席夫碱中间体法制备壳聚糖衍生物及其抗菌活性研究
壳聚糖具有良好的生物特性和难溶于水的特点,经过酯化、季铵化等反应改性后得到的壳聚糖衍生物不仅水溶性更好,而且具有更高的抗菌活性。本实验采用席夫碱中间体法制备了两类共四种新型壳聚糖衍生物,一类为羟基取代壳聚糖衍生物,包括对氨基苯甲酸壳聚糖酯(ABCTSE)和O-羧甲基壳聚糖(OCMC);一类为壳聚糖季铵盐,包括N-对苯甲氧基甲基壳聚糖季铵盐(NM-chitosan)和N-对苯羟基甲基壳聚糖季铵盐(NH-chitosan)。壳聚糖酯化及羧甲基化产物既具备壳聚糖天然抗菌性,又包含对氨基苯甲酸及羧酸的特性,而壳聚糖季铵化衍生物包含了壳聚糖及季铵盐的抗菌性能。即两类产物兼具壳聚糖的天然生物性能及其取代单体杀菌效率高且易溶于水的优点。
本论文针对壳聚糖及其化学改性和食品防腐抗菌剂的发展趋势,研究了四种新型壳聚糖衍生物的合成路线,在保持一定投料比和反应时间条件下,通过单因素变化得到最佳合成温度;室温下,比较了壳聚糖及其衍生物在水和几种有机溶剂中的溶解性;并对产物作了FT-IR,1H NMR,元素分析和热重分析研究以表征其结构和性能,由元素分析结果根据新推导的取代度计算公式得到壳聚糖衍生物的取代度,同时由氯化碘定量法测得壳聚糖季铵盐的季铵化度,其中对壳聚糖酯还作了13C NMR分析;研究了不同浓度壳聚糖及其衍生物对金黄色葡萄球菌和黑曲霉的抑菌性能,得到抑菌率曲线,分别比较了两种羟基取代壳聚糖衍生物和两种壳聚糖季铵盐的抑菌性;在保持样品浓度一定的条件下,得到壳聚糖及其衍生物对金黄色葡萄球菌和黑曲霉的生长抑制曲线,并对两类壳聚糖衍生物分别作了比较。主要结论如下:
1.羟基取代壳聚糖衍生物的制备,表征及其抗菌活性
壳聚糖在氨基受保护的前提下,与对氨基苯甲酰氯合成了对氨基苯甲酸壳聚糖酯;其结构由FT-IR,1HNMR和13CNMR得到证实;结果表明产物在40℃时产物有最大取代度为40.4％;新制得的壳聚糖酯在室温条件下比壳聚糖表现出更好的溶解性,而产物热稳定性较小,受热失重率较大。壳聚糖在席夫碱化并被引入氯乙酸后,除去壳聚糖的氨基保护得到了O-羧甲基壳聚糖;其分子结构由FT-IR和1H NMR得到证实,反应温度为60℃时产物有最大取代度达到82.6％;产物室温下溶解性较好;而热重分析表明O-羧甲基壳聚糖热稳定性比壳聚糖高,且在不同的分解温度下,分解速率并不均匀。
对氨基苯甲酸壳聚糖酯和O-羧甲基壳聚糖对金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌的抑制效果均较好,其对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度分别为0.1％和0.5％,对黑曲霉菌分别为0.25％和1％。生长抑制实验表明,对氨基苯甲酸壳聚糖酯对金黄色葡萄球菌的生长抑制作用比O-羧甲基壳聚糖更强,而后者对黑曲霉的生长抑制作用更强。
2.壳聚糖季铵盐的制备,表征及其抗菌活性
两种醛类分别将壳聚糖席夫碱化并被硼氢化钠还原为N-烷基产物后,引入碘甲烷制得了壳聚糖季铵盐;其分子结构由FT-IR和1HNMR得到证实;两种产物取代度与季铵化度均相差不大;在室温条件下,新制得的两种壳聚糖季铵盐比壳聚糖溶解性更好;热重分析表明,N-对苯羟基甲基壳聚糖季铵盐热稳定性比壳聚糖较低,而N-对苯甲氧基甲基壳聚糖季铵盐热稳定性较好,在高温下的失重率也较小。
壳聚糖季铵盐对两种菌类的抑制效果较壳聚糖更好,NH-chitosan对实验菌种的抑制能力更强,其对金黄色葡萄球菌和黑曲霉的最小抑菌浓度分别达到0.1％和0.25％,而NM-chitosan则都为0.5％。生长抑制实验表明,添加NH-chitosan后微生物的生长繁殖更加缓慢,生长曲线趋于平稳,表明其抑制能力较高,优于壳聚糖和NM-chitosan。结果表明两种壳聚糖季铵盐提高了抑茵活性,并且拓宽了抗菌谱。
壳聚糖衍生物;席夫碱中间体法;结构表征;抗菌活性
中国海洋大学
硕士
海洋化学
王江涛
2011
中文
O636.1;TS202.3
81
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）