蚕蛹壳聚糖季铵盐的制备及性能检测范文

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摘要:为开发利用蚕蛹壳聚糖及其衍生物，利用2，3－环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)对自制蚕蛹壳聚糖进行季铵盐化改性，用红外光谱对其结构进行了表征，测定了产物的取代度，并对其抑菌效果进行研究。结果表明:在蚕蛹壳聚糖分子中的－NH2上的氢原子已经成功地被EPTAC取代，制备得到了蚕蛹壳聚糖季铵盐;蚕蛹壳聚糖季铵盐对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑菌效果，且对金黄色葡萄球菌的抑菌效果较对大肠杆菌的强。

关键词:蚕蛹壳聚糖季铵盐;FI－RT抑菌;性能检测

0引言

蚕蛹壳聚糖为α－型甲壳素脱乙酰衍生物，结晶度较低，因此溶解性强于虾蟹壳聚糖，蚕蛹壳聚糖在稀酸溶液溶解后，所形成聚合物具有较大透气性和透湿性［1－5］。蚕蛹壳聚糖溶解性虽强于虾蟹壳聚糖，但因其壳聚糖分子结构上的功能基团以及分子内、分子间的氢键使它的结构紧密，且仅能溶解在酸性溶液中，水溶性较差，这制约了蚕蛹壳聚糖的应用，因此有必要对蚕蛹壳聚糖进行改性，以达到利用其生物活性和生理活性的目的。壳聚糖分子中存在着羟基和氨基的特征结构，这有利于对它进行物理和化学改性，引入化学基团以改善壳聚糖的物理和化学性质。季铵盐是铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，季铵盐可以通过胺与卤代烃反应制取，它易溶于水且有较强的抗菌性能，因其特有的性能被广泛用于各种化合物改性中［6－10］。目前季铵盐类消毒剂被广泛应用于医疗卫生、生物制剂以及农业中。利用季铵盐对壳聚糖进行改性，若两者结合既能保留季铵盐的水溶性好的特点，又能增强两者都具有的抗菌性能，这样的化合物将具有更好的应用前景。本研究对蚕蛹来源的壳聚糖进行季铵盐化改性，并对得到的壳聚糖衍生物进行性能检测，以初步探讨蚕蛹壳聚糖季铵盐的性能。

1材料与方法

1．1实验材料

蚕蛹壳聚糖(脱乙酰度70．02%，实验室自制)，LB培养基、琼脂粉，2，3－环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)、铬酸钾、硝酸银、无水乙醇、丙酮、异丙酮及其它药品均为市购分析纯，金黄色葡萄糖球菌、大肠杆菌。

1．2实验方法

1．2．1蚕蛹壳聚糖季铵盐的合成制备蚕蛹壳聚糖季铵盐［11］，称取蚕蛹壳聚糖10g，加入有500mL异丙醇三口烧瓶中，在温度(85±5)℃条件下水浴加热，并进行50r/min搅拌。将2，3－环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)配置成n(EPTAC)∶n(－NH2)=8∶1的水溶液，用流滴管加入三口烧瓶中，反应8h后固液分离。将所得到的固体用无水乙醇洗涤3次，再用3倍体积丙酮沉淀分离，沉淀物再用丙酮洗涤3次。真空抽滤得到固相产品，置于(45±1)℃的烘箱中烘干，得到的黄色固体产品即为蚕蛹壳聚糖季铵盐。

1．2．2蚕蛹壳聚糖季铵盐的取代度测定称取一定量蚕蛹壳聚糖季铵盐置于盛有一定量1%醋酸溶液中，以加快蚕蛹壳聚糖季铵盐的溶解。搅拌至蚕蛹壳聚糖季铵盐完全溶解后，以铬酸钾溶液作为显色指示剂，加入0．01moL/L的AgNO3标准滴定液进行滴定，测定壳聚糖衍生物样品中Cl－的含量，将滴定终点的AgNO3体积带入公式(1)计算蚕蛹壳聚糖季铵盐取代度。

1．2．3蚕蛹壳聚糖季铵盐的结构表征采用BRUKER公司的VECTOR22型傅立叶变换红外光谱仪，用KBr压片法进行测定。将蚕蛹壳聚糖、蚕蛹壳聚糖季铵盐分别与KBr混合压片，以KBr为参比，然后用红外光谱仪分析，扫描次数15次，测定范围500～4000cm－1。

1．2．4蚕蛹壳聚糖季铵盐的抑菌性能采用涂布平板法制备试验平板，平板中涂布的菌液浓度分别为3×103、3×105和3×107CFU/mL。采用K－B纸片法进行抗菌性能检测，将滤纸用打孔器制成6mm的圆片，121℃高压灭菌后烘干，浸泡于1%、0．5%、0．25%的蚕蛹壳聚糖季铵盐溶液中12h，置于试验平板中，于37℃培养48h，测定抑菌圈大小。

2结果与分析

2．1蚕蛹壳聚糖季铵盐的取代度

取代度反应蚕蛹壳聚糖氨基位被取代的百分数，用以衡量取代的难易程度。根据将滴定终点的AgNO3体积带入公式(1)，计算蚕蛹壳聚糖季铵盐取代度为33．61%。

2．2蚕蛹壳聚糖季铵盐的结构表征

在蚕蛹壳聚糖的红外光谱在1653．87cm－1处存在N－H的弯曲振动峰，而在蚕蛹壳聚糖季铵盐的红外图谱中1653．87cm－1处的N－H的弯曲振动峰已经消失;同时在1653．87cm－1和1479．66cm－1处出现了两个新的强吸收峰，这是季铵基团中－CH3的吸收峰;除此之外，二者的红外图谱波形相对来说没有明显差别。以上红外光谱数据表明蚕蛹壳聚糖分子中的－NH2上的氢原子已经成功地被EPTAC取代，制备得到了蚕蛹壳聚糖季铵盐。

2．3蚕蛹壳聚糖季铵盐的抑菌性能

将蚕蛹壳聚糖季铵盐溶液进行抑菌圈试验。蚕蛹壳聚糖季铵盐对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑菌效果，且随着试验平板中菌体浓度的增加，抑菌圈直径有下降的趋势。在菌体浓度均为3×107CFU/mL的情况下，蚕蛹壳聚糖季铵盐在金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径较大肠杆菌的大;在菌体浓度均为3×105CFU/mL的情况下，1%蚕蛹壳聚糖季铵盐在3×105CFU/mL浓度的大肠杆菌中的抑菌圈直径更大，而0．5%和0．25%蚕蛹壳聚糖季铵盐则在对金黄色葡萄球菌的抑菌中表现得效果更好。在金黄色葡萄球菌的抑菌试验中，由于3×103CFU/mL浓度的金黄色葡萄球菌在平板中生长得过于分散，无法分辨蚕蛹壳聚糖季铵盐各试验组的抑菌圈大小;在3×107CFU/mL和在3×105CFU/mL两个浓度的抑菌试验中，则仍表现出随菌体浓度增加，抑菌圈直径下降的结果。这是因为当抑菌剂含量一定时，抑菌圈的大小跟菌体浓度有很大关系，如果菌体浓度过大，会拮抗抑菌剂的作用，导致抑菌圈偏小。

3结论

利用2，3－环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)对自制蚕蛹壳聚糖进行季铵盐化改性，得到了取代度为33．61%的蚕蛹壳聚糖季铵盐。蚕蛹壳聚糖季铵盐对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑菌效果，且对金黄色葡萄球菌的抑菌效果较对大肠杆菌的强。

作者：吕金凤；王小燕；王介平；王海燕；谷山林；曾秀；王永亮；周婵 单位：重庆市畜牧科学院