自由基O2-·,这两种自由基均非常活跃,当遇到细菌时直接攻击细菌的细胞,抽取有机物的H原子或攻击其不饱和键,导致细菌蛋白质变异和脂类分解,以此杀灭细菌并使之分解,得到杀菌、防霉、除臭的作用。
积极利用抗菌活性不同于依赖于溶出金属离子的银系抗菌剂的TiO2的特点,开发即使在暗时也有抗菌活性的光催化系抗菌剂是目前人们感兴趣的课题。金属氧化物抗菌剂?具有抗菌活性的氧化物有氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)和钙制剂,其可在陶瓷、牡蛎、扇具等烧成粉末和天然矿石等中发现。其抗菌机制是细菌因受到外力作用而受伤直至死亡。与抗生物质和抗生剂的作用相似。?具有远红外辐射功能的抗菌剂这类抗菌剂有Mg-Al-Si-Zr-稀土系(白色)和Mn-Fe-Co-Ni-Cu-Cr系(黑色)等,是一种光热转换功能材料。它从环境种吸收光和热后,以远红外辐射能量形式输出。常温下能发射出2~18微米波长的远红外线,能激活空气和水,产生羟基自由基和活性氧,从而杀死细菌。
复合型抗菌剂:
无机系抗菌剂中的银系抗菌剂,耐温高(550oC以上),抗菌长效性好(10-15年)。虽然抗菌效果突出,但银成本高而且化学性质活泼,易转变为棕色的氧化银或经紫外线光催化还原成黑色的单质银。这样不仅降低了抗菌性,而且还使白色或浅色制品无法应用。因此,制约了它在更大范围的应用。锌系抗菌剂虽无变色问题,价格便宜,但其抗菌性低,不能满足抗菌要求。国际上,日本经过20多年的研究,在改善银抗菌剂变色问题上取得了长足的进步,使这个问题得到了初步的解决,但成本却高居不下。欧美地区以使用有机抗菌剂为主,使用无机抗菌剂也只是近几年的事。
近十几年来,我国科研人员在跟踪国际无机抗菌剂发展方向上进行了卓有成效的探索。为了使所用抗菌剂能更有效地抑制微生物,使用二种以上的药剂,利用离子交换和多层包覆等技术研制出无机-有机复合型抗菌剂。
其特点:
a.克服了药剂效果的极限与范围,使抗菌广谱;克服了微生物对药剂的抗药性;可延长抗菌剂的时效,即延长添加周期。在低浓度的添加下即产生抗菌效果。具有较大的比表面积,易于与高分子材料进行均匀混合。
一、 概述
1. 概念:
吸附澄清技术:是指运用吸附澄清剂将固液快速分离的技术。即在混悬的中药提取液或浓缩液中加入吸附澄清剂,以吸附方式除去溶液中的粗粒子,以及淀粉、鞣质、胶质、蛋白质、多糖等无效成分或无需成分
2. 发展:
在公元1世纪:使用铝钒土和石灰澄清悬浮浊
19世纪:运用无机凝聚剂作为悬浮液的澄清剂
20世纪50年代:澄清技术广泛地用于各工业部门的固液分离过程。
二、 优点:
传统醇沉法的缺点:
1. 有效成分大量损失
2. 成品稳定性差,醇沉后的液体制剂易产生沉淀
3. 中药总固体物及有效成分损失严重,难以保证成品制剂的有效性。总固体损失一般至少在50%以上,甚至高达80%以上,疗效降低。
4. 成本高,耗能耗物,需耗用大量酒精,操作麻烦。
5. 生产周期长,生产工时多,劳动强度高。
现在运用吸附澄清技术可以部分代替中药水提醇沉工艺,而且提高了有效成分的含量,选择性地除去了无效成分,保证了成品质量的稳定性。具有如下优点:
1.有效
该法不减少溶液中可溶性固体物,能最有效地提高有效成分的含量,保证制剂疗效
2. 专属性
不同吸附澄清剂具有不同的去除杂质的能力,选择好吸附澄清剂可以专属性地除去如多糖、蛋白质、鞣质等无效成分或无需成分
3.无毒性
吸附澄清剂——般为天然有机南分严化合物,本身无毒无味。
4.方便
采用该项技术精制中药提取液,不需任何特殊设备,只需加入吸附蹬清剂予以处理即可,且缩短工期,全部澄清过程最多只需12小时左右即可完成。
5.节俭
吸附澄清剂成本低廉。
6.成品稳定性好
采用该法制得的口服液(如生脉饮)在室温贮存近2年,仍无明显影响澄明度的沉淀产生。
7.降低成本,提高生产效益。
100(吨)生脉饮口服液(约300万元产值)
三、 吸附澄清作用原理
1. 中药悬浮液稳定的原因
是由于悬浮液中固体微粒太细,同时带有同性电荷而形成布朗运动。另外,溶液中还有一种亲水的胶体,它是可溶性的大分子,如蛋白质、淀粉和腐植酸等,它们的分子上都有亲水的极性基团,如—OH、—NH2等,对水具有强的亲和力,在分子的周围保持较厚的水层,能发生膨胀,有形成真溶液的倾向,悬浮液形成分散体系就是依靠细微粒度、同性电荷以及在水中的溶解作用而形成稳定状态的。
中药水提液中的杂质含有淀粉、蛋白质、粘液质、鞣质、色素、树胶、无机盐类等复杂成份,这些物质一起共同形成1—100nm的胶体分散体系。胶体分散体系是一种动力稳定性高,热力学上不稳定的体系。从动力学观点看,当胶体粒子很小时,布朗运动极为强烈,建立沉降平衡需要很长时间,平衡建立后,胶粒的浓度梯度又很小,这样能使胶体溶液在很后,胶粒的浓度梯度又很小,这样能使胶体溶液在很长时间内保持稳定。从热力学观点看,胶体分散体系自身存在巨大的界面能,易聚集,集集后质点的大小超出了胶体分散体系的范围,使质点本身的布朗运动不足以克服重力作用,而从分散介质中析出沉淀。吸附澄清技术只除去水提液中颗粒度较大者以及具有沉淀趋势的悬浮颗粒,保留了有效的高分子物质,从而提高了药液的稳定性。
2 常用的吸附澄清剂以及应用研究
2.1 101果汁澄清剂。
是一种新型食用果汁澄清剂,主要是去除中草药药液中蛋白质、鞣质、色素及果胶等大分子不稳定性杂质达到澄清目的。它无味无毒、安全,处理中不会引入任何杂技,可随处理后形成的絮状沉淀物一并滤去。101澄清剂为水溶性胶状物质,因其在水中分散速度较慢,通常配制成5%水溶液后使用。提取液中的添加量一般为2%~20%左右。
郭美雅等用101果汁澄清剂澄清黄芪、茯苓药液,可使混悬悬杂质基本沉淀完全,通过对树脂酸、有机酸的检识以及总酸、氨基酸态氮的含量测定,结果证明,101果汁澄清剂可完整地保留药液成份及口味。吕武清等用101果汁澄清剂于玉屏风口服液的澄清,与醇沉法比较,氨基酸、多糖、黄芪甲甙,总固体的量,前者能有效地保留,又降低了生产成本和周期。袁明德等用101果汁澄清剂于一复方中药提取液进行澄清,可将药液中主要有效成份的ILC检识和含量测定,说明101澄清剂不吸附该药液的主要有效成份。李献洲等用101澄清剂于抗病毒口服液、咽炎合剂一年多,多次实验结果显示,其对药液的沉淀和过滤速度及稳定性优于乙醇。
2.2 甲壳素类吸附澄清剂。
甲壳素是自然界生物(甲壳类的蟹、虾、昆虫的外壳等)所含的氨基多糖经稀酸处理后得到的物质。甲壳素为白色或灰白色半透明的固体,不溶于水、稀酸、稀碱,可溶于浓无机酸。壳聚糖是脱乙酰甲壳素,为白色或灰白色,不溶于水和碱溶液,可溶于数稀酸、醋酸、苯甲酸等。国际上十分重视对它们的开发和应用。可生物合成,也可用作生物分解,不会造成二次污染。在制药业中,可用作新辅料,如膜剂材料、口服缓释制剂中可直接粉末压片、湿式颗粒压片及缓释颗粒等,控制药物的释放。壳聚糖作为口服液制备时的絮凝剂,是与药液中蛋白质、果胶等发生分子间吸附架桥和电荷中的作用。在稀酸中壳聚糖会缓慢水解,故壳聚糖随用随配。
陈新华等将壳聚糖溶液加入风湿药酒与史国公药酒中,除去带负电荷的纤维素、单宁、鞣质以及细菌,取得良好的效果。倪健等用甲壳素澄清单味白芍提取液,结果表明,澄清效果肯定,对芍药甙含量没有影响,成品成本低,稳定性好。王曙东等用壳聚糖、101果汁澄清剂、ZTC天然澄清剂、乙醇对小儿麻甘冲剂处方的水提液作澄清处理后,以处方中主药麻黄所含成分麻黄碱、伪麻黄碱为指标,进行含量比较,并以正交设计法优选壳聚糖为澄清工艺。李汉保等采用壳聚糖、101果汁澄清剂、ZTC天然澄清剂澄清法代替原来的醇沉法制备气血双补口服液,用HPLC法测定比较其含量,三种天然澄清剂均可达到与乙醇同样澄清效果,且对芍药甙的含量无明显影响,特别是单用壳聚糖可代替乙醇作澄清剂,既经济又方便。
3 结 论
101果汁澄清剂、甲壳素类吸附澄清剂,其资源丰富、成本低、应用方便,具有广阔的前景。但对它们的研究只停留在初步实验阶段,还无法在工业化大生产中应用。中药来源丰富、成份复杂,吸队澄清对各种成份的影响也不尽相同,应系统研究吸附澄清剂主要保留了哪些成份,除去了哪些杂质,以给工业生产提供可靠依据。随着吸附澄清法工艺的不断深入研究,促进了中药提取工艺的不断改进,进一步推动了中药制剂的发展。
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