[发明专利]一种壳聚糖富马酰衍生物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种新型的壳聚糖富马酰衍生物及其制备方法，属于食品防腐剂技术领域。本发明以非水溶性的壳聚糖为原料，利用化学改性技术制备壳聚糖富马酰衍生物。该发明制备的壳聚糖衍生物水溶性较好，并且具有较强的抑菌活性。该发明可应用于食品、医药行业中的防腐剂的生产，具有广阔的应用前景。

背景技术

壳聚糖无毒、无抗原性、可生物降解，并具有很多独特的生理功能。在医药、化工、材料、生物技术、食品与营养、农业与环境保护等多个领域都有着广泛的应用。特别是壳聚糖对包括细菌、真菌在内的一系列微生物都有抑制作用，被视为开发新型天然食品防腐剂的理想材料。壳聚糖是生物大分子，通过分子中大量的氨基和羟基之间的氢键作用，形成高度结晶的结构，使其不溶于水，也不溶于有机溶剂，只溶解于稀的有机酸溶液中，严重限制了其在防腐抗菌方面的应用。

通过化学改性的方法，在壳聚糖分子中引入羧基等亲水性基团，可以破坏其分子间的氢键作用，降低其等电点，提高水溶性。壳聚糖的生物活性的发挥依赖于C2位游离氨基的质子化，因此水溶性基团的引入，往往屏蔽掉反应活性最高的C2位游离氨基，导致壳聚糖抑菌活性的降低。富马酸也叫反式丁烯二酸，分子中含有两个羧基和特殊的反式结构，是一种食品中常用的酸味剂和防腐剂。通过富马酸分子的一个羧基和壳聚糖的羟基发生酰化反应，将富马酸分子接枝到壳聚糖分子中。富马酸另外一个游离羧基的存在可以提高衍生物的水溶性，而新生成的富马酰基团是具有很强抑菌活性的不饱和羰基结构，可以赋予衍生物较强的抑菌活性。

发明内容

本发明的目的在于制备一种具有较强抑菌活性的水溶性壳聚糖衍生物。

本发明的技术方案：壳聚糖为原料，利用化学改性技术制备水溶性壳聚糖富马酰衍生物。壳聚糖富马酰衍生物的合成路线为：

具体工艺为：一种壳聚糖富马酰衍生物的制备方法，其特征在于：以脱乙酰度为95%，粘均分子量100kDa的壳聚糖为原料，称取干燥的壳聚糖1.7g分散在100mL去离子水中，加入与氨基葡萄糖单位摩尔比为1︰4的富马酸，在室温下向体系中滴加0.5mL的浓硫酸，将混合体系加热到80℃，搅拌反应4h，用10% NaHCO₃溶液调反应体系的pH到7.0，反应结束；用50mL乙醇沉淀并洗涤除去未反应的富马酸，过滤，真空干燥12h得到白色粉末为壳聚糖富马酰衍生物。其红外光谱：1597cm^-1 吸收条带为游离氨基的特征吸收，1722cm^-1为反应新生成酯键的特征吸收，2900cm^-1宽吸收条带为羧酸根的特征吸收；

其生物理化特征如下：水分含量≤5%，取代度0.3-0.4，在水溶液中的溶解度≈40g/L；

其DSC曲线显示：其热解温度为193℃；

生物活性特征：其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、啤酒酵母菌及黑曲霉菌的最小抑菌浓度：以壳聚糖富马酰衍生物g/L培养基计，均分别为0.05%、0.05%、0.05%、0.05%。

本发明的有效效果

1、本发明采用的原料为非水溶性壳聚糖，而所得产品壳聚糖富马酰衍生物在水中有较好的溶解性，拓宽了壳聚糖的应用范围。

2、本发明采用一步法制备壳聚糖富马酰衍生物，避免了氨基保护和脱保护的工艺，操作简便，成本低。

3、本发明在提高壳聚糖水溶性的同时，提高了壳聚糖富马酰衍生物对微生物的抑制作用，使其作为天然基防腐剂在食品和医药领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1壳聚糖（a）与壳聚糖富马酰衍生物（b）的红外图谱。

图2壳聚糖与壳聚糖富马酰衍生物DSC曲线。

具体实施方案

实施例1

将85g壳聚糖分散在5000mL去离子水中，加入与氨基葡萄糖单位摩尔比为1︰4富马酸。在室温下向前述体系中加入25mL的浓硫酸。将混合体系加热到80℃，搅拌反应4h，用10% NaHCO₃溶液调反应体系的pH到7.0，反应结束。加入2500mL的乙醇沉淀并洗涤产物，过滤收集，真空干燥12h，得到取代度0.3-0.4的壳聚糖富马酰衍生物110g。

实施例2

将制备的壳聚糖富马酰衍生物分别添加到大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌及啤酒酵母培养基中，添加的壳聚糖富马酰衍生物浓度均分别为0.05%、0.05%、0.05%、0.05% (w/v)，培养24小时后，可以完全抑制上述微生物的生长，说明该衍生物具有很强的抑菌活性。