一种新型水溶性天然多糖抗菌材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型水溶性天然多糖抗菌材料。所述新型水溶性天然多糖抗菌材料，其分子上既带有胍基又带有氨基酸基团，在提高壳聚糖抗菌性能的同时，兼顾了其生物安全性，细胞毒性小，是一种绿色抗菌产品。本发明专利技术还公开了一种制备上述材料的方法，包括以下步骤：1)将壳聚糖溶解到稀酸溶液中，得到壳聚糖的稀酸水溶液；2)向步骤1)所得壳聚糖的稀酸水溶液中加入单氰胺或双氰胺，进行反应；3)将氨基酸活化溶液加入步骤2)的反应体系中，进行酰胺化；4)加入盐酸羟胺终止反应；5)反应液过滤后用去离子水透析，进行微波真空干燥处理，即得新型水溶性天然多糖抗菌材料。该方法可在反应釜内一次反应制得，所用主要原料为来源丰富价格便宜，适合工业化生产。

A new water soluble natural polysaccharide antibacterial material and its preparation method

The present invention discloses a new water soluble natural polysaccharide antibacterial material. The new water soluble natural polysaccharide antibacterial material, its molecular both with guanidine with amino groups, in improving the antibacterial properties of chitosan at the same time, taking into account their biological safety, low cytotoxicity, is a kind of green antibacterial products. The invention also discloses a method for preparing the material, which comprises the following steps: 1) the chitosan dissolved in dilute acid solution, obtained chitosan in dilute acid solution; 2) to step 1) cyanamide or dicyandiamide, adding the chitosan in dilute acid in aqueous solution reaction; 3) the activation of amino acid solution to step 2) of the reaction system, amidating; 4) adding hydroxylamine hydrochloride to terminate the reaction; 5) filtering the reaction solution with deionized water after dialysis, microwave vacuum drying process, the model of water soluble natural polysaccharide antibacterial materials. The method can be used in the reaction kettle to produce the main raw material, which is rich in source and cheap in price, and suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种新型水溶性天然多糖抗菌材料及其制备方法
本专利技术涉及壳聚糖制备领域，具体涉及一种新型水溶性天然多糖抗菌材料及其制备方法。
技术介绍
壳聚糖，其化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，它是虾和蟹等甲壳类动物的壳及真菌细胞壁所含的甲壳素的脱乙酰后得到的一种天然碱性多糖。壳聚糖具有优良的生物亲和性和生物可降解性，容易制成各种衍生物。因其来源极其丰富，能溶解在盐酸、醋酸和其它有机酸中，已被广泛应用于工业和医药领域。壳聚糖由于具有生物可降解性、生物相容性、生物无毒性和抗菌活性等特点，使其成为近年来天然抗菌剂开发的研究热点之一。但是，由于壳聚糖分子内和分子间存在大量的氢键、结晶度高、难溶于水、只能溶解于某些稀酸溶液，导致壳聚糖与传统的抗菌剂相比抗菌活性低，从而极大地限制了壳聚糖作为抗菌剂的推广和应用。为了提高壳聚糖的水溶性，人们采取了多种方法。比如，控制壳聚糖的脱乙酰度在50-60％之间、将壳聚糖制备成各种无机酸或有机酸盐、对壳聚糖进行化学改性，均可以得到水溶性壳聚糖或水溶性衍生物。这些方法虽然很好地解决了壳聚糖水溶性问题，但抗菌性能却未有明显提高。壳聚糖分子上含有可反应的羟基和氨基，可通过控制与羟基或氨基的反应条件，进行如酰基化、羧基化、醚化、NH2烷基化、酯化、水解等反应[J.Adv.Drug.Deliv.Rev.,2001,50,591.]，引入其他基团制成系列水溶性壳聚糖衍生物，从而改变其物理化学性能，赋予壳聚糖更多的特定功能，以适应更多领域的需要，进一步拓宽壳聚糖的适用范围。胍基是目前自然界发现的正电性最强的生物活性有机碱，其在生理pH介质下能够质子化，在中性、酸性和碱性条件下均能形成带正电的基团。胍基化合物广泛存在于天然产物中，溶解性强，有很强的碱性和正电性。胍基基团具有抗炎症、降压降血脂、抗病毒、抗肿瘤等生物活性，同时具有强碱性、强稳定性、较好的生物活性，且易于形成氢链，从而具有很好的抗菌性能，被广泛应用于医药、农业、建筑、服装、化工等领域。胍基在一般条件下都处于完全质子化状态，保持正电性[韦长梅，胍基化合物的合成与晶体结构研究，博士学位论文，2004.]。胍基能通过静电或氢键作用于受体和配体，因而可以起到很好的药物作用，胍基化合物用作药物主要有抗高血压药物、降血糖药和抗病毒药三种。而壳聚糖上的氨基具有较高的反应活性，因此通过氨基对壳聚糖进行胍基化改性赋予其与胍类化合物类似的性能，进而提高壳聚糖的抑菌抗菌性能。Hu等将三氧化硫脲与壳聚糖反应得到胍基壳聚糖亚硫酸氢盐[HuY.,et.al.,Carbohyd.Polym.,2007,67,66.]。Sun等以三聚磷酸钠为交联剂，聚六亚甲基胍磷酸盐为胍化试剂合成胍基化壳聚糖[Bioresour.Technol.,2010,101,5693.]。Zhai等人以单腈氨为胍基化试剂跟壳聚糖反应，得到了单胍壳聚糖[ZhaiX.,et.al.,J.Appl.Polym.Sci.,2011,121,3569.]。另外，Xiao等人以精氨酸为胍基化试剂，以1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为催化剂，让精氨酸与壳聚糖在2-(N-吗啉代)乙烷磺酸(MES)缓冲液中常温下反应，同样得到了胍基化壳聚糖[XiaoB.,et.al.,Carbohyd.Polym.2011,83,144.]。亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸与精氨酸类似，均是人体必需氨基酸。这三类氨基酸所含羧基均具有一定的化学活性，能与壳聚糖分子上的氨基反应，适合用于壳聚糖的功能化改性。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种新型水溶性天然多糖抗菌材料。所述天然多糖抗菌材料的分子结构式如式1所示：R1为：R2为：其中，x、y、n为自然数，0＜x≦107，0＜y≦107，102≦n≦107。本专利技术所提供的新型水溶性天然多糖抗菌材料，同时包含氨基酸和胍基，提高了壳聚糖衍生物抑菌效果和应用范围的同时，相对于壳聚糖单胍或双胍盐酸盐衍生物降低了细胞毒性，提高了其生物安全性。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备上述新型水溶性天然多糖抗菌材料的方法。为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：包括如下步骤：1)将壳聚糖溶解到稀酸溶液中，得到壳聚糖的稀酸水溶液；2)向步骤1)所得壳聚糖的稀酸水溶液中加入单氰胺或双氰胺，进行反应；3)将氨基酸活化溶液加入步骤2)的反应体系中，进行酰胺化反应；4)加入盐酸羟胺终止反应；5)反应液过滤后用去离子水透析，进行微波真空干燥处理，即得新型水溶性天然多糖抗菌材料。采用微波真空干燥技术，能耗低，效率高。优选地，步骤1)中所述壳聚糖数均分子量为102-107，脱乙酰度为50-100％；优选地，所述的稀酸为盐酸或醋酸，酸的浓度为0-0.5mol/L；所述壳聚糖的稀酸水溶液的浓度为0.001-0.1g/mL。优选地，步骤1)中所述溶解条件为：60-110℃之间恒温搅拌。优选地，步骤2)中所述单氰胺或双氰胺与壳聚糖的摩尔比为0.5-5:1；反应条件为：60-110℃之间恒温搅拌6-48小时。优选地，步骤3)中，所述氨基酸活化溶液通过以下方法得到：氨基酸、N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶解于2-(N-吗啉代)乙烷磺酸缓冲液中，在0-35℃之间恒温搅拌活化0.5-3小时；所述2-(N-吗啉代)乙烷磺酸缓冲液的浓度为30mmol/L，pH值为5.0±0.5；其中，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与氨基酸的摩尔比为0.5-5:1，N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1:1。优选地，所述氨基酸为亮氨酸、异亮氨酸或赖氨酸。优选地，壳聚糖与氨基酸的摩尔比为1-50:1；步骤3)中酰胺化反应温度为0-35℃。优选地，步骤5)中，去离子水透析过程中，每5-10小时换水一次，换水6-8次。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所制备的新型水溶性天然多糖抗菌材料，在改善壳聚糖水溶性的同时提高了壳聚糖的抑菌抗菌性能。其次，由于该新型水溶性壳聚糖抗菌材料分子上既带有胍基基团，又带有氨基酸，在提高壳聚糖抗菌性能的同时，又兼顾了其生物安全性，细胞毒性小，是一种绿色抗菌产品。反应后所得新型水溶性天然多糖抗菌材料，采用去离子水透析的方法处理，去除小分子副产物或杂质，纯化样品。避免了醇析法所造成的杂质去除不尽的缺点，另外，采用微波真空干燥的方法来处理样品，既避免了传统样品烘干过程中抑菌基团因分解而导致的抑菌效果下降，还大幅度提高了干燥效率，适合工业化生产。本专利技术所述的一种新型水溶性天然多糖抗菌材料的制备方法，操作简单、可在反应釜内一次反应制得，所用主要原料壳聚糖为来源极为丰富的天然高分子壳聚糖，所需设备简单，适合工业化生产。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为原料壳聚糖和本专利技术实施例1制备的新型水溶性天然多糖抗菌材料的红外谱图。图2为本专利技术实施例1制备的新型水溶性天然多糖抗菌材料采用GB15979-2002《一次性卫生用品卫生标准》浇板法检测抗菌性能的方法对金色葡萄球菌进行抗菌性能测试的结果照片。图3为本专利技术实施例1制备的新型水溶性天然多糖抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型水溶性天然多糖抗菌材料，其特征在于，所述天然多糖抗菌材料的分子结构式如式1所示：

【技术特征摘要】
1.一种新型水溶性天然多糖抗菌材料，其特征在于，所述天然多糖抗菌材料的分子结构式如式1所示：R1为：R2为：其中，x、y、n为自然数，0＜x≦107，0＜y≦107，102≦n≦107。2.一种制备如权利要求1所述新型水溶性天然多糖抗菌材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将壳聚糖溶解到稀酸溶液中，得到壳聚糖的稀酸水溶液；2)向步骤1)所得壳聚糖的稀酸水溶液中加入单氰胺或双氰胺，进行反应；3)将氨基酸活化溶液加入步骤2)的反应体系中，进行酰胺化反应；4)加入盐酸羟胺终止反应；5)反应液过滤后用去离子水透析，进行微波真空干燥处理，即得新型水溶性天然多糖抗菌材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述壳聚糖数均分子量为102-107，脱乙酰度为50-100％；所述的稀酸为盐酸或醋酸，酸的浓度为0-0.5mol/L；所述壳聚糖的稀酸水溶液的浓度为0.001-0.1g/mL。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述溶解条件为：60-110℃之间恒温搅拌。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述单氰胺或双氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛忠伟，蒋士冬，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11