低取代度醋酸细菌纤维素和细菌纤维素—阿魏酸抗氧化复合膜的制备研究

发布时间：2020-08-26 19:16

【摘要】：细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)作为天然可再生高分子材料,具有独特的物理化学性质,如三维纳米纤维网状结构、高纯度、杨氏模量、良好的生物相容性和生物降解性。在食品和医学领域具有比植物纤维素更好的应用价值和潜在优势。本研究以N-甲基咪唑(NMIM)为催化剂合成了低取代度醋酸细菌纤维素及以吸附-漆酶催化交联法制备了具有抗氧化活性的细菌纤维素-阿魏酸功能复合膜。本研究主要有以下三部分内容:1、本研究以氧化葡萄糖醋杆菌(Gluconacetobacter xylinus ATCC5382)为发酵菌株生产的细菌纤维素为原料,NMIM为催化剂,乙酸酐为乙酰剂,通过非均相体系制备醋酸细菌纤维素(BCA-HE)。在试验条件范围内,可获得取代度在0.3-0.9之间的BCA-HE,在10 mL乙酸酐,0.3 mmol NMIM,70℃反应5 h的条件下,获得了取代度最大为0.95的BCA-HE.扫描电镜分析显示BCA-HE具有与BC类似的纤维结构;X射线衍射分析表明BCA-HE相较于BC,结晶度有大幅下降;傅里叶红外光谱和~(13)C交叉极化魔角旋转固态核磁共振光谱(~(13)C CP/MAS NMR)分析显示BCA-HE纤维内部的部分羟基被乙酰基取代;热重分析结果显示BCA-HE的热稳定性相对于BC有所下降;溶解性分析结果表明BCA-HE具有良好的水溶性,在二甲亚砜(DMSO)中具有一定的溶解性能。2、以细菌纤维素为原料,二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)为溶剂,NMIM为催化剂,乙酸酐为乙酰剂,通过均相反应体系制备醋酸细菌纤维素(BCA-HO)。在参数优化试验范围内,可得到取代度在0.4-1.4之间的BCA-HO,在3 mL乙酸酐,0.4 mmol NMIM,40℃反应1.5 h的条件下,获得了取代度最大为1.5的BCA-HO.扫描电镜分析显示BCA-HO的纤维结构在再生后发生的较大变化,与BC差异明显;X射线衍射分析表明BCA-HO的结晶度及结晶结构均发生很大变化;傅里叶红外光谱和~(13)C CP/MAS NMR分析显示BCA-HO的纤维的部分羟基被乙酰基取代,且相比于BCA-HE,BCA-HO具有很高的乙酰基含量;热重分析结果显示BCA-HO的热稳定性相对于BC有所下降;溶解性分析结果表明BCA-HO在水、DMSO以及丙酮中均具有一定的溶解性能。以NMIM作为催化剂制备醋酸纤维素,均相反应较之于非均相反应所需时间更短,过程更加温和,所获产物取代度更高。3、以细菌纤维素膜为原料吸附阿魏酸,进而通过漆酶的催化作用使阿魏酸在纤维素内聚合,制备细菌纤维素-阿魏酸(BC-FA)复合膜。抗氧化分析结果表明BC-FA复合膜有很好的抗氧化活性,对DPPH·和ABTS·~+的最大抑制率分别为67.25%和96.81%,脱附实验表明漆酶催化的复合膜在不同时间和温度下的脱附率比未经漆酶催化的复合膜的脱附率分别降低了57%和60.3%。扫描电镜分析结果显示BC-FA复合膜保留了细菌纤维素的三维网状纤维结构,但微纤维之间相互连接形成了直径更大的纤维束,傅里叶红外光谱分析阿魏酸成功结合于细菌纤维素,X射线衍射分析结果表明BC-FA与细菌纤维素有相似的结晶结构,BC-FA结晶度降低,热重分析结果表明BC-FA相比细菌纤维素,其热分解行为发生明显变化。细菌纤维素与阿魏酸复合后,赋予了细菌纤维素较高的抗氧化活性,同时也改变了细菌纤维素的结晶度和热稳定性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2
【图文】：

是由 D-葡萄糖通过 β-1,4-糖苷键组成的线型纳，Brown[7]首次发现了细菌纤维素，在酿造食醋的种白色凝胶状薄膜，经分析发现其具有纤维素结。多种细菌种类如恶臭假单胞菌（Pseudomonasia chrysanthemi），达旦提迪基氏菌（Dickeya dadoli），根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens），bacter sp. ），木霉嗜血杆菌（Komagataeibacter xy leguminosarum）和肠沙门氏菌（Salmonella enter的细胞外多糖。目前，对于产细菌纤维素的众多有代表性[8-10]。素结构特征

图 1.2 细菌纤维素生物合成途径Fig.1.2 Biosynthesis pathway of bacterial cellulose1.3.2 细菌纤维素的生产细菌纤维素的培养可分为静态培养和动态培养，不同培养条件下生产的细菌纤维素形态不同[31]。在静态培养条件下生产的细菌纤维素薄膜具有三维网状结构，动态条件下，摇床培养生产的细菌纤维素主要以小颗粒形式存在，搅拌培养生产的细菌纤维素以羽毛形状存在[38]。S. Tanskul[38]等从成熟水果和蔬菜中分离出一种生产细菌纤维素的菌种Rhodococcus sp. MI 2，这种菌株在 Hestrin-Schramm (SH)培养基中静态培养、摇床培养及搅拌培养条件下发酵 6 天的细菌纤维素产量依次为 3.91 g/L，2.20 g/L和 0.19 g/L，通过优化培养条件，细菌纤维素的产量提升到了 7.4 g/L/14 天，是

低取代度醋酸细菌纤维素和细菌纤维素-阿魏酸抗氧化复合膜的制备研究除了具有纤维素的良好的生物相容性，生物可降解性，较大的比表面积等特点外，其还具有选择性高、透水量大、加工简单、易于与其它材料共混、具有可控的疏水性、在广泛的有机溶剂中具有良好的溶解性等特点，并且可以通过溶剂蒸发和相转化技术制备成膜[66-69]。基于众多优良性能及与区别于细菌纤维素的不同的特点，醋酸纤维素广泛应用于喷漆、涂料、纺织纤维、香烟滤嘴、胶片、人工肾脏和反渗透膜等方面[70,71]。1.4.3.1 醋酸纤维素的合成图 1.3 是以乙酸酐作为乙酰剂的情况下，合成醋酸纤维素的过程。在有催化剂存在的条件下，乙酸酐与纤维素反应，乙酰基取代纤维素链上及内部的羟基，生成醋酸纤维素和乙酸。

【参考文献】

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本文编号：2805581