寒冷地区硫酸软骨素生产工艺的改良

摘要：目的分析寒冷地区硫酸软骨素产率及产品品质低下的原因，改良生产工艺以提高产率和产品质量。方法 以猪、牛、羊气管软骨为原料，用碱解和酶解相结合的方法提取硫酸软骨素。综合考虑寒冷地区各种特殊因素，增加碱洗脱脂。设计了浓度梯度实验，得出最佳工艺条件。结果产量可达10.5%，比原工艺提高3%~3.5%，纯度达90%以上。结论分析出寒冷地区硫酸软骨素产率及产品品质低下的主要原因，改良的工艺使产品产率及质量都有明显提高。

关键词：寒冷地区；硫酸软骨素；生产工艺

中图分类号：R282.74文献标识码：A文章编号：1672-979X(2007)08-0028-04

硫酸软骨素（chondroitin sulfate，CS）由N-乙酰-D-氨基半乳糖硫酸酯与D-葡糖醛酸多聚体组成。链中的五碳糖通过β-1,4与β-2,3交替结合成多聚体。CS主要有CS A、CS B、CS C 3种，而CS B因结构中的糖醛酸为艾杜糖醛酸。目前改称为硫酸皮肤素。天然产物中CS主要存在形式为CS A和CS C。CS A型的硫酸基在N-乙酰-D-氨基半乳糖硫酸酯的4位碳上，CS C型的硫酸根在N-乙酰-D-氨基半乳糖硫酸酯6位碳上[1]。

CS为灰白色粉末，是从猪、牛、马、羊、鸡等动物的鼻骨、喉骨、软肋、气管、月牙骨以及其他部位的软骨中提取的酸性黏多糖，作为药物的商品名曾称为“康得灵”，主要用于治疗冠状动脉粥样硬化性疾病、胆固醇增高、心绞痛、心肌缺血，还可用于某些神经性头痛、神经痛、关节痛、偏头痛，链霉素引起的听觉障碍以及肝炎的辅助治疗。新的研究表明，CS还有促进钙吸收和防止钙流失的功效。此外，还加入化妆品中用于皮肤保健[2]。

1材料和方法

1.1原料及试剂

猪气管软骨（干品）。盐酸、氢氧化钠、95%乙醇、碱性蛋白酶、胰蛋白酶均为化学纯。

1.2仪器

UV-754紫外分光光度计（上海第三分析仪器厂）；PHSJ-3F pH计（上海精密科学仪器公司）；RT-100搅拌式夹层锅（诸城市日通机械有限公司）；DHG-9123A鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；TN-B-2500托盘扭力天平（上海良平仪器仪表有限公司）。

1.3原理

蛋白质是CS中最主要的杂质之一，碱提取有利于破坏CS与蛋白质之间的结合，释放CS[3]；酶解处理使蛋白质进一步水解，然后调pH使之沉淀。过滤除去蛋白质，最后乙醇沉淀得到CS。由于新疆气候寒冷，软骨中脂肪含量及熔点高于温暖地区，使用普通工艺生产因脂肪常除不尽而影响产率及产品质量，因而脱脂环节成为寒冷地区CS生产的重要因素。在生产工艺中加入碱洗强化了脱脂工艺，形成新的“双碱复合酶法”生产工艺。

1.4方法

新疆CS生产厂家大都采用浓碱-酶解法传统工艺生产CS[4]，其工艺流程如下。

在寒冷地区生产CS，碱解、酶解和脱脂是提高CS产率及质量的3个关键步骤，影响因素较多。我们在原有生产工艺的基础上，针对这3个重要环节，选择浸泡时间、碱洗、复合酶比例、双氧水浓度、用盐量5个有显著影响的因子，进行浓度梯度实验对比分析，从中优选最佳范围，修改原有工艺，总结出适合寒冷地区生产的新的CS生产工艺。

2结果与讨论

2.1浸泡时间对产品产率、含量及质量的影响

新疆地域辽阔，牲畜屠宰点较为分散，屠宰量较小，收购新鲜软骨成本过大，因此软骨原料多以干品形式存放。此外，新疆气候干燥，干软骨的含水量低。传统工艺中干软骨的浸泡时间为24 h不适于新疆的生产。延长浸泡时间使产率明显提高，结果见表1。由表1可见，浸泡60 h为最佳时间，夏季应注意防腐。

2.2碱洗对产品产率、含量及质量的影响

常用的生产工艺中有3次过滤，如果滤液中有较多油脂成分，会影响过滤速度和过滤质量，甚至阻塞滤孔。因此，过滤须充分脱脂。新疆畜产品的脂肪含量及脂肪熔点均较其他地区高，用一般的高温脱脂方法不能有效地除去脂肪。由于软骨干制品在存放过程中油脂不断外溢，且用碱清洗不会分解出软骨内的CS。因此，在浸泡软骨前选择碱浓度、碱洗温度、碱洗时间3因素，分3个水平设计正交试验[5]，以产率和含量作为分析指标，见表2、表3。

正交试验结果表明，4号试验的产率最高；而7号试验产品的CS含率最高。再从单个因素的对产品产量及含量的影响分析看：2%的碱、25 ℃、处理15 min是脱脂最佳条件。

2.3复合酶组成比例对产品产率、含量及质量的影响

由于与CS连接的蛋白质种类较为复杂，使用单一的胰蛋白酶难以彻底去除。因此，同时加入碱性蛋白酶构成复合酶进行酶解，去除蛋白质的效果显著增强[6]。需去除蛋白质种类复杂，选择5种配比进行对比实验，结果表明，胰蛋白酶与碱性蛋白酶之比为1：1时，CS产率和含量都较高。见表4。

2.4双氧水浓度对产品质量的影响

最后环节是双氧水氧化过程，一般的生产工艺有一个浓度范围，操作中不易掌握。设计出双氧水浓度梯度进行对比实验，从而确定新生产工艺中的双氧水浓度。从CS产率和含量及产品色泽3方面综合考虑，双氧水浓度为2.5%时，效果最佳。实验结果见表5。

2.5盐类型差异对产品产率、含量及质量的影响

一般生产工艺中，需加入一定比例的盐以促进水解。由于新疆用的是矿质盐，按一般工艺比例加盐，产率和品质达不到生产要求。通过测试发现，本地区矿质盐的NaCl含量在82%～86%之间，而其他地区CS生产厂家使用的海盐NaCl含量高达90%以上。通过对照实验，为新的生产工艺加盐量找到了合适的比例，见表6。

注：设海盐用量为100%。

由表6可见，增加矿质盐的用量至海盐的120%时，CS的产率和含量较高。

3结论

（1）在北方寒冷地区生产CS，脱脂是关键。由于寒冷地区软骨原料中的脂肪含量及熔点都较高，仅用高温脱脂不能达到脱脂要求，应加入碱洗环节，使用新鲜软骨做原料时此法效果更加明显；（2）北方地区冬天冷、夏天热，空气干燥度大，软骨干品原料特别干燥，浸泡时间过短，会造成CS无法正常脱离而降低产率，浸泡时间过长则易霉变。用换水制止霉变，则会加大污水排量。加防腐剂则会影响产品的品质。浸泡时间一般以60 h为宜，夏季适当缩短至48 h，冬季则可延长到72 h；（3）在氧化环节中，将双氧水的浓度由原工艺的1.5%~2%上调至2.5%，可明显改善产品的品质和色泽；（4）结合原生产工艺，从猪干气管软骨中提取CS的最佳条件及纯化条件为：浸泡60 h，2%碱洗15 min，干软骨质量与加水量之比为1∶3。碱解的最佳工艺条件是碱液浓度为8%，盐浓度为11%。复合酶水解的最佳工艺条件是pH 8.8，水解8.0 h，胰蛋白酶∶碱性蛋白酶为1∶1。经重复实验，在此条件下CS产品产率可达到10.5%，纯度达到93%；与优化前的工艺（产率约6.7%；纯度75%）相比，产率、纯度均显著提高。

参考文献

[1]张小军，张虹. 硫酸软骨素的研究进展[J]. 中国医药工业杂志，2006，37（4）：285-288.

[2]王亚，陈彦，夏树开，等. 硫酸软骨素制备工艺的优化[J]. 中国生化药物杂志，2006，27（1）：12-14.

[3]华子义. 硫酸软骨素生产新工艺[J]. 上海大学学报（自然科学版），2001，7（4）：334-341.

[4]李瑞国. 硫酸软骨素不同生产工艺的考察[J]. 中国医药工业杂志，2003，34（5）：211-222.

[5]陈红丽，李玉，唐亮，等. 硫酸软骨素生产工艺的优化[J]. 河南化工，2006，23（3）：15-17.

[6]高华，刘坤，于兹东，等. 硫酸软骨素生产新工艺研究[J]. 青岛大学学报（工程技术版），2003，18（4）：55-57.