水溶性壳聚糖衍生物的制备及其抗菌性能研究

论文摘要

本文以壳聚糖为原料制备了三种水溶性壳聚糖衍生物：N-羧甲基壳聚糖、N-羧乙基壳聚糖和低分子量壳聚糖。通过在壳聚糖的氨基上定向引入水溶性基团羧甲基和羧乙基,获得了N位取代的羧甲基壳聚糖和羧乙基壳聚糖。通过酸性水解获得低分子量壳聚糖,并和银离子配位制备出低分子量壳聚糖银配合物。用FT-IR、XRD、1H-NMR、13C-NMR等测试手段对产品进行了表征。并采用平板计数法和浊度法研究了N-羧甲基壳聚糖、低分子量壳聚糖及其与银的配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌的抗菌活性。主要结果如下：（1）N-羧甲基壳聚糖的合成：以壳聚糖和氯乙酸为原料在水溶液中制备羧甲基壳聚糖,避免了价格昂贵乙醛酸原料的使用。研究了介质的pH值、投料比、反应温度、反应时间等影响因素对产品取代度的影响。结果表明：在pH为8、反应温度90℃、投料比1：5、反应时间4h,可制得取代度为1.39的羧甲基壳聚糖。并测定了产品的溶解度和等电点,用FT-IR、XRD、1H-NMR、13C-NMR表征了分子的结构,证明了羧甲基化反应发生在壳聚糖的氨基。抗菌研究结果表明N-羧甲基壳聚糖的浓度、取代度对三种菌的抑菌效率都有一定的影响。样品浓度增加,抑菌率增加,当浓度达到5.0mg/mL时能够在24小时内完全抑制金黄色葡萄球菌的生长。当浓度达到6.0mg/mL时能够在24小时内完全抑制大肠杆菌和枯草杆菌的生长；取代度增加,抑菌率下降；抗菌结果表明羧甲基壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌作用最强,其次是枯草杆菌,对大肠杆菌的抑菌作用相对较弱。（2）N-羧乙基壳聚糖的合成：以壳聚糖和丙烯酸为原料,在水溶剂中利用迈克尔加成方法制备了羧乙基壳聚糖。主要研究了投料比、介质的pH值、反应时间、反应温度等因素对羧乙基壳聚糖取代度的影响。结果表明：合成羧乙基壳聚糖的最佳反应条件：投料比为1：4、pH为6、反应时间为5h、反应温度为90℃,产品取代度达到0.75,反应时间优于文献报道。采用FT-IR、1H-NMR对产品进行表征,证明羧乙基化取代在壳聚糖的氨基。（3）采用强酸对壳聚糖进行降解,制备了水溶性的低分子量壳聚糖微球,并制备出其和银离子的配合物。结果表明：低分子量壳聚糖的微球在100-200um之间。抗菌表明,当低分子量壳聚糖浓度在5mg/mL对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌24h的抑菌率分别87.1%、98.5%和86.6%。低分子量壳聚糖银配合物在浓度为4.8mg/mL对大肠杆菌6h抑菌率为100%,对枯草杆菌12h抑菌率达到100%,在浓度为5.6mg/mL对金黄色葡萄球菌12h抑菌率为100%。数据表明低分子量壳聚糖银配合物的抗菌性能优于低分子量壳聚糖。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 羧甲基壳聚糖的制备方法
• 1.3 羧乙基壳聚糖的制备方法
• 1.4 低分子量壳聚糖的合成
• 1.5 水溶性壳聚糖衍生物的应用
• 1.5.1 医学方面的应用
• 1.5.2 生物抗菌方面的应用
• 1.5.3 食品方面的应用
• 1.6 论文研究工作内容
• 第2章 N-羧甲基壳聚糖的合成及表征
• 2.1 试验材料与仪器
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 N-羧甲基壳聚糖的制备
• 2.2.2 取代度的测定
• 2.2.3 溶解度和等电点的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 pH值对取代度的影响
• 2.3.2 温度对取代度的影响
• 2.3.3 投料比对取代度的影响
• 2.3.4 反应时间对取代度的影响
• 2.3.5 溶解度和等电点的测定
• 2.3.6 产物结构表征
• 2.4 小结
• 第3章 N-羧乙基壳聚糖的制备与结构表征
• 3.1 试验材料与仪器
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 羧乙基壳聚糖的制备方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 投料比对产物取代度的影响
• 3.3.2 pH对产物取代度的影响
• 3.3.3 反应时间对产物取代度的影响
• 3.3.4 温度对反应的影响
• 3.3.5 产品的结构表征
• 3.4 小结
• 第4章 水溶性低分子量壳聚糖及其银配合物的制备
• 4.1 试验材料与仪器
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 水溶性低分子量壳聚糖的制备
• 4.2.2 水溶性低分子量壳聚糖银配合物的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 低分子量壳聚糖银配合物的表征
• 4.4 小结
• 第5章 水溶性壳聚糖衍生物的抗菌研究
• 5.1 试验材料与仪器
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 培养基的配制
• 5.2.2 菌种的培养和菌悬液的配制
• 5.2.3 定性抗菌试验
• 5.2.4 平板菌落计数法抗菌试验
• 5.2.5 比浊法抗菌试验
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 定性抗菌实验
• 5.3.2 平板计数法N-羧甲基壳聚糖的抗菌研究
• 5.3.3 比浊法N-羧甲基壳聚糖的抗菌研究
• 5.3.4 低分子量壳聚糖的抗菌研究
• 5.3.5 平板计数法低分子量壳聚糖银配合物的抗菌研究
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢