中国杜仲胶的研究现状与发展前景

中国杜仲胶的研究现状与发展前景
药学与化学学院 10级药学一班 xxx
[摘要] 本文献介绍了杜仲含胶细胞形态与分布，综述了杜仲胶的多种提取与分离方法及工艺，以及杜仲胶高分子材料的基础研究与应用开发研究的新进展；总结了杜仲胶开发的现状,阐述了杜仲胶产业化开发与培育技术的发展方向。

[关键词]杜仲胶；研究进展；发展前景。

前言
杜仲为杜仲科植物杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）的干燥树皮，中国特有的名贵经济树种，也是中国名贵滋补药材，同时也是世界上适应范围最广的重要胶原植物。

中国是现存杜仲的唯一原产地[1]。

杜仲胶从杜仲果、叶或皮中提取，不破坏林木，在提取杜仲胶的同时，还可提取与树皮中药理作用相似的十分珍贵的天然药物成分（如绿原酸、黄酮）。

近年来，国内外有关专家、学者对杜仲胶进行了较全面系统的研究。

其独有的“橡(胶)一塑(料)二重性”的发现[1-5]，开拓了广泛的应用领域。

一种药、胶两得的提取方法，对于以杜仲胶新材料开发为主的杜仲资源综合利用的意义十分重大，前景广阔。

本文中以国内外对杜仲最新研究文献为主，从以下几个方面论述杜仲胶研究的开发与进展。

1、杜仲含胶细胞的形态及其分布
近年来，国内对杜仲根、茎、叶、花、果结构特征及其发育过程，含胶细胞在植物内的分布规律，显微、超显微结构以及胚胎学特征等有较多的报道[6-11]。

研究表明，杜仲的树叶、树皮和果皮中均富含一种白色胶丝——杜仲胶。

是一种十分细长、两端膨大、内部充满橡胶颗粒的丝状单细胞这种分泌细胞是杜仲胶合成和贮藏的场所[6-8]。

在幼茎，杜仲含胶细胞分散存在于皮层薄壁组织和初生韧皮部中，髓部极少；在老茎，含胶细胞只存在于次生韧皮部中；在幼根和老根中，都只存在于韧皮部；在叶内，存在于叶片各级叶脉韧皮部及主脉上下薄壁组织中；在叶柄，存在于维管柬韧皮部及薄壁组织中；在果实，只存在于果皮维管束韧皮部中；雄蕊花丝及药隔维管柬韧皮部也有分布。

杜仲含胶细胞内的硬性橡胶颗粒的积累过程是一个由少到多、由小到大、由不均匀分布到均匀分布的过程[6]。

杜仲果皮中含有丰富的含胶细胞。

在果实发育早期维管束组成分子增加时，含胶细胞数量略有增多；果皮生长停止后，含胶细胞数量基本达到恒定状态；
果皮成熟干燥时，所含杜仲胶不受其影响[10 ]。

在果皮内，含胶细胞沿果实的纵轴方向或与纵轴相垂直的方向排列，外果皮内的含胶细胞形成了一个完整的网状的保护罩子[7]。

2、杜仲胶高分子材料基础研究及其分离、测定
2.1杜仲胶高分子材料的基础研究与应用开发
杜仲胶国际上习惯称为古塔波胶或巴拉塔胶，其化学结构为反式一聚异戊二
烯(C
5H
8
)n [12]，为普通天然橡胶(顺式一聚异戊二烯)的同分异构体，是一种特殊
天然高分子材料。

因其具有在室温下质硬、熔点低、易于加工、电绝缘性好等特点，长期以来被用作塑料代用品[2、4 ]。

然而，由于杜仲胶与普通天然橡胶的微观结构不同，因此用途有限[4]。

由于在机理和加工技术上没有找到突破口，国内外对杜仲胶的研究长期停滞不前，改性研究的应用也只局限于海底电缆、高尔夫球、假发基等方面[2、4]。

多年来，不少科学家一直试图将杜仲胶加工成高弹性体，均未取得实质性突破。

1984年，我国“反式一聚异戊二烯硫化橡胶制法”的问世标志着杜仲胶的研究与开发进入了一个新纪元。

在此后的研究中，严瑞芳等国内众多学者围绕杜仲胶这一高分子材料进行了一系列基础与应用开发研究，取得了较大的进展[3、4]。

在杜仲胶加工技术方面，无论在学术思想上，还是在机理研究、加工工艺以及开发应用上，都体现出我国自己的独创性，开辟了一个全新的天然高分子新材料领域，并在这个领域占有自主知识产权，奠定了我国在这一材料领域的国际领先地位。

随着对杜仲胶硫化过程规律认识的深入，发现了杜仲胶硫化过程临界转变及受交联度控制的三阶段，从而开发出3大类不同用途的材料：热塑性材料、热弹性材料和橡胶弹性材料[4]．作为热塑性材料，杜仲胶具有低温可塑加工性，可开发具有医疗、保健、康复等多用途的人体医用功能材料[23、30]；作为热弹性材料其具有形状记忆功能，并具有储能、吸能、换能特性等，可开发许多新功能材料；作为橡胶弹性材料其具有寿命长、防湿滑、滚动阻力小等优点，是开发高性能绿色轮胎的极好材料。

这些发现赋予了杜仲胶独有的“橡一塑二重性”，谱写了高分子材料科学在橡胶、塑料领域的新篇章，并把对杜仲胶材料的认识提高到材料工程学的理论高度[15]。

2.2 杜仲胶的提取与分离
由于杜仲胶是一种天然高分子化合物，杜仲胶含量的测定以及提取工艺的方法都比较特殊．主要方法有离心分离法、溶剂法、碱液浸提法和综合法等。

目前有关杜仲胶提取及分离测定的文献多数为专利文献[28-34]。

严瑞芳的方法是：①采用碾磨法将树叶表面非杜仲胶组分磨碎，使树叶中含胶组织暴露出来，然后筛去废渣，用有机溶剂甲苯、苯、二氯乙烷、石油醚提取粗胶，再用普通有机溶剂醇、酮、醚、醛、酯净化完成提取杜仲胶的全过程[28]；②将杜仲树叶或皮用0．5 的NaOH进行熬煮、浓缩，经过发酵破坏纤维紊、粘胶素等，胶线壁被部分浸解，再经清洗、滚压，部分杂质被冲走，胶线壁被完全破坏，胶体完全暴露在外，再用有机溶剂提取粗胶和净化粗胶[31、32 ]。

陈增波的发明是：将杜仲叶或皮清洗后送人发酵池中发酵，破坏其细胞壁，再用2 NaOH 水溶液于80-120℃蒸煮锅中蒸煮120-135 min，漂洗后再置于水力打碎机打碎3 min，以游离出杜仲胶丝，经过筛漂洗，从中除去杂质，得杜仲胶[30]。

杨振堂采用从杜仲愈伤组织中提取杜仲胶的方法[54、56]。

利用培养得到的愈伤组织，将其烘干后的粉末在苯或三氯甲烷中浸提24-48 h，用甲醇沉淀2 h，再用4～5倍的乙醚溶解，回收乙醚得到精制杜仲胶，其纯度可达98．2％[31]。

金春爱、杨振堂等利用间接法测定叶片和愈伤组织中杜仲胶的含量．其以铬酸氧化杜仲胶，使它生成醋酸，将生成的醋酸用水蒸气蒸出，用标准碱溶液滴定，间接测出杜仲胶的含量[32]。

李学锋的方法是：将原料预先打碎，游离出胶丝部分，加入酒精作沉淀剂，利用溶剂将杜仲胶沉淀出来，这样可得较纯杜仲胶[12、34]。

马柏林的杜仲胶实验室提取方法比较试验表明，以碱浸法用1O NaOH 在9O℃温度下连续提取2次，每次3 h，浸提物在4O℃用浓盐酸处理2 h，分解去除粗胶中的非胶部分，效果较好[35]。

3、杜仲胶产业化开发的现状与前景
3.1 开发现状
目前，我国从微观结构和宏观性能的关系上找到了杜仲胶获得高弹性的基本规律，利用杜仲胶橡-塑二重性、优良共混性及独特的集成特性使杜仲胶新材料的开发进入了一个新的高度，为开发不同环境下使用的新型特种功能材料及以高性能绿色轮胎为代表的工程材料奠定了基础。

与此同时，还进行了连续化提胶技术和加工技术的开发，为杜仲胶材料的规模化生产奠定了技术基础。

但是，由于在杜仲胶在各部分的含量各不相同,价格非常昂贵，在与普通天然橡胶的价格竞争中，杜仲胶处于明显的劣势，其生产成本的过高严重限制了杜仲胶及高技术产
品的开发。

因此，要使杜仲胶及其高技术产品产业化走上持续稳定发展的道路，必须首先从杜仲胶原料和加工工艺上大幅度降低生产成本。

3.2 发展前景
杜仲胶的3大类不同用途的材料即热塑性材料、热弹性材料和橡胶弹性材料应用领域十分广阔[36 ]。

由于杜仲胶的特殊性能,通过提胶、硫化改性及深度加工,可开发许多的新型功能材料。

其中杜仲胶热塑性材料的开发可为社会提供各种各样的骨科外固定、支撑、康复、运动保健等制品,这对适应我国人口老龄化,给高强度、快节奏行业劳动者提供体能保障,对各类骨伤患者的康复等方面都有着重要的作用。

热弹性形状记忆材料以其独有的用途,将给人们提供其它材料无法比拟的独特制品,特别是杜仲胶高弹性材料用于轮胎的开发,将顺应国际上以反式胶为主,发展寿命长、安全、节能的“绿色轮胎”的趋势,可为普通天然橡胶资源贫乏的我国提供新的、来源充足的后备胶种,改变我国天然橡胶长期依赖进口的局面。

从各方面的研究结果表明,杜仲叶中不仅含有药用的各种化学成分可以替代传统的以皮入药,而且为今后杜仲胶产业化发展的主要原料,其次还可以制造功能食品、饮品和开发其它产品,因而杜仲胶的产业化发展必须综合进行采取三级开发模式:首先利用杜仲叶提取药用成分,生产功能食品、饮品或加工功能饲料,其次利用提取后的叶渣生产杜仲胶,最后利用开发后的废渣疏松木层、生产杜仲胶渣复合板等。

在三级开发模式中功能食品、饮品及功能饲料等产品的开发不仅提高了经济效益,而且降低了杜仲胶的加工成本,提高了杜仲胶的市场竞争力,为解决制约杜仲胶产业化发展的主要原因开辟了新的途径。

通过这种规模化、系统化的发展不仅可以扩大杜仲胶的生产,增加杜仲胶的产量,而且可以带动其他相关产业的发展,将成为今后杜仲产业综合性发展的新方向。

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