CN103304683A

CN103304683A - 一种壳寡糖曲酸衍生物及其制备方法

Info

Publication number: CN103304683A
Application number: CN2013102308582A
Authority: CN
Inventors: 夏文水; 刘晓丽; 姜启兴; 许艳顺; 于沛沛
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种壳寡糖曲酸衍生物及其制备方法，其中，氯代曲酸主要与壳寡糖的C₂位的氨基(-NH₂)发生反应生成壳寡糖衍生物，所得衍生物用红外光谱和¹H核磁共振作分析确证，壳聚糖分子与接入的基团有效结合形成壳聚糖衍生物。其中反应的氨基基团占壳寡糖中氨基总量的24.15～55.68%。本发明制备得到的壳寡糖曲酸衍生物溶解性好，具有较强的抑菌活性，可以作为防腐剂广泛用于医药与食品等领域。

Description

一种壳寡糖曲酸衍生物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型的具有防腐抑菌生物活性的壳寡糖曲酸衍生物及其制备方法，属于食品添加剂技术领域。

背景技术

在食品工业中，各类食品的防腐保鲜始终是一个亟待解决的重要问题，据估计，我国每年约有20%-30%的食物损失因为各种腐败，造成了巨大的经济损失。如何有效控制食品微生物性腐败是食品工业发展中所要面对重要问题。天然防腐抑菌剂如壳聚糖和曲酸，以其安全无毒、热稳定性好等特性受到人们的亲睐，通过化学改性开发出具有更强抑菌活性和更广抑菌谱的天然食品防腐剂已经成为人们研究的热点。

壳寡糖是自然界大量存在的一类天然生物多糖，具有生物可降解性、生物相容性、生物无毒性和化学反应活性，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，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。壳寡糖的氨基和羟基均是进行化学修饰的理想位点，目前，对壳寡糖化学改性的方法有羧甲基化、硫酸酯化、季铵盐化等。通过对壳寡糖的衍生化处理虽然能够在一定程度上提高壳寡糖的抑菌活性，但是效果并不明显，仍然无法满足其应用需求，而且壳寡糖的衍生化过程复杂，反应条件苛刻不利于大规模生产。曲酸是一种带取代基γ-吡喃酮，由微生物好氧发酵产生的具有抑菌作用的有机酸，具有抗菌作用，抗氧化作用、护色作用以及安全无毒性，已成为一种新型天然食品添加剂，被广泛应用在食品防腐、果蔬保鲜、肉制品与水产品的护色保鲜方面

近年来，人们对壳寡糖生物活性的研究尤为活跃，合成出具有多种结构的壳寡糖类衍生物，并进一步研究其构效关系，对于新型天然抗菌剂的研制具有重要的理论意义和实际应用价值。基于亚结构连接的思想，把曲酸中的活性基团—γ-吡喃酮接入壳寡糖，可以使二者具有协同抑菌活性，可以开发出新型的食品防腐抑菌剂。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有食品添加剂领域中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明一个目的是通过氯代曲酸中的氯原子在壳寡糖的活性氨基上接入曲酸的活性基团—γ-吡喃酮，以增强壳寡糖和曲酸的抑菌活性，得到溶解性好、相互增效的壳寡糖曲酸衍生物。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种壳寡糖曲酸衍生物，其为具有如式Ι所示结构的化合物：

式Ι

其中，n为6～32。

本发明另一个目的是提供该壳寡糖曲酸衍生物的制备方法，该法简单易行，且收率较高，具有很好的产业化前景。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种壳寡糖曲酸衍生物的制备方法，其是将壳寡糖与氯代曲酸用有机溶剂分别溶解，在一定温度下混合并搅拌反应一段时间，反应结束后添加有机溶剂沉淀产物，过滤，沉淀产物用有机溶剂索氏抽提，冷冻干燥即得壳寡糖曲酸衍生物。

作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述壳寡糖为分子量1000～5000Da，脱乙酰度90%～95%的壳寡糖。

作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述用有机溶剂分别溶解，其中的有机溶剂为二甲亚砜和吡啶。

作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述二甲亚砜的体积用量为所用氯代曲酸质量的2～4倍，二甲亚砜的体积用量为所用壳寡糖质量的2～4倍，吡啶的体积用量为所用壳寡糖质量的2～6倍。

作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述一定温度为25℃～45℃，所述一段时间为4～8小时。

作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述添加有机溶剂沉淀产物，其中的有机溶剂为丙酮；所述沉淀产物用有机溶剂索氏抽提，其中的有机溶剂分别为乙醇和丙酮。

本发明所具有的有益效果：

(1)壳寡糖与具有抑菌活性基团的曲酸反应，相互作用可产生协同增效作用，增强各自特有的抑菌活性，从而合成出较壳寡糖有更宽抑菌谱的衍生物。

(2)此类新的衍生物毒性低，且有很好的水溶性，可溶解于多种无机和有机溶剂中，避免了有机溶剂的使用，更有利于环境保护，而且扩大了其应用领域，在医药、食品、化妆品和农业等领域有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述壳寡糖的红外光谱图；其中，3422.36cm^-1为O-H与N-H的伸缩振动吸收峰，2923.83cm^-1为C-H伸缩振动的吸收峰，1628.76cm^-1为NH₂的弯曲振动吸收峰，1155.97cm^-1与1071.52cm^-1为C-O伸缩振动的吸收峰，893.24cm^-1为环伸缩振动吸收峰。

图2为本发明实施例1中生成的壳寡糖衍生物的红外光谱图；其中，1638.60cm^-1为该衍生物中C=O伸缩振动吸收峰，1525.81cm^-1为该衍生物中C=C伸缩振动吸收峰，1216.73cm^-1为该衍生物中C-O-C伸缩振动吸收峰，950.18cm^-1为氯代曲酸与壳寡糖共价结合键的吸收峰，1216.73cm^-1和950.18cm^-1的存在证明目标产物的形成。

图3为本发明实施例2中生成的壳寡糖衍生物的红外光谱图；其中，1638.28cm^-1为该衍生物中C=O伸缩振动吸收峰，1538.32cm^-1为该衍生物中C=C伸缩振动吸收峰，1216.73cm^-1为该衍生物中C-O-C伸缩振动吸收峰，950.91cm^-1为氯代曲酸与壳寡糖共价结合键的吸收峰，1216.73cm^-1和950.91cm^-1的存在证明目标产物的形成。

图4为本发明实施例3中生成的壳寡糖衍生物的红外光谱图；其中，1636.88cm^-1为该衍生物中C=O伸缩振动吸收峰，1524.18cm^-1为该衍生物中C=C伸缩振动吸收峰，1216.73cm^-1为该衍生物中C-O-C伸缩振动吸收峰，950.39cm^-1为氯代曲酸与壳寡糖共价结合键的吸收峰，1216.73cm^-1和950.39cm^-1的存在证明目标产物的形成。

图5为本发明所述壳寡糖衍生物的¹H-NMR图：化学位移出现在1.968ppm处的峰对应的是乙酰氨基残基上的-CH₃的质子峰；2.447-2.796ppm处的峰对应的是氨基葡萄糖残基和乙酰氨基残基上H₂的质子峰；3.089-3.837ppm处的峰对应的是氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖上相应的H₃,H₄,H₅,H₆处的质子峰；4.688ppm处的峰为溶剂峰；4.198、6.597和8.070ppm处的质子峰分别为衍生物中H-7＇中CH₂，H-3＇和H-6＇处的特征峰；8.631ppm处的质子峰为衍生物中H-5＇位-OH的特征峰，这几个峰的存在，证明氯代曲酸与壳寡糖发生了反应，目标产物的形成。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述方法进行详细说明。

需要说明的是，本发明制备方法中采用氯代曲酸进行说明，该氯代曲酸由已知方法制备[Uher,M.,Hudecová,D.,et al.(1989).Antifungal preparation.CSPatent No.259592.]。

实施例1

搅拌下，把1g氯代曲酸溶于2mL的二甲亚砜中，0.5g壳寡糖(分子量为1000Da，脱乙酰度为90%)溶于2mL的二甲亚砜和2mL的吡啶混合液中，将溶于二甲亚砜和吡啶混合液中的壳寡糖逐滴加入溶于二甲亚砜的氯代曲酸中，反应混合物在25℃水浴中磁力搅拌4小时后，倒入过量丙酮使产品沉淀，沉淀物过滤，沉淀物分别用乙醇、丙酮进行索氏提取以除去二甲亚砜和吡啶，最后将产物真空冷冻干燥。用红外光谱鉴和¹H核磁共振鉴定其结构。终产物的得率为46%。

实施例2

搅拌下，把1g氯代曲酸溶于3mL的二甲亚砜中，0.5g壳寡糖(分子量为3000Da，脱乙酰度为95%)溶于3mL的二甲亚砜和4mL的吡啶混合液中，将溶于二甲亚砜和吡啶混合液中的壳寡糖逐滴加入溶于二甲亚砜的氯代曲酸中，反应混合物在35℃水浴中磁力搅拌6小时后，倒入过量丙酮使产品沉淀，沉淀物过滤，沉淀物分别用乙醇、丙酮进行索氏提取以除去二甲亚砜和吡啶，最后将产物真空冷冻干燥。用红外光谱鉴和¹H核磁共振鉴定其结构。终产物的得率为52%。

实施例3

搅拌下，把0.5g氯代曲酸溶于4mL的二甲亚砜中，0.5g壳寡糖(分子量为5000Da，脱乙酰度为90%)溶于4mL的二甲亚砜和6mL的吡啶混合液中，将溶于二甲亚砜和吡啶混合液中的壳寡糖逐滴加入溶于二甲亚砜的氯代曲酸中，反应混合物在45℃水浴中磁力搅拌8小时后，倒入过量丙酮使产品沉淀，沉淀物过滤，沉淀物分别用乙醇、丙酮进行索氏提取以除去二甲亚砜和吡啶，最后将产物真空冷冻干燥。用红外光谱鉴和¹H核磁共振鉴定其结构。终产物的得率为58%。

综合实施例1～3，本发明将壳寡糖与氯代曲酸用有机溶剂分别溶解，混合并搅拌反应，反应结束后添加有机溶剂沉淀产物，过滤，沉淀产物用有机溶剂索氏抽提，冷冻干燥即得壳寡糖曲酸衍生物。

本发明制备方法中所述原料为分子量为1000-5000Da，脱乙酰度为90-95%的壳寡糖；所述氯代曲酸的具体制备步骤是：将曲酸溶解于氯化亚砜中在室温下进行反应，加入氯化亚砜的体积用量为所用曲酸质量的2倍，反应结束后得到淡黄色晶体，用石油醚对产物进行洗涤，石油醚用量为氯化亚砜体积的10倍，在沸水中重结晶得到产物，在40℃下真空干燥，干燥后得到氯代曲酸；所述所用的溶剂为二甲亚砜和吡啶，二甲亚砜的体积用量为所用氯代曲酸质量的2～4倍，二甲亚砜的体积用量为所用壳寡糖质量的2～4倍，吡啶的体积用量为所用壳寡糖质量的2-6倍；所述反应温度为25℃～45℃，反应时间为4～8小时；所述用于沉淀的有机溶剂为丙酮，用于索氏提取的有机溶剂分别为乙醇和丙酮；

本发明中氯代曲酸主要与壳寡糖的C₂位的氨基(-NH₂)发生反应生成壳寡糖衍生物，所得衍生物用红外光谱和¹H核磁共振作分析确证，壳聚糖分子与接入的基团有效结合形成壳聚糖衍生物。其中反应的氨基基团占壳寡糖中氨基总量的24.15～55.68%。

原理：壳寡糖结构中含有活泼的-NH₂，在-NH₂上可引入其它活性基团，通过壳寡糖与氯代曲酸反应，氯代曲酸中的氯原子与壳寡糖C₂位的-NH₂发生反应，将曲酸中的活性抑菌基团—γ-吡喃酮接入壳寡糖中，与壳聚糖分子产生协同作用，显著增强其抑菌活性。

该过程的化学反应过程为：

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种壳寡糖曲酸衍生物，其为具有如式Ι所示结构的化合物：

式Ι

其中，n为6～32。

2.一种壳寡糖曲酸衍生物的制备方法，其特征在于：将壳寡糖与氯代曲酸用有机溶剂分别溶解，在一定温度下混合并搅拌反应一段时间，反应结束后添加有机溶剂沉淀产物，过滤，沉淀产物用有机溶剂索氏抽提，冷冻干燥即得壳寡糖曲酸衍生物。

3.依权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述壳寡糖为分子量1000～5000Da，脱乙酰度90%～95%的壳寡糖。

4.依权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述用有机溶剂分别溶解，其中的有机溶剂为二甲亚砜和吡啶。

5.依权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述二甲亚砜的体积用量为所用氯代曲酸质量的2～4倍，二甲亚砜的体积用量为所用壳寡糖质量的2～4倍，吡啶的体积用量为所用壳寡糖质量的2～6倍。

6.依权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述一定温度为25℃～45℃，所述一段时间为4～8小时。

7.依权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述添加有机溶剂沉淀产物，其中的有机溶剂为丙酮；所述沉淀产物用有机溶剂索氏抽提，其中的有机溶剂分别为乙醇和丙酮。