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黃原膠的特性及其在醫藥領域的應用

發布日期:2015-05-04 14:40:42
醫藥
  黃原膠(xanthan gum)別名黃膠、漢生膠,又稱黃單胞多糖,是20世紀50年 代美國農業部北方研宄室(Northern Regional Research Laboratories, NRRL)從野油 菜黃單胞菌(Xanthomonas campestris) NRRL B-1459中發現的中性水溶性多糖,是以糖類為主要原料,經發酵生產的一種微生物胞外雜多糖[1],相對分子質量為 2x106?2x107。黃原膠的基本結構是由重復的五糖單元組成,此單元由2個D-葡萄 糖、2個D-甘露糖和1個D-葡糖醛酸組成。黃原膠分子的一級結構是由糸1,4鍵連 接的D-葡萄糖基主鏈與三糖單位側鏈組成,其側鏈由D-甘露糖和D-葡糖醛酸交 替連接而成;它的二級結構是側鏈通過氫鍵反向纏繞主鏈形成的雙螺旋或多螺旋 結構;三級結構是二級結構通過非共價鍵組成的網狀結構。結構見圖1。
  
  黃原膠的性質黃原膠的結構決定其具有許多優良的特性:低濃度下的高黏性、特殊的流變 性、高穩定性以及良好的增稠性、懸浮性和乳化性等。黃原膠廣泛應用于食品、 醫藥、化妝品、紡織和石油等行業。
  
  i.i穩定性黃原膠在其二級結構中,側鏈反向纏繞主鏈使主鏈得到保護而不易降解,從 而使其具有耐高溫、耐酸堿和抗酶解等特性。1 %黃原膠溶液在-4?93 °C反復加 熱冷凍,其黏度幾乎不變;由25 °C加熱到120 °C,其黏度僅降3 %[2]。其溶液對 酸堿十分穩定,在pH 2?12黏度幾乎不變[3]。許多酶如蛋白酶、淀粉酶、纖維素 酶和半纖維素酶等都不能使黃原膠降解。黃原膠能和許多鹽溶液長期混溶,黏度 不受影響[4]。
  
  1.2流變性黃原膠溶液是典型的假塑性流體。在受到剪切作用時,黏度急劇下降,且剪切速度越高黏度下降越快,在剪切作用消失時,黏度瞬間恢復到最大。其原因是 當受到剪切作用時,連接主、側鏈的氫鍵被破壞,分子形成了不規則的線團狀, 黏度下降;在剪切作用消失時,分子又恢復了原來的結構[5]。利用黃原膠溶液的 流變學性質作為檢測指標可以篩選菌株和優化發酵條件[6,7]。
  
  1.3增稠性黃原膠具有良好的增稠性,特別是在低質量濃度下具有很高的黏度。0.3 g / L的黃原膠溶液即具有0.09 Pa.s的黏度。黃原膠溶液的黏度是同質量濃度明膠 的約100倍[8]。
  
  1.4懸浮性和乳化性由于黃原膠理化性質穩定,因而具有良好的懸浮性和乳化性。1%黃原膠溶 液具有約5X104N/cm2的承托力。黃原膠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,因而它可在許多食品飲料中用作乳化劑 和穩定劑[8]。
  
  1.5與其他增稠劑的協效性黃原膠可與大多數合成的或天然的增稠劑配伍,如與槐豆膠、瓜爾膠、卡拉 膠及魔芋膠等都能互溶,混合膠黏度顯著提高[5]。
  
  1.6安全性黃原膠是一種安全的生物多聚糖。短期喂養實驗表明,黃原膠對大鼠和狗無 毒、無抑制生長作用,對眼和皮膚無任何刺激性。長期喂養實驗(2年)毒性研宄 表明,黃原膠對生長速率、存活率和血液系統無明顯影響。黃原膠于1969年得到 美國食品藥品管理局(FDA)的批準認證,1975年被美國國家處方集(NF)收載, 1983年被聯合國糧農組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)批準為食品添加劑,2010 年作為藥用輔料被中國藥典(ChP)收載。
  
  2黃原膠的應用領域由于黃原膠具有許多優良的特性,其可廣泛應用于食品、藥品、化妝品、紡 織和石油等領域[5]。黃原膠在食品行業中主要作為增稠劑、穩定劑和成型劑等。 奶油制品中添加少量黃原膠,可使產品結構堅實、易切片,更易于香味釋放,口 感細膩清爽。用于飲料,可使飲料具有優良的口感,賦予飲料爽口的特性,使果 汁型飲料中的不溶性成分形成穩定的懸浮液,保持液體基本均勻不分層。黃原膠 在化妝品行業中的最重要的是用于牙膏,其優良的剪切稀化流動行為使牙膏易于 從管中擠出和泵送分裝。黃原膠是所有類型牙膏的優良結合劑,其易于水化、優 秀的酶穩定性可生產出均勻穩定的產品,并改良產品的延展成條性。黃原膠在印 染工業中可作為染料和顏料的助懸劑,印染控制劑,可以控制漿液流變性,使染 料不易迀移,圖案更加清晰。黃原膠應用于石油工業可以加快鉆井速度、防止油 井坍塌、保護油氣田、防止井噴及大幅度提高采油率。在醫藥領域,黃原膠主要 作為增稠劑、助懸劑、乳化劑、穩定劑及緩、控釋制劑等。隨著現代生化技術的 發展,黃原膠在醫藥領域越來越顯示著其重要性。
  
  3黃原膠在醫藥領域的應用3.1在制劑方面的應用3.1.1在液體和半固體制劑中的應用黃原膠是一種親水膠,可在液體和半固體制劑的多相體系中作為有效的增稠劑、助懸劑、乳化劑和穩定劑。黃原膠的高黏 性使外用制劑更易于涂布,且水分揮發后藥物不易從皮膚上脫落,提高了藥物的 生物利用度和用藥舒適感。金義光等[9]以爐甘石洗劑、聯苯芐唑滴眼劑和聯苯芐 唑軟膏作為模型,考察并比較黃原膠、阿拉伯膠和瓜爾豆膠在非均相液體和半固 體制劑中的作用。結果表明,黃原膠的觸變性、助懸性和增稠性均優于其它兩種 膠,是一種優良的助懸劑和增稠劑。Blakely等[10]通過添加黃原膠配制了多種穩 定的非甾體抗炎藥混懸液,其配方主要包括:至少一種非甾體抗炎藥、一種緩沖 系統、黃原膠、聚乙烯吡咯烷酮及甘油,此混懸液穩定性高,可掩蓋藥物的不良 氣味且可與其它藥物如抗病毒藥、抗腫瘤藥等聯合應用。
  
  在滴眼劑和滴鼻劑中,藥物與用藥部位接觸時間長才能較好地發揮療效。黃原膠用作滴眼液助劑時功效顯著。眼球快速眨動使滴眼液黏度減小,藥物快速分 散并與患部充分接觸,停止眨動時,黏度增加而使滴眼液不易流動,延長藥物作 用時間。鼻內給藥制劑[11],如咖啡因溶液:咖啡因2.0 g,對羥基苯甲酸0.02 g, 對輕基苯甲酸丙醋0.01 g,氯化鈉0.8 g,黃原膠2.0 g,乙醇0.1 g,無水醋酸鈉0.27 g,丙二醇5.0 g,加水至100 mL。由于加入了黃原膠,增加了該制劑的黏 度,使其吸收速度減慢,藥效延長。Rouses等[12]在治療青光眼的擬膽堿滴眼液 (如碘磷靈)中添加黃原膠,提高了藥效并降低了毒副作用。含有萜類化合物(如 冰片)的滴眼液長期存放于塑料容器中會導致萜類化合物的含量降低,Fukiko 等[13]在滴眼液中添加黃原膠至終濃度為0.2 %?0.7 %,可以顯著抑制萜類化合物 含量的下降并提高滴眼液的穩定性。Koji等[14]制備了含黃原膠(0.05 %?0.4 %) 和氨基酸(0.05 %?2 %)的滴眼液。實驗表明,此滴眼液可保護角膜細胞并對眼 睛干澀引起的角膜細胞排列紊亂有緩解作用。黃原膠可代替瓊脂用于細菌培養, 在硬度和持水性及細菌數量和菌落形態等方面均優于瓊脂[15]。黃原膠還可作乳 化劑的穩定劑,不論何種類型的乳劑,加入本品后可使其在pH 1?13和較高的 電解質濃度下具有較高的穩定性。
  
  3.1.2在固體制劑中的應用在固體制劑中,黃原膠主要作為黏合劑、崩解劑、緩釋劑和控釋劑。作為黏合劑時其制片黏合力強,且片劑不會過于堅硬,同時, 還可加入淀粉、阿拉伯膠、瓜爾膠和槐豆膠等輔料[16,17],調整到所需硬度,在壓 片和貯存過程中不易出現裂片現象。本品具有良好的膨脹、潤濕和毛細管作用, 因此,又是良好的崩解劑,既適用于高度水溶性藥物,也適用于水難溶性藥物。 目前,黃原膠是國際上微膠囊藥物囊材中的功能組分,在控制藥物釋放方面起重 要作用。Talukdar等[18]以可溶的中性藥物咖啡因、不溶的酸性藥物吲哚美辛及可 溶的酸性藥物吲哚美辛鈉鹽為模型,Helton等[19,20]以布洛芬片為模型,在不同實 驗條件下以膨脹率和平均釋藥時間為考察指標,研宄了黃原膠骨架片的制備和藥 物釋放過程。結果表明,釋藥速率與骨架片中黃原膠的用量和溶出條件(轉速、 介質離子強度、pH)有關,與制備工藝無關,溶出介質中離子對其釋藥有影響, 黃原膠能有效控制骨架片中藥物釋放。王康等[21,22]及Felipe等[23]研宄表明,黃 原膠與魔芋葡甘聚糖的混合物具有協效性,可以有效延緩藥物釋放,是優良的緩、 控釋材料。王康等以魔芋葡甘聚糖、黃原膠或卡拉膠、稀釋劑混合得到結腸定位 壓制包芯片包裹材料,該包芯片具有結腸定位釋藥效果明顯的特點,而且該包芯 片載藥體系廣泛、價格便宜、制備過程簡單。糜志遠等[24]制備了以魔芋葡甘聚 糖和黃原膠兩種天然多糖為基質的新型阿昔洛韋口腔緩釋膜,用于皰瘆性口腔潰 瘍局部給藥。Raghavendra等[25]采用體外實驗評價了以丙烯酰胺-黃原膠共聚物 為骨架的抗高血壓藥的藥物釋放,該釋藥系統具有價格便宜、易于壓片及良好的 生物相容性等特點。郭衛芹等[26]采用黃原膠-殼聚糖混合物為控釋層,制備了阿 西美辛緩釋制劑。實驗表明,該制劑與常規制劑相比能夠很好的控制藥物釋放, 提供了一種能夠長時間控制藥物穩定釋放、延長藥物療效、減少不良反應、基本 上不出現藥物釋放不完全現象的口服制劑。黃原膠也是咀嚼片和吸吮片的良好賦 形劑,含有本品的藥片,在口中因咀嚼和舌頭轉動產生的剪切力,使黏度急劇下 降而感覺清爽和細膩,利于藥物釋放,特別適用于生產含抗菌消炎藥物的吸吮片 和喉片。
  
  3.2黃原膠降解產物的應用寡糖一般具有抑菌、抗病毒、植物誘抗及提高免疫力等功效,因而造就了寡 糖工程在國際上競相研宄、炙手可熱的局面。黃原膠降解產生的寡糖是否也擁有 某種生物活性的疑問也激起了人們強烈的興趣。研宄表明[27-29],黃原膠寡糖具有 清除羥基自由基能力,并能激活植物防衛系統以抵御病原菌的侵染,同時對野油 菜黃單孢菌也具有抑菌活性。黃成棟[30]對黃原膠寡糖在抑菌、抗病毒、植物誘 抗、抗氧化等方面的生物活性進行了研宄,發現黃原膠寡糖擁有較強的抑制真菌 生長的能力,而對細菌則沒有抑制作用。黃原膠寡糖還具有較強的抗病毒活性、 一定的植物誘抗活性及較強的抗氧化活性。
  
  3.3黃原膠衍生物的應用黃原膠衍生物兼有黃原膠和其它物質的特點,具有更高的經濟價值,其中應 用化學改性中接枝共聚方法生產衍生物占有重要地位[31,32]。黃原膠在抗生素藥物 固載和控釋方面有一定作用。Dumitriu等[33]對鏈脲左菌霉素、卡那霉素、新霉素、 四環素以及6-氨基青霉素等抗生素在諸如羧甲基纖維素氯化物、4-氨基苯甲酸纖 維素以及黃原膠等天然產物上進行了固載化的研宄工作,之后又系統地研宄了以二環己基碳酰亞胺(DCI)為活化劑,通過與黃原膠的酯化偶聯反應,將氯霉素、 阿莫西林等藥物固載在黃原膠分子鏈上,得到了大分子藥物,并確定了大分子藥 物合成的工藝條件、抑菌活性及水解緩釋的影響因素等。結果表明,以大分子藥 物制成的氯霉素藥膏等藥效顯著,且無過敏現象。Simionescu等[34]研宄了交聯態 黃原膠水凝膠作為緩釋藥物的支撐載體材料。實驗表明,通過黃原膠與氯乙醇的 交聯反應可得到適度交聯的水凝膠。
  
  3.4在其他方面的應用3.4.1作為降血脂藥物黃原膠及其復配物具有適宜的黏度和溶脹系數,可延 長食物胃滯留時間以降低血脂[35]。Yukiko等[36]研宄表明,黃原膠對高脂血癥小 鼠的血清總膽固醇和甘油三酯具有明顯的降低作用。馮娟的實驗結果表明[37], 瓜爾膠:黃原膠(2:1)和魔芋膠:黃原膠(2:1)可顯著延長食物在胃內的滯留時 間;瓜爾膠:黃原膠(2:1)可顯著降低高脂血癥小鼠的血清總膽固醇和甘油三酯。 Tanya等[38]在減肥藥中添加黃原膠和鈣,可降低減肥藥用量和毒副作用并提高藥 效。
  
  3.4.2作為免疫調節劑黃原膠是一種效果顯著的免疫調節劑。米沙等[39]研宄 表明,正常小鼠經腹腔注射一定劑量的黃原膠后,其腹腔巨噬細胞的吞噬功能明 顯增強,遲發超敏反應明顯提高。李信等[40]研宄了黃原膠對小鼠脾、胸腺、抗 體形成細胞及遲發型變態反應的影響,結果表明,黃原膠能顯著提高小鼠的體液 免疫功能,但對小鼠的脾和胸腺重量未見明顯影響;Ishizaks等[41]采用體外試驗, 研宄了黃原膠對淋巴細胞增殖和誘導多克隆抗體產生的影響,結果表明,黃原膠 能夠有效誘導小鼠胸腺和脾臟B細胞的DNA合成及多克隆抗體的產生。
  
  4 結語黃原膠在醫藥領域中的應用已不斷得到開發,并取得了一定成果。但在國內, 醫藥級黃原膠的生產技術水平還不高,產品檔次還較低,應用開發力量較分散, 研宄有所重復,產業化水平較低。這有待我們集聚行政、科技和企業界的力量, 確定我國醫藥級黃原膠開發的重點,并采取一定的保障措施,以大力拓展黃原膠 在醫藥領域中的應用。
  
  2010年黃原膠作為藥用輔料被中國藥典收載,由于黃原膠本身具有優良的物理化學性能,將持續引起國內、外科研工作者的關注,作為藥用新輔料,在藥劑領域中將會獲得廣泛的應用,開發出更多更好的制劑。
 
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