过氧化氢_醋酸体系降解壳聚糖及其产物的抗菌活性研究_覃彩芹
壳聚糖季铵盐的合成及应用研究
壳聚糖是一类资源丰富的天然高聚物,壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物,由于它具有独特的化学和生物特性,对其产品的开发研究已引起越来越多的国家和研究机构的重视。
本文研究了壳聚糖的一种新型衍生物---羧甲基壳聚糖季铵盐的制备及其应用。
1.概述了甲壳素、壳聚糖的国内外生产现状及其结构和性质,简述了壳聚糖及其衍生物吸湿保湿性、抗菌性研究现状以及作为水处理絮凝、吸附剂的研究进展。
3.期刊论文姚评佳.李世迁.魏远安.YAO Ping-jia.LI Shi-qian.WEI Yuan-an O-羧甲基N-三甲基壳聚糖季铵盐的
合成及其结构表征-广西大学学报(自然科学版)2006,31(3)
利用壳聚糖分子中氨基的特性,与过量的碘甲烷进行彻底的甲基化反应合成水溶性的壳聚糖三甲基季铵盐,经纯化后,将壳聚糖三甲基季铵盐与过量的一氯乙酸反应合成一种新型的两亲性化合物O-羧甲基-N-三甲基壳聚糖季铵盐(O-Carboxymethyl-N-triMethylChitosan Quaternary ammonium
6.期刊论文初立秋.陈煜.谭惠民.程静.郑伟.赵信岐.Chu Li-qiu.Chen Yu.Tan Hui-min.Cheng Jing.Zheng Wei.
Zhao Xin-qi新合成壳聚糖季铵盐/DNA复合物在Hela细胞中的转染效率-中国组织工程研究与临床康复
2009,13(38)
背景:壳聚糖季铵盐衍生物可以提高载体的转染效率,同时解决了壳聚糖溶解性差的问题,扩展了其pH值适用范围.目的:合成一种新型壳聚糖季铵盐载体,研究其与质粒结合的条件及转染效率,并与壳聚糖进行对比.设计、时间及单位:分子生物学,对比观察实验,于2008-08/10在浙江大学医学院附属第二医院完成.材料:壳聚糖季铵盐-N-2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖为北京理工大学高分子材料实验室合成.质粒pEGFP-C1为浙江大学医学院郑一春惠赠
壳寡糖的制备及其抑菌性能的研究
壳寡糖的制备及其抑菌性能的研究
尹爱国;李火娣
【期刊名称】《甘肃科学学报》
【年(卷),期】2013(25)2
【摘要】通过酶解法降解壳聚糖,配制成不同质量分数的壳寡糖缓冲溶液,探究其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌等的生长抑制影响.结果表明:壳寡糖的抑菌作用随其质量分数的增加而增大,其抑菌性能在较低质量分数时与其呈线性关系,到2.0％与2.5％的质量分数后基本持平,吸光度一直保持在一个较低的范围内稳定增长.壳寡糖质量分数和菌种对吸光度影响差异显著,二者没有交互作用.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】尹爱国;李火娣
【作者单位】广东石油化工学院,广东茂名 525000;广东石油化工学院,广东茂名525000
【正文语种】中文
【中图分类】TS202
【相关文献】
1.壳寡糖的制备及其抑菌性能研究 [J], 严钦;沈月新;王慥
2.壳寡糖抑菌性能的研究 [J], 赵倩;谢全喜;徐海燕;谷巍;曹斌;郑军红
3.纳米银/植物源复合抗菌剂的制备及其抑菌性能的研究 [J], 甘智豪;林家洪;韦次宁;刘永龙;杨平;黄小茉
4.PDA@Ag纳米复合材料的制备及抑菌性能研究 [J], 解修超;兰阿峰;刘二奴;郭少
波;邓百万
5.PDA@Ag纳米复合材料的制备及抑菌性能研究 [J], 解修超;兰阿峰;刘二奴;郭少波;邓百万
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壳聚糖及其衍生物的抑菌活性研究概述
Study on Antibacterial Activity of Chitosan and Its
Derivatives
作者： 刘瑶[1];钟志梅[1,2]
作者机构： [1]内蒙古农业大学理学院;[2]内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室内蒙古呼和浩特010018
出版物刊名： 科技资讯
页码： 112-115页
年卷期： 2021年 第11期
主题词： 壳聚糖;壳聚糖衍生物;壳聚糖复配产物;抑菌活性;食品保鲜
摘要：壳聚糖结构独特,是自然界中唯一一种氨基多糖,对许多真菌和细菌具有显著的抑制作用.近年来的研究表明,壳聚糖对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等细菌以及常见食物中毒菌都有良好的抑制作用.该文分别从壳聚糖、壳聚糖衍生物、壳聚糖复配产物三大部分的抑菌活性研究进行归纳,讨论国内外对于壳聚糖在抑菌方面的研究形势,以及壳聚糖制剂的制备和应用领域.。
几种壳聚糖的抑菌性能
几种壳聚糖的抑菌性能＊吴小勇1 曾庆孝1 莫少芳1 肖仔君21(华南理工大学轻工与食品学院,广州,510640)2(广东韶关大学,韶关,512000)摘 要 通过壳聚糖的抑菌实验和几种壳聚糖的最低抑菌浓度的测定,比较了相同脱乙酰度不同分子量,以及分子量相近脱乙酰度不同的壳聚糖对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌和假单胞菌的抑菌作用。
结果表明,实验中用到的壳聚糖都对金黄色葡萄球菌有很强的抑菌作用(抑菌率接近100%,最低抑菌浓度为0.03%);对于其他3种细菌,脱乙酰度相同(为75.3%或93.7%),粘均分子量不同(在40～80万之间)的壳聚糖,抑菌作用随分子量的升高而增强;而分子量相近脱乙酰度不同的壳聚糖对上述4种细菌的抑菌作用差别不大;在pH 5.5左右至pH 6.0左右壳聚糖能够发挥最强的抑菌作用;总体看来,壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌作用最强,其次是对假单胞菌和枯草杆菌,壳聚糖对大肠杆菌的抑菌作用相对弱一些;实验条件下的壳聚糖对上述4种细菌的抑菌作用普遍比苯甲酸钠强。
关键词 甲壳素,壳聚糖,抑菌,最低抑菌浓度 第一作者:博士研究生。
＊广东省科技厅资助项目(No .2002C 20314)·广东省海洋渔业局资助项目(No .200099H01) 收稿时间:2004-08-10,改回时间:2004-10-27 甲壳素是可以再生的生物大分子物质,在自然界中广泛存在,是自然界中存在的数量仅次于纤维素的第2大有机物,估计每年的生物合成量达100亿t [1]。
甲壳素的脱乙酰产物———壳聚糖,由于存在自由氨基,其溶解性和化学反应活性大大改善,表现出比甲壳素更广泛的应用前景。
壳聚糖在食品工业中主要用于,食品的防腐保鲜,酒类除浊和果汁澄清,作为功能性食品添加剂,用于水净化等。
近年来,关于壳聚糖在食品防腐保鲜方面的应用的研究越来越多,但是在壳聚糖的抑菌机理和抑菌特性方面,不同的研究者得出的结论去不尽相同[2～4]。
不同分子量超高脱乙酰度壳聚度糖的制备
不同分子量超高脱乙酰度壳聚度糖的制备柏正武;付克勤;宾琴;罗迎彬;刘涛;陈伟【摘要】将甲壳素分别在含硼氢化钠的氢氧化钠正戊醇中和氢氧化钠水中进行脱乙酰反应,再将得到的壳聚糖用过氧化氢水反应体系降解,制得不同分子量的超高脱乙酰度壳聚糖.在氢氧化钠正戊醇中制备的壳聚糖分子量介于24万和35万之间,在氢氧化钠水中制备的壳聚糖分子量介于81万和100万之间.实验结果表明:在氢氧化钠正戊醇体系中反应5h或在氢氧化钠水体系中反应6h所制备壳聚糖的脱乙酰度均达98％以上,在脱乙酰反应中,延长反应时间脱乙酰度增大;采用过氧化氢水反应体系降解壳聚糖时,影响壳聚糖分子量的因素包括过氧化氢与壳聚糖的投料比、反应温度及反应时间,而过氧化氢与壳聚糖的投料比是主要的影响因素.改变这些影响因素,可制备出分子量介于3.2万和56万之间的壳聚糖.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2014(036)008【总页数】4页(P16-19)【关键词】甲壳素;壳聚糖;脱乙酰;降解【作者】柏正武;付克勤;宾琴;罗迎彬;刘涛;陈伟【作者单位】武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074;武汉工程大学化学与环境工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】O636.9壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，通常将脱乙酰度大于95%的壳聚糖称为超高脱乙酰度壳聚糖[1]. 与一般的壳聚糖相比，超高脱乙酰度壳聚糖的结构较为规整，可用来制备具有特殊功能的材料. 由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖通常分子量很大，不溶于普通溶剂，只能在某些酸性介质中溶解，这使壳聚糖的应用受到极大限制. 另外，研究表明分子量对壳聚糖的性质有很大影响，不同分子量的壳聚糖性质差异很大. 所以，为满足制备不同材料对壳聚糖分子量及脱乙酰度的要求，研究超高脱乙酰度壳聚糖的制备非常重要.降解壳聚糖的化学方法包括NaNO2或H2O2氧化法、酸性或碱性水解法等[2]，用H2O2氧化法制备壳聚糖基本上无副产物，分离提纯方便，是一种较为理想的制备壳聚糖的方法. 但要将高分子量的壳聚糖降解为分子量较小的壳聚糖，就要使用较多量的H2O2，而较多的H2O2能氧化壳聚糖中的氨基，破坏壳聚糖的结构. 在本研究中，以甲壳素为原料，先用两种不同的方法制备不同范围分子量的壳聚糖，再用H2O2氧化法降解壳聚糖，制备出不同分子量的超高脱乙酰度壳聚糖.1 实验部分1.1 仪器与试剂Agilent DD 2 400 MHz核磁共振仪(美国安捷伦科技有限公司)；乌氏粘度计(毛细管内径为0.57 mm)；甲壳素，购于青岛潍坊科海生物制品有限公司；正戊醇，购于国药集团化学试剂有限公司；NaBH4购于武汉格奥化学技术有限公司；其它试剂均为分析纯.1.2 壳聚糖的制备方法一：正戊醇用孔径40 nm分子筛干燥，反应体系为甲壳素、NaOH和正戊醇，质量比为1∶5∶11，并加入质量分数为1.0%的NaBH4，在154 ℃下反应，反应结束后用蒸馏水洗涤至中性，干燥. 反应1 h制得的壳聚糖称之为C1，反应2 h制得的壳聚糖称为C2，反应3 h制得的壳聚糖称为C3，反应5 h制得的壳聚糖称为C4.方法二：将甲壳素和H2O按质量比为1∶10相混合，加入NaOH和NaBH4，质量分数分别为45%和1%，加热回流，反应结束后用蒸馏水洗涤至中性，干燥. 脱乙酰反应3 h所得产品为C5；按相同比例投料，间歇脱乙酰化3次，每次2 h，所得产品为C6；间歇反应2次，第一次反应3 h，第二次反应4 h，所得产品为C7；间歇脱乙酰化2次，每次反应4 h，所得产品为C8.1.3 壳聚糖降解采用H2O2为氧化剂对壳聚糖进行降解，在中性条件下，将壳聚糖用蒸馏水分散均匀，加热到预定温度，再加入一定量的H2O2. 改变反应时间、H2O2与糖单元摩尔比值(R)以及反应温度，得到不同分子量的壳聚糖. 反应完成后用蒸馏水洗涤至中性，室温干燥.1.4 壳聚糖分子量的测定将适量壳聚糖溶于0.1 mol/L的CH3COOH 0.2 mol/L NaCl溶液中，在25 ℃用乌氏粘度计测定流出时间，计算特性粘度[η]，根据Mark Houwink方程(1)计算壳聚糖的粘均分子量Mη[3-6].[Mη]=KMηα(1)K=1.81×10-3cm3/g，α=0.93.2 结果讨论先将壳聚糖溶于CF3COOD中，再测量其1H NMR. 在壳聚糖中残留乙酰基的甲基氢化学位移约为2.30，分别对壳聚糖中不同氢的峰进行积分，得出积分面积，乙酰基的甲基氢峰面积为S1，壳聚糖骨架氢峰面积为S2，按公式(2)计算壳聚糖的脱乙酰度(D.D)[3-4].(2)在NaOH-正戊醇反应体系中，C1的脱乙酰度为96.1%，C2的脱乙酰度为96.2%，C3的脱乙酰度为97.7%. 在NaOH-水反应体系中，C5的脱乙酰度为93.4%，C6的脱乙酰度为98.2%. 因此适当延长脱乙酰反应时间可增大产品的脱乙酰度. 图1为测量的在NaOH-水反应体系中制备得到的壳聚糖1H NMR谱图. 图1表明经过2次反应，每次反应4 h，所制备的壳聚糖乙酰基中H的峰几乎消失，脱乙酰度近100%.图1 壳聚糖C8的1H NMR谱图Fig.1 1H NMR of chitosan C8注:400 MHz,25 ℃考虑到壳聚糖中残留乙酰基中的甲基氢的化学环境，可推断化学位移在2.30附近的峰应对应壳聚糖残留乙酰基中的甲基氢. 壳聚糖的分子量不同，或脱乙酰度不同，其残留的乙酰基中的甲基氢的化学位移也略有不同(表1).比较两种反应体系，以NaOH-水为反应体系制得的壳聚糖分子量大，且脱乙酰更趋完全. 在各种条件下制备的壳聚糖的粘均分子量如表1所示.表1 不同反应条件下制备的壳聚糖的脱乙酰度及黏均分子量Tabel 1 Degree of deacetylaion and viscosity-average molecular weight of chitosan prepared under different conditions样品反应体系反应时间/hCH3CO—中H的化学位移脱乙酰度/%分子量/(Mη×10-4)C3NaOH正戊醇3．02．2797．735C4NaOH⁃正戊醇5．02．2798．224C6NaOH⁃H2O2．0+2．0+2．02．3298．284C7NaOH⁃H2O3．0+4．02．3299．7100C8NaOH⁃H2O4．0+4．02．3399．981在用H2O2氧化降解壳聚糖时，若H2O2用量少，则降解程度小，如果用量过大，则导致氨基被氧化，产品颜色加深[7-10]，甚至发生脱氨基现象，严重破坏壳聚糖的结构[11]. 因此制备分子量较小的壳聚糖(如分子量为几万)，就不能使用高分子量的壳聚糖为反应底物，而应该用H2O2降解中等分子量的壳聚糖，这样H2O2的用量不会太大，壳聚糖可保持原有的结构.改变降解时过氧化氢的用量、反应温度及反应时间，能制得不同分子量的壳聚糖(表2).反应温度为75 ℃，R值为1.0时，反应时间由30 min延长至90 min，降解后壳聚糖分子量变化不大. C4降解反应30 min后，R值由0.5变为1.0时，降解后壳聚糖分子量由14万降至5.4万，变化显著. 因此H2O2的用量对壳聚糖降解的影响较反应时间和反应温度的影响大，H2O2用量越大降解越快且降解程度越大.表2 降解条件对壳聚糖黏均分子量的影响Tabel 2 Influence of degradation conditions on viscosity-average molecular weights of chitosan原壳聚糖分子量/(Mη×10-4)反应时间/minR反应温度/℃产物壳聚糖分子量/(Mη×10-4)84300．3655684300．5654484200．5655024300．3651624300．565142 4301．0755．424451．0754．624901．0753．23 结语用正戊醇-NaOH反应体系脱乙酰化5 h可制备脱乙酰度大于98%的超高脱乙酰度壳聚糖，所得到的壳聚糖黏均分子量为24万. 甲壳素在NaOH-水体系中脱乙酰化，间歇反应2次(3 h和4 h)或间歇反应3次(每次2 h)，均可生成脱乙酰度大于98%的超高脱乙酰度壳聚糖，所制得的壳聚糖黏均分子量在81万到100万之间. 延长反应时间，脱乙酰度略有增大，但壳聚糖分子量逐渐减小. 甲壳素在NaOH-水体系中脱乙酰更彻底.将分子量为24万的壳聚糖降解，在65～75 ℃的温度范围内，改变H2O2用量、反应时间，即可制备粘均分子量在20万以下的超高脱乙酰度壳聚糖. 用相同的方法降解高分子量壳聚糖，可以制备粘均分子量在24万到100万之间的超高脱乙酰度壳聚糖.致谢感谢国家自然科学基金委员会对本工作的资助.参考文献:[1] 蒋挺大. 壳聚糖[M]. 北京: 化学工业出社社,2006.JIANG Ting-da. Chitosan[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2006.(in Chinese)[2] 欧春艳, 李林通. 壳聚糖降解研究的最新进[J]. 广州化工， 2013, 41(6): 13-15. OU Chun-yan, LI Lin-tong. Recent progress of study on degreadation of chitosan[J]. Guangzhou Chemical Industry, 2013, 41(6): 13-15.(in Chinese) [3] 蒋元勋, 李海鹰, 杨文智, 等. 壳聚糖脱乙酰度测定方法的总结与比较[J]. 应用化工，2011, 40(10): 1837-1841.JIANG Yuan-xun, LI Hai-ying, YANG Wen-zhi, et al. The methods about degree of deacetylation determination of chitosan: summary and discussion[J]. Applied Chemical Industry，2011, 40(10): 1837-1841.(in Chinese)[4] 林春梅. 壳聚糖黏均分子量的测定[J]. 山东农业科学，2011( 7): 105-106. LIN Chun-mei. Detection of chitosan molecular weight[J]. Shandong Agricultural Sciences，2011(7): 105-106.(in Chinese)[5] KWON T H, JUN T K, SOON T J, et. al. Properties of chitosan-based biopolymer films with various degrees of deacetylation and molecularweights[J]. Journal of Applied Polymer Science，2003, 89:3476 -3484. [6] 寇晓亮, 王琛. 壳聚糖及其降解产物黏均分子质量的测定[J]. 化纤与纺织技术，2010, 39(1): 43-46.KOU Xiao-liang, WANG Chen. Detection the viscosity-average molecular weight of chitosan and its degradation products[J]. Chemical Fiber & Textile Technology，2010, 39(1): 43-46.(in Chinese)[7] 王喆. 低分子量壳聚糖的制备[D]. 长春：长春工业大学， 2011.WANG Zhe. Preparation of low molecular weight chitosan[D]. Changchun ：Changchun University of Technology，2011.(in Chinese)[8] 郑必胜, 周萌. 壳聚糖氧化降解制备壳寡糖的研究[J]. 现代食品科技，2012,28(8): 959-963.ZHENG Bi-sheng, ZHOU Meng. Oxidation degradation of chitosan for preparation of oligochitosan[J]. Modern Food Science and Technology，2012, 28(8) : 959-963.(in Chinese)[9] 周萌. 壳聚糖的氧化降解及壳寡糖的分离纯化[D]. 广州：华南理工大学，2013. ZHOU Meng. The oxidative degradation of chitosan and the purification of oligochitosan[D]. Guangzhou：South China University of Technology，2013.(in Chinese)[10] CHANG K L B, TAI M C, CHENG F H. Kinetics and products of the degradation of chitosan by hydrogen peroxide[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001, 49：4845-4851.[11] QIN C Q, DU Y M, XIAO L. Effect of hydrogen peroxide treatment on the molecular weight and structure of chitosan[J]. Polymer Degradation and Stability，2002, 76: 211-218.。
壳聚糖的过氧化氢降解工艺研究【开题报告】
开题报告食品科学与工程壳聚糖的过氧化氢降解工艺研究一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义甲壳素（Chitin）广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，又称动物素、几丁质、甲壳质或壳多糖。
甲壳素因其化学性质不活泼、溶解性能很差，直接应用非常有限。
对甲壳素进行脱乙酰化处理后所得壳聚糖（Chitosan），因分子结构中氨基活性基团的存在，其化学性质大为改变，是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖，具有许多独特的生物活性，同时还具有无毒、生物相容性好和易于降解等优点，但因其分子内外氢键的相互作用，形成有序的大分子结构，分子量通常在几十万上百万，使其只溶于稀盐酸、硝酸等无机酸和大多数有机酸，而不溶于水和碱溶液，因此壳聚糖的应用受到很大的限制[1~7]。
分子量对壳聚糖的性质有很大影响，不同分子量的壳聚糖性质差异很大，壳聚糖的许多独特功能只有在分子量降低到一定程度时才表现出来[8]。
低聚壳聚糖不仅保持了高聚壳聚糖所具有的某些功能性质，如降低胆固醇、降血压血脂、防治糖尿病、强化肝脏机能、治疗烧烫伤等，而且还具有许多高聚壳聚糖所不具备的生理活性和功能性质，如保湿性、抗肿瘤活性、调节肠道菌群、增强免疫力、抵抗微生物感染、促进止血以及诱导植物产生抗毒素等诸多作用[9]。
随着对低聚壳聚糖的各种独特生理活性的证实，壳聚糖的利用和研究在国内外已经形成一个巨大的产业，其中低聚壳聚糖的开发前景方兴未艾。
但是低聚壳聚糖的制备，尤其是聚合度为6~8壳寡糖的制备大都处于实验室的研究阶段。
壳聚糖的降解方法主要包括化学法(如过氧化氢氧化、酸水解)、物理法(如核辐射、紫外辐射和微波处理法)、酶解法(采用纤维素酶或壳聚糖酶)。
目前，工业上主要以水解法(酸水解法和酶水解法等)为主。
可以预见，随着低聚壳聚糖制备方法的逐步成熟，将对壳聚糖产业产生巨大推动作用，同时带来可观的经济效益和社会效益。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题1.研究壳聚糖降解的几种方法壳聚糖的降解方法主要包括化学法(如过氧化氢氧化、酸水解)、物理法(如核辐射、紫外辐射和微波处理法)、酶解法(采用纤维素酶或壳聚糖酶)。
优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究解读
第２９卷，第１期光谱学与光谱分析Ｖ０１．２９，Ｎｏ．１，ｐｐ４３－４７２００９年１月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＪａｎｕａｒｙ，２００９优化条件下过氧化氢降解壳聚糖的光谱学研究林芳１’２，贾新刚１，雷万学１，李正军１，张廷有Ｈ１．四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川成都６１００６５２．国家皮革质量监督检验中心，浙江海宁３１４４００摘要在最佳反应条件下制备过氧化氢对壳聚糖的降解产物，通过测定原料及降解产物（Ｍｗ１５００１６６．５３ｋＤａ）的氮、碳含量，分析它们的红外光谱、核磁共振碳谱、ｘ射线衍射谱及圆二色谱，考察各产物是否保持其天然结构。
结果表明：各降解产物与原料的碳含量，氮含量及脱乙酰度的最大相对偏差分别为２．４％，２．３％与６．９％，且后两者随着反应时间的延长而减小；各降解样品的红外光谱及核磁共振碳谱与原料壳聚糖的相似，说明降解过程几乎不改变原料的化学结构；经相同方法处理过的原料及降解产物在２０＝ｌｏ．４。
和１９．８。
处均存在Ｘ射线衍射峰，在２１０ｎｒｎ处均存在一个负的圆二吸收峰，表明产物的固态结构与其在溶液中的构象均没有发生变化。
说明在优化的降解条件下过氧化氢氧化降解没有改变壳聚糖的天然结构。
关键词壳聚糖；过氧化氢；降解反应；光谱分析；结构特征中图分类号：０４３３．１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｒｕ１０００－０５９３（２００９）０１—００４３—０５为原则，优化反应温度及过氧化氢的用量等因素，通过改变引言反应时间在最佳条件下制备不同分子量的壳聚糖，测定原料及降解产物的氮含量和碳含量，分析它们的红外光谱、核磁壳聚糖的分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中共振碳谱、Ｘ射线衍射谱、以及圆二色谱，考察在最佳的降少见的阳离子型高聚物，易被微生物降解而不带来环境污解条件下各产物是否保持其天然结构。
染，具有较好的生物相容性及良好的抗菌性，在工业、农业、医学及生物工程等各个领域得到越来越广泛的应用，已被现１实验部分代科学称为继糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质５大生命要素之后的第６生命要素。
壳聚糖与壳寡糖抑菌保鲜研究进展
壳聚糖与壳寡糖抑菌保鲜研究进展作者：杨焕蝶张翔亚历山大·苏沃洛夫陈蕾蕾赵双枝王军华王维婷杨金玉来源：《山东农业科学》2020年第02期摘要：果蔬采后呼吸作用旺盛，表面微生物代谢活跃，内部水分容易蒸发，品质极易在运输及储藏过程中下降。
壳聚糖与壳寡糖具有广谱的抑菌效应及良好的生物相容性，相比于传统的合成保鲜剂，具有无毒、高效、低残留的优势，现已广泛应用于采后果蔬的保鲜处理。
本研究着重对壳聚糖与壳寡糖的生物活性、制备方法、抑菌机制及其在果蔬保鲜应用等方面的最新成果进行综述，并提出了未来两种物质在果蔬保鲜应用上的主要发展方向。
关键词：壳聚糖;壳寡糖;制備;抑菌机制;保鲜中图分类号：S379 ;文献标识号：A ;文章编号：1001-4942（2020）02-0167-06Abstract Quality of postharvest fruits and vegetables are easy to be seriously degraded during transportation and storage due to vigorous respiration， active metabolism of surface microorganisms and evaporation of internal moisture. Chitosan and chitooligosaccharide have broad-spectrum antimicrobial effects and good biocompatibility. Compared with traditional synthetic preservatives，chitosan and chitooligosaccharides are non-toxic， efficient and low residual. Therefore they havebeen widely used in fresh-keeping post-harvest fruits and vegetables. This paper focused on the latest research progresses of chitosan and chitooligosaccharide in biological activity， preparation method， antimicrobial mechanism and preservation of postharvest fruits and vegetables. The main research directions of chitosan and chitooligosaccharides for preservation of postharvest fruits and vegetables in the future were put forward.Keywords Chitosan; Chitooligosaccharides; Preparation; Antimicrobial mechanism; Preservation壳聚糖及其衍生物资源丰富，制备方法简单，具有多种生物活性。
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第21卷第6期孝感学院学报V OL.21 NO.6 2001年12月JOURNAL OF XIAOGAN U NIVERSITY DEC.2001过氧化氢/醋酸体系降解壳聚糖及其产物的抗菌活性研究覃彩芹1,杜予民2,刘 义2,肖 玲2(1.孝感学院化学系,湖北孝感432100;2.武汉大学化学与环境科学学院,湖北武汉430072)摘 要:用过氧化氢/醋酸体系降解壳聚糖制备不同分子量的甲壳低聚糖,这些样品用凝胶渗透色谱(GPC),碳-13核磁共振谱(13C-N M R)分析表征。
降解所得壳聚糖产物中有羧基生成,且随着分子量的降低,羧基含量增加。
用微热量法来测量降解壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌作用,同时用平板法测水溶性壳聚糖抑制多种细菌的活性,结果表明2%浓度水溶性产物可以完全抑制这些细菌的生长。
关键词:壳聚糖;过氧化氢;降解;微热量法;抑菌中图分类号:O636.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2544(2001)06-0009-05壳聚糖是自然界中储量丰富的天然高分子化合物,因其无毒,可生物降解且具有良好的生物相容性,近年来在食品、医药、化妆品、农业等方面得到越来越广泛的应用[1]。
这些功能不仅依赖于壳聚糖的化学结构,同时也与它们的分子量密切相关[2]。
低分子量壳聚糖利于吸收,且生物活性更强,因此低聚糖的研究倍受关注[3~5]。
目前,主要采用降解法来制备低分子量的壳聚糖,包括酶降解法、酸降解法和氧化降解法[6]。
H2O2降解法因降解产物无残毒,易处理,成本低,是一种清洁的生产工艺而被经常应用于多糖的降解之中[7~9]。
H2O2降解是氧化降解,降解产物化学结构必然会有所变化,从而导致生物活性有所不同。
因此,本文研究在均相的有机酸体系中H2O2降解壳聚糖,并报告降解产物的抗菌活性。
1 实验部分1.1 仪器及试剂虾壳壳聚糖,脱乙酰度DD90%(浙江玉环海洋生物化学有限公司产品),其他试剂均为分析纯。
M OD1106元素分析仪,DELTA-320-S pH计;红外光谱用Shimadzu FT-IR红外光谱仪,KBr压片;碳-13核磁共振谱用Varian M ercury Vx300光谱仪,水溶性样品采用D2O作溶剂,水不溶性样品采用添加CD3COOD的D2O作溶剂。
1.2 凝胶渗透色谱(GPC)测定壳聚糖分子量及分子量分布重均分子量(Mw),数均分子量(M n)和分子量分布(Mw/Mn)用T SK G5000-PW和TSK G3000-PW联柱,RI150示差检测器,在TSP P100高效液相色谱仪上测定。
标准样品为已知分子量的TOSOH Pulluan,流动相为0.2mol L-1 CH3COOH/0.1mol L-1CH3COONa缓冲液,流速为1.0mL/min,数据处理采用江申工作站。
1.3 降解反应壳聚糖按1:20(W/V)比例分散在介质中,水浴加热到所需温度。
在搅拌下,按设定的用量比(H2O2与糖单元摩尔比)滴加H2O2,凝胶渗透色谱(GPC)监测。
反应一段时间后,用NaOH调节pH至8,过滤,收集沉淀,用水洗涤,干燥,得水不收稿日期:2001-10-10作者简介:覃彩芹(1965- ),男,湖北咸宁人,孝感学院化学系副教授,博士研究生。
9溶性壳聚糖产品。
滤液在50 以下减压浓缩,用乙醇沉淀,洗涤,真空干燥,得水溶性产品。
1.4 微量热法监测降解壳聚糖对细菌的作用[10]培养基成分(以1000mL计):牛肉膏3g;蛋白胨5g;NaCl5g;其余为二次无菌蒸馏水,pH:7. 0。
120 高压灭菌20min。
S.aureus菌种由武汉大学中国典型菌种保藏中心提供。
采用瑞典产LKB-2277生物活性检测系统,配有LKB-2210二通道记录仪、LKB-2132蠕动泵和LKB-2219外水循环器。
系统控温于37 。
化合物按实验要求,配制成溶液,在细菌接种后,取定量溶液加入,摇匀,泵入系统进行监测,溶液用二次无菌水现配现做。
1.5 壳聚糖的体外抑菌实验牛肉膏汤琼脂培养基的制备:在100mL蒸馏水中加入牛肉膏0.3g,蛋白胨1.0g,NaCl0.5g,琼脂2.0g,加热溶解,用20%NaOH调pH至7.2 ~7.6过滤,高压消毒备用。
药物平板培养基的配置:每种试药取6支试管,依次编号为1~6号。
每种受试药物取0.8g,加蒸馏水2mL溶解,然后加入2mL灭菌生理盐水,振荡均匀后,取其中2mL加入2号试管,依次处理至5号试管,6号试管为空白对照,得到1~5号试管的药物浓度分别为0.2,0.1,0.05,0. 025,0.0125g mL-1。
每种试药各取5个无菌培养皿,编号为1~5号,每号皿中加入同号试管稀释药液2mL,再加入熔化并冷却至40 的牛肉膏汤琼脂培养基18m L,摇匀凝固即成。
该药在皿中的浓度依次为20,10,5,2.5,1.25mg m L-1。
细菌接种与培养:将各种标准菌株分别接种于牛肉膏汤培养基(不加琼脂),在37 孵化箱内培养18h,然后以接种环划线将各种标准菌株分别接种于各个含药培养皿的不同区域,在37 孵化箱内培养24h后取出观察结果。
2 结果与讨论2.1 酸浓度对降解的影响壳聚糖在酸性条件下可以发生降解,结果见图1。
在中性介质中,大分子壳聚糖不溶于水,降解反应是非均相反应,加上壳聚糖分子内和分子间氢键的作用,H2O2渗入速度慢,反应发生在表面及无定形区,反应的可及度较小,反应速度相对较慢,且反应不均匀。
在稀酸溶液中,壳聚糖分子溶解,分子间与分子内氢键断裂,分子伸展,整个分子上的基团对H2O2来说都为可及的,氧化作用点多,降解反应是均相反应。
当醋酸浓度加大,介质酸性增强,壳聚糖上的氨基与H+结合生成R-NH+3,形成缺电子体系,而氧化降解多发生在那些氨基未结合H+的糖单元的1,4-糖甙键上。
当降解到一定程度后,因自由氨基少,导致进一步降解困难。
控制介质酸浓度是摸索制备特定分子量壳聚糖的一个因素。
图1 醋酸的相对用量对降解壳聚糖产物分子量的影响2.2 13C-NMR光谱分析图2是NaOH处理后的降解壳聚糖产物的13C -NM R光谱图。
样品1为水溶性组分,分子量为3.1 103;样品2为水不溶性组分,分子量为11.7 103。
样品2的谱图与原料的谱图(未显示)及文献[11,12]报道一致。
样品1在160~180mg L-1范围内出现了新的信号,证明了羧基的生成[8]。
随着降解产物分子量降低,羧基含量增加。
注:样品1用D2O溶剂,样品2用CD3COOD/D2O溶剂图2 13C-NM R光谱2.3 微量热法监测壳聚糖对细菌的作用壳聚糖具有广谱抗菌作用,但甲壳素不具有,说明抗菌活性依赖于壳聚糖上的氨基,而且与分子量紧密相关。
不过已报告的壳聚糖抗菌活性表现在酸性环境下,而在pH为7的条件下很弱[13]。
因此本文研究降解壳聚糖在pH为7的介质中的10覃彩芹,杜予民,刘 义,肖 玲抗菌活性。
利用LKB-2277生物活性检测系统,停流法,对壳聚糖系列与金黄色葡萄球菌作用的情况进行了测定。
对不同的化合物,测得了各种不同情况下的热谱,如图3所示。
注: 0mg L-1, 2mg L-1, 5mg L-1图3 金黄色葡萄球菌的代谢热谱在细菌生长代谢的指数生长期内,细菌的数量是按指数规律生长的,其数学表达式为:n t=n0e k(t-t0)其中n0是t0时的细菌数;n t是t时的细菌数; k是在细菌指数生长期时的生长速率常数。
令每个细菌输出的热功率为p,则:p t n t=p o n0e k(t-t0)即p t=p o e k(t-t0)其中p o是t0时所测细菌热功率;p t是t时的所测细菌热功率。
以ln p t对t进行线形拟合可得出金黄色葡萄球菌在不同壳聚糖样品及不同浓度下的生长速率常数k,由G=ln2/k得出不同条件下的细菌传代时间,如表1所示。
热谱反映了金黄色葡萄球菌在药品的作用下代谢活动变化的情况以及生长速率的变化,可当作评价抑菌性能的一个定量标准。
壳聚糖样品加入,细菌热功率变小,说明细菌代谢减慢,停滞期增长,传代时间G增长。
这个实验结果揭示降解壳聚糖能够抑制金黄色葡萄糖球菌的生长。
表1 金黄色葡萄球菌在不同条件下的k和G 样品Conc.(g L-1)k(min-1)G(min)R*对照 0.0239 0.000829.00.99651 1.00.023829.20.98662.00.018936.70.99625.00.009970.20.98422 2.00.017639.50.9973 氧化壳聚糖的抑菌活性明显受其分子量的影响。
当样品1为水溶性组分,它的分子量比水不溶性组分样品2的低,相同药物浓度下,细菌的代谢时间延长,低分子量壳聚糖显示好的抑菌作用。
在pH>6的介质中,其好的水溶性是好的抑菌作用的一个重要原因。
这个实验结果得到琼脂平板法的结果证实。
2.4 体外抑菌性能本实验在模拟人体生理pH值(7.2~7.6)的条件下,对一些常见的具有代表性的细菌进行了抑菌实验。
表2列出了壳聚糖样品1在不同浓度下对细菌的抑制效果。
从表2中可以看出壳聚糖对金黄色葡萄球菌有较好的抑制作用,而对大肠杆菌的抑菌作用则较差。
随着浓度的增大,壳聚糖的抗菌活性明显增强,当浓度为0.125%以上时,样品1对金黄色葡萄球菌的抑制率达到100%。
样品2水溶性不好,难于抑制细菌的生长,但其盐酸盐水溶性好,对细菌的抑制作用强,见表3。
表2 壳聚糖样品1的体外抑菌实验结果浓度(%)金黄色葡萄球菌绿脓杆菌伤寒杆菌大肠杆菌志贺2-----1-+++++0.5-++++++++++0.25-++++++0.125-+++++++空白对照+++++++++++++++++++11过氧化氢/醋酸体系降解壳聚糖及其产物的抗菌活性研究表3 壳聚糖样品2盐酸盐的体外抑菌实验结果浓度(%)金黄色葡萄球菌绿脓杆菌伤寒杆菌2---1---0.5---0.25-++0.125-++++++空白对照+++++++++++2.5 抑菌机理探讨壳聚糖的抑菌作用可能有几种机理[14]。
壳聚糖是一种络合试剂,能够结合有机体正常生长所需的金属离子,微量元素或一些必需的营养成份从而阻止微生物正常生长,且聚阳离子使蛋白质发生絮凝作用;正电荷的-NH3+吸附带负电荷的细胞壁,使壳聚糖吸附在细胞膜表面,改变了细胞膜的选择透过性,阻止营养物质向细胞内的运输致使细胞质流失,细胞质壁分离,从而起到抑菌杀菌作用。
降解水溶性壳聚糖样品1既有-NH2,又有-COO-,它们可以与金属离子形成环状络合物,络合作用可能占主导地位。
而壳聚糖样品2盐酸盐,阳离子起主要作用。
因此,我们认为在不同情况下,降解壳聚糖具有不同的抗菌机理。