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壳聚糖衍生物的制备及其抑菌性研究

作　者: 范冰
导　师: 刘成圣
学　校: 中国海洋大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 壳聚糖乙酸盐壳聚糖季铵盐制备工艺抑菌性
分类号: O636.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

壳聚糖(Chitosan, CS)是甲壳素(Chitin, CH)脱乙酰的产物。研究表明,CS具有广谱的抗菌性能,可研制开发成一种安全的食品生物防腐剂,但是较高分子量(Molecular weight, Mw)的CS一般只能溶解于有机酸和部分稀的无机酸中,严重制约了其应用范围。为改善CS的溶解性,众多科技工作者致力于水溶性CS衍生物的研制开发,但就目前水溶性CS衍生物的研究与应用现状看,真正能用于产业化的制备工艺却不多,且存在或产物稳定性差、或收率不高、或反应时间过长、或工艺复杂等缺陷,因此,探究可行的CS水溶性衍生物的制备工艺,并采用合适的手段评价其抑菌性能是当前水溶性CS衍生物研究的热点。以Mw1800kDa、脱乙酰度(Degree of deacetylation,DD)86%的CS为原料,采用醇酸降解法得到三种不同Mw(1180KDa、260KDa、94KDa)的CS。在降解过程中,随时间延长CS的Mw降低,而DD无明显变化(DD86±0.5%)。DD值及FTIR分析表明,CS在降解过程中,只有糖苷键发生了断裂,而酰胺键并未受影响,原料具有稳定的可靠性。采用先溶胀后经界面修饰的改进CS乙酸盐(Chiotsan acetate, CA)制备工艺制得到三种不同Mw的CA(CA_a、CA_b、CA_c)。新制的CA为淡黄色粉末,易溶解于水和酸性溶液,碱性溶液中难溶。其1%(w/v)水溶液的OD420约为0.022,pH为4.91～5.01。不同Mw的CA的投入/产出比分别达到5:9 (CA_a)、5:8 (CA_b)、5:8 (CA_c)。采用自创的产品结合度测定方法,测得CA的结合度分别为: 39.6±1.2% (CA_a)、38.5±1.5% (CA_b)、39.6±1.1% (CA_c)。FTIR检测表明,CA是CS与HAc结合的离子化合物,具有–NH3+.RCOO-结构。用铝箔袋热合封装放置于室温下保存180d后,CA的各项指标均接近于新制备的CA。以三种不同Mw(CSa:1180KDa、CSb:260KDa、CSc:94KDa)的CS为原料,采用优化的CS季铵盐(Hydroxypropyl Trimethyl ammonium chloride chitosan, HACC)制备工艺,制得三种HACC(HACCa、HACCb、HACCc)。FTIR图谱上在1490cm-1处出现了新吸收峰,表明在N上引入了EPTAC基团。HACC是CS与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(Epoxy propyl trimethyl ammonium chloride, EPTAC)共价结合的化合物,具有–NH2?RN+(CH3)3Cl-结构。新制HACC为淡黄色粉末,在酸性、中性和碱性溶液中均可溶,其1%(w/v)的水溶液的pH为6.60～6.71,OD420约为0.09。采用改进工艺后制备的HACC投入/产出比分别是30:59(HACCa)、15:29 (HACCb )、15:29 (HACCc);取代度分别为: 91.3±0.2% (HACCa)、91.7±0.3% (HACCb)、91.6±0.2% (HACCc)。用铝箔袋热合封装,室温保存180d。HACC各项指标均接近新制的HACC。采用比浊法和平板涂布法分别测定CA和HACC对E.coli和S.aureus生长的抑制作用。在比浊法抑菌作用测定中:相同Mw的CA和HACC,伴随浓度升高,抑菌作用均显示出增强趋势:当CA和HACC浓度低于0.05%(w/v)时,抑菌效果不明显;当浓度达到0.1%(w/v)时,CA和HACC均显示出较强的抑菌作用。经过抑菌作用评估,在相同的浓度下,两种CS衍生物对S.aureu的抑制性均强于对E.coli的抑制性;HACC则显示出比CA更明显的抑菌作用。另外,根据本实验,不同Mw的CA和HACC对E.coli的抑菌作用与MW成正相关,而对S.aureu的抑菌作用则则与MW成负相关。在平板涂布法抑菌作用测定中:不同浓度、不同Mw的CS制备的CA和HACC对E.coli和S.aureu的抑制作用与比浊法测定分析所得的抑菌作用有相似的特点:当衍生物的浓度达0.1%(w/v)时,两者在固体培养基上对E.coli.和S.aureus.均能产生有效抑制,镜检时视野中无可见菌落。对比抑菌实验中,将CA、HACC与常见的化学防腐剂山梨酸钾(Potassium Sorbate, PS)进行抑制霉菌生长的对比:CA和HACC在各个浓度条件下均可达到相同浓度的PS类似的抑菌效果。其中,HACC对霉菌的抑制效果强于CA。CA和HACC的水果对比保鲜实验表明:处理相同时间时,浸泡处理的防腐效果优于喷洒,相同分子量和浓度的两种CS衍生物,HACC防腐效果优于CA。CA和HACC作为防腐剂可行性的。有望开发成一种价廉质优的食品生物防腐剂。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-15
0 前言  15-31
  0.1 壳聚糖制备技术研究进展  16-17
  0.2 壳聚糖性质研究进展  17-20
    0.2.1 壳聚糖的基本理化性质  17-18
    0.2.2 壳聚糖的多功能性  18-19
      0.2.2.1 生物适应性及成膜性  18
      0.2.2.2 吸湿性及保湿性  18-19
      0.2.2.3 凝胶性  19
      0.2.2.4 与金属离子的络合性  19
    0.2.3 壳聚糖的化学改性研究  19-20
      0.2.3.1 酰化反应  20
      0.2.3.2 醚化反应  20
  0.3 壳聚糖的应用研究进展  20-21
    0.3.1 在食品工业方面的应用  20-21
    0.3.2 在化妆品方面的应用  21
    0.3.3 在农业方面的应用  21
    0.3.4 在造纸工业方面的应用  21
    0.3.5 在医药卫生方面的应用  21
  0.4 壳聚糖及其衍生物抑菌机理的研究进展  21-23
    0.4.1 抑菌机理之一  22
    0.4.2 抑菌机理之二  22-23
    0.4.3 抑菌机理之三  23
    0.4.4 抑菌机理之四  23
  0.5 壳聚糖及其衍生物的抑菌性研究进展  23-29
    0.5.1 壳聚糖抑菌作用的影响因素  23-25
      0.5.1.1 壳聚糖的分子量对抑菌作用的影响  23-24
      0.5.1.2 壳聚糖的脱乙酰度对抑菌作用的影响  24
      0.5.1.3 壳聚糖溶液的pH 对抑菌作用的影响  24
      0.5.1.4 壳聚糖溶液的浓度对抑菌作用的影响  24-25
    0.5.2 不同壳聚糖衍生物的抑菌作用  25-29
      0.5.2.1 壳聚糖-金属离子复合物的抑菌作用  25-26
      0.5.2.2 壳聚糖乙酸化衍生物的抑菌作用  26
      0.5.2.3 壳聚糖磺化衍生物的抑菌作用  26-27
      0.5.2.4 壳聚糖羧甲基化衍生物的抑菌作用  27
      0.5.2.5 壳聚糖季铵化衍生物的抑菌作用  27-28
      0.5.2.6 水溶性壳聚糖的抑菌作用  28-29
  0.6 研究的目的和意义  29-31
1. 壳聚糖乙酸盐的制备及部分性质研究  31-43
  1.1 实验材料与仪器  31-32
    1.1.1 实验材料与试剂  31
    1.1.2 设备与仪器  31-32
  1.2 实验方法  32-36
    1.2.1 不同分子量CS 的制备  32-33
    1.2.2 不同CS 的部分理化指标测定  33
      1.2.2.1 CS 分子量的测定  33
      1.2.2.2 CS 脱乙酰度的测定  33
    1.2.3 不同分子量CS 红外光谱表征  33
    1.2.4 固态CA 的制备  33-34
      1.2.4.1 制备CA 的反应原理  33
      1.2.4.2 三种不同CA 的制备  33-34
    1.2.5 三种不同CA 部分理化指标的测定  34-36
      1.2.5.1 CA 的稳定性、溶解性和pH 值的测定  34-35
      1.2.5.2 CA 的投入/产出比测定  35
      1.2.5.3 CA 的结合度测定  35-36
    1.2.6 CA 的红外光谱表征  36
  1.3 结果与讨论  36-42
    1.3.1 降解产物CS 的Mw 和DD  36-37
    1.3.2 不同分子量CS 的红外光谱表征  37-38
    1.3.3 CA 的部分理化指标  38-41
      1.3.3.1 CA 的外观性状、稳定性、溶解性及pH 值  38-40
      1.3.3.2 CA 的投入/产出比  40
      1.3.3.3 CA 的结合度  40-41
    1.3.4 三种不同CA 的红外光谱表征  41-42
  1.4 小结  42-43
2. 壳聚糖季铵盐的制备及部分性质研究  43-51
  2.1 实验材料与仪器  43-44
    2.1.1 实验材料与试剂  43
    2.1.2 设备与仪器  43-44
  2.2 实验方法  44-47
    2.2.1 HACC 制备的实验原理  44
    2.2.2 固态HACC 的制备  44-45
    2.2.3 不同HACC 的部分理化指标的测定  45-47
      2.2.3.1 HACC 的稳定性、溶解性和pH 值的测定  45
      2.2.3.2 HACC 的投入/产出比  45-46
      2.2.3.3 HACC 的取代度测定  46-47
    2.2.4 HACC 红外光谱表征  47
  2.3 结果与讨论  47-49
    2.3.1 HACC 的外观性状、稳定性、溶解性及pH 值  47-48
    2.3.2 HACC 的投入/产出比  48
    2.3.3 HACC 的取代度  48-49
    2.3.4 HACC 的红外光谱表征  49
  2.4 小结  49-51
3. 壳聚糖乙酸盐和壳聚糖季铵盐的抑菌性研究  51-62
  3.1 实验材料与仪器  51-52
    3.1.1 实验材料与试剂  51-52
    3.1.2 设备与仪器  52
  3.2 实验方法  52-55
    3.2.1 抑菌效果的测定——比浊法  52-54
      3.2.1.1 培养基的配制  52-53
      3.2.1.2 菌株接种与培养  53
      3.2.1.3 测定与分析  53-54
    3.2.2 抑菌效果的测定——平板涂布法  54-55
      3.2.2.1 培养基的配制  54
      3.2.2.2 菌株接种与培养  54-55
      3.2.2.3 测定与分析  55
  3.3 结果与讨论  55-60
    3.3.1 抑菌效果的测定——比浊法  55-58
      3.3.1.1 相同Mw 的CA 和HACC 对E.coli 和S.aureu 的抑制作用  55-57
      3.3.1.2 不同Mw 的CA 和HACC 对E.coli 和S.aureu 的抑制作用  57-58
    3.3.2 抑菌效果的测定——平板涂布法  58-60
      3.3.2.1 不同浓度、不同Mw 的CA 对E.coli 和S.aureu 的抑制作用  58-59
      3.3.2.2 不同浓度、不同Mw 的HACC 对E.coli 和S.aureu 的抑制作用  59-60
  3.4 小结  60-62
4. 壳聚糖乙酸盐/季铵盐作为新型食品防腐剂的初步研究  62-66
  4.1 材料与方法  62-63
    4.1.1 材料与仪器  62
    4.1.2 CA、HACC 和PS 对霉菌的抑制实验  62-63
    4.1.3 CA 和HACC 在水果果丁储存保鲜中的应用实验  63
  4.2 结果与讨论  63-65
    4.2.1 不同浓度CA、HACC、PS 对霉菌生长的影响  63-64
    4.2.2 CA 和HACC 在水果果丁储存保鲜中的应用效果  64-65
  4.3 小结  65-66
全文结论  66-67
参考文献  67-78
本文的创新点  78-79
致谢  79-80
附录1  80-81
附录2  81

壳聚糖衍生物的制备及其抑菌性研究

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