葡萄糖应用生产现状及碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖的巨大优势

贺福元，邓凯文，刘文龙，石继连，戴儒文，唐 昱,，邹 欢，邱 云，陈 锋，黄 胜

（1.湖南中医药大学药学院 湖南 长沙 410208；2.湖南中医药大学现代中药制技术与评价实验室 湖南 长沙 4102082；3.中药药性与药效国家中医药管理局重点实验室 湖南 长沙 410208；4. 湖南中医药大学第一附属医院 湖南 长沙 410007）

葡萄糖应用生产现状及碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖的巨大优势

贺福元1,2,3，邓凯文4，刘文龙1,2,3，石继连1,2,3，戴儒文1，唐 昱1,3，邹 欢1，邱 云1，陈 锋1，黄 胜3

（1.湖南中医药大学药学院 湖南 长沙 410208；2.湖南中医药大学现代中药制技术与评价实验室 湖南 长沙 4102082；3.中药药性与药效国家中医药管理局重点实验室 湖南 长沙 410208；4. 湖南中医药大学第一附属医院 湖南 长沙 410007）

目的 分析葡萄糖的应用及制备方法的现状，提出可采用碎米（大米）酶法制成注射用葡萄糖。方法 对葡萄糖的结构特点、应用前景、所存问题和制备方法进行综述，论证采用碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖原料药的可行性。结果葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，在食品、医药、化学等行业中有广泛的应用，在人体新陈代谢中起着重要作用，为生命体的基本能量载体。其生产方法主要有酸法、双酶法、酶酸法、酸酶法，所采用的原料主要为玉米、甘薯等，目前临床所采用以玉米为原料制得的注射剂葡萄糖所发生的不良反应率居西药品种的第二位，与其原料、制剂生产工艺有较大影响，如采用碎（大）米为原料，可起到与人体同气相求的作用，而会使不良反应降低。结论 碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖在临床应用有一定的优势，其市场前景巨大。

葡萄糖；注射用葡萄糖；酶法；不良反应；原料及制剂

葡萄糖又称为玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至简称为葡糖，其化学分子式为C6H12O6，结构为D-（+）-吡喃型葡萄糖。该糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，植物器官与组织各部分、蜂蜜、动物的组织和血液中广泛分布。葡萄糖的用途很广泛，特别是结晶葡萄糖，现在广泛应用在食品、医药、化学等行业，在人体新陈代谢中起着重要作用，同时还有大量的葡萄糖衍生物用作临床治疗药品，因此本文对其应用、制备方法、所采用的原料及存在的问题进行综术分析，旨在为从不同来源的食物开发成葡萄糖，特别是注射用葡萄糖的研究提供理论与实验依据。

1 葡萄糖的应用概况

葡萄糖作为蔗糖的替代品应用于食品工业，其前景广阔。葡萄糖是淀粉最重要的下游产品之一，多是由玉米淀粉水解而得，国际上以玉米为原料生产的淀粉糖已全面代替了蔗糖，广泛进入了工业加工及家庭食用等各个领域[3]。在中国，淀粉糖产业的前景也相当广阔。

2 食用性葡萄糖的制备

制备原料：目前葡萄糖的制备主要原料有玉米、甘薯。但玉米的生产成本（2778元/吨）高于大米（2483元/吨）[4]，特别是碎米（1350元/吨），且并不为中国，特别是我省的主粮，同时在碾脱粒过程中不产生碎粒；而大米为我国的重要主粮，年产1.89亿吨，年产生碎米1000万吨，长期被用作饲料，造成了粮食资源不合理使用，因此展开碎米酶解制成葡萄糖，特别是注射用葡萄糖，一则可以变废为宝，二者节约出来的玉米可作为战略粮食储备和其它食品深加工，对节约和优化我国的粮食结构，保证粮食安全具有重大的战略意义。

制备方法：目前国内外生产上采用淀粉加工葡萄糖的液化、糖化方法主要有：酸法、双酶法、酶酸法、酸酶法等几种[5]。

酸法水解淀粉最早始于西方，1811年化学家Kir.choff（柯尔乔夫）在添加硫酸于马铃薯淀粉乳以制胶粘剂时[6]，错误地多加了酸，得到了具有甜味的糖浆，这是淀粉制糖的开始。此后，淀粉水解制糖发展缓慢，直至20世纪20年代初，美国开始较大规模地用酸法技术制取葡萄糖和果糖糖浆等，酸法水解淀粉才开始快速发展，至今仍在有些地方沿用。但这种传统酸法水解工艺存在很多缺点：需要耐酸耐压设备；需要精制淀粉为原料；淀粉投料的质量分数较低，仅为20%左右；水解后必须中和，色泽深，精制费用大；淀粉转化为葡萄糖的收率低，不超过90%；水解过程中，由于葡萄糖的逆聚合反应而生成较多带苦味的低聚糖，葡萄糖必须用结晶法精制才能将苦味去除；久贮后还因生成氧化甲基糖醛而转变成褐色等。因此，这种传统工艺逐渐被新兴的酶法技术替代。

酶法制糖始于我国，我国饴糖的制造已有2000多年的历史，古籍早有记载：“饴，米蘖煮也”（《说文》），就是说饴糖是米饭与谷芽共同煮熬而成。古人不知道什么是酶，酶的概念的提出以及将酶提取出来使用，是19世纪才开始的。1833年Payer等人从麦芽提取液中加酒精沉淀获得淀粉酶，可使2000倍的淀粉分解，不久淀粉酶被用于棉布退浆[7]。1892年Calmette从我国的药酒中分离出纯种根酶糖化酶，用于酒精发酵[8]。1896年，本高峰让吉首先用米曲霉固体培养法生产“他卡”淀粉酶，作为消化剂[9]。1917年法国人Boidin与Effront等又先后发现枯草菌可以分泌耐热且活性更强的α-淀粉酶[10-12]，并于1926年在德国设厂生产，为微生物酶的工业化生产奠定了基础，直至1949年日本开始采用深层培养法生产细菌α-淀粉酶后，微生物酶制剂的生产才进入大规模工业化的阶段。随着酶工业技术的进步，1955年德氏根酶与黑曲霉糖化酶首先被做成结晶[9]。1959年酶法生产葡萄糖获得成功，大约1960年，日本开始用淀粉酶液化和葡萄糖淀粉酶糖化的双酶法生产结晶葡萄糖。这不仅是葡萄糖工业的重大革新，也是葡萄糖生产史上的第一次大飞跃。

与传统酸法水解淀粉相比，酶法具有独特的优点[13]：可在常温常压和温和酸度下，高效地进行催化反应，简化了设备，改善了劳动条件和降低了成本；酶催化所需的活化能极低，催化效率远比无机酸高，α-淀粉酶与糖化酶共同作用于淀粉，得到的葡萄糖液DE值达98%以上；酶水解具有专一性，制得产品的纯度高；酶本身是蛋白质，无毒，对酸碱度极为敏感，故可简单地采用调节酸碱度、改变反应温度或添加抑制剂等方法来控制反应的进行；酶的来源广泛，许多动植物和微生物都可作为某些酶的原料；酶可以回收，重复利用。现在生产中大多使用此法。但是，普通的酶法制糖相对生产周期较长，糖液过滤困难。

1940年美国开始采用酸酶合并糖化工艺生产高甜度糖浆。传统的酶酸法是采用加酸至pH1.5左右再加压糖化，利用酸水解有效率高、速度快、时间短、过滤容易的特点，但酸水解选择性差，杂质分解多，颜色深，精制费用高。陈三宝在粗淀粉酶酸法生产液体葡萄糖新工艺的研究中表明，用粗淀粉原料生产液体葡萄糖，采用酶液化，酶酸化糖化新工艺，水解效率高，杂质分解少，精制费用低，过滤通畅，成品质量好，克服了传统酶酸法工艺杂质分解多，成品质量不稳定的缺点[14]。近年来，连续喷射技术在淀粉液化、糖化中也得到了应用，与双酶法相得益彰，为促进结晶葡萄糖的生产起了非常重要的作用。

双酶法的水解包括液化和糖化两个过程。液化包括淀粉糊化的物理过程，以硬糊化淀粉的糊精化的化学过程。糖化是将糊精彻底水解为葡萄糖。糊化、糖化不完全所遗留的淀粉，在后步不会转化，易在产品中产生“小白点”，是带来注射糖质量风脸最重要原因[15]。

双酶法的精制除杂采用活性碳吸附与阳、阴离子效换树脂交换吸附作用除去其中的杂质。活性碳主要用于亲脂性、芳香性和分子量较大的有机物，而离子交换主要除去阴、阳无机、有机离子化合物，因此常见的天然产物都会被精制除掉，但多糖、低聚糖是较难除掉，造成除杂不彻底[16]。这是我进行精制工艺研究的应注重的。

3 注射用葡萄糖的应用与制备方法

注射用葡萄糖的应用：注射用葡萄糖作为能量输液剂广泛应用于医学临床。据统计，2010年，我国营养输液销售总量为86亿瓶，销售总额超过400亿元，其中葡萄糖输液（包括注射液）市场占有率一直在50%以上，国际市场达1000亿美元之巨[2]。随着我国的经济的不断发展，对葡萄糖输液的需求越来越大，预计年增长率达15%以上，目前葡萄糖现已被列入《国家医保目录》甲类药物中，有“万药之母”之称，目前我国生产注射用葡萄糖原料药的厂家有家，年生值达品亿元以上。药典除载有葡萄糖制剂外，还载有葡萄糖酸钙针剂、片剂、葡萄糖酸钾、葡萄糖酸铁等制剂，故葡萄糖作为医药基础原料大量进行生产。在医药应用中葡萄糖主要用来生产口服葡萄糖、注射用葡萄糖液等，作为基质可以生产多类抗菌素及维生素，也可转化生产氨基酸或其它衍生物。葡萄糖及衍生物还可作为食品添加剂应用，主要品种有葡萄糖酸、葡萄糖酸－δ－内酯、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸亚铁、葡萄糖酸铜等锌、钙、铁、铜、钾、钠、镁各种盐。故其市场潜力巨大。

生产原料 世界上生产注射用葡萄糖原料主要有甘薯（日本）与玉米（中国）。造成这种状态的原因可能有：（1）生产注射用葡萄糖多采用的NOVO酶法，所研制的国家的主食不是大米。（2）玉米为世界多数国家的主食，以玉米的酶法制成注射用葡萄糖技术易于传播。（3）注射用葡萄糖按新药研究，要求高，费用大，防碍了其它品种的研究。（4）酶法制成注射用葡萄糖技术较高，不同品种不易仿制。（5）产稻谷的国家有中国、印度、印尼、孟加拉、越南、泰国、菲律宾、日本（少）、巴西等，多为科技不发达的国家，阻碍了稻米，特别是碎米研发成注射用葡萄糖。（6）葡萄糖为营养药品，并不为新药研究者所重视。

生产工艺及存在的问题 注射用葡萄糖的生产方法也酸法、双酶法、酶酸法、酸酶法等几种，但因所存在杂级问题只有酶法工艺得以继续应用。国外在六十年代普遍采用酶法，国内在64年开始研究，69～70年间，有八家生产厂先后投产酶法注射糖，一年多后， 由于针剂出现小自点等问题，迫使酶法注射糖停产。76年医药局组织酶法工艺攻关组，79年华北药厂召开酸酶法注射糖鉴定会，80年广州药厂召开双酶法(以木薯淀粉为原料)注射糖鉴定会。但是，以玉米淀粉为原料，用国产酶生产双酶法注射糖，一直没有投产或形成工业化生产规模。年10月广宁县葡萄糖厂，引进日本亚玛仁株式会社整套生产技术和装备， 以木薯淀粉为原料，采用NOVO酶水解，用煮糖法生产无水注射糖。于86年8月正武投产。但其技术经济指标没有见到交流，也没有见到报导。85年10月东北制药总厂引进丹麦DDS技术和装备，以玉米淀粉为原料，用NOVO酶水解，生产注射糖。87年试产，88年验收。由于种种原因和困难，89年产量仍在4600吨左右，目前，我国注射糖的产量达50,0000吨，主要生产厂家有12家，预则注射用无水葡萄糖将以每年14%的速度递增。

碎（大）米生产注射用葡萄糖的优势与难点 稻米是世界众多国家的主粮，2009年消费量达4.29亿吨，中国又是世界上大米生产与消费最大的国家，每年生产约1.89亿吨的稻谷（合1.4亿吨稻米）[1]。限于现有的碾米技术，在稻谷碾制过程中，不可避免产生10%～15%的碎米。碎米的化学组成与整米一样，其主要成份是75%左右的淀粉及含有8%左右的蛋白，具有与整米同样的营养价值。但这些碎米通常用作饲料原料，价格仅为大米的1／3～1／5，其经济价值比整米低了60%～80%，不但造成了稻谷资源的很大浪费，而且影响了精米加工的经济效益，因此如何提升碎米的附加值就显得越来越迫切。将会大幅度提升碎米的附加价值，也解决了大米长期积压的问题，为此将产生巨大的经济效益。

我省是稻谷生产大省，又是国家粮食储备基地，每年在稻谷加工过程中产生许多的碎米，如把碎米和积压的大米制成注射用葡萄糖，将提升碎米的附加值和科技含量，对于促进我省农业经济发展，提高农民收入，推动我省大米加工产业化的发展，具有重要的经济与社会意义。

但用碎（大）米制成注射用葡萄糖时存在三大关键技术难点，（1）糖化不完全，易产生“小白点”。供口服则不会影响产品质量，但作注射剂使用则易引起血栓的形成，造成人员死亡。这是因为大米中所含的淀粉不同于玉米、红薯、木薯、小麦等的淀粉，颗粒较小，约2～10微米，不易糊化，不利于淀粉水解成葡萄糖困[17]；淀粉水解成葡萄糖过程中，淀粉粒的大小是决定糊化速度的一个因素，颗粒大容易糊化，颗粒小则不易糊化，不利于淀粉的水解。大米淀粉的结构影响了其液化的程度。在以大米制葡萄糖时，必须将蛋白质先行除去，才能保证制得的葡萄糖质量。然而，大米中所含的蛋白质网组织紧密、分离困难，使液化难以彻底，除掉蛋白质也是关键。（2）除杂不彻底，可能带入毒性成分。不同于玉米、甘薯等其它食物，稻谷在种植过程中易受农药污染，故碎（大）米中可能含有较高的残留农药，因此采用低廉的农药除去工艺亦是重要关键技术；同时稻谷在贮存过程中可能会产生霉变，因此除去黄曲霉素工艺亦是关键的技术。（3）微生物及代谢产物的控制：改用碎（大）米原料后，其液化糖化过程的微生物生长的种群会变化，其代谢产物会变化，因此分析清楚该过程微生物的种群及研究所采用的除去方法，以及微生物代谢物的除去方法也是工艺的关键技术问题。对于这三大难点本项目组成员已攻克并申请了专利。

尽管采用碎（大）米生产注射用葡萄糖存在某些技术难点（大部分已解决），但与其它的原料相比，还是存在巨大优势。如关地[4]等考查了以大米作原料，采用一般水解和酶法水解工艺制取葡萄糖的难易性后，介绍了酶法制取葡萄糖的工艺流程和生产技术要点，并以不同粮食品种作原料成本对比，说明了以大米为原料生产葡萄糖的经济性。祝成[18]用碎（大）米生产食用葡萄糖，每吨葡萄糖的利润率可提高到50%以上。同时碎大米资源可得到开发，变废为宝，再者可消除污染、节水、节电。由于大米的营养成分与人体所需的营养成分最接近，可达到“同气相求”的目的，以碎大米为原料酶法生产的注射用葡萄糖，甜味、风味、营养价值都比玉米高[19]；由于玉米原料色素较重，所制成的葡萄糖大输液的不良反应位居化学药品第二位[20]，而碎（大）米制成注射用葡萄糖可克服这一缺点，因此用碎（大）米替代玉米制成注射用葡萄糖不仅潜在5000亿元以上的市场价值，而且重要的社会意义。

因此在总结分析出前述淀粉酶法制备注射用葡萄糖的难点，采用双酶法对碎米（大米）制成注射用葡萄糖。制备工艺研究时，一要使糊化、糖化完全；二要精制除杂彻底，建立糊精的除去工艺和临控方法；三要防止微生物的污染与热原除去。采用HPLC、GC等方法建立葡糖糖，有机磷、氯农药，黄曲霉素的测定方法的质量标准。

综上所述，在解决碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖的关键技术后，该项目的优势可得到发挥。“碎（大）米酶法制成注射用葡萄糖原料新药的工艺及质量标准研究”项目2010年已获湖南省科技厅正式立项（批准号：2010SK3019，可在湖南省科技厅网页查到），相关研究已向国家专利局申报了专利，并陆续有相关专利和论文报道，现希望与感兴趣的企业进行合作研发。

[1]中国行业研究报告网讯. 2009-2012年中国大米行业市场运行局势与发展前景分析报告[N]. http://www.chinairr.org:2009,01:14.

[2]李展文,姜旭朝.山东A集团年产6万吨结晶葡萄糖项目财务可行性研究[D].中国海洋大学硕士学位论文,2009:21.

[3]石桂春.美国玉米加工业的历史与现状[J].玉米科学,2001,9(2):83-84.

[4]关 地.大米制葡萄糖的技术和工艺[J].西部粮油科技,1995,23(2):21.

[5]林 勇.淀粉与葡萄糖的生产(第1版)[M].南昌:江西科学技术出版社,1986.

[6]张力田.果糖产品的发展[J].食品与发酵工业,1997,23(2):57-69.

[7]Uhlig,Helmut.Industrial Enzymes and Their Applications[M].New York:Wiley,1988.

[8]Mayer F C,Larner J.Substrate cleavage point of the α- and β-amylases[J].Am Chem Soc,1959,81:188-193.

[9]Fukumoto J,Yamamoto T,Ichikawa K.Proc Fructose production[J].Jap Acad,1915,27:352-358.

[10]Wellk N E,Campell L L.Effect of carbin sourses on formation of α-amylase by bacillus stearothermophilus[J].Bact,1963,86:681-686.

[11]Godfrey,Toffy.Industrial Enzymology:the application of enzymes in industry[M].New York:Nature Press,1983.

[12]PazurJH,Knull H R,CepurA.Glycoenzymes:Structure and properties of the two for ms of glucoamylase from Aspergillus niger[J].Carbohydr Rer,1971,20:83-96.

[13]刘佐才,候平然.酶法生产果葡糖浆的发展[J].冷饮与速冻食品,2001,9:39-41.

[14]陈三宝.粗淀粉酶酸法生产液体葡萄糖新工艺的研究[J].西部粮油科技,1998,3:29-32.

[15]张纪生,扬成敏.双酶法、酸酶法和酸法生产注射用葡萄糖的工艺调研[J].维普资讯,http://www.cqvip.com:1-6.

[16]孙 鹏.玉米制取葡萄糖的酶法工艺研究[J].现代食品科技,2006,22(1):89-90.

[17]温 泉.大米制葡萄糖的技术和工艺[J].今日科技,1986,12(11):23.

[18]祝 成.碎大米生产食用葡萄糖[J].化工之友,1994,15(2):56.

[19]高玉臣.大米制造葡萄糖的技术和工艺[J].杭州食品科技,2008,(2):23-25.

[20]王晓琳,张澄洪,欧阳平凯.应用纳滤膜分离糖和盐的实验研究[J].膜科学与技术,2001,12(1):44-48.

The Development of Application and Preparation of Glucose and the Giant Advantage of Glucose Being Made of Rice or Broken Rice

HE Fu-yuan, DENG Kai-wen, LIU Wen-long,SHI Ji-lian,DAI Ru-wen,TANG Yu ,ZOU Huan, QIU Yun,CHEN Feng,HUANG Sheng
(Department of Pharmaceutics, Hunan University of Tradition Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China)

glucose;injective glucose;enzymic method;adverse reaction;materials or preparations

R917

A

10.3969/j.issn.1674-070X.2010.12.029.068.04

〔Absrract〕Objective To analyze the development of applications and preparation of glucose, thereby to point out the injective glucose to be made of rice or broken rice. Methods To summarize glucose on aspects of construction features, applied perspective, preparing procession as well as issues, and to demonstrate the feasibility that the injective glucose will be made of rice or broken rice. Results The glucose, a monosaccharide to distribute widely in nature, was applied in food, medications and chemical industry, and played an important role in metabolism of human body as an energy carrier for life. The manufacture techniques includes to the acid, bi-enzymic, acid-enzymic methods etc, with main materials as corn and sweet potato etc. The infusion for injective glucose made of corn as materials has token place adverse reaction more than the secondary in western medications as results from their materials, preparing procession. The adverse reactions will be decreased or avoided if the rice or broken rice being materials in that the coincidence with qi of human body will be come up with.Conclusion There is a tremendous market outlook and advantage in clinical application for infusion glucose that will be made of rice or broken rice.

2010－10－03

湖南省科技厅项目（2010SK3019）资助。

贺福元（1965.7－），男，湖南祁东人，博士后，教授，博士生导师。主要从事中药药剂学、中药药剂学与生物药剂学、中药谱量学、谱效学、谱动学、谱效动学、中医药信息数学。

马宏宇）