透明质酸的制备及应用研究进展

透明质酸（HA）又称玻璃酸，是由N-乙酰氨基葡糖和D-葡萄糖醛酸双糖重复单位通过 β-(1→4) 糖苷键和 β-(1→3) 糖苷键构成的无分支高分子糖胺聚糖，其结构单元如下图所示。HA具有极好的保水功能，被称为 “理想的天然保湿因子”。HA 在不同领域均有应用，特别是在医疗保健、食品制造和化妆品中都具有独特的作用。

透明质酸的制备方法

动物组织提取法和微生物发酵法是生产HA最常用的两种方法，组织提取法用于动物组织中HA的提取，此法常在早期使用，提取过程复杂，HA产率较低，受到原料来源限制。随着科学技术的进步，发酵法因成本低、产率高，易规模化生产等优势成为工业生产HA的主流方法。

随着制备方法的不断完善，人们对HA的生产需求逐渐从高产量转向高品质，目前的研究主要通过基因工程、诱变育种等方式生产特定分子量的HA以满足HA在不同应用中的需要，建立一种高效安全的HA制备方法以生产符合各种应用场景的特定分子量HA成为当前的研究热点。

从动物组织提取HA 的主要原料为鸡冠和牛眼玻璃体等。首先，原料处理步骤主要是匀浆、脱脂、脱水，常用丙酮或乙醇。经过蒸馏水的浸泡过滤后用 NaCl 水溶液和氯仿溶液处理，然后用一种酶进行保温，最后在离子交换剂的纯化作用下得到精制的HA。这种方法提取率极低，分离过程复杂，致使 HA 价格昂贵，从而限制了广泛使用。

微生物发酵是在适宜的条件下，利用微生物将反应物经过特定的代谢方式转化为人类生活生产所需要的产物的过程。目前发酵法所用的菌种主要有兽疫链球菌、马疫链球菌和类马疫链球菌等。其中兽疫链球菌是获取透明质酸的主要来源，由于其致病性和野生型菌株中的内毒素等原因，在实际生产中对野生型菌株进行改良，通过非致病菌株生产HA已成为普遍做法。对菌种进行处理的手段主要有基因工程、诱变育种、和原生质体育种。目前，已在枯草芽孢杆菌、乳酸菌、谷氨酸棒杆菌等不同宿主中通过异源表达HA合酶实现HA合成。

无论组织提取法还是发酵法，其提取的透明质酸粗品中都含有一些蛋白质、核酸及其他杂质，需要进行分离纯化得到HA精品，根据分离纯化的原理，主要有沉淀、过滤和吸附三种方式。

透明质酸改性

组织提取法和微生物发酵法得到的透明质酸均有稳定性差、对透明质酸酶及自由基敏感、易降解、在体内保留时间短、在水体系中缺乏力学强度等缺点，大大限制了应用，因此对其进行改性，以提高其力学强度和抗降解性能成为研究热点。

1、交联透明质酸

透明质酸的交联是指透明质酸与带有相关官能团的交联剂发生分子间交联反应，或以交联剂为催化剂，发生分子内交联反应，得到不同交联度的分子网状结构，从而使透明质酸分子链增长、平均分子质量增大、黏弹性增强、水溶性相对减弱、机械强度提高。常用的交联方法有酰肼交联、二硫化物交联、聚乙二醇交联、醛交联、碳二亚胺交联等。

① 酰肼交联：酰肼化合物作为交联剂，能使可流动的凝胶改性为脆性和机械硬度更大的凝胶，其中最常用的交联剂是己二酸二酰肼（ADH），大量己二酸二酰肼存在时，透明质酸可生成稳定的HA-ADH 衍生物。交联后的薄膜在缓冲液中明显溶胀，溶解性比交联前降低，稳定性提高。

② 碳二亚胺交联：碳二亚胺（EDC）可在酸性溶液中与透明质酸的羧基反应，先生成 N-酰基脲化合物，再与不同的碳二亚胺加合，能形成稳定性好、刚性强、生物密度大、抗透明质酸酶解能力高的交联衍生物。

③ 砜交联：在室温下二乙烯基砜（DVS）与透明质酸的羟基快速交联，得到不同性质的凝胶。通过控制透明质酸的浓度、分子质量、HA /DVS 值及反应介质 pH可以改变凝胶的交联度。

④ 光交联：光交联具有反应快、重复性好、无毒 性溶剂等优点，非常适合应用于透明质酸水凝胶的制备。有学者采用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）对透明质酸进行化学改性，然后在辐射下交联成水凝胶，结果表明，通过增加透明质酸的GMA 取代度可提高水凝胶的交联密度，从而使凝胶孔径变小、力学性能提高、降解速率减慢。

2、非交联透明质酸

① 酯化改性：透明质酸的酯化改性包括羟基改性和羧基改性，即透明质酸结构中的羟基与酸或酸酐类物质发生酯化反应，或羧基与醇、酚、环氧类物质或卤代烃反应，形成酯化衍生物。将透明质酸钠在阳离子交换树脂中渗透成酸，加入四丁基氢氧化铵至中性，冷冻干燥后取透明质酸，溶于无水二甲基亚砜（DMSO），加入对氯甲基苯乙烯，反应得到酯类化合物 HA-VB。该化合物可进一步在紫外线的作用下发生交联反应。

② 接枝改性：透明质酸的接枝反应是将小分子物质或聚合物接枝到透明质酸的主链上。有学者将透明质酸与高密度聚乙烯（HDPE）接枝共聚，制备出一种可应用于骨组织修复中的生物材料。

③ 疏水改性：透明质酸亲水性强，常以钠盐形式存在，在多数有机溶剂中难溶，因此许多疏水性物质对其进行改性或结合难度较大。通过十六烷基溴化铵（CTA-Br）改性透明质酸钠，得到疏水性强的CTA-HA，然后在二甲基亚砜中将酰氯基封端的聚乳酸（COL-OLA）接枝到 CTA-HA上，得到可降解的衍生物 CTA-HAOLA，此衍生物能进一步在水溶液中进行自组装形成水凝胶。

透明质酸的应用

1、食品领域的应用

HA在日本食品市场应用广泛，除保健类食品外，在普通食品如饮料，软糖，果酱中也得到了广泛的应用。在美国食品市场，HA主要作为膳食补充剂使用。

目前，我国含HA的产品主要是保健食品，主要功效为改善皮肤水分，市面上类型主要有胶囊型，口服型，冲剂型等。HA经口服消化吸收后，体内HA合成的前体增加，使体内HA含量提高并集中定位于皮肤组织，进而增强皮肤的保水能力，软化皮肤角质层，进一步改善肌肤弹性和减少皱纹的功效。

2、化妆品及日用品中的应用

HA大量存在于人体及其它生物组织中，具有极强的保湿性能，在化妆品中主要作为保湿剂，增稠剂，乳化剂使用。目前市场上，几乎全部种类的化妆品配方中都含有HA。HA易在皮肤上形成水化膜提升皮肤润滑感，可促进皮肤对活性物质的吸收，膜的形成在一定程度了有隔离细菌作用，利于皮肤消炎及修护，延缓皮肤老化。HA为皮肤组织本身存在的成分有更高的安全性。

此外，由于HA在口腔中具有抗炎修复作用，添加到牙膏中能起到一定的保湿和功效作用，HA在日用品中的应用正在不断扩展与深入。

3、医学领域的应用

HA作为关节滑液的重要组分，在关节的保护方面发挥着重要的生理功能，HA在关节中的合成或代谢异常会导致关节疾病的发生，此时可通过注射外源性HA对关节滑液进行补充，改善关节生理功能。由于HA独特的理化性质和生物相容性，被广泛用于视网膜，白内障等相关眼科手术中。

HA在医美整形中作为填充剂进行皮下注射以达到消除面部皱纹、疤痕，使面部饱满的效果。HA喷雾可用于患者面部激光术后的修复治疗，能有效恢复皮肤屏障损伤，HA衍生物在眼用制剂方面也得到广泛的应用，如HA钠可以代替泪液黏性蛋白的作用，用于干眼病的治疗缓解干眼不适症状。

HA在食品、化妆品、日用品及医学等领域应用广泛，其在功能性护肤品、眼科、骨科等方面的应用已比较成熟，在食品领域应用中还存在巨大潜力，口服HA相比于外敷注射更加温和，更能由内而外激发活力，2021年1月，国家卫生健康委员会批准透明质酸作为新资源食品原料在普通食品中添加，HA在食品领域的应用迎来大规模增长。

此外，HA分子存在很多修饰位点，对其活性基团进行修饰如交联、酯化、接枝等使其具有更好的理化性质和抗酶解能力，可使HA应用在更加复杂的环境中。随着技术的进步HA在各领域中的应用将会越来越深入。

参考资料：

[1]卢方云,吴瑀婕,黄瑾,张新笑,王道营,邹烨,徐为民.透明质酸的制备及其应用的研究进展[J].食品工业科技,2022,43(05):440-447.

[2]陈建澍,王婧茜,易喻,龚海平,应国清.透明质酸及其衍生物研究进展[J].中国生物工程杂志,2015,35(02):111-118.

[3]张敏宽. 浅谈透明质酸的研究进展[J]. 中国科技投资, 2019.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。