透明質(zhì)酸（HA）又稱玻璃酸，是由N-乙酰氨基葡糖和D-葡萄糖醛酸雙糖重復(fù)單位通過 β-(1→4) 糖苷鍵和 β-(1→3) 糖苷鍵構(gòu)成的無分支高分子糖胺聚糖，其結(jié)構(gòu)單元如下圖所示。HA具有極好的保水功能，被稱為 “理想的天然保濕因子”。HA 在不同領(lǐng)域均有應(yīng)用，特別是在醫(yī)療保健、食品制造和化妝品中都具有獨(dú)特的作用。

透明質(zhì)酸的制備方法

動物組織提取法和微生物發(fā)酵法是生產(chǎn)HA最常用的兩種方法，組織提取法用于動物組織中HA的提取，此法常在早期使用，提取過程復(fù)雜，HA產(chǎn)率較低，受到原料來源限制。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)酵法因成本低、產(chǎn)率高，易規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)勢成為工業(yè)生產(chǎn)HA的主流方法。

隨著制備方法的不斷完善，人們對HA的生產(chǎn)需求逐漸從高產(chǎn)量轉(zhuǎn)向高品質(zhì)，目前的研究主要通過基因工程、誘變育種等方式生產(chǎn)特定分子量的HA以滿足HA在不同應(yīng)用中的需要，建立一種高效安全的HA制備方法以生產(chǎn)符合各種應(yīng)用場景的特定分子量HA成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

從動物組織提取HA 的主要原料為雞冠和牛眼玻璃體等。首先，原料處理步驟主要是勻漿、脫脂、脫水，常用丙酮或乙醇。經(jīng)過蒸餾水的浸泡過濾后用 NaCl 水溶液和氯仿溶液處理，然后用一種酶進(jìn)行保溫，最后在離子交換劑的純化作用下得到精制的HA。這種方法提取率極低，分離過程復(fù)雜，致使 HA 價格昂貴，從而限制了廣泛使用。

微生物發(fā)酵是在適宜的條件下，利用微生物將反應(yīng)物經(jīng)過特定的代謝方式轉(zhuǎn)化為人類生活生產(chǎn)所需要的產(chǎn)物的過程。目前發(fā)酵法所用的菌種主要有獸疫鏈球菌、馬疫鏈球菌和類馬疫鏈球菌等。其中獸疫鏈球菌是獲取透明質(zhì)酸的主要來源，由于其致病性和野生型菌株中的內(nèi)毒素等原因，在實(shí)際生產(chǎn)中對野生型菌株進(jìn)行改良，通過非致病菌株生產(chǎn)HA已成為普遍做法。對菌種進(jìn)行處理的手段主要有基因工程、誘變育種、和原生質(zhì)體育種。目前，已在枯草芽孢桿菌、乳酸菌、谷氨酸棒桿菌等不同宿主中通過異源表達(dá)HA合酶實(shí)現(xiàn)HA合成。

無論組織提取法還是發(fā)酵法，其提取的透明質(zhì)酸粗品中都含有一些蛋白質(zhì)、核酸及其他雜質(zhì)，需要進(jìn)行分離純化得到HA精品，根據(jù)分離純化的原理，主要有沉淀、過濾和吸附三種方式。

透明質(zhì)酸改性

組織提取法和微生物發(fā)酵法得到的透明質(zhì)酸均有穩(wěn)定性差、對透明質(zhì)酸酶及自由基敏感、易降解、在體內(nèi)保留時間短、在水體系中缺乏力學(xué)強(qiáng)度等缺點(diǎn)，大大限制了應(yīng)用，因此對其進(jìn)行改性，以提高其力學(xué)強(qiáng)度和抗降解性能成為研究熱點(diǎn)。

1、交聯(lián)透明質(zhì)酸

透明質(zhì)酸的交聯(lián)是指透明質(zhì)酸與帶有相關(guān)官能團(tuán)的交聯(lián)劑發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)，或以交聯(lián)劑為催化劑，發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)，得到不同交聯(lián)度的分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使透明質(zhì)酸分子鏈增長、平均分子質(zhì)量增大、黏彈性增強(qiáng)、水溶性相對減弱、機(jī)械強(qiáng)度提高。常用的交聯(lián)方法有酰肼交聯(lián)、二硫化物交聯(lián)、聚乙二醇交聯(lián)、醛交聯(lián)、碳二亞胺交聯(lián)等。

① 酰肼交聯(lián)：酰肼化合物作為交聯(lián)劑，能使可流動的凝膠改性為脆性和機(jī)械硬度更大的凝膠，其中最常用的交聯(lián)劑是己二酸二酰肼（ADH），大量己二酸二酰肼存在時，透明質(zhì)酸可生成穩(wěn)定的HA-ADH 衍生物。交聯(lián)后的薄膜在緩沖液中明顯溶脹，溶解性比交聯(lián)前降低，穩(wěn)定性提高。

② 碳二亞胺交聯(lián)：碳二亞胺（EDC）可在酸性溶液中與透明質(zhì)酸的羧基反應(yīng)，先生成 N-?；寤衔?，再與不同的碳二亞胺加合，能形成穩(wěn)定性好、剛性強(qiáng)、生物密度大、抗透明質(zhì)酸酶解能力高的交聯(lián)衍生物。

③ 砜交聯(lián)：在室溫下二乙烯基砜（DVS）與透明質(zhì)酸的羥基快速交聯(lián)，得到不同性質(zhì)的凝膠。通過控制透明質(zhì)酸的濃度、分子質(zhì)量、HA /DVS 值及反應(yīng)介質(zhì) pH可以改變凝膠的交聯(lián)度。

④ 光交聯(lián)：光交聯(lián)具有反應(yīng)快、重復(fù)性好、無毒 性溶劑等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于透明質(zhì)酸水凝膠的制備。有學(xué)者采用甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）對透明質(zhì)酸進(jìn)行化學(xué)改性，然后在輻射下交聯(lián)成水凝膠，結(jié)果表明，通過增加透明質(zhì)酸的GMA 取代度可提高水凝膠的交聯(lián)密度，從而使凝膠孔徑變小、力學(xué)性能提高、降解速率減慢。

2、非交聯(lián)透明質(zhì)酸

① 酯化改性：透明質(zhì)酸的酯化改性包括羥基改性和羧基改性，即透明質(zhì)酸結(jié)構(gòu)中的羥基與酸或酸酐類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)，或羧基與醇、酚、環(huán)氧類物質(zhì)或鹵代烴反應(yīng)，形成酯化衍生物。將透明質(zhì)酸鈉在陽離子交換樹脂中滲透成酸，加入四丁基氫氧化銨至中性，冷凍干燥后取透明質(zhì)酸，溶于無水二甲基亞砜（DMSO），加入對氯甲基苯乙烯，反應(yīng)得到酯類化合物 HA-VB。該化合物可進(jìn)一步在紫外線的作用下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

② 接枝改性：透明質(zhì)酸的接枝反應(yīng)是將小分子物質(zhì)或聚合物接枝到透明質(zhì)酸的主鏈上。有學(xué)者將透明質(zhì)酸與高密度聚乙烯（HDPE）接枝共聚，制備出一種可應(yīng)用于骨組織修復(fù)中的生物材料。

③ 疏水改性：透明質(zhì)酸親水性強(qiáng)，常以鈉鹽形式存在，在多數(shù)有機(jī)溶劑中難溶，因此許多疏水性物質(zhì)對其進(jìn)行改性或結(jié)合難度較大。通過十六烷基溴化銨（CTA-Br）改性透明質(zhì)酸鈉，得到疏水性強(qiáng)的CTA-HA，然后在二甲基亞砜中將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，此衍生物能進(jìn)一步在水溶液中進(jìn)行自組裝形成水凝膠。

透明質(zhì)酸的應(yīng)用

1、食品領(lǐng)域的應(yīng)用

HA在日本食品市場應(yīng)用廣泛，除保健類食品外，在普通食品如飲料，軟糖，果醬中也得到了廣泛的應(yīng)用。在美國食品市場，HA主要作為膳食補(bǔ)充劑使用。

目前，我國含HA的產(chǎn)品主要是保健食品，主要功效為改善皮膚水分，市面上類型主要有膠囊型，口服型，沖劑型等。HA經(jīng)口服消化吸收后，體內(nèi)HA合成的前體增加，使體內(nèi)HA含量提高并集中定位于皮膚組織，進(jìn)而增強(qiáng)皮膚的保水能力，軟化皮膚角質(zhì)層，進(jìn)一步改善肌膚彈性和減少皺紋的功效。

2、化妝品及日用品中的應(yīng)用

HA大量存在于人體及其它生物組織中，具有極強(qiáng)的保濕性能，在化妝品中主要作為保濕劑，增稠劑，乳化劑使用。目前市場上，幾乎全部種類的化妝品配方中都含有HA。HA易在皮膚上形成水化膜提升皮膚潤滑感，可促進(jìn)皮膚對活性物質(zhì)的吸收，膜的形成在一定程度了有隔離細(xì)菌作用，利于皮膚消炎及修護(hù)，延緩皮膚老化。HA為皮膚組織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復(fù)作用，添加到牙膏中能起到一定的保濕和功效作用，HA在日用品中的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)展與深入。

3、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

HA作為關(guān)節(jié)滑液的重要組分，在關(guān)節(jié)的保護(hù)方面發(fā)揮著重要的生理功能，HA在關(guān)節(jié)中的合成或代謝異常會導(dǎo)致關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生，此時可通過注射外源性HA對關(guān)節(jié)滑液進(jìn)行補(bǔ)充，改善關(guān)節(jié)生理功能。由于HA獨(dú)特的理化性質(zhì)和生物相容性，被廣泛用于視網(wǎng)膜，白內(nèi)障等相關(guān)眼科手術(shù)中。

HA在醫(yī)美整形中作為填充劑進(jìn)行皮下注射以達(dá)到消除面部皺紋、疤痕，使面部飽滿的效果。HA噴霧可用于患者面部激光術(shù)后的修復(fù)治療，能有效恢復(fù)皮膚屏障損傷，HA衍生物在眼用制劑方面也得到廣泛的應(yīng)用，如HA鈉可以代替淚液黏性蛋白的作用，用于干眼病的治療緩解干眼不適癥狀。

HA在食品、化妝品、日用品及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在功能性護(hù)膚品、眼科、骨科等方面的應(yīng)用已比較成熟，在食品領(lǐng)域應(yīng)用中還存在巨大潛力，口服HA相比于外敷注射更加溫和，更能由內(nèi)而外激發(fā)活力，2021年1月，國家衛(wèi)生健康委員會批準(zhǔn)透明質(zhì)酸作為新資源食品原料在普通食品中添加，HA在食品領(lǐng)域的應(yīng)用迎來大規(guī)模增長。

此外，HA分子存在很多修飾位點(diǎn)，對其活性基團(tuán)進(jìn)行修飾如交聯(lián)、酯化、接枝等使其具有更好的理化性質(zhì)和抗酶解能力，可使HA應(yīng)用在更加復(fù)雜的環(huán)境中。隨著技術(shù)的進(jìn)步HA在各領(lǐng)域中的應(yīng)用將會越來越深入。

參考資料：

[1]盧方云,吳瑀婕,黃瑾,張新笑,王道營,鄒燁,徐為民.透明質(zhì)酸的制備及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2022,43(05):440-447.

[2]陳建澍,王婧茜,易喻,龔海平,應(yīng)國清.透明質(zhì)酸及其衍生物研究進(jìn)展[J].中國生物工程雜志,2015,35(02):111-118.

[3]張敏寬. 淺談透明質(zhì)酸的研究進(jìn)展[J]. 中國科技投資, 2019.

作者簡介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。