席夫堿中間體法制備殼聚糖衍生物及其抗菌活性研究.pdf

1、殼聚糖具有良好的生物特性和難溶于水的特點(diǎn),經(jīng)過(guò)酯化、季銨化等反應(yīng)改性后得到的殼聚糖衍生物不僅水溶性更好,而且具有更高的抗菌活性。本實(shí)驗(yàn)采用席夫堿中間體法制備了兩類共四種新型殼聚糖衍生物,一類為羥基取代殼聚糖衍生物,包括對(duì)氨基苯甲酸殼聚糖酯(ABCTSE)和O-羧甲基殼聚糖(OCMC);一類為殼聚糖季銨鹽,包括N-對(duì)苯甲氧基甲基殼聚糖季銨鹽(NM-chitosan)和N-對(duì)苯羥基甲基殼聚糖季銨鹽(NH-chitosan)。殼聚糖酯化及羧甲

2、基化產(chǎn)物既具備殼聚糖天然抗菌性,又包含對(duì)氨基苯甲酸及羧酸的特性,而殼聚糖季銨化衍生物包含了殼聚糖及季銨鹽的抗菌性能。即兩類產(chǎn)物兼具殼聚糖的天然生物性能及其取代單體殺菌效率高且易溶于水的優(yōu)點(diǎn)。
　　 本論文針對(duì)殼聚糖及其化學(xué)改性和食品防腐抗菌劑的發(fā)展趨勢(shì),研究了四種新型殼聚糖衍生物的合成路線,在保持一定投料比和反應(yīng)時(shí)間條件下,通過(guò)單因素變化得到最佳合成溫度;室溫下,比較了殼聚糖及其衍生物在水和幾種有機(jī)溶劑中的溶解性;并對(duì)產(chǎn)物作了F

3、T-IR,1H NMR,元素分析和熱重分析研究以表征其結(jié)構(gòu)和性能,由元素分析結(jié)果根據(jù)新推導(dǎo)的取代度計(jì)算公式得到殼聚糖衍生物的取代度,同時(shí)由氯化碘定量法測(cè)得殼聚糖季銨鹽的季銨化度,其中對(duì)殼聚糖酯還作了13C NMR分析;研究了不同濃度殼聚糖及其衍生物對(duì)金黃色葡萄球菌和黑曲霉的抑菌性能,得到抑菌率曲線,分別比較了兩種羥基取代殼聚糖衍生物和兩種殼聚糖季銨鹽的抑菌性;在保持樣品濃度一定的條件下,得到殼聚糖及其衍生物對(duì)金黃色葡萄球菌和黑曲霉的生長(zhǎng)

4、抑制曲線,并對(duì)兩類殼聚糖衍生物分別作了比較。主要結(jié)論如下:
　　 1.羥基取代殼聚糖衍生物的制備,表征及其抗菌活性
　　 殼聚糖在氨基受保護(hù)的前提下,與對(duì)氨基苯甲酰氯合成了對(duì)氨基苯甲酸殼聚糖酯;其結(jié)構(gòu)由FT-IR,1HNMR和13CNMR得到證實(shí);結(jié)果表明產(chǎn)物在40℃時(shí)產(chǎn)物有最大取代度為40.4％;新制得的殼聚糖酯在室溫條件下比殼聚糖表現(xiàn)出更好的溶解性,而產(chǎn)物熱穩(wěn)定性較小,受熱失重率較大。殼聚糖在席夫堿化并被引入氯乙酸后

5、,除去殼聚糖的氨基保護(hù)得到了O-羧甲基殼聚糖;其分子結(jié)構(gòu)由FT-IR和1H NMR得到證實(shí),反應(yīng)溫度為60℃時(shí)產(chǎn)物有最大取代度達(dá)到82.6％;產(chǎn)物室溫下溶解性較好;而熱重分析表明O-羧甲基殼聚糖熱穩(wěn)定性比殼聚糖高,且在不同的分解溫度下,分解速率并不均勻。
　　 對(duì)氨基苯甲酸殼聚糖酯和O-羧甲基殼聚糖對(duì)金黃色葡萄球菌和黑曲霉菌的抑制效果均較好,其對(duì)金黃色葡萄球菌最低抑菌濃度分別為0.1％和0.5％,對(duì)黑曲霉菌分別為0.25％和1％

6、。生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)氨基苯甲酸殼聚糖酯對(duì)金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)抑制作用比O-羧甲基殼聚糖更強(qiáng),而后者對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)抑制作用更強(qiáng)。
　　 2.殼聚糖季銨鹽的制備,表征及其抗菌活性
　　 兩種醛類分別將殼聚糖席夫堿化并被硼氫化鈉還原為N-烷基產(chǎn)物后,引入碘甲烷制得了殼聚糖季銨鹽;其分子結(jié)構(gòu)由FT-IR和1HNMR得到證實(shí);兩種產(chǎn)物取代度與季銨化度均相差不大;在室溫條件下,新制得的兩種殼聚糖季銨鹽比殼聚糖溶解性更好;熱重分析表

7、明,N-對(duì)苯羥基甲基殼聚糖季銨鹽熱穩(wěn)定性比殼聚糖較低,而N-對(duì)苯甲氧基甲基殼聚糖季銨鹽熱穩(wěn)定性較好,在高溫下的失重率也較小。
　　 殼聚糖季銨鹽對(duì)兩種菌類的抑制效果較殼聚糖更好,NH-chitosan對(duì)實(shí)驗(yàn)菌種的抑制能力更強(qiáng),其對(duì)金黃色葡萄球菌和黑曲霉的最小抑菌濃度分別達(dá)到0.1％和0.25％,而NM-chitosan則都為0.5％。生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)表明,添加NH-chitosan后微生物的生長(zhǎng)繁殖更加緩慢,生長(zhǎng)曲線趨于平穩(wěn),表明其