黄原胶（Xanthan gum)是由甘蓝黑腐病黄单胞菌（Xan- thomonas campestris)分泌的—种细胞外杂多糖，相对分子质 量（Mr)为2x106 ~2x107。黄原胶的基本结构是由重复 的五糖单元组成，其主链为葡萄糖以/3~1,4-磨苷键连接 而成的类纤维素结构，黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,侧链由a-甘露糖葡糖醛酸和/3-甘 露糖组成的三糖单位构成，靠近主链的甘露糖残基常被乙 酰化，侧链末端的部分甘露糖残基上连有丙酮酰基，乙酰基 和丙酮酰基的取代程度取决于菌株及其生长条件。黄原胶 的三糖侧链与主链紧密连接，侧链通过氢键反向缠绕主链 形成的双螺旋或三螺旋结构[1-]。

黄原胶的结构使其具有独特的理化特性。（1)高稳定 性:黄原胶的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[3]。（2) 流变性:黄原胶溶液是假塑性流体，具有显著的黏弹性，其 黏度随剪切速率的增加而急剧下降。在低剪切率时，黄原 胶溶液具有高黏度，主要呈现黏性特征，在高剪切速率时， 溶液由黏性体向弹性体转变，具有缓冲应力的作用。（3) 增稠性：由于黄原胶的三级结构为网状结构，限制了水的流 动,而具有良好的增稠性，特别是在低浓度下具有高黏度。 黄原胶与其它增稠剂具有协同效应，可与大多数合成或天 然的增稠剂配伍，如与槐豆胶、瓜尔胶、卡拉胶及魔芋胶等 都能互溶，混合胶黏度显著提高[4]。（4)悬浮性和乳化性： 由于黄原胶兼具亲水和亲油基,在水中溶解后，可形成较稳 定的油水动态平衡体系，因而具有良好的悬浮性和乳化性， 可在药物制剂和食品饮料中作为稳定剂和乳化剂[5]。（5) 安全性:黄原胶是一种安全的多糖。短期喂养实验表明，黄 原胶对大鼠和狗无急性毒性、无抑制生长作用，对眼和皮肤 无任何刺激性。长期喂养实验毒性研究表明，黄原胶对动 物生长速率、存活率和血液系统无明显影响。黄原胶的摄 入水平达10 ~ 13 g/d时，对人体无不良作用。黄原胶于 1975年开始被美国药典-处方集（USP^NF)收入至现行版 (2012) [6] ,2010年作为药用辅料被中国药典收载7]。

黄原胶的优良特性，使其广泛用于食品、药品、化妆品、 石油、纺织和造纸等多个领域。

1黄原胶的发酵及纯化

1. 1 黄原胶的微生物发酵

工业生产黄原胶主要是以甘蓝黑腐病黄单胞菌进行有 氣发酵，最常用的生物反应器是通气搅拌罐，常用的培养基 包括以葡萄糖、蔗糖和淀粉为主的碳源；以蛋白胨、豆饼粉、 鱼粉为主的氮源以及无机盐、微量元素、谷氨酸等促进剂。 发酵温度为一般为25~35尤，通气量20~50 L/min,pH- 般为7左右，发酵时间为50 ~90 h [3-]。

黄原胶的高稳定性、高黏度、黏弹性等独特性质与其 Mr密切相关,Mr越大，黄原胶溶液的黏度越高，黏弹性越 好。其Mr受菌种，培养基组成和发酵条件的影响。在发酵 过程中随着发酵液黏度的增加，发酵液与空气不能有效混 匀，氣传质系数不断降低，导致溶氣限制的出现，从而影响黄原胶的产量和Mr。通过改变发酵条件如加大搅拌转速， 向发酵罐中通富氣空气以及采用新型的生物反应器等方 式，能够有效改善溶氣条件,提高黄原胶的Mr 8。

通过诱变和筛选菌种，优化培养基组成以及改变发酵 条件等方式对黄原胶的发酵继续进行深入研究，以期获得 高Mr,高质量的黄原胶将是今后黄原胶发酵的发展方向。

1.2黄原胶的纯化

市售的黄原胶主要有工业级、食品级及药用辅料级等， 不同级别的黄原胶质量标准不同，分离纯化的方法也不同。 工业级黄原胶由发酵液醇沉即可实现；食品级和药用辅料 级黄原胶在醇沉粗品的基础上,还需经预处理、固液分离和 反复醇沉等工艺实现9。目前，市场上黄原胶的最高纯度 等级为药用辅料级，因其质量标准要求不同，不适合用于注 射剂原料药。

韩冠英等M研究了适合工业化生产的注射用黄原胶 原料药制备方法,确定了最佳制备工艺，首次将黄原胶纯化 至注射级。主要步骤包括黄原胶粗品制备、粗品溶解、硅藻 土吸附、除菌过滤、酶解、活性炭吸附、除碳过滤、微孔滤膜 精滤、醇沉、干燥得精制品。对注射用黄原胶原料药进行了 质量控制。其各项考察指标均已达到或者优于已有的黄原 胶质量标准及与黄原胶性质、用途相似的注射用玻璃酸钠 原料药质量标准[1142]。

2黄原胶降解酶的研究

黄原胶具有很高的稳定性,仅能被少数微生物酶完全降 解[13]。由于黄原胶主链与纤维素结构相同，因此纤维素酶 是否可以降解黄原胶是首先考虑的问题。纤维素酶可部分 降解在不含盐水溶液中的黄原胶主链，但这种降解是随机 的，仅对处于不规则构象的黄原胶有作用，对在〇. 1 mol/L氯 化钠溶液中处于规则螺旋构象的黄原胶则没有降解作用[3]。 2. 1 水解酶类

曾将能够降解黄原胶的酶称为黄原胶酶 (Xanthanase),早期报道的一些黄原胶酶属于水解酶 (Hydrolase)类，是能够降解黄原胶主链的一类特殊的内切 葡聚糖酶(/3~D~glucanase)。黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,不同来源的葡聚糖酶 具有不同的酶学性质，底物特异性以及降解产物等。

Nankai等「14从单一菌株Bacillus sp. GL1中分离到一 种能够降解黄原胶的/34^葡聚糖酶，而之前获得的酶均来 源于混合培养的黄原胶降解菌。该酶是Mr为3.55 X105 的同源二聚体，每个亚基Mr为1. 73 x 105,最适pH 6. 0,最 适温度45尤。李宪臻等[15]也从一株黄原胶降解菌（Mi¬crobacterium sp. XT11) 中分离到了 一种能够降解黄原胶主 链的葡聚糖酶。

2.2 裂解酶类

1987年,Sutherland [16从多种来源，包括芽孢杆菌（Ba¬cillus species) 、 棒状杆菌 （Corynebacterium species) 和 混合菌 群（Mixed culture X23)中首次分离到了一种新的，作用于黄

原胶侧链末端/3-甘露糖苷键的裂解酶，将其命名为黄原胶 裂解酶（Xanthan lyase)。黄原胶侧链上的甘露糖是否丙酮 酰化,这种裂解酶均可发挥作用。

1989年,Cadmus等[17]获得了一种耐盐耐高温的黄原 胶酶，在盐溶液中，该酶在65 T：仍可发挥作用。对酶解产 物的分析发现黄原胶的酶解产物包括丙酮酰基甘露糖和主 链断裂后产生的含分支的寡糖，该寡糖产物带有A4,5-不 饱和糖醛酸残基。据此,Cadmus认为该黄原胶酶具有两种 活性，一种是催化黄原胶侧链末端丙酮酰基甘露糖解离的 裂解酶活性，另一种是降解主链的水解酶活性。此后，人们 陆续从不同种类的微生物中分离到了黄原胶裂解酶[18〜], 该酶的共同特点是对黄原胶有高度的特异性，能够断裂黄 原胶侧链末端丙酮酰基甘露糖和葡糖醛酸残基之间的糖苷 键，而不降解葡聚糖主链。

至此，可以证明黄原胶裂解酶与降解主链的/3-)-葡聚 糖酶是两种性质不同的酶。 黄原胶降解酶是对催化降解黄 原胶使其产生低分子化合物的一系列酶的总称，应至少包 括降解主链的/3-)-葡聚糖酶和黄原胶裂解酶。

3黄原胶在医药领域的应用研究

3. 1 黄原胶在制剂方面的应用

在医药领域中，黄原胶主要用作药用辅料，在液体和半 固体制剂中作为增稠剂、助悬剂、乳化剂和稳定剂。黄原胶 的高黏性使外用制剂更易涂布，且水分挥发后药物不易从 皮肤上脱落，黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,提高了药物的生物利用度和用药舒适感[10。 在滴眼剂中，黄原胶用作滴眼液助剂可延长药物与用药部 位接触时间，黄原胶和玻璃酸钠混合制备的滴眼液可保护 角膜上皮细胞并加速细胞再生[22]。在固体制剂中，黄原胶 主要起到黏合、崩解、缓释和控释作用[2375]。

黄原胶的高黏弹性和非牛顿流变学特性使其能够作为 眼科手术用黏弹剂，可被广泛应用于人工晶状体植入、穿透 性角膜移植术以及眼外伤等手术[26]。

3.2黄原胶在治疗骨关节炎中的应用

骨关节炎（Osteoarthritis, OA)又称老年性关节炎、退行 性关节炎等，是以关节软骨破坏和骨质增生为特点的最常 见的骨关节疾病[27]。目前治疗OA的药物主要包括非甾体 抗炎药、糖皮质激素类药物、中药、硫酸软骨素、氨基葡糖和 玻璃酸钠等[28。

经过多年基础和临床研究证明，关节腔内注射玻璃酸 钠可帮助恢复OA患者滑囊液的黏弹性，起到润滑和缓冲 垫的作用，还具有抗炎和修复软骨等作用[12]。虽然玻璃酸 钠对OA疗效显著，但玻璃酸钠易被体内的酶和自由基降 解，作用时间较短,反复的关节腔注射易造成关节感染。因 此寻找黏弹性高、稳定性更好的药物用于关节腔注射对于 OA的治疗具有意义。黄原胶与玻璃酸钠性质相近,而黄原 胶的稳定性更好，在体内不易被酶和自由基降解，此特点决 定了黄原胶有可能成为一种新的治疗0A的药物。

韩冠英等[10]以注射级黄原胶为原料，制备了黄原胶注 射液，确定了黄原胶注射液的配方及制备工艺，并建立起黄 原胶注射液质量控制的方法。评价了兔膝骨关节腔注射黄 原胶的安全性及黄原胶对兔软骨细胞的细胞毒性。结果表 明：在兔膝关节腔注射黄原胶（0.5% ~2%) 0. 1 mL/kg,每 周1次，连续5 w,动物全身及局部未见明显毒性作用。兔 软骨细胞在含10 ~2 000 pg/mL的黄原胶培养液中生长活 跃，该浓度范围的黄原胶培养液不会影响兔软骨细胞的正 常增殖,该浓度范围的黄原胶没有显著改变培养液中基质 金属蛋白酶1、3、13和基质金属蛋白酶组织抑制剂1的基 础值，黄原胶对体外培养的软骨细胞无明显细胞毒性 作用[29。

在此基础上,韩冠英等[1，°]评价了似1'5.1乂106~5.4 x106的黄原胶注射液（1% )对实验性OA的疗效和作用机 制。结果表明：经膝关节腔注射木瓜蛋白酶诱导兔OA模 型后，黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,关节腔注射黄原胶可保护软骨、抑制软骨细胞凋亡， 降低关节滑液中白介素1p、肿瘤坏死因子a、_氣化氮和前 列腺素E:的含量和关节软骨中基质金属蛋白酶1、的含 量，提高关节软骨中基质金属蛋白酶组织抑制剂和糖胺聚 糖的含量。且5 w给药2次与玻璃酸钠给药5次的疗效相 同。在白介素1p诱导体外培养的兔软骨细胞损伤模型中， 黄原胶（100~2 000 pg/mL)能保护软骨细胞，减轻白介素 1 P对软骨细胞的损伤，降低培养液中基质金属蛋白酶1、、 13的含量，提高细胞增殖存活率及培养液中基质金属蛋白 酶组织抑制剂1的含量，且黄原胶在100 ~ 1 000 pg/mL浓 度范围内的保护效果呈剂量依赖性[2]。

膝关节疼痛是OA最常见的症状，缓解疼痛、改善活动 度是OA的主要治疗目标之1。邵华荣等[30用碘乙酸钠诱 导大鼠OA模型,评价黄原胶对OA关节软骨的保护作用及 对疼痛的缓解作用，以大鼠后肢承重分布和机械缩足阈值 的改变作为大鼠OA疼痛行为学评价指标。结果表明：黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,关 节腔内注射黄原胶（1% )可保护关节软骨，减轻软骨的降 解，在49 d内黄原胶给药2次组对碘乙酸钠诱导OA疼痛 的缓解作用与玻璃酸钠给药5次组比没有显著差异，但强 于玻璃酸钠给药2次组。黄原胶给药2次组在研究周期内 并未出现疗效下降趋势，而玻璃酸钠给药2次组在研究周 期内出现了明显的疗效下降，表明黄原胶可明显缓解碘乙 酸钠所致的OA疼痛，作用时间长于玻璃酸钠，具有较长效 的疼痛缓解作用。

4展望

黄原胶本身具有的优良理化性能，使其在生物医药方 面的应用存在较大潜力，被国内、外所持续关注。黄原胶与 玻璃酸钠都属于多糖类物质，性质相近。玻璃酸钠经过多 年的开发，黄原胶的生产开发及其在医药领域的研究进展,已被广泛应用于眼科手术、骨科手术、OA、预防 术后粘连以及作为眼科和皮肤外用药物媒介。以往，由于 黄原胶的精制过程存在困难，没有得到高纯度高质量的产 品，并且缺乏其生物相容性、毒性等研究资料，使得黄原胶 在医药领域的应用受到限制。目前，随着注射用黄原胶原 料药的成功制备，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，黄原胶的应用价值及其用途正在 逐步扩大。根据黄原胶高Mr,高黏弹性和高稳定性的性 质,在其它领域中还可有应用。

今后，宜加大对高Mr,高质量黄原胶的生产、开发力 度;继续对黄原胶的免疫原性，生物相容性，治疗OA的机 制等进行深入研究;评价黄原胶对OA的长期疗效;研究黄 原胶在机体内的降解途径及其在关节腔注射的药动学；探 索黄原胶在术后防粘连，软组织修复以及组织工程等领域 的应用前景，进一步拓展黄原胶的应用范围。可以预见，黄 原胶在医药领域中必将获得更为广泛的应用。