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蚕蛹甲壳素抗菌新材料的研究

2020-12-07阅读(256)

蚕蛹甲壳素抗菌新材料的研究

论文摘要

我国是世界上最大的蚕丝生产国,具有最丰富的蚕蛹资源,全国每年干蚕蛹产量可达10余万吨,占世界蚕蛹产量的70%以上。蚕蛹作为缫丝工业的副产品,由于有特殊的气味,除用于畜禽饲料外,并未得到很好的利用。由于甲壳素及其衍生物功能多样,被广泛应用于许多领域,从虾壳、蟹壳类提取甲壳素/壳聚糖已形成工业化生产。研究表明,蚕蛹壳中甲壳素的含量为33%-44%,高于虾壳、蟹壳中含量,且蛹壳中的盐类物质远少于虾壳、蟹壳,是一种更优良的甲壳素资源。蚕蛹可以直接从缫丝厂大量收集,来源广泛、成本低廉,可变废为宝,实现资源的循环利用,有很高的经济价值。因此,对蚕蛹甲壳素/壳聚糖制备工艺及产品性能进行详细研究极其必要。本论文以家蚕蛹的蛹壳为原料,主要采用酸碱法（稀酸脱矿物质,稀碱脱蛋白质,H2O2脱色和浓碱脱乙酰基）,探讨了甲壳素与壳聚糖的最佳制备工艺,并对蚕蛹壳中提取的壳聚糖的抗菌性进行研究,主要得到以下实验结论:1.利用蚕蛹壳提取甲壳素最佳工艺研究及产品质量检测（1）采用单因素实验法对甲壳素的提取工艺进行探讨,分别讨论了盐酸的浓度、浸泡时间和浸泡温度对脱矿物质的影响以及NaOH的浓度、浸泡时间和浸泡温度对脱蛋白质的影响。最终确定制备甲壳素的最佳工艺为:洗脱矿物质的条件为HCl溶液的体积分数为3%,浸泡温度30℃,浸泡时间22h;脱有机物质的条件为:NaOH溶液质量分数5%,浸泡温度85℃,浸泡时间为4h,并用10%H2O2脱色。（2）实验提取的甲壳素成品的主要质量指标为:白色片状或粉状固体,水分含量为5%～10%,灰分含量为0.63%～0.81%,含氮量为5.86%～6.02%,提取率为32%～38%。它与虾、蟹中提取的食品级甲壳素企业标准（颜色为白色,形状为片状或粉状,水分含量为≤10%,灰分含量为≤1.0%,含氮量为6.2%～6.5%）相比,本研究所得蚕蛹甲壳素质量均优于虾、蟹壳中提取的食品级甲壳素,有助于其深度开发与利用。2.利用蚕蛹甲壳素制备壳聚糖的最佳工艺研究及其质量检测（1）采用3因素4水平/5水平的正交实验探讨了蚕蛹甲壳素制备壳聚糖的工艺,结果表明:NaOH的浓度、温度与时间对脱乙酰度的结果影响均非常明显,NaOH的浓度与温度之间协同显著影响脱乙酰度:但处理时间与处理温度之间对脱乙酰度的影响相对独立。最终确定制备壳聚糖最佳工艺为:NaOH浓度为50%,NaOH处理时间为18h,处理温度为90℃。（2）按上述试验条件制备的壳聚糖为白色粉状或片状,水分含量8.1%,灰分含量0.67%,黏度41mpa.s,分子量5×104,脱乙酰度95.6%,与虾、蟹中提取的食品级壳聚糖企业标准（颜色为白色,形状为片状或粉状,水分含量为≤10%,灰分含量为≤1.0%,脱乙酰度≥85%,黏度为30mpa.s～3000mpa.s）相比,本研究所得蚕蛹壳聚糖的主要质量指标均优于虾、蟹壳中提取的食品级壳聚糖。3.蚕蛹壳聚糖的抗菌性研究选择DD.90.4%与DD.95.6%壳聚糖对大肠杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌进行抗菌性研究。（1）DD.90.4%与DD.95.6%壳聚糖在pH4.5～6.5范围内,有明显的抑菌作用,而当pH大于6.5时,壳聚糖抑菌性有所减弱甚至无抑菌效果。说明壳聚糖的抑菌效果受到介质pH的影响。即在酸性环境下,壳聚糖的游离氨基发生质子化,容易与带负电荷的微生物相互作用,从而发生抑菌作用,因此在较低pH值条件下壳聚糖的抑菌作用要大于pH值较高的环境。（2）DD.90.4%壳聚糖,在浓度0.100%～0.125%范围内,对各种菌种抑菌性强弱顺序依次是:大肠杆菌＞嗜热脂肪芽孢杆菌＞金黄色葡萄球菌＞白色念珠菌;DD.95.6%壳聚糖,在浓度0.100%～0.125%范围内,对各种菌种抑菌性强弱顺序依次是:金黄色葡萄球菌＞嗜热脂肪芽孢杆菌＞大肠杆菌＞白色念珠菌;纯化后的DD.90.4%壳聚糖,对白色念珠的抗菌性有很大改善,当浓度达到0.125%时,抑菌率可达到95%以上。（3）从家蚕蛹提取的壳聚糖对各种菌种的最小抑菌浓度为:（DD.90.4%壳聚糖的最小抑菌浓度是:金黄色葡萄球菌为0.125%,大肠杆菌0.100%,嗜热脂肪芽孢杆菌0.125%;DD.95.6%壳聚糖的最小抑菌浓度是:金黄色葡萄球菌为0.075%,大肠杆菌0.100%,嗜热脂肪芽孢杆菌0.125%）与虾、蟹中提取的壳聚糖相比,抑菌效果更加显著。该研究结果为利用家蚕蛹提取甲壳素,开发壳聚糖抗菌新产品提供了理论依据。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 概述
  • 1.1.1 甲壳素/壳聚糖的发现与命名
  • 1.1.2 甲壳素/壳聚糖的结构特征及分布
  • 1.1.3 甲壳素/壳聚糖的物理性质
  • 1.1.4 甲壳素/壳聚糖的化学性质
  • 1.1.5 甲壳素/壳聚糖及其衍生物的应用
  • 1.1.6 甲壳素/壳聚糖的质量检测
  • 1.2 甲壳素/壳聚糖的开发利用现状
  • 1.2.1 虾、蟹中的甲壳素/壳聚糖
  • 1.2.2 蝉蜕中的甲壳素/壳聚糖
  • 1.2.3 蝇蛆壳中的甲壳素/壳聚糖
  • 1.2.4 松毛虫中的甲壳素/壳聚糖
  • 1.2.5 蚕蛹壳中的甲壳素/壳聚糖
  • 1.2.6 其他
  • 1.3 壳聚糖抗菌性的研究现状
  • 1.3.1 壳聚糖抗菌的原理
  • 1.3.2 壳聚糖抗菌性的影响因素
  • 第二章 引论
  • 2.1 研究的目的和意义
  • 2.2 研究的内容
  • 2.3 技术路线
  • 第三章 蚕蛹甲壳素制备最佳工艺研究
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 试验材料与主要试剂
  • 3.1.2 实验方法
  • 3.1.3 甲壳素的性能测定
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 甲壳素的定性
  • 3.2.2 HCl含量与矿物质的洗脱效果
  • 3.2.3 HCl溶液浸泡温度与矿物质的洗脱效果
  • 3.2.4 HCl溶液浸泡时间与矿物质的洗脱效果
  • 3.2.5 NaOH含量与有机物质的洗脱关系
  • 3.2.6 NaOH溶液的浸泡温度与有机物质的洗脱关系
  • 3.2.7 NaOH溶液的浸泡时间与有机物质的洗脱关系
  • 3.2.8 自制蚕蛹甲壳素的质量指标
  • 3.3 小结与讨论
  • 第四章 蚕蛹壳聚糖制备最佳工艺研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 材料与方法
  • 4.2.1 试验材料与主要试剂
  • 4.2.2 试验方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 壳聚糖产品的性状
  • 4.3.2 方差结果分析
  • 4.3.3 自制壳聚糖的质量指标
  • 4.3.4 小结
  • 第五章 蚕蛹壳聚糖抗菌性研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 材料
  • 5.2.1 壳聚糖的选定
  • 5.2.2 试验菌种
  • 5.2.3 培养基
  • 5.2.4 菌液的制备
  • 5.2.5 最低抑菌浓度的测定
  • 5.2.6 抑菌效果的测定
  • 5.2.7 pH值对壳聚糖抗菌性的影响
  • 5.3 结果分析与讨论
  • 5.3.1 对微生物的抑菌率
  • 5.3.2 不同pH值壳聚糖的抑菌效果
  • 5.3.3 虾、蟹壳壳聚糖与蚕蛹壳聚糖抗菌性的比较
  • 5.3.4 本实验所得壳聚糖对白色念珠菌抑菌效果不明显的原因分析
  • 5.4 蚕蛹壳聚糖对各种菌种抗菌效果试验图片
  • 5.4.1 DD.95.6%壳聚糖对各种菌种的抗菌试验图片
  • 5.4.2 DD.90.4%壳聚糖对各种菌种的抗菌性图片
  • 5.4.3 纯化后的DD.90.4%壳聚糖对白色念珠菌的抗菌性图
  • 5.5 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 主要结论
  • 6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在校期间发表论文及参加课题一览表

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