[发明专利]一种中链氨基木质素抗菌剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种中链氨基木质素抗菌剂及其制备方法和应用。将木质素、碱和水混合得到碱性木质素溶液；加入中链二胺和甲醛；中和后，加入一元饱和醇至产物沉淀，收集沉淀，干燥后得到中链氨基木质素抗菌剂。本发明的中链氨基木质素抗菌剂能够溶解于酸性、中性、碱性的水溶液中，与木质素相比具有更好的水溶性，有利于提高木质素与其他材料的相容性；同时能够抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，抑菌活性优于铜离子，扩大了木质素的抗菌谱和提高了木质素的抗菌活性。本发明利用木质素作为原材料，为木质素的高值化利用提供了新途径，对于实现木质素在生物医药中的高值化利用以及对生态环境和经济发展有着重要的意义。

技术领域

本发明属于生物质炼制领域，尤其涉及生物质基功能新材料的制造行业，具体涉及一种中链氨基木质素抗菌剂及其制备方法和应用。

背景技术

木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键相互连接形成的生物高分子，是仅次于纤维素的第二丰富的生物质资源，也是世界上最丰富的天然酚类聚合物。它主要存在于植物细胞的细胞壁中，可增强植物体的机械强度，增强植物体的硬度，保护植物体不受有害细菌、真菌、病毒的侵袭。工业上，木质素是生物质炼制行业的废弃物，是一种零碳排放的资源。每年制浆造纸产业生产超过7千万吨的木质素。由于木质素自身的结构特性，超过90％的工业木素被用作低值的燃料进行燃烧处理，仅有不到10％的木质素被分离得到高值化利用。因此，设计木质素的结构，提高木质素的利用价值，既可以提高生物质炼制行业的效益，也可以促进相关行业的低碳绿色发展。

木质素含有丰富的苯环结构、脂肪族和芳香族羟基等活性基团，这些活性基团的存在使得木质素具有抗氧化、抗紫外性能以及一定的抗菌活性。已有研究显示，木质素对植物病原菌有一定的抑菌作用，可作为一种新型的植物抗菌药物，或作为食品包装材料。作为抗菌剂的利用已得到了木质素研究领域的广泛关注，大量基于木质素的抗菌功能新材料已被设计。

然而，木质素本身的抗菌活性较弱。大量的研究已证实木质素对革兰氏阴性菌没有抑菌活性，仅对革兰氏阳性菌有一定的抑菌活性。此外，也有研究证实，硫酸盐木质素的抗菌活性比有机溶剂木质素抗菌活性更弱。然而，硫酸盐木质素是能够工业获取的主要木质素来源。本课题组对硫酸盐木质素的抗菌活性的研究也显示，硫酸盐木质素对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均无抗菌活性。因此，提高木质素自身的抗菌活性，是开发木质素基新型抗菌功能材料的重要内容。此外，木质素不溶于水，同样限制其作为抗菌剂的广泛利用。

受壳聚糖、聚赖氨酸、透明质酸等天然抗菌活性成分的启发，本发明对木质素的化学结构进行了修饰，提供了一种能够溶解于酸性、中性、碱性等多种水溶液的，且具有高效抗菌活性的木质素抗菌剂。

发明内容

为了提高木质素的抗菌活性以及水溶性，受壳聚糖、聚赖氨酸、透明质酸等天然抗菌活性成分的启发，本发明通过中链二胺和甲醛对木质素进行改性，合成了中链氨基木质素抗菌剂。该抗菌剂未破坏木质素原有的酚羟基和苯环结构，保留了它的本征特性，同时提升了木质素的水溶性和抗菌活性。这有利于实现木质素在抗菌领域的高值化利用，具有重要的社会、环境和经济意义。

本发明的第一个目的是提供一种中链氨基木质素抗菌剂的制备方法，其包括以下步骤：将木质素、碱和水混合得到碱性木质素溶液；加入中链二胺和甲醛；中和后，加入一元饱和醇至产物沉淀，收集沉淀，干燥后得到中链氨基木质素抗菌剂。

优选的，所述的制备方法，包括以下步骤：

(1)将木质素、0.1-1倍木质素用量的碱加入水中，得到木质素含量为1％-20wt％的溶液；

(2)往步骤(1)的溶液加入0.5-5倍木质素用量的中链二胺和0.5-5倍木质素用量的甲醛，混合均匀；

(3)步骤(2)的混合液在30-120℃下反应0.5-6h得到氨基木质素溶液；

(4)用酸或二氧化碳中和步骤(3)溶液至pH6-8，加入一元饱和醇至产物沉淀，收集沉淀，干燥后得到中链氨基木质素抗菌剂。