脂多糖

脂多糖，位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一层较厚(8～10nm)的物质，由类脂A、核心多糖和O特异侧链3部分以共价结合方式形成，其中，类脂A由2个 N-乙酰葡糖胺和5个饱和长链脂肪酸组成，核心多糖分为内核心区和外核心区两部分，内核心区由3个2-酮-3脱氧辛糖酸(KDO)和3个L-甘油-D- 甘露庚糖(Hep)组成，外核心区由5个己糖组成，O特异侧链由多个四己糖单元组成；既具有良好的去污、乳化、洗涤、分散、增溶、渗透、起泡、粘度调节、防止老化、防止结晶、抗静电等性能，又具有无毒、无臭、无污染、无刺激性、易生物降解等优良特性，同时还具有抗菌、保鲜、抗病毒、抗肿瘤、清除体内酯类垃圾等药理作用和免疫功能；因此而被广泛应用于食品、医药、化工、化妆品、洗涤剂、纺织及农牧业等行业。 由类脂A、核心多糖和O特异侧链3部分以共价结合方式形成。类脂A由2个 N-乙酰葡糖胺和5个饱和长链脂肪酸组成;核心多糖分为内核心区和外核心区两部分，内核心区由3个2-酮-3脱氧辛糖酸(KDO)和3个L-甘油-D- 甘露庚糖(Hep)组成，外核心区由5个己糖组成;O特异侧链由多个四己糖单元组成。其中含类脂36.7%，总糖47.7%，总氮1.02%，总磷1.23%，蛋白质6.38%。 1.直接法
即多糖与脂肪酸直接进行酯化反应。通常采用常压下, 在碱性催化剂的催化下, 直接脱水一步合成。此反应虽然工艺简单, 但条件要求比较高, 难以控制, 并且反应缓慢, 产率也很低。
2.酯交换法
酯交换法根据溶剂的不同, 又可分为溶剂法和无溶剂法。
(1)溶剂法
①Snell 法：即 DMF( N, N- 二甲基甲酰胺) 法。以 DMF 为溶剂, 加硬脂酸甲酯和催化剂 K2CO3, 在加热条件下进行酯交换反应, 同时减压蒸馏除去甲醇, 反应结束后用无水乙醇重结晶, 干燥粉碎而成。因为最终产品中的有毒溶剂很难完全除去, 所以食品级不能用此法合成。虽然本法工艺简单, 反应条件温和, 多糖不会焦化, 原料转化率高, 但由于溶剂 DMF 价格昂贵并且有毒, 最终产品难纯化等缺点, 该方法现在已经基本淘汰。
②Nebraska- Snell 法：也称微乳法、丙二醇溶剂法。以无毒的丙二醇代替有毒的 DMF 等有机溶剂作为反应介质, 将多糖、碱性催化剂与脂肪酸甲酯在乳化剂作用下形成微乳液( 液滴直径 0.01 μm～0.06 μm) , 再进行酯交换反应, 即可得到多糖脂肪酸酯。本法工艺简单, 溶剂无毒易回收, 即使残留于产品中也不妨碍食用。本法的缺点是微乳化体系很不稳定, 条件稍有偏差, 小液滴就容易从反映体系内凝聚沉积出来而破坏反应的正常进行；另外, 研究还发现: 由于该反应时间长, 温度高, 糖易焦糖化, 造成产品的色泽较深, 产率也会随之下降。
③Nebraska- DKS 法：亦称水乳化法, 水媒法, 水溶剂法。先用水溶解多糖和皂( 如脂肪酸钾、脂肪酸钠或脂肪酸钙等) , 使之成为均一稳定的乳状溶液, 然后提高反应温度, 同时加入碱性催化剂( K2CO3或 KOH 等) 和部分或全部脂肪酸甲酯, 同时减压除水。本法的特点是反应条件温和, 不含有毒溶剂, 反应时间较短。但该反应体系不稳定, 微乳化难控制, 脂肪酸甲酯易发生水解。
(2)无溶剂法
无溶剂法又可分为熔融法、相溶法和非均相法。
①无溶剂熔融法：将多糖、碱性催化剂和脂肪酸酯混合进行搅拌, 在惰性气体保护下加热溶解或熔融成流动的均态物质,减压进行反应, 冷却提纯得到产品。该法反应速度极快,收率好, 但是反应温度、压力很高,反应不易控制, 限制其工业化应用。
②无溶剂相溶法：该法是借助亲和剂(如脂肪酸皂等)的乳化作用使多糖和脂肪酸甲酯产生相溶性, 从而实现酯交换。此法反应体系稳定, 速度快,着色小, 转化率高。但是反应温度高、能耗大, 或需要惰气保护, 程序复杂难控制。
③无溶剂非均相法：直接将多糖、脂肪酸甲酯和催化剂 ( 如 K2CO3、Na2CO3等) 混合搅拌, 在一定温度和压力下进行酯交换。此法工艺简单, 原料酯转化率为 60 %～90 %, 但是糖与脂肪酸甲酯及催化剂难以混溶形成均一相, 反应只能在相界面进行, 导致反应速度慢, 催化剂用量大,产品灰分偏高。
3.酰化交换法
将多糖与酰化剂进行反应, 但由于脂肪酸酰氯在空气中很容易潮解, 造成该方法的产率不高。后来又出现了其他的酰化剂, 如醋酸酐、醋酸乙烯酯、琥珀酸酐等, 取代有机氯。在合适的酰氯( 如辛酰氯、十二烷酸酰氯和十八烷酸酰氯等) 存在下, 通过聚糖的酰化反应可制得一系列淀粉和具有不同取代度及支链长度的直链淀粉酯, 取代度分别为 0.54、1.8 和 2.7。
4.微生物法
微生物法也称酶法。微生物如根霉、肠杆菌、曲霉、假单胞菌、色杆菌、念珠菌、粘液菌和青霉属的脂肪酶, 可以催化蔗糖和脂肪酸反应生成蔗糖酯, 它不仅具有乳化、润湿和增溶等作用, 还具有增强免疫、抗肿瘤等性能。生物合成法可以克服化学合成法的许多缺点, 此法条件温和, 没有毒性物质产生, 产品易于纯化; 得到的糖酯的临界胶束浓度 ( CMC ) 值低, 表面张力大, 乳化性能, 助溶性, 泡沫性能等均优于化学合成。目前, 虽然该法具有很多优点, 但是由于成本高, 操作要求严格, 实施工业化生产仍然具有一定的困难。
5.其他方法
(1)相转移催化法( PTC 法)
即在反应体系中加入相 转移催化剂( PhaseTransfer Catalyze 简称 PTC) 。相转移催化剂是一类能在液( 有机相) —液( 水相) 或液- 固反应过程中加速反应进行的催化剂, 能穿越两相界面, 从一相提取反应物进入另一相进行反应。因此可以克服反应物分散难, 混溶难等缺点, 加快反应速率, 减少副反应, 提高产率。相转移催化剂有季胺盐类, 聚乙二醇类, 冠醚类等, 其中应用最多的是季铵盐类, 其制造方便, 价格便宜、应用范围比较广。基本反应历程如下：

图1为相转移催化法反应式
其中, Q+表示季铵盐离子。
(2)微波( 辅助) 法
微波酯化反应分为湿法和干法, 干法反应是将反应物浸渍在 Al2O3、硅胶等多孔无机载体上进行的微波反应, 这些载体本身不吸收微波, 但介质表面所吸收的有机物能充分吸收微波能量而活化, 使反应速度大大提高。此法不存在因溶剂挥发而产生的危险, 具有安全、高效、装置简单等优点, 且避免大量有机溶剂的使用对环境造成污染, 具有现实意义。微波有机湿法反应是指在有机溶剂存在下进行的微波反应, 但是所选有机溶剂沸点要比反应温度高 20 ℃～300 ℃, 以保证在反应时溶剂不会挥发, DMF、甲酰胺、低碳醇类、水等都是常用的溶剂, 有的反应物本身就是很好的溶剂。
(3)超声波( 辅助) 法
超声波法可用加速搅拌速度和加速物质传递来解释, 也可以用空穴效应及由此引起的物理化学变化来解释。超声波对许多反应具有明显的促进作用, 有些在一般条件下很难发生的反应或需在催化剂存在下方可进行的反应, 在超声波作用下可在较温和的条件下进行。在超声辐射下进行的酯化反应, 方法简单、产率较高、条件温和, 超声酯化产率大大高于未超声的产率。同时研究发现: 超声波对酯化反应有明显的促进作用, 尽管反应在室温下进行, 但反应产率与经典的加热方法相近, 且反应时间大大缩短, 操作方便。但是超声波法的工业化生产同样存在成本及应用范围的问题。
(4)催化精馏法
催化精馏是一种将催化反应和精馏过程耦合为一体, 通过催化精馏塔来实现的化工过程。其反应具有转化率高、产品纯度高、降低能耗和操作费用低等独特优点。催化精馏酯化利用反应体系中反应物与产物形成的低沸点共沸物的沸点差异, 通过精馏将生成的产物( 酯和水) 及时连续分离出反应区域, 极大地降低了产物对反应的抑制作用。 1.适当的植物脂多糖进入动物或人体后，在短时间内就可以增强机体的非特异性免疫力，对提高机体的抵抗疾病的能力作用很大。
2.脂多糖还能抗血凝、抗血栓、减少心血管系统疾病、降血糖等保健功能.
3.茶叶中的脂多糖有防辐射的功效，同时也有改善造血功能、保护血相的作用。 1.发热反应。
2.白细胞反应。
3.内毒素血症与内毒素休克。
4.弥散性血管内凝血。
5.其他：小量LPS能激活B细胞，产生多克隆抗体;促进T细胞的成熟;激活巨噬细胞和NK细胞活性；诱生干扰素、肿瘤坏死因子(TNF)、集落刺激因子(CSF)、白细胞介素-6等免疫调节因子。 1.是革兰氏阴性细菌内毒素的物质基础。
2.提高细胞表面镁、钙离子的浓度。
3.因其分子变化多端，由此决定了细胞表面抗原决定簇的多样性。
4.是若干噬菌体的专一吸附受体。
有关脂多糖的概述、化学成分、制备方法、药理作用、生物学作用、功能是由Chemicalbook的丁红编辑整理。（2015-11-04）