Что вам нужно знать о гиалуроновой кислоте?

Гиалуроновая кислота, также известная как гиалуронан, представляет собой вязкое полисахаридное вещество, образованное в результате многократной чередования (1-3) - 2 - ацетамидо - 2 - деокси-гранат-д-глюкозы, связанное через грау - 1,4 и грау - 1,3 гликозидные связи с (1-4)-о-гранат-д-глюконовой кислотой [1]- да- да. Молекулярный вес варьируется от десятков тысяч до миллионов. Молярное соотношение n-ацетилглюкозамина к глюконовой кислоте в молекуле 1:1, и его структура показана на рис. 1 [2].

В 1937 году кенделл и др. [3]Извлеченная га гаИз брота ферментации штамма бактерий. С тех пор были проведены обширные и углубленные исследования распределения, физических и химических свойств, химической структуры, производственного процесса и применения в медицине, косметике и здоровой пище.

1 свойства и распределение гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислотаИмеет много общих свойств с другими вязкими полисахаридами: белый, аморфный твердый при комнатной температуре, без запаха и вкуса, высокогигроскопический, легко растворимый в воде и нерастворимый в органических растворителях. Однако гиалуроновая кислота обладает уникальными свойствами по сравнению с другими сахарами. Это объясняется тем, что гликосидические связи между глюкуроновой кислотой и n-ацетилглюкосамином на прямой цепной оси гиалуроновой кислоты, водородные связи и взаимодействие с водным раствором приводят к образованию гиалуроновой кислоты в жестком спиральном столбике радиусом 200 нм в пространстве. С одной стороны, внутренняя поверхность колонны сильно гидрофилична из-за большого числа гидроксильных групп; С другой стороны, непрерывная и направленная компоновка гидроксильных групп также создает высокогидрофобные зоны на цепочке молекул гиалуроновой кислоты. Именно гидрофилические и гидрофобные свойства молекулы ха позволяют непрерывной трехмерной ячеистой структуре сети образовываться даже при концентрациях га ниже 10-3. Молекулы воды закрепляются в спиральном столбе в рамках этой ячеистой сети полярными связями и водородными связями с молекулами гиалуроновой кислоты, и их нелегко потерять. Таким образом, гиалуроновая кислота может поглощать примерно в 1000 раз больше собственного веса в воде, как молекулярная губка, и признана на международном уровне лучшим увлажняющим средством [4].

В природе HA широко распространен в различных тканях высших животных. В настоящее время HA изолирован от пуповых шнуров, кожи, сыворотки человека, куриных комбов, синовиальной жидкости, хряща головного мозга, зрительного стекловидного юмора, куриных эмбрионов, человеческой мочи, а также артериальных и венозных стен. У млекопитающих наибольшее количество гиалуроновой кислоты обнаружено в стекловидном теле, синовиальной жидкости и пуповине [5], в то время как в организме млекопитающихКоличество гаВ гребне петуха такая же, как в синовиальной жидкости [6]. Ха связан с белками и сосуществует с другими мукополисахаридами. Он существует в растворенной форме в стекловидном теле и синовиальной жидкости, а также в виде геля в расческе петуха и пуповины. Гиалуроновая кислота встречается не только в тканях высших животных, но и в некоторых бактериях. Обнаружены бактерии с высоким содержанием га, в основном псевдодомы aeruginosa, Clostridium perfringens и Streptococcus hemolyticus типов A, B и C [7].

2. Применение гиалуроновой кислоты

2.1 гиалуроновая кислота в косметике

Гиалуроновая кислотаИмеет хороший увлажняющий эффект и является естественным увлажняющим ингредиентом добавки в высококачественной косметике. Поскольку это естественный фактор, широко присутющийся в тканях кожи человека и имеющий хорошую совместимость, он может быть добавлен почти к любой косметике красоты, от оригинальных кремов, лосьонов и лосьонов до современных солей для ванн, порошков, помады и т.д. [8]. Ее превосходные показатели привлекли широкое внимание международной косметической промышленности. Когда косметика, содержащая HA, наносится на поверхность кожи, гиалуроновая кислота может образовать вискоэластичную гидратированную пленку на поверхности кожи, которая может сглаживать и увлажнять роговицу страты кожи, а также блокировать вторжение посторонних бактерий, пыли и ультрафиолетовых лучей, защищая кожу от повреждений. В то же время гиалуроновая кислота может проникать в эпидермис кожи, незначительно расширять капилляры, увеличивать кровообращение, улучшать промежуточный обмен веществ, способствовать усвоению питательных веществ кожи и сливам отходов. Кроме того, гиалуроновая кислота оказывает сильное влияние на уменьшение морщин, повышает эластичность кожи и задерживает старение кожи. Это двойной эффект гиалуроновой кислоты на увлажнение кожи и питание.

2.2 гиалуроновая кислота в медицине

Гиалуроновая кислота и ее солиЯвляются ли основные компоненты соединительной ткани, такие как человеческое тело и#39; межклеточная матрица, стекловидное тело глаза, суставной хрящ и сиговиальная жидкость суставов [9]. Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам и физиологическим функциям гиалуроновая кислота широко используется в медицине. При лечении заболеваний суставов, дополняя организм экзогенной гиалуроновой кислотой, можно восстановить смазку синовиальной жидкости, создав время для восстановления пораженного сустава, содействия его ремонту и функциональному совершенствованию; В офтальмологической хирургии он может эффективно поддерживать переднюю камеру после введения в переднюю камеру и может образовывать защитную пленку на поверхности других тканей глаза и поверхности хирургического оборудования для предотвращения механических повреждений оборудования; В хирургических операциях гиалуроновая кислота может использоваться для предотвращения послеоперационного адгезии и содействия заживлению кожных ран; В качестве среды HA также широко используется в глазных каплях [10]. Кроме того, гиалуроновая кислота может сочетаться с другими препаратами для достижения целевого и своевременного высвобождения с использованием целевого эффекта рецепторов HA. Поэтому с постепенным развитием медицинской технологии применение гиалуроновой кислоты в медицинской сфере будет становиться все более и более широким.

2.3 применение гиалуроновой кислоты в пищевой промышленности

В общем объемеГиалуроновая кислота в организме человекаОколо 18 г, и он играет жизненно важную роль в физиологической деятельности человеческого тела. Если содержание гиалуроновой кислоты в суставах, кровеносных сосудах, сердце, глазах, мозге и других тканях и органах уменьшается, это может привести к таким заболеваниям, как артрит, атеросклероз, нарушения пульса и атрофия мозга. Оральное потребление гиалуроновой кислоты может дополнить организм и#39;s отсутствие га и предотвратить старение тканей и клеток, вызванное отсутствием гиалуроновой кислоты в организме. В частности, она оказывает значительное воздействие на поддержание здоровья пожилых людей. Гиалуроновая кислота может задерживать старение через пищеварение и всасывание, оставляя кожу увлажненной, гладкой, мягкой и эластичной [11]; В то же время, оральная гиалуроновая кислота может также сделать людей полными энергии и молодости жизненной силы. В настоящее время все больше внимания уделяется и принимается все большим числом людей пероральной гиалуроновой кислотной пище для красоты и здоровья.

3 подготовка гиалуроновой кислоты

Есть два основных метода дляГотовит гиалуроновую кислотуПервое — извлечь его из тканей животных, а второе — получить через микробную ферментацию [12].

3.1 метод экстракции тканей

HA широко встречается в интерстициальной матрице различных тканей животных, таких как кожа, совместная синовиальная жидкость, хрящи, стекловидный организм, петух гребень, куриный эмбрион и т.д. Среди них, пуповина человека, петух гребень, совместная синовиальная жидкость и глаза vitreous тела имеютСамая высокая гиалуроновая кислота- о содержании. Общий метод извлечения га из тканей состоит в следующем: ткани животных сначала однородны, затем растворены в воде и растворе разбавленной соли. Раствор осаждается гексадилпиридиниевым хлоридом, в результате чего осадок растворяется в растворе хлорида натрия. Затем сырая продукция ускоряется с помощью троекратного этанола и многократно очищается с использованием гексадилпиридиниевого хлорида и этанола или с помощью хроматографии геля и ионов. Гиалуроновая кислота, получаемая от человека и животных, имеет более высокую вязкость и лучшие увлажняющие свойства, а ее относительный молекулярный вес, как правило, превышает 600 000. В настоящее время большая часть гиалуроновой кислоты, используемой в высококлассной косметике и медицинской офтальмологии, по-прежнему получается с помощью этого метода. Однако традиционный метод добычи является дорогостоящим, источник ограничен, а очистка является сложной, что затрудняет удовлетворение постоянно растущего спроса [13].

3.2 метод ферментации

С 1970 - х годов некоторые люди употреблялиМикробная ферментация для производства гиалуроновой кислоты- да. В 1985 году сисейдо (Япония) впервые сообщил о применении стрептококковой зоэпидемической кислоты для производства гиалуроновой кислоты. Наиболее распространенными бактериями, производящими гиалуроническую кислоту, являются в основном группа A и группа C streptococci в Berger's руководство. Группа а включает главным образом пёгенные стрептококчи и т.д., которые являются патогенами человека и не должны использоваться в качестве производственных штаммов; Группа C стрептококчи являются нечеловеческими патогенами и более пригодны для промышленного производства. В настоящее время промышленное производство гиалуроновой кислоты с использованием стрептококковых пёгенов в последние годы уже достигло промышленной стадии. Как правило, урожайность и качество гиалуроновой кислоты, получаемой с помощью микробных методов, зависят главным образом от следующих аспектов: производительность производственного штамма, оптимизация культурной среды и процесса ферментации, контроль за процессом ферментации, а также последующее разделение и очистка ферментации.

3.2.1 отбор и селекция высокоурожайных штаммов

В области животноводстваВысокоурожайные штаммы гиалуроновой кислотыЭто очень важная задача, которую необходимо решать в долгосрочной перспективе. В настоящее время, China'. Селекция гиалуроновых кислотных штаммов по-прежнему в основном основана на традиционном искусственном мутагенезе. Общий метод мутагенеза заключается в следующем: получить первоначальный штамм от природы или животного, определить его как Streptococcus zooepidemicus и произвести гиалуроновую кислоту, а затем использовать этот штамм в качестве исходного штамма для NTG, ультрафиолетового излучения или комбинации этих двух. Штамм, который является генетически стабильным и производит высокие уровни гиалуроновой кислоты, выбран в качестве исходного штамма для продолжения мутагенеза. Этот процесс повторяется много раз, чтобы увеличить уровень производства гиалуроновой кислоты. Тем не менее, с постоянным углубленным изучением механизма стрептококкового зоэпидемика, производящего гиалуроновую кислоту, клонирование ключевых ферментов для биосинтеза га и создание генетически модифицированных бактерий для увеличения производства га и контроля его молекулярного веса стали предметом текущих исследований и разработок.

3.2.2 соответствие среды культуры

Требования Streptococcus zooepidemicus к производству гиалуроновой кислоты чрезвычайно требовательны. В настоящее время основным источником углерода для промышленного производства гиалуроновой кислоты является глюкоза и азотИсточник-дрожжевой порошок, пептон, экстракт говядины или соединение органического азота. Однако, когда среда не соответствует должным образом, что приводит к дисбалансу в соотношении источников азота и углерода или отсутствию факторов роста, метаболический путь стрептококковой зоэпидемической кислоты изменится, и большая часть глюкозы под субстратом будет преобразована в побочные продукты, такие как молочная кислота или уксусная кислота, влияя на уровень ферментации гиалуроновой кислоты. Поэтому выбор культурного носителя является чрезвычайно важным.

3.2.3 оптимизация технологии ферментации и управление процессом ферментации

Streptococcus zooepidemicus, который производит гиалуроновую кислоту, является факультативным анаэробом, а гиалуроновая кислота является основным компонентом капсулы Streptococcus zooepidemicus. Когда слишком много растворенного кислорода в броте ферментации, это приведет к повреждению бактерий. Недостаток растворенного кислорода приведет к отсутствию стимуляции стрептококкового зоэпидемика, что приведет к тому, что бактерии не будут производить капсулы и уменьшит производство гиалуроновой кислоты. Основными технологическими факторами, влияющими на уровень растворенного кислорода в броте ферментации, являются скорость вращения и количество аэрации. Кроме того, на молекулярный вес гиалуроновой кислоты оказывают значительное влияние различные температуры, скорости вращения и значения pH. Изучение кинетики ферментации гиалуроновой кислоты может помочь нам понять законы ферментации производственного процесса, так что мы можем оптимизировать и контролировать процесс ферментации для повышения уровня производства иЭффективность гиалуроновой кислоты.

3.2.4 отделение и очистка гиалуроновой кислоты в броте ферментации

Процесс последующей сепарации и очистки является ключевым звеном в получении высокого молекулярного веса и высокой чистоты гиалуроновой кислоты, а также узким местом, ограничивающим производство высококачественной га во многих компаниях. В настоящее времяФерментация гиалуроновой кислотыБульон очень вязкий и представляет собой сложную многофазную систему. Свойства жидкости не ньютоновские. Основными взвешенными твердыми веществами в броте ферментации являются: продукт ферментации гиалуроновая кислота, бактериальные клетки, различные примесности белков и остаточные компоненты в среде культуры и другие метаболиты. Трудно быстро и эффективно отделить га от других компонентов брота ферментации. В то же время аутолиз бактерий в броте ферментации может привести к гиалуронидазе до деградации га, что значительно снижает молекулярный вес га [14]. Поэтому поиск подходящего процесса разделения и очистки имеет большое значение для подготовки высокостандартной гиалуроновой кислоты.

Перспективы на будущее

Ферментация является экономически эффективным методомПроизводство гиалуроновой кислотыИ процесс извлечения прост. Она была расширена для производства и имеет широкие рыночные перспективы. На международном рынке цена на косметическую продукцию HA от 1000 до 2000$/ кг, в то время как цена на га фармацевтического класса от 6000 до 20000$/ кг. В 1985 году общий объем продаж га на международном рынке составил 100 млн. долл. США, в 1990 году-более 200 млн. долл. США, а в 1995 году - 600 млн. долл. США. Статистика показывает, что глобальный рынок продуктов, связанных с гиалуроническими кислотами, в 2004 году составлял около 3 млрд. долл. США, причем на фармацевтические и косметические добавки для ухода за кожей и медицинские продукты приходилось по половине рынка. Европа, США и Япония являются крупнейшими рынками для производства и использования гиалуроновой кислоты, и ожидается, что в будущем они будут расти на 15% в год. В настоящее время ежегодный внутренний спрос на гиалуроновую кислоту составляет около 5 тонн.

С 1980 - х годов, производствоГиалуроновая кислота путем ферментацииБыл достигнут за рубежом, и число производителей увеличилось с более чем десяти до сотен, и масштаб также становится все больше и больше. В то же время в китае уровень производства и эффективность производства гиалуроновой кислоты относительно низки, и лишь немногие производители производят га путем микробной ферментации, что серьезно ограничивает разработку и применение гиалуроновой кислоты в китае. В настоящее время основными препятствиями в развитии производства гиалуроновой кислоты в китае и проблемами, которые необходимо решить, являются:

(1) я Низкая урожайность бактериальных штаммов: согласно китайской литературе, урожайность на лабораторном уровне может достигать примерно 6-8 г/л, но после применения в промышленности, урожайность может быть гораздо ниже из-за таких факторов, как сырье и условия ферментации. По-прежнему существует большой разрыв между международным уровнем ферментации предприятий от 8 до 10 г/л и более. Поэтому использование традиционных методов мутагенеза или генной инженерии для получения высокоурожайных штаммов бактерий является важным направлением исследований для применения.

(2) небольшие и неравномерные молекулы: есть много факторов, которые влияют наМолекулярный размер гиалуроновой кислоты- да. Согласно литературным отчетам, в процессе ферментации растворенный кислород, pH и температура могут влиять на молекулярный размер.

(3) незрелый процесс ферментации: кинетика является основой для применения современной технологии ферментации. Его изучение может помочь нам понять законы процесса ферментации, так что производственный процесс можно оптимизировать и контролировать для получения высоких коэффициентов преобразования субстратов и высокой интенсивности производства.

(4) механизм ферментации не ясен: согласно имеющейся литературе, лишь очень небольшое количество субструтов может быть преобразовано в гиалуроновую кислоту. Хотя исследование путей синтеза гиалуроновой кислоты было проведено на молекулярном уровне, нет практически осуществимой и эффективной теории, которая могла бы значительно увеличитьВыход гиалуроновой кислоты.

Справочные материалы:

[1] линг пейкшу. Кислота гиалуроновая [м]. Пекин: China Light Industry Press, 2000.

[2] лоран т. биохимия гиалуроника. Acta Otolaryngol (Stockh) [J], suppl, 1987(442):7-24.

[3] кенделл ф е, хайделлбергер м, доусон м. J Biol Chem, 1997 (118): 61-69.

[4] у донгру. Биохимия углеводов [м]. — Пекин: издательство «высшее образование», 2001.

[5] погрел м а, лоу м а, стерн р. гиалуроновая кислота в слюне человека [J]. Айч орал биол, 1996, 41: 667 — 671.

[6] ван донг. Синтетическая гиалуроновая кислота в японии [J]. Журнал химической промышленности и машиностроения, 2002(1): 16

[7] чжан хучжун, вен юанлин. Химия животных активных ингредиентов [м], тяньцзинь: Tianjin Science and Technology Publishing House, 1995.

[8] сюй хон, Лу чжихуа. Применение гиалуроната натрия в косметике [J]. Китайский журнал биохимических препаратов, 1998: (5): 222-223.

[9] вентилятор. Влияние гиалуроновой кислоты на содержание цитокинов в синовиальной жидкости остеоартрита колена [D]. Циндао: циндао университет, 2005.

[10] би ин. Исследование гиалуронатной пленки натрия для предотвращения адгезии после операции [D]. Циндао: циндао университет, 2002.

[11] янь сужен, чэнь гируи. Характеристики гиалуроновой кислоты и ее применение в пище [J]. Наука и технологии пищевой промышленности, 2008, 29(6): 317 — 320.

[12] исикава, осаму. Nippon Gankaishi [J]. Ганка, 1987 (38): 927.

[13] Лу, нианчи, тан тяньвэй. Подготовка и применение гиалуроновой кислоты [J]. Журнал функциональных полимерных наук, 2001, 14(3): 370-376.

[14] Kui Miaomiao, Cui Bo, Sun Hongbo и др. Прогресс в исследовании методов добычи и определения содержания зеленого лукового масла [J]. Журнал шаньдунского университета легкой промышленности, 2010, 24(3): 1-3.