新型壳聚糖酯的制备及抑菌性能研究

发布时间：2018-06-10 18:51

  本文选题：壳聚糖 + 壳聚糖酯　； 参考：《中国海洋大学》2015年硕士论文

【摘要】：壳聚糖是一种天然线性生物大分子多糖,由于其独特的结构和良好的性能,自发现以来便得到了足够的重视和快速的发展。但它仅能溶解在低浓度的酸性溶液中,这严重地限制了它在各个领域的应用。本研究针对壳聚糖的难溶解性,及其与市售防腐剂相比不理想的抑菌性,对壳聚糖进行化学改性,以期能够作为食品防腐剂广泛应用到食品领域。本研究通过对壳聚糖进行酯化制备了三种新型的壳聚糖酯,研究了各反应因素对壳聚糖酯取代度的影响,优化了制备条件。壳聚糖酯的结构特征通过红外和核磁光谱进行表征；生物安全性通过动物实验进行评价；并研究了壳聚糖酯的溶解性、发泡性和抑菌性。虽然壳聚糖的抑菌性被广泛研究,但其抑菌机制并不明确,大多推测壳聚糖的抑菌性与其聚阳离子的性质有关,因此本研究通过喷雾干燥制备壳聚糖微球,对微球进行不同程度的交联,来控制微球表面氨基的量,直接研究氨基与壳聚糖抑菌性的关系。主要结论如下：1.壳聚糖酯的制备与表征(1)制备壳聚糖醋酸酯衍生物。以二氯亚砜作为催化剂,壳聚糖与乙酸依次经过超声、过滤、除NH3+、提纯、干燥得到壳聚糖醋酸酯衍生物。正交实验确定最佳反应条件为：温度35℃,反应时间1h,壳聚糖与醋酸的比例是1:4(g/ml),壳聚糖与二氯亚砜的比例为1:4(mol/mol)。通过FTIR,.1H NMR表征其结构,得出乙酰基选择性地连在壳聚糖的羟基上,并结合核磁图谱,利用积分面积的方法,计算出最佳条件制备的壳聚糖醋酸酯的取代度为0.35。(2)制备苯甲酰壳聚糖醋酸酯衍生物。壳聚糖、苯甲酰氯和醋酸依次经过超声、过滤、除NH3+、提纯、干燥得到苯甲酰壳聚糖醋酸酯衍生物。正交实验确定最佳条件为：温度35℃,反应时间2h,壳聚糖与醋酸的比例是1：6(g/ml),壳聚糖与苯甲酰氯的比例为1:2(mol/mol)。通过FTIR,1H NMR表征其结构得出,苯甲酰基、乙酰基分别选择性地连在壳聚糖的氨基和羟基上,利用核磁图谱,计算出最佳条件制备的苯甲酰壳聚糖醋酸酯的苯甲酰度为0.26,乙酰度为1.15。(3)制备醋酸酯壳聚糖季铵盐衍生物。该制备过程分两步进行,首先制备壳聚糖季铵盐,然后进行酯化反应制备醋酸酯壳聚糖季铵盐。酯的制备是将制得的壳聚糖季铵盐与醋酸混合,并加入催化剂二氯亚砜,在室温下进行机械搅拌一定时间,然后加入大量丙酮沉淀过夜,过滤收集物质,并将其溶解、透析、浓缩、冷冻干燥后得产物。利用滴定法得出壳聚糖季铵盐的取代度为85.5%。通过FTIR, 1H NMR表征其结构,并利用核磁图谱,计算出其乙酰度为2.31。2.壳聚糖酯的性能研究通过对壳聚糖及其衍生物进行最大耐受量实验和微核实验,评价其安全性。最大耐受量实验结果按《食品安全性毒理学评价程序和方法》中的急性毒性分级标准判定,这些样品属实际无毒；壳聚糖及其衍生物的微核实验结果为阴性。动物实验结果表明制备的三种壳聚糖酯均符合食品添加剂的安全使用标准。壳聚糖及其衍生物的溶解性、发泡性和抑菌性也进行了研究。溶解性实验结果表明：壳聚糖衍生物的溶解性优于壳聚糖,苯甲酰壳聚糖醋酸酯在乙二醇和异丙醇中微溶,壳聚糖季铵盐可以溶于蒸馏水,而醋酸酯壳聚糖季铵盐不仅在水中,而且在常用的有机溶剂甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇中都可以完全溶解。发泡性实验结果明：壳聚糖几乎没有发泡能力,壳聚糖醋酸酯、苯甲酰壳聚糖醋酸酯和醋酸酯壳聚糖季铵盐都表现出了优良的的发泡性和稳泡性,尤其是苯甲酰壳聚糖醋酸酯。抑菌实验结果表明：壳聚糖衍生物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性优于壳聚糖,其中苯甲酰壳聚糖醋酸酯的抑菌性最强,其次依次是壳聚糖季铵盐、壳聚糖醋酸酯、醋酸酯壳聚糖季铵盐,而对黑曲霉的抑制实验中,只有苯甲酰壳聚糖醋酸酯表现出了明显的抑制作用。以上研究结果表明,壳聚糖衍生物的性能优于壳聚糖,拓宽了其应用。此外,壳聚糖衍生物同时具有优良的发泡性和抑菌性,添加到发泡食品中可同时起到发泡剂和抑菌剂的作用,不仅节省了成本,而且提高了食品的安全性。3.壳聚糖抑菌机制的初步研究采用喷雾干燥法制备壳聚糖微球(CMs),微球呈规则的球形结构,表面多沟壑,粒径大都位于1-4μm之间,大于金黄色葡萄球菌的菌体,在150 rpm转速下能够形成均匀的固体分散体系。通过控制交联剂浓度,制备五种不同交联度的CMs,对其稳定性检测,选出三种交联度较大的稳定的壳聚糖微球(0.7%CMs、 1.0%CMs、1.2%CMs),通过滴定法,测三种微球的表面等电点,分别为5.8、6.8、7.1,从而量化微球表面氨基的量。测定不同交联度微球在不同pH体系下,对金黄色葡萄球菌的抑制情况。结果发现在pH5.5和pH6.5体系中,0.7%CMs和1.0%CMs随着浓度的增大对金黄色葡萄球菌的抑制作用增强,而1.2%CMs随着浓度增大则对金黄色葡萄球菌有微弱的促进作用,说明氨基的量对微球抑菌性起了重要作用。在pH7.5的体系中,三种微球对金黄色葡萄球菌均无抑制作用,说明了微球表面的氨基只有质子化才能起抑菌作用。
[Abstract]:Chitosan is a kind of natural linear biological macromolecular polysaccharide , due to its unique structure and good properties , it has been paid much attention and rapid development since its discovery . However , it can only be dissolved in low - concentration acidic solution , which severely limits its application in various fields .
the biological safety is evaluated through animal experiments ;
A chitosan acetate derivative was prepared by spray - drying . The results showed that chitosan and acetic acid were used as catalyst , the proportion of chitosan and acetic acid was 1 鈭，

本文编号：2004241