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新型酰基化壳聚糖季铵盐复合修饰衍生物的制备及抑菌活性

更新时间:2016-07-05

1 引言

壳聚糖是一种天然多糖,自然界储量丰富,易生物降解,并具有良好的抑菌活性、抗氧化性、保湿性、吸湿性及生物兼容性,但是壳聚糖的直接应用范围却不是很广泛,原因是壳聚糖只溶于大多数的有机酸、醋酸和盐酸,在水中和大多数有机溶剂中都不溶.所以提高它的溶解性对壳聚糖的推广和应用有着非常现实的意义.近年来对壳聚糖在多种领域的应用开展了广泛研究[1-3],取得了一系列研究成果.有研究表明用季铵盐对壳聚糖进行化学改性可以很好地改善壳聚糖的水溶性,同时在抗菌、保湿、吸湿等方面都有增强[4].如壳聚糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应得到壳聚糖季铵盐HTCC就是研究较多的一种壳聚糖季铵盐衍生物之一,其具有较好的水溶性,抑菌活性较壳聚糖也有了显著提高[5],林友文等制备了HTCC并考察了其吸湿保湿性,结果表明其吸湿性与透明质酸相当,保湿性能优于透明质酸[6]. 酰化改性对提高壳聚糖的抗菌活性明显增加,但改性后产物水溶性不佳,限制了其应用[5].本文先通过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与壳聚糖反应制备壳聚糖季铵盐(HTCC),再与乙酰氯、氯乙酰氯、苯甲酰氯等反应生成系列酰化壳聚糖季铵盐(AHTCC,CAHTCC,BAHTCC),拟制备得到水溶性有所提高,抑菌活性高的新型壳聚糖衍生物,同时,为进一步研究壳聚糖衍生物结构与抗菌活性的关系提供依据.

2 实验

2.1 试剂和仪器

壳聚糖(粉末状,脱乙酰度97%,平均分子量2.0105),其他药品均为市售分析纯试剂.

红外光谱采用KBr压片法,使用美国Nexus FT-IR红外光谱仪测定.

核磁共振光谱D2O溶液中测定,使用瑞士布鲁克拜厄斯宾有限公司AVANCE IIITM 500型Bruker 500 M 核磁共振光谱仪.

2.2 实验方法

1)壳聚糖季铵盐衍生物的制备.壳聚糖季铵盐HTCC的制备参考文献[3].酰基化壳聚糖季铵盐的制备:取适量壳聚糖季铵盐溶于适量1-甲基-2-吡咯烷酮,搅拌溶解后,加入酰氯,室温搅拌反应1.5 h.反应结束后,乙醚作为沉淀剂加入反应液,静置,抽滤,干燥.酰氯分别采用氯乙酰氯、乙酰氯、苯甲酰氯.分别对应产品CAHTCC、AHTCC和BAHTCC.

图4 是壳聚糖季铵盐HTCC及其系列酰基化后产物的13C NMR谱图,进一步确定了产物结构.在HTCC及酰基化HTCC的谱图中,除了壳聚糖的骨架峰,均出现了季铵盐结构-N+(CH3)3的碳峰,位于47.2 ppm处,AHTCC与HTCC的谱图比较多出了170.3 ppm处C=O碳峰和20.7 ppm处与羰基相连的-CH3碳峰[11].CAHTCC的谱图中,C=O碳峰移至166.9 ppm处,-CH2Cl结构中碳峰出现在40.5 ppm.BAHTCC的谱图中,C=O碳峰出现在166.0 ppm处,同时在128.6、129.5、130.1和133.2 ppm处出现苯环碳峰[12].以上谱图表明,壳聚糖季铵盐HTCC及各级酰基化修饰HTCC成功合成.

图2和图3比较了壳聚糖原料与HTCC、AHTCC、CAHTCC、BAHTCC的红外光谱.

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以上菌种均由莱阳农学院提供.菌种在冰箱内保存,使用前经2次转管复壮后备用,接种时用直径5 mm的打孔器在新鲜菌落的外围打取菌饼接种.培养基及抑菌活性的测试参考文献[6]进行.

图1 反应路径图

3 结果与讨论

3.1 红外光谱分析

所谓彻底加热,就是把菜加热到100℃,保持沸腾3 min以上。如果肉块比较大,一定要煮、蒸久一些,或者把肉块切碎,再重新加热。

图2 壳聚糖和HTCC的红外谱图

图3 BAHTCC、CAHTCC和AHTCC的红外谱图

在壳聚糖原料的红外图中,其多糖骨架峰出现在894 cm-1和1154 cm-1处,1597 cm-1处为壳聚糖中氨基的吸收峰[7].在HTCC的谱图中,氨基在1597 cm-1处的吸收峰消失,同时在1478 cm-1出现较强的吸收峰,可将其归属为季铵盐结构—N+(CH3)3的弯曲振动吸收峰[8].乙酰化修饰以后,AHTCC 的红外谱图中,在1641 cm-1处新出现了较强的羰基的特征峰[9].证明乙酰化反应发生.氯乙酰化以后,羰基特征峰出现在1655 cm-1处,峰较强.同时,在785 cm-1处出现C-Cl键的特征吸收峰.证明氯乙酰基成功接入HTCC.苯甲酰化以后,1640 cm-1处出现较强的羰基特征峰.壳聚糖中-NH2的活性最强,C6,C3位上羟基活性相对较低,另外,由于空间位阻效应,C3-OH化学活性小于C6-OH[10],因为此处-NH2已首先大部分被ETA接枝,故酰基化反应主要在C6-OH发生.

3.2 13C NMR光谱分析

2)抑菌活性的测试.供试菌种:西瓜枯萎病菌;黄瓜枯萎病菌;芦笋茎枯病菌.

图4 HTCC、BAHTCC、CAHTCC和 AHTCC的13C NMR谱图

3.3 抑菌活性结果

图5、图6和图7分别是壳聚糖(CTS)、壳聚糖季铵盐(HTCC)及酰基化壳聚糖季铵盐(AHTCC、CAHTCC、BAHTCC)对西瓜枯萎病菌、黄瓜枯萎病菌和芦笋茎枯病菌的抑制率结果.由图中可以看出,随着样品浓度的提高,各样品对三种病菌的抑制率均逐渐增强.壳聚糖季铵盐HTCC活性较壳聚糖原料有所提高,酰基化修饰后样品的抑菌率比壳聚糖季铵盐有所提高,其中AHTCC和CAHTCC活性比BAHTCC更强,在浓度为1.0 mg/mL时,前两者抑菌率均达80%以上.

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图5 壳聚糖及其衍生物对西瓜枯萎病菌的抑菌率

图6 壳聚糖及其衍生物对黄瓜枯萎病菌的抑菌率

图7 壳聚糖及其衍生物对芦笋茎枯病菌的抑菌率

4 结论

本文以壳聚糖为原料,首先制备得到水溶性壳聚糖季铵盐HTCC,接着对HTCC进行系列酰基化修饰,得到AHTCC、CAHTCC和BAHTCC三种酰基化壳聚糖季铵盐新型衍生物.对原料及产物进行了抑菌活性测试,结果表明:壳聚糖原料与壳聚糖衍生物均具有抑菌活性,壳聚糖季铵盐活性较壳聚糖原料有所提高,酰基化修饰后,产物抑菌活性较壳聚糖季铵盐又有所提高,说明亲水、疏水复合修饰对壳聚糖衍生物抑菌活性的提高具有重要作用.

杨伟东在优酷供职5年,被誉为“视频圈常青树”。公开资料显示,杨伟东1974年生人,2009年至2011年间,任诺基亚大中国区市场营销总监。2013年3月份,受古永锵邀请加入优酷土豆,先后担任优酷土豆集团高级副总裁、土豆总裁。2015年11月30日,杨伟东担任优酷土豆BG联席总裁,2016年5月份升任合一集团总裁。2016年9月20日,兼任阿里音乐CEO。

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韩柏林,李荣春,华玉山,任艳芳,李文浩
《德州学院学报》 2018年第02期
《德州学院学报》2018年第02期文献

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