專利名稱：一種半纖維素基抗菌抗氧化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種半纖維素基抗菌抗氧化劑的制備方法，屬于綠色化學領域。
背景技術：
半纖維素主要由木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、巖藻糖、葡萄糖醛酸及半乳糖葡萄糖醛酸等糖類組成，其自然界的含量僅次于纖維素。據估計，全球植物每年產生的半纖維素有3X IOltl噸。然而由于半纖維素分子量低，多分枝性和不同的化學組成限制了半纖維素的應用，大量的半纖維素被廢棄，因而開發半纖維素高附加值產品將顯著改善生物質經濟。殼聚糖是從蝦蟹殼中提取的甲殼素經脫乙酰基得到的天然聚多糖，殼寡糖是由殼聚糖降解而成的。目前研究發現殼寡糖具有提高免疫，抑制癌腫細胞生長，促進肝脾抗體形成，促進鈣及礦物質的吸收，降血脂、降血壓、降血糖、調節膽固醇，預防成人疾病等功能，可應用于醫藥、功能性食品等領域。但殼寡糖自身的抑菌效果并不明顯。
殼寡糖結構中含有游離氨基，能夠與還原糖發生非酶褐變反應，也稱作Maillard反應。Maillard反應產物具有清除自由基、抑制脂質氧化及一定的抑菌作用等，從而能增強反應產物的抗菌和抗氧化作用。鋅對人體有重要的生理作用，它是人體200多種酶的組成部分，能促進機體的生長發育和組織再生，增強免疫力等。鋅與半纖維素、殼寡糖等天然聚合物結合可作為膳食營養補充劑而應用于功能性食品工業。常用食品添加劑往往只具備某一單一功能，如丁基羥基茴香醚(BHA)，二丁基羥基甲苯(BHT)為食品加工中常用抗氧化劑，但并不表現抗菌性。常用防腐劑如山梨酸、安息香酸等其抗菌性能優異，然而抗氧化效果差。針對以上問題，制備出基于天然多糖無毒無害、同時具備抗菌和抗氧化性能的食品添加劑具有重要的實際應用價值。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種半纖維素基抗菌抗氧化劑的制備方法。本發明利用殼寡糖/鋅復合物殘余的氨基與半纖維素的還原末端發生美拉德 (Maillard)反應，制備出具有抗氧化、抗微生物活性的生物材料。具體的制備方法如下
(1)將適量殼寡糖溶解于稀酸溶液中，配制成質量體積比為O.5>/o的溶液，在攪拌下加入與殼寡糖的氨基摩爾比為4、. 25 1的二價鋅離子，然后調節pH值到4. 5-6. 0，持續攪拌3-4小時，得到殼寡糖鋅絡合物溶液；
(2)向得到的殼寡糖鋅絡合物溶液加入醇或丙酮和醇的混合溶劑進行沉淀，然后分離、洗滌，將得到的殼寡糖鋅復合物沉淀干燥，研磨即得到殼聚糖/鋅復合物粉末；
(3)將殼聚糖/鋅復合物粉末溶解于稀酸溶液中，加入與殼聚糖/鋅復合物的質量比為4 :1的半纖維素，調節pH值到6. 0-9. 0，然后80-100°C反應2-5小時；在冰水浴中冷卻后
3加入醇或醇和丙酮的混合溶劑沉淀反應產物，洗滌干燥得到半纖維素基抗菌抗氧化劑。上述方法中，所用殼寡糖聚合度在2-20，所用殼寡糖的脫乙酰度為90%_95%。所用的丙酮和醇的混合溶劑為丙酮和乙醇的混合溶劑,且丙酮乙醇的體積比為 3 1-1 :3。二價鋅離子來自于水合硫酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅。溶解殼寡糖和殼聚糖/鋅復合物粉末的稀酸可以為體積濃度為O. 5^2%的稀醋酸溶液。調節混合溶液的pH值是為了使半纖維素和殼寡糖能夠充分溶解，并能夠在一定的溫度發生Maillard反應。本發明方法使殼寡糖/鋅復合物與半纖維素發生MaiIIard反應，反應的產物具有抗氧化、抗微生物活性，并增強了殼寡糖和金屬鋅的抗菌性，同時也降低了金屬抗菌劑的毒性，可以作為新型抗菌殺菌劑、食品添加劑、抗菌藥物等在食品、醫藥、紡織工業、日用品等領域有廣泛的應用前景。
圖I實施例I制得半纖維素/殼寡糖/鋅復合物對金黃色葡萄球菌的抑制效果 (復合物溶液濃度10mg/mL)。圖2兩種物質的還原能力比較:A- 二丁基羥基甲苯；B-半纖維素基復合物。圖3兩種物質對自由基的清除能力比較:A- 二丁基羥基甲苯；B-半纖維素基復合物。
具體實施例方式實施例I.
將4g殼寡糖(DD，90%;DP，2-5 )溶解于100 ml的醋酸溶液1% (v/v)中，磁力攪拌下加入O. 667 g ZnSO4-H2O粉末，用5 g/L的乙酸鈉調劑pH為5. 0，持續攪拌5_6 h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200mL體積比為I :1的丙酮乙醇混合溶液，得到淡黃色團狀沉淀。減壓抽濾分離出沉淀物，用500mL無水乙醇洗滌沉淀，再次減壓抽濾去除洗滌劑和洗脫未反應的離子。重復用無水乙醇洗滌兩次，將沉淀過濾、真空干燥，得到殼寡糖/鋅復合物。稱取I g殼寡糖/鋅復合物溶解于100 mL醋酸溶液1% (v/v)中，磁力攪拌下加入4 g 半纖維素，用I mol/L的NaOH調節pH為6. 0，然后100°C油浴反應2小時。冰水浴冷卻后加入醇沉淀，洗滌干燥沉淀，得到產物。所得半纖維素基抗菌抗氧化劑顏色為黃褐色，產率 65%。實施例2.
將4g殼寡糖(DD，90% ;DP，2-8)溶解于100 ml的乙酸溶液1% (v/v)中，磁力攪拌下加入O. 667 g ZnSO4-H2O粉末，用5 g/L的乙酸鈉調劑pH為6. 0，持續攪拌5_6 h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200mL體積比為I :1的丙酮乙醇混合溶液，得到白色團狀沉淀。減壓抽濾將沉淀物分離出來，用500mL無水乙醇洗滌沉淀，再次減壓抽濾去除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重復用無水乙醇洗滌兩次，將沉淀過濾、真空干燥，得到殼寡糖/鋅復合物。稱取Ig殼寡糖/鋅復合物溶解于IOOmL乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入4g半纖維素，用lmol/L的NaOH調節pH為8. 0，然后100°C油浴反應2小時。快速冷卻后加入醇沉淀，洗滌干燥沉淀，得到產物。所得半纖維素基抗菌抗氧化劑顏色為黃褐色， 產率76%。實施例3.
將4g殼寡糖(DD，95% ;DP，2-5 )溶解于100 ml的乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入O. 667g ZnSO4-H2O粉末，用5g/L的乙酸鈉調劑pH為6. 0，持續攪拌5_6h至配位平衡。 停止攪拌，向溶液中加入200mL體積比為I :1的丙酮乙醇混合溶液，得到白色團狀沉淀。 減壓抽濾將沉淀物分離出來，用500mL無水乙醇洗滌沉淀，再次減壓抽濾去除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重復用無水乙醇洗滌兩次，將沉淀過濾、真空干燥，得到殼寡糖 /鋅復合物。稱取Ig殼寡糖/鋅復合物溶解于IOOmL乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入4g半纖維素，用lmol/L的NaOH調節pH為9.0，然后100°C油浴反應2小時。反應溶液經紫外消毒后，可直接用于抑菌和自由基清除實驗。所得半纖維素基抗菌抗氧化劑顏色為黃褐色，產率81%。實施例4.
將4g殼寡糖(DD，95% ;DP，2-8 )溶解于100 ml的乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入2. 875g ZnSO4-H2O粉末，用5g/L的乙酸鈉調劑pH為6. O,持續攪拌5_6h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200mL體積比為I :1的丙酮乙醇混合溶液，得到白色團狀沉淀。減壓抽濾將沉淀物分離出來，用500mL無水乙醇洗滌沉淀，再次減壓抽濾去除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重復用無水乙醇洗滌兩次，將沉淀過濾、真空干燥，得到殼寡糖/ 鋅復合物。稱取Ig殼寡糖/鋅復合物溶解于IOOmL乙酸溶液1% (v/v)中，磁力攪拌下加入4g半纖維素，用lmol/L的NaOH調節pH為8.0，然后100°C油浴反應2小時。快速冷卻后加入醇沉淀，洗滌干燥沉淀，得到產物。所得半纖維素基抗菌抗氧化劑顏色為黃褐色，產率 68%ο實施例5.
將4g殼寡糖(DD，95% ;DP，2-8 )溶解于100 ml的乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入2. 875g ZnSO4-H2O粉末，用5g/L的乙酸鈉調劑pH為6. 0，持續攪拌5_6h至配位平衡。 停止攪拌，向溶液中加入200mL體積比為I :1的丙酮乙醇混合溶液，得到白色團狀沉淀。 減壓抽濾將沉淀物分離出來，用500mL無水乙醇洗滌沉淀，再次減壓抽濾去除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重復用無水乙醇洗滌兩次，將沉淀過濾、真空干燥，得到殼寡糖 /鋅復合物。稱取Ig殼寡糖/鋅復合物溶解于IOOmL乙酸溶液1%(ν/ν)中，磁力攪拌下加入4g半纖維素，用lmol/L的NaOH調節pH為9.0，然后80°C油浴反應5小時。快速冷卻后加入醇沉淀，洗滌干燥沉淀，得到產物。所得半纖維素基抗菌抗氧化劑顏色為黃褐色，產率 63%。
由上述方法I所制得半纖維素基抗菌抗氧化劑進行如下實驗
I.抗菌活性實驗
方法利用打孔器將濾紙制成直徑為6_的圓形紙片，121°C,30min滅菌備用,利用去離子水將半纖維素/殼寡糖/鋅復合物分別配制成1，2，4，8，10mg/ml的溶液，濾膜除菌備用。 用移液槍分別吸取0. 2ml各種菌懸液到平板培養基上，涂布均勻。將濾紙片分別在各濃度的半纖維素/殼寡糖/鋅溶液中浸泡IOmin,取出晾干5min后貼在各濃度的平板培養基上, 每個平板中貼3個。再置于恒溫培養箱中于37°C培養36h。取出后測量其抑菌圈直徑，計算其平均值。結果見表1，從表I中可以看出，半纖維素/殼寡糖/鋅復合物對細菌有較強的抑制作用，對金黃色葡萄球菌的抑制作用更加顯著(圖I)。表I半纖維素/殼寡糖/鋅復合物各種細菌的抑制作用
權利要求
1.一種半纖維素基抗菌抗氧化劑的制備方法，其特征在于(1)將適量殼寡糖溶解于稀酸溶液中，配制成質量體積比為O.5>/0的溶液，在攪拌下加入與殼寡糖的氨基摩爾比為4、. 25 1的二價鋅離子，然后調節pH值到4. 5-6. 0，持續攪拌3-4小時，得到殼寡糖鋅絡合物溶液；(2)向得到的殼寡糖鋅絡合物溶液加入醇或丙酮和醇的混合溶劑進行沉淀，然后分離、洗滌，將得到的殼寡糖鋅復合物沉淀干燥，研磨即得到殼聚糖/鋅復合物粉末；(3)將殼聚糖/鋅復合物粉末溶解于稀酸溶液中，加入與殼聚糖/鋅復合物的質量比為4:1的半纖維素，調節pH值到6. 0-9. 0，然后80 100°C反應2 5小時；在冰水浴中冷卻后加入醇或醇和丙酮的混合溶劑沉淀反應產物，洗滌干燥得到半纖維素基抗菌抗氧化劑。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所用殼寡糖聚合度在2-20，所用殼寡糖的脫乙酰度為90%-95%。
3.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，所用的丙酮和醇的混合溶劑為丙酮和乙醇的混合溶劑，且丙酮乙醇的體積比為3 1-1 :3。
4.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，二價鋅離子來自于水合硫酸鋅、 醋酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅。
5.根據權利要求I或2所述的制備方法，其特征在于，溶解殼寡糖和殼聚糖/鋅復合物粉末的稀酸為體積濃度為O. 5^2%的稀醋酸溶液。
全文摘要
本發明公開了一種制備半纖維素基抗菌抗氧化劑的方法，該方法將殼寡糖與過渡金屬鋅離子配位，并用丙酮乙醇混合溶劑沉淀，洗滌干燥獲得殼寡糖/鋅復合物。將殼聚糖/鋅復合物配制溶液，加入適量的半纖維素，在80~100℃，pH在6.0-9.0的條件下反應2~5小時，快速冷卻后加入醇沉淀，洗滌干燥得到產物。該方法制得的抗菌抗氧化劑既擁有優異的抗微生物活性也具備良好的抗氧化性能，對多種致病菌的抑菌活性都有大幅度提高。這種新型抗菌抗氧化劑在食品、醫藥、紡織工業和日用品中具有廣闊的應用前景。
文檔編號A01P1/00GK102599190SQ20121004047
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者吳述平, 張俐娜, 施曉文, 杜予民 申請人:武漢大學