低分子量海藻硫酸多糖的制备方法.pdf

本发明的低分子量海藻硫酸多糖的制备方法是以天然海藻硫酸多糖为原料，将海藻硫酸多糖溶液中加入抗坏血酸和过氧化氢，按两者物质的量的比1∶0.1～10控制加入，搅拌致使两物质量的最终浓度分别为0.1～50mmol/L和0.1～100mmol/l，控制反应温度，恒温降解时间在0.5～3h，再透析或超滤，减压浓缩，冷冻干燥，制得分子量为4～100KDa的低分子量海藻硫酸多糖产物。该方法降解速度快，试剂用量极少，工艺简单，常温下可获得分子量分布集中，均一性好的海藻硫酸多糖降解产物。该产物与原料有相同的结构，硫酸根和总糖含量基本保持不变，分子量范围可控，其溶解性大大提高，生物活性也明显增强。

1、  一种低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：该方法是以粗制海藻硫酸多糖为原料，按下列步骤进行：
(1)称取定量的海藻硫酸多糖，加热溶于蒸馏水中，搅拌均匀制成海藻硫酸多糖溶液；
(2)在该多糖溶液中加入抗坏血酸和过氧化氢，并按两者物质量的比为1∶0.1～10的比例控制加入；控制加入降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量，搅拌均匀后，致使抗坏血酸和过氧化氢物质量的最终浓度分别为0.1～50mmol/L和0.1～100mmol/l；
(3)控制降解反应液体系的温度进行恒温降解，反应时间在0.5～3h；
(4)反应完毕后，对反应液进行透析或超滤，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；
(5)将(4)中的透析液或超滤液，进行减压浓缩，再将浓缩液冷冻干燥；制得分子量在4～100KDa的低分子量海藻硫酸多糖产物。

2、  根据权利要求1所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的海藻硫酸多糖原料，其为分子量不小于100KDa的海藻硫酸多糖，包括：红藻中的紫菜多糖、卡拉胶，绿藻中的石莼多糖，褐藻中的褐藻多糖硫酸酯。

3、  根据权利要求1所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的海藻硫酸多糖溶液，其浓度为0.1～5％。

4、  根据权利要求1所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质量的浓度，分别为5～50mmol/l和8～100mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.3～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为4～10kD。

5、  根据权利要求1所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量的浓度，分别为1～30mmol/l和2～50mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.2～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为50kD以下。

6、  根据权利要求1所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量的浓度，分别为0.1～30mmol/l和0.1～50mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.1～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为100kD以下。

7、  根据权利要求1——6中任一项所述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其特征在于：所述的(3)步控制降解反应液体系恒温降解的温度在4～80℃。

低分子量海藻硫酸多糖的制备方法
技术领域
本发明涉及海洋药物的研究与开发，具体讲是一种低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，其属于海洋生物技术领域。
背景技术
硫酸多糖是多糖组成单位中的一个或多个羟基位置发生硫酸酯化的多糖。在植物界中，只有藻类中存在天然的硫酸多糖。海藻硫酸多糖是海藻所特有的一类多糖。海藻硫酸多糖具有广泛的生物活性，包括抗病毒、抗肿瘤、对生长因子作用、对免疫系统作用和抗凝活性等。有报道褐藻多糖硫酸酯和卡拉胶等具有抗HIV-1细胞毒活性(CD4⁺T淋巴细胞)，可抑制HIV-1对CD4⁺淋巴细胞系MT-4的感染。此外，海藻硫酸多糖还对其它被膜病毒具有抑制作用，包括单纯疱疹病毒HSV、巨细胞病毒、流感A型病毒等。海藻硫酸多糖还是碱性成纤维细胞(bFGF)附着和bFGF依赖性细胞增至的抑制剂，能够抑制内皮细胞形成管状结构，并具有抗鼠RIF-1肿瘤生长活性。海藻硫酸多糖有两种抗肿瘤机制。一种通过激活巨噬细胞，直接抑制肿瘤细胞增殖而杀死肿瘤，一种是直接抑制肿瘤生长而不影响正常组织生长，因而是一种安全有效的抑瘤成分。海藻硫酸多糖还表现出一些类肝素多糖的特性，通过肝素辅酶II发挥抗凝血作用。到目前为止，有些海藻硫酸多糖已经表现出潜在的临床应用前景。
目前存在的问题是天然的海藻硫酸多糖多为大分子量的多糖。由于分子量巨大，因而其粘度较大，不易被机体吸收利用。高分子的海藻硫酸多糖很难通过机体不同的屏障，，甚至细胞膜而达到足够的血液浓度，或者只能停留在血管内而不能达到治疗组织。而低分子量多糖可较容易地通过这些屏障。例如肝素寡糖在鼠经口给药实验中，在血液中发现了寡糖，表明寡糖在体内具有更好地扩散性。大量研究表明，不同海藻硫酸多糖显示最优生物活性的分子量范围并不相同，因此一种优良地降解方法，制备出不同低分子量多糖，对研究海藻硫酸多糖作用机制，改善其已有活性，开发其新的功用具有重要意义。
目前，国内外对多糖降解一般采用酸解法、碱解法、酶解法和超声波法。这些方法都存在以下不足：
1.酸降解，在酸性条件下，多糖降解产品分子量分布较难控制，硫酸根含量变化较大。2004年4月7日公开了一项用酸降解褐藻多糖的专利申请，“海洋硫酸多糖20001地制造方法及其应用(申请号03138969.4)”。该专利中提到酸降解后需用硫磺酸补充硫酸根。
2.碱解法，在碱性条件下，往往引起酸性多糖的改性及硫酸根的脱落，影响产品的活性，因此不适用于海藻硫酸多糖。
3.酶解法，酶解法是利用专一性糖苷酶通过开裂多糖中的某一糖苷键来达到降解的目的。2003年6月4日公开了一项关于酶降解褐藻多糖的专利申请，“硫酸化藻聚糖寡糖(申请号02147139.8)”。但是由于酶的专一性强，因此不具有广泛的适用性，而且酶生产周期长，容易失去活性，成本高。这些缺点都使得该法目前无法推广应用。
4.物理降解法，包括超声波和微波等方法。这两种方法由于能耗高，仪器设备条件要求高，样品处理量小，目前无法应用于工业生产。
发明内容
针对以上对海藻硫酸多糖降解的不足，本发明提供了一种低分子量海藻硫酸多糖的制备方法。该制备方法是一种氧化降解方法。其降解速度快，试剂用量极少，工艺简单，成本低廉，所得产品具有与原料相同的特征结构，硫酸根和总糖含量基本保持不变，且分子量分布集中，分子量范围可以控制。
本发明的任务是由以下技术方案实现的，研制了一种低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，该方法是以天然海藻硫酸多糖为原料，按下列步骤进行：
(1)称取定量的海藻硫酸多糖，加热溶于蒸馏水中，搅拌均匀制成粗制海藻硫酸多糖溶液；
(2)在该多糖溶液中加入抗坏血酸和过氧化氢，并按两者物质量的比为1∶0.1～10的比例控制加入；控制加入降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量，搅拌均匀后，致使抗坏血酸和过氧化氢物质量的最终浓度分别为0.1～50mmol/L和0.1～100mmol/l；
(3)控制降解反应液体系的温度进行恒温降解，反应时间在0.5～3h；
(4)反应完毕后，对反应液进行透析或超滤，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；
(5)将(4)中的透析液或超滤液，进行减压浓缩，再将浓缩液冷冻干燥；制得分子量为4～100KDa的低分子量海藻硫酸多糖产物；
所述的海藻硫酸多糖原料，其为分子量不小于100KDa的海藻硫酸多糖，其包括：红藻中的紫菜多糖和卡拉胶，绿藻中的孔石莼多糖，褐藻中的褐藻多糖硫酸酯。
所述的海藻硫酸多糖溶液，其溶液浓度为0.1～5％。
所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质量的浓度，分别为5～50mmol/l和8～100mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.3～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为4～10kD。
所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量的浓度，分别为1～30mmol/l和2～50mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.2～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为50kD以下。
所述的(2)步控制降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量的浓度，分别为0.1～30mmol/l和0.1～50mmol/l，并在降解反应液体系中控制抗坏血酸与过氧化氢两者物质量的比达到1∶0.1～10，即得海藻硫酸多糖产物的分子量为100kD以下。
上述低分子量海藻硫酸多糖的制备方法，所述的(3)步控制降解反应液体系恒温降解的温度在4～80℃。
本发明与现有技术比优点在于：由于本低分子量海藻硫酸多糖的制备方法是利用具有还原性的抗坏血酸和具有强烈氧化性地过氧化氢协同作用体系，反应生成适当活泼的氧自由基，攻击多糖骨架，从而使海藻硫酸多糖降解的分子量范围可以通过调控该抗坏血酸和过氧化氢两试剂的用量和两试剂之间比例，来对适当活泼的氧自由基攻击多糖骨架的攻击程度加以控制，从而实现降解后的多糖分子量范围可以控制。本发明的方法成本低廉，仅用两种试剂(抗坏血酸和过氧化氢)且试剂用量极少；而且工艺简单，在常温下，即可获得分子量分布集中，均一性好的海藻硫酸多糖降解产物；该产物与原料具有相同的特征结构，硫酸根和总糖含量也与原料保持相同水平，而且该产物的溶解性却大大提高，其生物活性也明显增强。
附图及其实施例
本发明的实施例结合附图进一步说明如下：
图1为低分子量坛紫菜多糖的高效液相色谱。
图2为低分子量坛紫菜多糖的红外图谱。
图3为低分子量条斑紫菜多糖的红外图谱。
图4为低分子量条斑紫菜多糖的高效液相色谱。
参见图1的高效凝胶渗透色谱，其是实例1的坛紫菜多糖的高效凝胶渗透色谱。该图显示所得产物的重均分子量(Mw)为34537，数均分子量(Mn)为13800，多分散指数(MWD)为2.5。
参见图2的红外图谱，其是实例1的坛紫菜多糖的红外图谱。图中显示：3600～3200cm^-1，3000～2800cm^-1，1400～1200cm^-1，1200～1000cm^-1处有多糖特征性吸收峰存在。1224cm^-1是硫酸根特征性吸收峰，934cm^-1是3，6内醚半乳糖特征性吸收峰。
参见图3的红外图谱，其是实例4的条斑紫菜多糖的红外图谱。图中显示：3600～3200cm^-1，3000～2800cm^-1，1400～1200cm^-1，1200～1000cm^-1处有多糖特征性吸收峰存在。1226.34cm^-1是硫酸根特征性吸收峰，933cm^-1是3，6内醚半乳糖特征性吸收峰。
参见图4的高效凝胶渗透色谱，其是实例4的条斑紫菜多糖的高效凝胶渗透色谱，该图显示所得产物的重均分子量(Mw)为29695，数均分子量(Mn)为11991，多分散指数(MWD)为2.48。
本发明的粗制海藻硫酸多糖的提取实施例如下：
所述的粗制海藻硫酸多糖原料，其为分子量在100KDa以上的海藻硫酸多糖，其包括：红藻中的紫菜多糖、卡拉胶，绿藻中的石莼多糖，褐藻中的褐藻多糖硫酸酯。
例如紫菜多糖的提取：称取定量的自然晾干的红藻中的坛紫菜，剪碎；加40倍量的蒸馏水，120℃提取3小时，将提取液过滤，滤渣再加40倍量的蒸馏水重复提取一次，合并两次滤液；用硅藻土做助滤剂过滤；滤液用透析袋透析，取透析液；减压浓缩至1/3体积：浓缩液用硅藻土做助滤剂过滤；将上述滤液加入到95％的乙醇溶液中，使该溶液的最终乙醇浓度为75％；将上述乙醇浓缩液中的沉淀物用筛绢过滤之后，再将沉淀物置于95％的乙醇溶液中脱水；将上述沉淀物干燥后粉碎，得到提纯的白色纤维状的粗制的坛紫菜多糖。
本发明的低分子量海藻硫酸多糖的制备方法是以上述海藻硫酸多糖为原料，按下列步骤进行：
(1)称取定量的海藻硫酸多糖，加热溶于蒸馏水中，搅拌均匀制成粗制海藻硫酸多糖溶液；
(2)再在该多糖溶液中加入抗坏血酸和过氧化氢，并按两者物质量的比为1∶0.1～10的比例控制加入；控制加入降解反应液体系中的抗坏血酸和过氧化氢物质的量，搅拌均匀后，使抗坏血酸和过氧化氢物质的量的最终浓度分别为0.1～50mmol/L和0.1～100mmol/l；
(3)控制降解反应液体系的恒温降解，反应时间在0.5～3h；
(4)反应完毕后，对反应液进行透析或超滤，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；
(5)将(4)中的透析液或超滤液，进行减压浓缩，再将浓缩液冷冻干燥；制得形状呈白色至浅黄色的低分子量海藻硫酸多糖产物；具体工艺条件见表1：
表1，海藻硫酸多糖降解工艺条件及产物分子量

实例1.坛紫菜多糖降解之后6000r/m离心20min，上清液透析24h，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；之后再浓缩干燥，得产物。产物的分子量测定方法：是用凝胶渗透色谱法，示差检测器，采用0.7％Na₂SO₄做流动相，柱温35摄氏度，测得上述数据。
实例2——5海藻硫酸多糖降解实例，其多糖制备方法同实例1操作，多糖浓度、抗坏血酸和过氧化氢的量、反应时间和温度如表1所示。降解之后6000r/m离心20min，上清液透析24h，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；之后再浓缩干燥，得产物。
实例6——14海藻硫酸多糖降解实例，其多糖多糖浓度、抗坏血酸和过氧化氢的量、反应时间和温度如表1所示。制备步骤同实例1操作。降解之后反应溶液透析48h，除去残存的抗坏血酸和过氧化氢；之后再浓缩干燥，得产物。具体产物的理化参数实施例见表2。
表2，本发明产物的理化参数：