地域性黄芪多糖的提取与其他修饰分析论文
摘要：对陇药黄芪多糖运用物理、化学、生物等方法进行提取、纯化，同时对陇药黄芪多糖主链或侧链的某些特殊结构或功能基团进行修饰，使多糖的某些物理化学性质和空间结构发生改变，以增强其生物活性。利用计算机仿真及数学模型建立其修饰模型及可调参数，最后通过实验验证其性能，达到对中药多糖的物化性质和空间结构的一定改变，增强多糖的免疫调节、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化等药理活性。
关键词：陇药；黄芪多糖；提取；修饰；参数。
众所周知，甘肃省定西市是“中国药都”,素有“天然药库”之称，如所辖县陇西是“中国黄芪之乡”,中药材种类多、产量大。全市中药材种植历史悠久、资源丰富，道地药材品种优势明显，中药材加工企业和专业合作社建设标准化基地，中药材原种繁育基地，种苗繁育基地等初具规模。是国家中药原料生产供应保障基地之一。
国内黄芪主要治疗细胞免疫、疫苗免疫、体液免疫、代谢与生理、消化系统疾病、具有抗氧化性的特点，其中国内饲料及兽医药中应用中草药频率最高的十余种药物中黄芪居首位。研究表,畜牧生产中常以黄芪、黄芪单一提取成分或黄芪与其他中草药组合成复方用作饲料添加剂，黄芪提取物黄芪多糖也以其生物功能多样、含量高、易于提取等优势，常作为饲料添加剂使用。在动物医学临床中，黄芪多糖注射液常用于防治鸡传染性法氏囊病，注射黄芪多糖和香菇多糖可降低神经淋巴瘤病强毒的发病率和死亡率。黄芪多糖的提取与修饰研究是目前国内外科学研究的热点之一。目前，国内外对多糖的提取、分离纯化是传统的基本方法，而新方法探究是急待解决的问题。近年来有少量关于黄芪多糖修饰胶原促血管新生的实验研究,但对地域性陇药黄芪多糖的提取与其他修饰的研究尝未见报道。
一、研究的提出及意义。
自20世纪60年代以后，随着对多糖认识的深入，各国都加大了对多糖的研究力度，内容主要包括糖生物学、糖工程基础与应用等。糖生物学概念的产生和糖生物学这门学科的诞生是1988年牛津大学教授RaymondDwek在《生化年评》上发表了题为“Glycobiology”综述，并于同年创建了OxfordGlycoSys-tem专门研制生产有关糖的试剂[6~7],自2009年来在中国、日本、韩国、印度、新加坡、泰国、中国台湾等国家及地区，每年举办一次学术交流会议。目前，日本、美国及欧盟已经在多糖的研究与开发领域处于领先地位，其研究方法领先，如用计算机进行糖与蛋白质相互作用的分析；糖氨聚糖的三维NMR分析并合成其功能域；糖蛋白糖链合成的基础研究和用糖基转移酶进行修饰等。国内科学家们在建国初期已经开展了此方面的研究工作，如中国医学科学院输血及血液研究所早在1957年就开始对右旋糖酐进行了较为系统的研究，筛选出了生产右旋糖酐的优良菌株，并在全国推广。早在20世纪60年代，文献阐明了白地霉木糖与阿拉伯糖的代谢途径，当时这是一项处于国际水平的工作；1995年糖工程概念被引入中国，标志着中国糖工程研究的开端许多中药材的生物活性与多糖有着密切的联系，大量研究表明多糖有增进机体免疫、抗肿瘤、降血脂、抗炎抗病毒、抗氧化、抗衰老、降血糖等多种生理活性。在我国有许多学者从事着与中药多糖的提取、分离纯化和功效相关的研究。多糖还可改善食品的食用品质、加工特性和感官特性，可用作乳化剂、酸性饮料稳定剂、抗氧化剂。因此，多糖可广泛应用于食品、医药、个人护理用品及功能食品等，也成为食品科学、天然药物、生物化学及生命科学研究领域的热点。
二、研究目标与内容。
研究目标：
对中国药都定西地区的黄芪生长环境进行调查研究，分析该环境地质特征，进行实验测试及仿真模型分析，探索适合黄芪多糖的提取、纯化、改造的研究，并建立相应的方法指标体系。可为广泛开发功能食品、医药、个人护理用品等的单位和个人提供理论指导，也可填补食品科学、天然药物、生物化学及生命科学研究领域的空白。
研究内容：
研究分析定西地区地质环境问题的主要特征；建立定西地区黄芪信息数据库；建立黄芪多糖的提取、纯化、改造的方法指标体系；确定多糖的分子量、分子结构，以及简便易行可操作性强的确定多糖分子量及分子结构的新方法；研究多糖的.功效，及多糖功效的细胞分子机制；基于仿真技术对适合于定西地区环境模式黄芪多糖的修饰理论和研究方法。
三、研究的对象及方法。
研究的对象：
以定西市陇西县黄芪药材为原材料，进行试验与数值仿真研究。
研究方法：
研究方法主要有文献分析、实验研究、模型分析，数值计算，经验总结法等。实验室试验和数值模拟同时进行，根据自身积累的技术经验结合相关理论研究对研究对象进行分析，并从大量的研究信息中总结规律，形成假设，并通过研究成果对假设进行验证和提升。
四、研究思路与方案。
研究思路：
该研究首先对多糖进行预处理，然后对后处理的遴选，接着进行模型设计，对不同提取、修饰方法所得产物测定，最后分析、处理数据，思路如图1所示。
试验源拟采用甘肃省定西市陇西县黄芪药材为原材料，进行试验研究建立提取修饰模型本研究主要针对适合黄芪药材中多糖的提取、纯化、改造的研究，并建立相应的方法指标体系。依据固-液两相流理论，黄芪多糖提取可视其为两相。在确立两相流数学模型时，可将液体水看做是不可压缩性的牛顿流体，黄芪根类固体和水溶剂都无相变性质。液提过程中根据薄膜模型理论、渗透模型理论等对流传质过程的边界层理论。固、液界面层中溶质的浓度梯度:dρ
上面四式中参数a和b为a>0,-1<b<0;dm/dt为单位时间里沿x轴正方向通过一定截面迁移的溶质质量，即溶质扩散速度；D为溶质总扩散系数；S为固液界面面积；ρ为溶质浓度；V为溶剂体积。
数值求解根据如上分析，利用Fluent软件平台中的Models模块建立相应的数据模型，并设置修正系数和边界与初始条件。然后，利用Fluent的求解器完成数值仿真。
研究方案。
具体过程如图2所示。通过研究水溶液提取时其内流场的边界条件，固相形状、化学组成和密度构成以及相互之间的影响规律，建立了既能够准确而真实地反映实际情况，又适宜于数值求解的固液和液-固-气等多相流的适合技术实际情况的水溶液内流场多相流数学模型。
在本研究中，实验室试验是验证数值模拟的唯一途径。使实验室试验最大限度地接近水溶液提取的实际情况，具体的设计与实施了提取中的有效成分鉴定以及在试验过程中参数的选择。
五、设计模型。
利用Fluent中的Models模块建立黄芪药材中药多糖的提取、纯化、改造的非线性数学模型及数值求解。构建了基于黄芪中药多糖的提取、纯化、改造的技术工艺、溶液的定量模型。
六、创新理论应用。
将流体力的微观水特性对提取中液-固-气多维耦合流场特征分析，研究黄芪药材中药多糖的提取、纯化、改造的理论规律。并将流体动力学规律应用到黄芪根茎类中药材多糖结构提取，结构修饰、降解裂褶多糖的抗肿瘤活性与母体中来，其降解后分子量和特性粘度等物理参数变化研究，提供临床应用。
黄芪为常用中药，黄芪主要治疗细胞免疫、疫苗免疫、体液免疫、代谢与生理、消化系统疾病、抗氧化性。黄芪多糖是黄芪的有效成分之一，黄芪多糖具有促进免疫功能、改善心血管功能等多种生物活性。黄芪多糖在不同领域，如食品科学、天然药物、生物化学及生命科学研究得到了广泛的应用，还可广泛应用于食品、医药、个人护理用品及功能食品。同时，在动物医学临床中，黄芪多糖注射液常用于防治鸡传染性法氏囊病，提高了免疫力。黄芪单一提取成分或黄芪与其他中草药组合成复方用作饲料添加剂，提高动物生产性能、繁殖机能、改善畜牧产品品质及人体安全健康方面得到广泛深入地应用。
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