CN112646055A - 一种低分子量透明质酸的制备方法 - Google Patents
一种低分子量透明质酸的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于透明质酸技术领域，具体涉及一种低分子量透明质酸的制备方法。本发明首先将高分子量透明质酸进行预处理降解，然后经中性盐分级沉淀去除蛋白质和小分子杂质，然后经超滤纳滤过滤分离得到目标分子量的透明质酸。中性盐分级沉淀可以去除透明质酸中的蛋白质和小分子在杂质，得到纯度较高的透明质酸，并减少膜分离过程中的污染问题；膜过滤可以通过控制膜的孔径将透明质酸按照不同分子量分离，以得到特定分子量的透明质酸；该方法简单高效，无杂质残留，制得的透明质酸具有高度的皮肤亲和性和渗透性，能促进毛细血管合成、促进创伤愈合、促进胶原蛋白合成。
Description
技术领域
本发明属于透明质酸技术领域，具体涉及一种低分子量透明质酸的制备方法。
背景技术
透明质酸(Hyaluronic acid，HA)又称玻尿酸，是人体中重要的成分。透明质 酸是一种由N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)和D-葡萄糖醛酸(GlcA)二糖重复单位通 过β-(1→4)糖苷键和β-(1→3)糖苷键构成的无分支结构的高分子酸性黏多糖，广 泛分布于动物组织细胞间质和某些细菌的荚膜中。随着国内外对HA的分布、化 学结构及理化性质等方面研究的不断深入，发现HA有多种生物功能，如参与肺 和血管疾病及胚胎形成的信号传导、伤口愈合、皮肤的补水保湿等，使其在食品、 医药及化妆品等领域有广泛而独特的应用价值。研究也发现，HA发挥生理作用 与其分子量的大小密切相关，分子量越小生物活性越高。当HA分子量在1000Da 左右时，可以促进血管生成，促进伤口愈合、抗肿瘤；当分子量低于1000Da时， 再皮肤上表现出极好的皮肤亲和性、快速的渗透性，可以可以改善皮肤营养代谢， 使皮肤柔嫩、光滑、去皱、增加弹性、防止衰老等。
目前公开的低分子量透明质酸的制备方法主要有酶解法、物理法和化学法。 其中；酶解法反应条件温和，容易控制、产物均一，产品质量好，但需要后续步 骤灭酶及除酶，且没有工业化的透明质酸酶，实验室用酶成本极高；物理法降解 力度有限，难以得到纳米小分子量透明质酸；化学法分为酸水解、碱水解、氧化 降解法，化学降解法降解产物的相对分子质量可以通过改变酸碱或氧化剂的加入 量和反应时间来控制，降解成本较低，易于大规模生产，但氧化降解可能会有氧 化剂残留。
膜分离过程作为一种新型的分离方法，具有操作条件温和、分离过程无相、 无化学变化、可多次使用、绿色环保、低能高效和无二次污染等优点，现己广泛 应用于天然多糖和低聚糖的分离提纯，并初步实现集成化、规模化生产。现有利 用PVDF膜将透明质酸钠进行分子量分级和从透明质酸发酵液中提取透明质酸 钠的研究，但PVDF膜在分离提纯过程中污染严重，严重降低了膜的分离效率 和重复使用次数，且膜清洗困难，使用寿命大大缩短。因此，针对现有分离提纯 工艺，开发一种新的低分子量透明质酸的制备方法，对实现规模化、突破现有生 产工艺的瓶颈具有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低分子量透明质酸的制备 方法，该方法工艺简单、成本低、能够多次重复利用，且能高效率、规模化生产 低分子量透明质酸。利用该方法制备得到的透明质酸分子量可控、无杂质残留， 既可以得到分子量5～200KDa的透明质酸，又可以得到分子量低于5KDa的透明 质酸寡糖单体，可以应用于食品、医药及化妆品等领域。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案包括下述项[1]～[4]。
[1]一种低分子量透明质酸的制备方法，包括以下步骤：
1)预处理：将分子量为50～1000KDa的高分子量透明质酸溶于15～30倍重 量份的水中，用稀酸或稀碱溶液调节溶液pH至2.8～9.3，在室温下充分搅拌溶胀， 缓慢升温至80～100℃，恒温水解2～4h；然后将经浸提抽滤，滤渣重复上述浸提 操作，合并两次滤液备用；
2)中性盐两级沉淀：将预处理得到的溶液加热到30～40℃，然后加入中性盐 固体或溶液，搅拌完全溶解后超滤；向滤液中再次加入中性盐固体或溶液搅拌至 完全溶解后静置沉淀，然后进行过滤、超滤、干燥，再然后将沉淀物加入4～6倍 的纯化水复溶，然后再进行过滤分离。
3)过滤分离：将溶液用0.03μm的微滤膜在0.3MPa透膜压力下进行超滤预处 理；超滤截留物经真空冷冻干燥得到分子量为5～200KDa高分子量的透明质酸； 渗出液再经截留分子质量为5KDa的纳滤膜进行纳滤浓缩，最终所得浓缩液经真 空冷冻干燥得分子量低于5KDa的透明质酸，所述分子量低于5KDa的透明质酸 的结构通式如下式(1)所示：
式中：n＝0～12，X为H、K或Na。
本发明通过膜分离技术，高效快速的分离特定分子量的透明质酸，该方法操 作简单、且能够多次重复利用，制备得到特定分子量的透明质酸可用于食品、医 药及化妆品领域。
进一步地，步骤1)中稀酸为柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种，所述稀酸溶 液的浓度为0.05～1mol/L。
进一步地，步骤1)中稀碱溶液为甲醇钠溶液、乙醇钾溶液、叔丁醇钾溶液中 的至少一种，所述稀碱溶液的浓度为0.05～2mol/L。
进一步地，步骤2)中的中性盐为硫酸钠、硫酸镁、磷酸钠中的一种。
进一步地，步骤2)中的中性盐可以固体或溶液形式添加，且
第一次添加量为溶液重量的20～30％，
第二次添加量为溶液重量的40～45％。先后不同量的且少量的添加中性盐进 行分级沉淀，不仅可以使溶液中的部分杂质如蛋白、核酸等沉淀析出，使制备得 到的透明质酸成品的蛋白残留大大降低，而且还可有效改善膜污染问题，使得膜 分离效率大大提高、重复使用次数多、使用寿命增长。
进一步地，步骤3)过滤分离中的膜为中空纤维膜或平板膜。
进一步地，步骤3)过滤分离中的膜的材料为聚乙烯醇、磺化聚砜、聚酰胺中 的一种。本申请选用的微滤、超滤、纳滤膜材料均为亲水性材料，具有很好的抗 污染能力，在膜分离过程中能有效减少蛋白质吸附造成的膜分离效率降低、使用 寿命缩短的问题；此外，膜材料均耐受化学试剂、耐高温，可重复使用。
发明人意外的发现，将预处理的透明质酸溶液经两次中性盐沉淀不仅可以使 溶液中的部分杂质如蛋白、核酸等沉淀析出，使制备得到的透明质酸成品的蛋白 残留大大降低；此外，膜分离过程中，膜表面蛋白质吸附会严重影响膜分离效率 及使用寿命、且造成膜清洗难度增加，经两次中性盐沉淀除去蛋白质可有效改善 膜污染问题，使得膜分离效率大大提高、重复使用次数多、使用寿命增长。
本发明中，首先将高分子量透明质酸进行预处理降解，然后经中性盐分级沉 淀去除蛋白质和小分子杂质，然后经超滤纳滤过滤分离得到目标分子量的透明质 酸，通过控制降解条件、以及纳滤膜超滤膜的孔径可以得到特定分子量的透明质 酸；中性盐分级沉淀可以去除透明质酸中的蛋白质和小分子在杂质，得到纯度较 高的透明质酸，并减少膜分离过程中的污染问题；膜过滤可以通过控制膜的孔径 将透明质酸按照不同分子量分离，以得到特定分子量的透明质酸；该方法简单高 效，无杂质残留，制得的透明质酸具有高度的皮肤亲和性和渗透性，能促进毛细 血管合成、促进创伤愈合、促进胶原蛋白合成。
[2]低分子量透明质酸，所述低分子量透明质酸以项[1]所述方法制备得到。
[3]项[1]～[2]任一项所述低分子量透明质酸在食品、医药及化妆品领域中的 应用。
[4]一种组合物，所述组合物以项[1]～[2]任一项所述低分子量透明质酸作为 主要活性成分，与药学或食品学上可接受的载体或辅料制成。
本发明的组合物可用于化妆品领域，例如补水保湿、抗衰老、抗皱纹的化妆 品及洗发护发剂等；用于医药领域，可作为优良的药物载体，能够达到药物增稠、 药物缓释、促进药物渗透能力及靶向性的目的；用于食品领域，主要为使皮肤的 保水性能增加、富有弹性、皱纹减少的口服保健品。
本发明由于首先经过预处理降解，然后经中性盐分级沉淀、膜过滤分离得到 特定分子量的透明质酸，因而具有如下有益效果：
1)本发明所述低分子量透明质酸，依托现有技术和现有设备，不必另设生产 线，极大的简化了工艺操作，提高了透明质酸制备的效率；
2)所述低分子透明质酸具有高度的皮肤亲和性和渗透性，能促进毛细血管合 成、促进创伤愈合、促进胶原蛋白合成，可用于食品、医药及化妆品等领域；
3)利用中性盐的两级沉淀，有效解决了蛋白质和小分子杂质残留的问题，得 到的透明质酸纯度大大提高，而且有效改善了膜污染问题，使得膜分离效率大大 提高、重复使用次数多、使用寿命增长；
4)利用微滤膜、纳滤膜对透明质酸进行过滤纯化，不仅可以通过控制膜的孔 径制得不同分子量的透明质酸，还可以得到聚合物低的透明质酸寡糖单体，透明 质酸的分子量可控，无杂质残留；
5)本发明提供的低分子透明质酸具有制备工艺简单、成本低、收率高、无害、 无污染、可大规模产业化的特点；
本发明采用了上述技术方案弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附 图的说明如下：
图1为本发明实施例1得到的低分子量透明质酸的红外光谱图示意图；
图2为膜污染情况示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语，具有本发明所属领域的普通 技术人员通常所理解的相同的含义。本文中所描述的材料、方法和实例仅是说明 性的，并不是用来作为限制。所有出版物、专利申请案、专利案、临时申请案、 数据库条目及本文中提及的其它参考文献等，其整体被并入本文中作为参考。若 有冲突，以本说明书包括定义为准。
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
实施例1：一种低分子量透明质酸
本实施例提供了一种低分子量透明质酸的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)预处理：将50g分子量为1000kDa的高分子量透明质酸溶于30倍重量份 的水中，用0.1mol/L甲醇钠溶液调节溶液pH至8.5，在室温下充分搅拌溶胀， 缓慢升温至90℃，恒温水解4h，然后将经浸提抽滤，滤渣重复上述浸提操作， 合并两次滤液备用；
2)中性盐分级沉淀：将步骤1)得到的溶液加热至40℃，加入溶液重量的25％ 的硫酸镁固体，搅拌完全溶解后用0.1μm的磺化聚砜超滤膜进行超滤，接着向滤 液中再次加入溶液重量的43％的硫酸镁固体，搅拌至完全溶解后静置沉淀，然后 进行过滤、超滤、干燥，再然后将干燥后的沉淀物加入6倍的纯化水复溶；
3)过滤纯化：将将步骤2)得到的溶液用0.03μm的磺化聚砜微滤膜在0.3MPa 透膜压力下进行超滤预处理；超滤截留物经真空冷冻干燥得到高分子量的透明质 酸；渗出液再经截留分子质量为5KDa的磺化聚砜纳滤膜进行纳滤浓缩，最终所 得浓缩液经真空冷冻干燥得目标分子量的透明质酸。
不作限制地，本实施例所述甲醇钠溶液可改用乙醇钾溶液或叔丁醇钾；磺化 聚砜膜可改用聚乙烯醇或聚酰胺膜。
实施例2：另一种低分子量透明质酸
实施例2提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例2中，步骤1)预处理中，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液 调节溶液pH至8.5。
实施例3：另一种低分子量透明质酸
实施例3提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例3中，步骤1)预处理中，利用0.1mol/L的柠檬酸调节 溶液pH调节至4。
实施例4：另一种低分子量透明质酸
实施例4提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例4中，步骤1)预处理中，溶液pH调节至7。
实施例5：另一种低分子量透明质酸
实施例5提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例5中，步骤1)预处理中，降解时间1.5h。
实施例6：另一种低分子量透明质酸
实施例6提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例6中，步骤1)预处理中，降解时间5h。
实施例7：另一种低分子量透明质酸
实施例7提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例7中，步骤2)中性盐分级纯化过程中，硫酸镁第一次添 加量为溶液重量的15％，第二次添加量为35％。
实施例8：另一种低分子量透明质酸
实施例8提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例8中，步骤2)中性盐分级纯化过程为：将步骤1)得到 的溶液加热至40℃，加入溶液重量的25％的硫酸镁固体，搅拌完全溶解后用 0.1μm的磺化聚砜超滤膜进行超滤，然后将沉淀物干燥，干燥后的沉淀物加入6 倍的纯化水复溶。
实施例9：另一种低分子量透明质酸
实施例9提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例9中，步骤2)中性盐分级纯化过程中，中性盐为硫酸钠。
实施例10：另一种低分子量透明质酸
实施例10提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例10中，步骤2)中性盐分级纯化过程中，中性盐为磷酸 钠。
实施例11：另一种低分子量透明质酸
实施例11提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例11中，制备步骤为碱降解和过滤纯化，无中性盐分级 沉淀。
实施例12：另一种低分子量透明质酸
实施例12提供另一种低分子量透明质酸，其制备方法与实施例1基本相同， 其不同之处在于，实施例11中，过滤纯化过程所用膜材料为聚四氟乙烯膜。
实验例1：透明质酸降解情况检测
对实施例1～12经过降解后的产品的分子量及降解重量比进行测定。
从表1可以看出，本发明利用酸性或碱性条件降解高分子量透明质酸，降解 重量比例较高，其中碱性条件更有利于透明质酸的降解；从实施例1和2可以看 出，有机碱对透明质酸进行降解的更彻底，低分子量透明质酸和比重更高；从实 施例1、3、4可以看出，溶液pH对透明质酸的降解有很大影响，pH越高可以 降解成更小分子量的透明质酸；从实施例5～7可以看出，降解时间对降解的分子 量和降解重量比均有很大影响，其中降解时间越长越容易得到更小分子量的透明 质酸，降解率越高。
实验例2：产品透明质酸含量、回收率、杂质残留测定
对实施例1～12经中性盐分级沉淀后的产品中透明质酸含量、回收率、蛋白 质残留和小分子杂质残留进行测定；
透明质酸寡糖单体或低分子透明质酸与普通透明质酸均为N-乙酰氨基葡萄 糖和D-葡萄糖醛酸双糖重复单位构成，因此他们的含量等于双糖的含量，可以 用HPLC法测定双糖含量；
高效液相色谱法：首先称取一定量的标准对照品(Hyaluronic aciddisaccharideΔDiHA sodium salt,H9649,Sigam)加入到50mL容量瓶中，加超纯水 稀释至刻度，然后加超纯水稀释得到一定浓度梯度的标准对照溶液；采用糖分子 柱进行高效液相色谱测定，流动相为0.4mol/L的NaH2PO4溶液；流速为0.6ml/min， 柱温为35℃，检测波长232nm，进样量为20μL，绘制标准曲线；称取300mg的 实施例1～12中性盐分级沉淀后的产品，加入72％的硫酸3.5mL溶解，加入100mL 蒸馏水，100℃水浴加热2.5h，冷却至室温，加入碳酸钡，充分反应至溶液pH 为7左右，3000r/min离心，沉淀物用蒸馏水洗涤三次，将上清液和洗涤液混合 在一起，45℃真空旋转浓缩后，定容至10mL，进样10μL进行HPCL测定；按 照外标法以峰面积计算，按照下列公式(2)计算低分子量透明质酸含量：
Ax：待测样品的透明质酸双糖你峰面积；
AR：标准对照品的透明质酸双糖你峰面积；
WX：待测样品称样量，mg；
CR：标准对照品溶液浓度，mg/mL；
h(％)：待测样品干燥失重。
表2产品中透明质酸含量、回收率、蛋白质残留和小分子杂质残留测定结果
从表2可以看出，本发明制备得到的透明质酸的回收率较高、无残留蛋白质 和小分子杂质。还可以看出，不管是中性盐的种类还是添加量对蛋白质和小分子 杂质的去除以及透明质酸的回收都有很大的影响；与无机盐降解相比，有机碱降 解的透明质酸含量更高，且透明质酸的回收率更高；其中，中性盐添加量越高蛋 白质去除越彻底，中性盐的对蛋白质的去除率排序：硫酸镁>磷酸钠>硫酸钠； 对比实施例11可以看出，未经过中性盐分级沉淀的透明质酸中含有蛋白质和小 分子杂质，本发明制备的透明质酸纯度较高。
实验例3：膜污染测定
首先测定膜的纯水通量，然后对实施例1～12经过滤分离后的纳滤膜用超声 仪器清洗30min，然后用去离子水冲洗，测试清洗过的膜的水通量，膜的通量恢 复率FRR按下列公式(3)计算：
FRR＝(JW2/JW1)×100％ (3)
式中：Jw2为经清洗后的膜的纯水通量，Jw1为洁净膜的纯水通量，测试结果如 图2所示。
通过对比实施例1～12经过滤分离后的膜的污染情况，可以明显看出膜均有 不同程度的污染；对比实施例1～10与11可以看出，经中性盐两级沉淀后膜的纯 通量恢复率较高，这说明中性盐两级沉淀可有效去除蛋白质等杂质，可有效缓解 膜污染问题，延长膜的使用寿命；对比实施例12可以看出，本发明利用的膜的 抗污染能力要比高，重复利用率高；还可以看出，膜经去离子水清洗后，膜通量 恢复率较大，高达95.7％。因此，本发明利用膜分离技术制备低分子量透明质酸 的方法弥补了现有技术的不足，具有很大的现实意义。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再 详细赘述。虽然上述具体实施方式已经显示、描述并指出应用于各种实施方案的 新颖特征，但应理解，在不脱离本公开内容的精神的前提下，可对所说明的装置 或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。另外，上述各种特征和方法可 彼此独立地使用，或可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落在本 公开内容的范围内。上述许多实施方案包括类似的组分，并且因此，这些类似的 组分在不同的实施方案中可互换。虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中 公开了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可超出具体公开的实施方案延 伸至其它的替代实施方案和/或应用以及其明显的修改和等同物。因此，本发明 不旨在受本文优选实施方案的具体公开内容限制。
Claims (10)
1.一种低分子量透明质酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)预处理：将分子量为50～1000KDa的高分子量透明质酸溶于15～30倍重量份的水中，用稀酸或稀碱溶液调节溶液pH至2.8～9.3，在室温下充分搅拌溶胀，缓慢升温至80～100℃，恒温水解2～4h；然后将经浸提抽滤，滤渣重复上述浸提操作，合并两次滤液备用；
2)中性盐两级沉淀：将预处理得到的溶液加热到30～40℃，然后加入中性盐固体或溶液，搅拌完全溶解后超滤；向滤液中再次加入中性盐固体或溶液搅拌至完全溶解后静置沉淀，然后进行过滤、超滤、干燥，再然后将沉淀物加入4～6倍的纯化水复溶，然后再进行过滤分离；
3)过滤分离：将溶液用0.03μm的微滤膜在0.3MPa透膜压力下进行超滤预处理；超滤截留物经真空冷冻干燥得到分子量为5～200KDa高分子量的透明质酸；渗出液再经截留分子质量为5KDa的纳滤膜进行纳滤浓缩，最终所得浓缩液经真空冷冻干燥得分子量低于5KDa的透明质酸。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述经真空冷冻干燥得得到的分子量低于5KDa的透明质酸的结构通式如下式所示：
式中：n＝0～12，X为H、K或Na。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1)中稀酸溶液为柠檬酸、马来酸、酒石酸中的一种，所述稀酸溶液的浓度为0.05～1mol/L。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1)中稀碱溶液为甲醇钠溶液、乙醇钾溶液、叔丁醇钾溶液中的至少一种，所述稀碱溶液的浓度为0.01～2mol/L。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述中性盐分级沉淀过程中，中性盐为硫酸钠、硫酸镁、磷酸钠中的一种。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述中性盐分级沉淀过程中，中性盐第一次添加量为溶液重量的20～30％，第二次添加量为体系重量的40～45％。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，纳滤膜和超滤膜为中空纤维膜或平板膜，膜的材料为聚乙烯醇、磺化聚砜、聚酰胺。
8.一种低分子量透明质酸，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述方法制备得到。
9.根据权利要求1～8任一项所述低分子量透明质酸在食品、医药及化妆品领域，其特征在于，包括利用权利要求1～8任一项所述方法制备得到的低分子量透明质酸作为主要活性成分用于食品、医药及化妆品领域。
10.一种组合物，其特征在于，由所述低分子量透明质酸与其药学上或食品学上可接受的载体组成，用于食品、医药及化妆品领域。
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