新型殼聚糖酯的制備及抑菌性能研究.pdf

1、殼聚糖是一種天然線性生物大分子多糖，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的性能，自發(fā)現(xiàn)以來便得到了足夠的重視和快速的發(fā)展。但它僅能溶解在低濃度的酸性溶液中，這嚴(yán)重地限制了它在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本研究針對(duì)殼聚糖的難溶解性，及其與市售防腐劑相比不理想的抑菌性，對(duì)殼聚糖進(jìn)行化學(xué)改性，以期能夠作為食品防腐劑廣泛應(yīng)用到食品領(lǐng)域。本研究通過對(duì)殼聚糖進(jìn)行酯化制備了三種新型的殼聚糖酯，研究了各反應(yīng)因素對(duì)殼聚糖酯取代度的影響，優(yōu)化了制備條件。殼聚糖酯的結(jié)構(gòu)特征通過紅外和

2、核磁光譜進(jìn)行表征;生物安全性通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià);并研究了殼聚糖酯的溶解性、發(fā)泡性和抑菌性。雖然殼聚糖的抑菌性被廣泛研究，但其抑菌機(jī)制并不明確，大多推測殼聚糖的抑菌性與其聚陽離子的性質(zhì)有關(guān)，因此本研究通過噴霧干燥制備殼聚糖微球，對(duì)微球進(jìn)行不同程度的交聯(lián)，來控制微球表面氨基的量，直接研究氨基與殼聚糖抑菌性的關(guān)系。主要結(jié)論如下:
　　1.殼聚糖酯的制備與表征
　　(1)制備殼聚糖醋酸酯衍生物。以二氯亞砜作為催化劑，殼聚糖與乙酸依

3、次經(jīng)過超聲、過濾、除NH3+、提純、干燥得到殼聚糖醋酸酯衍生物。正交實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)條件為:溫度35℃，反應(yīng)時(shí)間1h，殼聚糖與醋酸的比例是1∶4(g/ml)，殼聚糖與二氯亞砜的比例為1∶4(mol/mol)。通過FTIR，1H NMR表征其結(jié)構(gòu)，得出乙?；x擇性地連在殼聚糖的羥基上，并結(jié)合核磁圖譜，利用積分面積的方法，計(jì)算出最佳條件制備的殼聚糖醋酸酯的取代度為0.35。
　　(2)制備苯甲酰殼聚糖醋酸酯衍生物。殼聚糖、苯甲酰氯和醋

4、酸依次經(jīng)過超聲、過濾、除NH3+、提純、干燥得到苯甲酰殼聚糖醋酸酯衍生物。正交實(shí)驗(yàn)確定最佳條件為:溫度35℃，反應(yīng)時(shí)間2h，殼聚糖與醋酸的比例是1∶6(g/ml)，殼聚糖與苯甲酰氯的比例為1∶2(mol/mol)。通過FTIR，1H NMR表征其結(jié)構(gòu)得出，苯甲?；⒁阴；謩e選擇性地連在殼聚糖的氨基和羥基上，利用核磁圖譜，計(jì)算出最佳條件制備的苯甲酰殼聚糖醋酸酯的苯甲酰度為0.26，乙酰度為1.15。
　　(3)制備醋酸酯殼聚糖季銨

5、鹽衍生物。該制備過程分兩步進(jìn)行，首先制備殼聚糖季銨鹽，然后進(jìn)行酯化反應(yīng)制備醋酸酯殼聚糖季銨鹽。酯的制備是將制得的殼聚糖季銨鹽與醋酸混合，并加入催化劑二氯亞砜，在室溫下進(jìn)行機(jī)械攪拌一定時(shí)間，然后加入大量丙酮沉淀過夜，過濾收集物質(zhì)，并將其溶解、透析、濃縮、冷凍干燥后得產(chǎn)物。利用滴定法得出殼聚糖季銨鹽的取代度為85.5％。通過FTIR，1H NMR表征其結(jié)構(gòu)，并利用核磁圖譜，計(jì)算出其乙酰度為2.31。
　　2.殼聚糖酯的性能研究

6、　　通過對(duì)殼聚糖及其衍生物進(jìn)行最大耐受量實(shí)驗(yàn)和微核實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)其安全性。最大耐受量實(shí)驗(yàn)結(jié)果按《食品安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序和方法》中的急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判定，這些樣品屬實(shí)際無毒;殼聚糖及其衍生物的微核實(shí)驗(yàn)結(jié)果為陰性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明制備的三種殼聚糖酯均符合食品添加劑的安全使用標(biāo)準(zhǔn)。殼聚糖及其衍生物的溶解性、發(fā)泡性和抑菌性也進(jìn)行了研究。溶解性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:殼聚糖衍生物的溶解性優(yōu)于殼聚糖，苯甲酰殼聚糖醋酸酯在乙二醇和異丙醇中微溶，殼聚糖季銨鹽可以溶

7、于蒸餾水，而醋酸酯殼聚糖季銨鹽不僅在水中，而且在常用的有機(jī)溶劑甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇中都可以完全溶解。發(fā)泡性實(shí)驗(yàn)結(jié)果明:殼聚糖幾乎沒有發(fā)泡能力，殼聚糖醋酸酯、苯甲酰殼聚糖醋酸酯和醋酸酯殼聚糖季銨鹽都表現(xiàn)出了優(yōu)良的的發(fā)泡性和穩(wěn)泡性，尤其是苯甲酰殼聚糖醋酸酯。抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:殼聚糖衍生物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性優(yōu)于殼聚糖，其中苯甲酰殼聚糖醋酸酯的抑菌性最強(qiáng)，其次依次是殼聚糖季銨鹽、殼聚糖醋酸酯、醋酸酯殼聚糖季銨鹽，而對(duì)黑曲霉

8、的抑制實(shí)驗(yàn)中，只有苯甲酰殼聚糖醋酸酯表現(xiàn)出了明顯的抑制作用。
　　以上研究結(jié)果表明，殼聚糖衍生物的性能優(yōu)于殼聚糖，拓寬了其應(yīng)用。此外，殼聚糖衍生物同時(shí)具有優(yōu)良的發(fā)泡性和抑菌性，添加到發(fā)泡食品中可同時(shí)起到發(fā)泡劑和抑菌劑的作用，不僅節(jié)省了成本，而且提高了食品的安全性。
　　3.殼聚糖抑菌機(jī)制的初步研究
　　采用噴霧干燥法制備殼聚糖微球(CMs)，微球呈規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，表面多溝壑，粒徑大都位于1-4μm之間，大于金黃色葡萄球

9、菌的菌體，在150 rpm轉(zhuǎn)速下能夠形成均勻的固體分散體系。通過控制交聯(lián)劑濃度，制備五種不同交聯(lián)度的CMs，對(duì)其穩(wěn)定性檢測，選出三種交聯(lián)度較大的穩(wěn)定的殼聚糖微球(0.7％CMs、1.0％CMs、1.2％CMs)，通過滴定法，測三種微球的表面等電點(diǎn)，分別為5.8、6.8、7.1，從而量化微球表面氨基的量。測定不同交聯(lián)度微球在不同pH體系下，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在pH5.5和pH6.5體系中，0.7％CMs和1.0％CMs隨