地域性黃芪多糖的提取與其他修飾分析論文

　　摘要：對(duì)隴藥黃芪多糖運(yùn)用物理、化學(xué)、生物等方法進(jìn)行提取、純化，同時(shí)對(duì)隴藥黃芪多糖主鏈或側(cè)鏈的某些特殊結(jié)構(gòu)或功能基團(tuán)進(jìn)行修飾，使多糖的某些物理化學(xué)性質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以增強(qiáng)其生物活性。利用計(jì)算機(jī)仿真及數(shù)學(xué)模型建立其修飾模型及可調(diào)參數(shù)，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能，達(dá)到對(duì)中藥多糖的物化性質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)的一定改變，增強(qiáng)多糖的免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化等藥理活性。

　　關(guān)鍵詞：隴藥；黃芪多糖；提��；修飾；參數(shù)。

　　眾所周知，甘肅省定西市是“中國藥都”,素有“天然藥庫”之稱，如所轄縣隴西是“中國黃芪之鄉(xiāng)”,中藥材種類多、產(chǎn)量大。全市中藥材種植歷史悠久、資源豐富，道地藥材品種優(yōu)勢(shì)明顯，中藥材加工企業(yè)和專業(yè)合作社建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化基地，中藥材原種繁育基地，種苗繁育基地等初具規(guī)模。是國家中藥原料生產(chǎn)供應(yīng)保障基地之一。

　　國內(nèi)黃芪主要治療細(xì)胞免疫、疫苗免疫、體液免疫、代謝與生理、消化系統(tǒng)疾病、具有抗氧化性的特點(diǎn)，其中國內(nèi)飼料及獸醫(yī)藥中應(yīng)用中草藥頻率最高的十余種藥物中黃芪居首位。研究表,畜牧生產(chǎn)中常以黃芪、黃芪單一提取成分或黃芪與其他中草藥組合成復(fù)方用作飼料添加劑，黃芪提取物黃芪多糖也以其生物功能多樣、含量高、易于提取等優(yōu)勢(shì)，常作為飼料添加劑使用。在動(dòng)物醫(yī)學(xué)臨床中，黃芪多糖注射液常用于防治雞傳染性法氏囊病，注射黃芪多糖和香菇多糖可降低神經(jīng)淋巴瘤病強(qiáng)毒的發(fā)病率和死亡率。黃芪多糖的提取與修飾研究是目前國內(nèi)外科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。目前，國內(nèi)外對(duì)多糖的提取、分離純化是傳統(tǒng)的基本方法，而新方法探究是急待解決的問題。近年來有少量關(guān)于黃芪多糖修飾膠原促血管新生的實(shí)驗(yàn)研究,但對(duì)地域性隴藥黃芪多糖的提取與其他修飾的研究嘗未見報(bào)道。

　　一、研究的提出及意義。

　　自20世紀(jì)60年代以后，隨著對(duì)多糖認(rèn)識(shí)的深入，各國都加大了對(duì)多糖的研究力度，內(nèi)容主要包括糖生物學(xué)、糖工程基礎(chǔ)與應(yīng)用等。糖生物學(xué)概念的產(chǎn)生和糖生物學(xué)這門學(xué)科的誕生是1988年牛津大學(xué)教授RaymondDwek在《生化年評(píng)》上發(fā)表了題為“Glycobiology”綜述，并于同年創(chuàng)建了OxfordGlycoSys-tem專門研制生產(chǎn)有關(guān)糖的試劑[6~7],自2009年來在中國、日本、韓國、印度、新加坡、泰國、中國臺(tái)灣等國家及地區(qū)，每年舉辦一次學(xué)術(shù)交流會(huì)議。目前，日本、美國及歐盟已經(jīng)在多糖的研究與開發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，其研究方法領(lǐng)先，如用計(jì)算機(jī)進(jìn)行糖與蛋白質(zhì)相互作用的分析；糖氨聚糖的三維NMR分析并合成其功能域；糖蛋白糖鏈合成的基礎(chǔ)研究和用糖基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行修飾等。國內(nèi)科學(xué)家們?cè)诮▏�初期已�?jīng)開展了此方面的研究工作，如中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院輸血及血液研究所早在1957年就開始對(duì)右旋糖酐進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，篩選出了生產(chǎn)右旋糖酐的優(yōu)良菌株，并在全國推廣。早在20世紀(jì)60年代，文獻(xiàn)闡明了白地霉木糖與阿拉伯糖的代謝途徑，當(dāng)時(shí)這是一項(xiàng)處于國際水平的工作；1995年糖工程概念被引入中國，標(biāo)志著中國糖工程研究的開端許多中藥材的生物活性與多糖有著密切的聯(lián)系，大量研究表明多糖有增進(jìn)機(jī)體免疫、抗腫瘤、降血脂、抗炎抗病毒、抗氧化、抗衰老、降血糖等多種生理活性。在我國有許多學(xué)者從事著與中藥多糖的提取、分離純化和功效相關(guān)的研究。多糖還可改善食品的食用品質(zhì)、加工特性和感官特性，可用作乳化劑、酸性飲料穩(wěn)定劑、抗氧化劑。因此，多糖可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、個(gè)人護(hù)理用品及功能食品等，也成為食品科學(xué)、天然藥物、生物化學(xué)及生命科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

　　二、研究目標(biāo)與內(nèi)容。

　　研究目標(biāo)：

　　對(duì)中國藥都定西地區(qū)的黃芪生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)查研究，分析該環(huán)境地質(zhì)特征，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試及仿真模型分析，探索適合黃芪多糖的提取、純化、改造的研究，并建立相應(yīng)的方法指標(biāo)體系�？蔀閺V泛開發(fā)功能食品、醫(yī)藥、個(gè)人護(hù)理用品等的單位和個(gè)人提供理論指導(dǎo)，也可填補(bǔ)食品科學(xué)、天然藥物、生物化學(xué)及生命科學(xué)研究領(lǐng)域的空白。

　　研究內(nèi)容：

　　研究分析定西地區(qū)地質(zhì)環(huán)境問題的主要特征；建立定西地區(qū)黃芪信息數(shù)據(jù)庫；建立黃芪多糖的提取、純化、改造的方法指標(biāo)體系；確定多糖的分子量、分子結(jié)構(gòu)，以及簡便易行可操作性強(qiáng)的確定多糖分子量及分子結(jié)構(gòu)的新方法；研究多糖的功效，及多糖功效的細(xì)胞分子機(jī)制；基于仿真技術(shù)對(duì)適合于定西地區(qū)環(huán)境模式黃芪多糖的修飾理論和研究方法。

　　三、研究的對(duì)象及方法。

　　研究的對(duì)象：

　　以定西市隴西縣黃芪藥材為原材料，進(jìn)行試驗(yàn)與數(shù)值仿真研究。

　　研究方法：

　　研究方法主要有文獻(xiàn)分析、實(shí)驗(yàn)研究、模型分析，數(shù)值計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法等。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和數(shù)值模擬同時(shí)進(jìn)行，根據(jù)自身積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合相關(guān)理論研究對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析，并從大量的研究信息中總結(jié)規(guī)律，形成假設(shè)，并通過研究成果對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證和提升。

　　四、研究思路與方案。

　　研究思路：

　　該研究首先對(duì)多糖進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)后處理的遴選，接著進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，對(duì)不同提取、修飾方法所得產(chǎn)物測(cè)定，最后分析、處理數(shù)據(jù)，思路如圖1所示。

　　試驗(yàn)源擬采用甘肅省定西市隴西縣黃芪藥材為原材料，進(jìn)行試驗(yàn)研究建立提取修飾模型本研究主要針對(duì)適合黃芪藥材中多糖的提取、純化、改造的研究，并建立相應(yīng)的方法指標(biāo)體系。依據(jù)固-液兩相流理論，黃芪多糖提取可視其為兩相。在確立兩相流數(shù)學(xué)模型時(shí)，可將液體水看做是不可壓縮性的牛頓流體，黃芪根類固體和水溶劑都無相變性質(zhì)。液提過程中根據(jù)薄膜模型理論、滲透模型理論等對(duì)流傳質(zhì)過程的邊界層理論。固、液界面層中溶質(zhì)的濃度梯度:dρ

　　上面四式中參數(shù)a和b為a>0,-1<b<0;dm/dt為單位時(shí)間里沿x軸正方向通過一定截面遷移的溶質(zhì)質(zhì)量，即溶質(zhì)擴(kuò)散速度；D為溶質(zhì)總擴(kuò)散系數(shù)；S為固液界面面積；ρ為溶質(zhì)濃度；V為溶劑體積。

　　數(shù)值求解根據(jù)如上分析，利用Fluent軟件平臺(tái)中的Models模塊建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并設(shè)置修正系數(shù)和邊界與初始條件。然后，利用Fluent的求解器完成數(shù)值仿真。

　　研究方案。

　　具體過程如圖2所示。通過研究水溶液提取時(shí)其內(nèi)流場(chǎng)的邊界條件，固相形狀、化學(xué)組成和密度構(gòu)成以及相互之間的影響規(guī)律，建立了既能夠準(zhǔn)確而真實(shí)地反映實(shí)際情況，又適宜于數(shù)值求解的固液和液-固-氣等多相流的適合技術(shù)實(shí)際情況的水溶液內(nèi)流場(chǎng)多相流數(shù)學(xué)模型。

　　在本研究中，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是驗(yàn)證數(shù)值模擬的唯一途徑。使實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)最大限度地接近水溶液提取的實(shí)際情況，具體的設(shè)計(jì)與實(shí)施了提取中的有效成分鑒定以及在試驗(yàn)過程中參數(shù)的選擇。

　　五、設(shè)計(jì)模型。

　　利用Fluent中的Models模塊建立黃芪藥材中藥多糖的提取、純化、改造的非線性數(shù)學(xué)模型及數(shù)值求解。構(gòu)建了基于黃芪中藥多糖的提取、純化、改造的技術(shù)工藝、溶液的定量模型。

　　六、創(chuàng)新理論應(yīng)用。

　　將流體力的微觀水特性對(duì)提取中液-固-氣多維耦合流場(chǎng)特征分析，研究黃芪藥材中藥多糖的提取、純化、改造的理論規(guī)律。并將流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律應(yīng)用到黃芪根莖類中藥材多糖結(jié)構(gòu)提取，結(jié)構(gòu)修飾、降解裂褶多糖的抗腫瘤活性與母體中來，其降解后分子量和特性粘度等物理參數(shù)變化研究，提供臨床應(yīng)用。

　　黃芪為常用中藥，黃芪主要治療細(xì)胞免疫、疫苗免疫、體液免疫、代謝與生理、消化系統(tǒng)疾病、抗氧化性。黃芪多糖是黃芪的有效成分之一，黃芪多糖具有促進(jìn)免疫功能、改善心血管功能等多種生物活性。黃芪多糖在不同領(lǐng)域，如食品科學(xué)、天然藥物、生物化學(xué)及生命科學(xué)研究得到了廣泛的應(yīng)用，還可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、個(gè)人護(hù)理用品及功能食品。同時(shí)，在動(dòng)物醫(yī)學(xué)臨床中，黃芪多糖注射液常用于防治雞傳染性法氏囊病，提高了免疫力。黃芪單一提取成分或黃芪與其他中草藥組合成復(fù)方用作飼料添加劑，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、繁殖機(jī)能、改善畜牧產(chǎn)品品質(zhì)及人體安全健康方面得到廣泛深入地應(yīng)用。

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