一种精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于多糖基材料领域，具体涉及一种精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖及其制备方法和应用。


背景技术：

2.普鲁兰多糖是一种由出芽短梗霉发酵产生、α-1,4糖苷键链接的麦芽三糖以及α-1,6糖苷键链接麦芽三糖的聚合物，具有良好水溶性、无毒无害、非免疫原性、非致癌性和非诱变性等优良特性，在药妆、医药、食品、化工以及环保等领域都有极高的应用价值。普鲁兰多糖因其良好的生物相容性、可降解性以及成膜性成为新一代食品保鲜材料。但普鲁兰多糖本身不具有抑菌特性，它是通过隔绝氧气、抑制微生物的呼吸作用来抑制微生物的生长繁殖，阻止食品与外界污染物接触而达到保鲜作用，不能从根本上解决微生物的污染问题。因此开发一种普鲁兰多糖的抑菌改性方法使其具有抑菌性是很有必要的。
3.目前国内外对普鲁兰多糖的化学改性有酯化、胺化、硫酸化等，但很多改性反应条件剧烈，大多使用有毒有机溶剂，很可能产生附加的毒副作用，并且对环境造成一定的污染。因此非常需要温和无毒安全的普鲁兰多糖改性方法，开发同时具有抑菌环保两个特性的保鲜膜具有重要意义。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖的制备方法，包括如下步骤：
5.s11：将丁二酸酐溶液加入普鲁兰多糖水溶液中，加热反应，除杂后得到羧基化普鲁兰多糖；
6.s12：将所述羧基化普鲁兰多糖溶解后，加入edc，活化，得到活化溶液；
7.s13：向所述活化溶液中加入精氨酸水溶液，反应，除杂后得到所述精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖；所述精氨酸水溶液由精氨酸甲酯二盐酸盐溶解于水中得到。
8.优选的，所述步骤s11中，加热反应的条件为：温度30-65℃，时间3-13h，ph为8-10。
9.优选的，所述羧基化普鲁兰多糖溶解后的ph值为5-7。
10.优选的，所述丁二酸酐溶液的溶剂为乙醇。
11.优选的，所述步骤s11中，除杂的方法为：将加热反应后的溶液通过无水乙醇醇沉，再用70％乙醇多次洗涤沉淀，沉淀置于烘箱烘干。
12.优选的，所述步骤s12中，edc和羧基化普鲁兰多糖中羧基的摩尔比为1-2：1-2。
13.优选的，所述步骤s12中，活化的温度为25-35℃，时间为25-35min。
14.优选的，所述精氨酸甲酯二盐酸盐与羧基化普鲁兰糖中羧基的摩尔比为1-2：1。
15.优选的，所述精氨酸水溶液的ph值为8-9。
16.优选的，所述步骤s13中，反应温度为40-60℃，时间为20-28h。
17.进一步地，所述步骤s13中，除杂的方法为：将反应后的溶液通过透析除去未反应
的底物，再旋转蒸发浓缩后通过无水乙醇醇沉，最后用70％乙醇多次洗涤沉淀，沉淀至于烘箱烘干。
18.本发明还提供一种上述制备方法制备得到的精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖。
19.本发明还提供一种抑菌薄膜，包括权利要求8所述的精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖。
20.本发明还提供一种上述的抑菌薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
21.s21：将所述精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖溶解于水中，得到精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖水溶液；所述精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖水溶液中溶质的浓度为5-10wt％；
22.s22：向所述精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖水溶液加入甘油后离心，干燥得到所述抑菌薄膜；所述甘油的添加量为精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖水溶液质量的0.5-1％。
23.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
24.本发明整体采用了l-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(edc)为催化剂，将精氨酸甲酯二盐酸盐(arg)接枝到丁二酸酐修饰的普鲁兰糖(sa-pu)长链上，制成精氨酸-丁二酸酐-普鲁兰多糖(arg-sa-pu)新型材料，再以这种新材料为主要原料，甘油为增塑剂，采用流延法制成抑菌薄膜。
25.本发明所使用的原料普鲁兰多糖具有水溶性、无毒无害和可生物降解性能。因其良好的生物相容性、可降解性以及成膜性可以成为新一代食品保鲜材料。对于普鲁兰多糖的改性，均在水系的环境下进行，无有毒有机试剂的安全隐患以及对环境的污染。普鲁兰多糖改性后，其机械性能有所改善，所制备的薄膜脆性小，韧性强。制备抑菌薄膜的方法简单方便，无需另外添加防腐剂和抑菌剂。
附图说明
26.图1为arg-sa-pu傅里叶变换红外结构表征。
27.图2为arg-sa-pu的琼脂扩散法抑菌测试；左上图为金黄色葡萄球菌测试，右上图为大肠杆菌测试；左下图为空白金黄色葡萄球菌测试，右下图为空白大肠杆菌测试。
28.图3为arg-sa-pu的机械性能测试图。
29.图4为arg-sa-pu薄膜的实物图。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
31.实施例1
32.(1)丁二酸酐(sa)修饰普鲁兰糖(pu)。称取1g普鲁兰多糖，溶于500ml去离子水中，在室温下静置24h完成水合，再用2mol/lnaoh调ph至9。然后称取0.4g丁二酸酐溶于100ml无水乙醇，将其滴加入普鲁兰多糖溶液中，在40℃下搅拌反应9小时之后用2mol/lhcl调ph至6.5以终止反应。最后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到羧基化普鲁兰多糖。
33.(2)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。称取0.1g羧基化普鲁兰多糖，溶于50ml去离子水中，调ph至6，加入0.1129gedc，30℃活化30min.称取0.1539g精氨酸甲酯二
盐酸盐溶于1ml去离子水中，调节ph至8.5，然后滴加入活化后的羧基化普鲁兰多糖溶液中，使ph稳定在6左右，于50℃搅拌反应24h。反应结束后先透析，再旋转蒸发浓缩，然后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到精氨酸接枝的羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。
34.(3)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖抑菌薄膜制备。称取0.1garg-sa-pu溶解在10ml去离子水中，搅拌至完全溶解，添加50μl甘油，搅拌均匀。将混合均匀的胶液进行离心除去胶液中的气泡。然后倒入模具中，放入恒温干燥箱60℃干燥24小时。成型后揭下薄膜，即得抑菌薄膜。
35.实施例2
36.(1)丁二酸酐(sa)修饰普鲁兰糖(pu)。称取1.0g普鲁兰多糖，溶于500ml去离子水中，在室温下静置24h完成水合，再用2mol/lnaoh调ph至9。然后称取0.6g丁二酸酐溶于100ml无水乙醇，将其滴加入普鲁兰多糖溶液中，在40℃下搅拌反应11h之后用2mol/lhcl调ph至6.5以终止反应。最后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到羧基化普鲁兰多糖。
37.(2)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。称取0.2g羧基化普鲁兰多糖，溶于100ml去离子水中，调ph至6，加入0.2258gedc，30℃活化30min.称取0.3078g精氨酸甲酯二盐酸盐溶于1ml去离子水中，调节ph至8.5，然后滴加入活化后的羧基化普鲁兰多糖溶液中，使ph稳定在6左右，于50℃搅拌反应24h。反应结束后先透析，再旋转蒸发浓缩，然后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到精氨酸接枝的羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。
38.(3)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖抑菌薄膜制备。称取0.10garg-sa-pu溶解在10ml去离子水中，搅拌至完全溶解，添加100μl甘油，搅拌均匀。将混合均匀的胶液进行离心除去胶液中的气泡。然后倒入模具中，放入恒温干燥箱60℃干燥24h。成型后揭下胶薄膜，即得抑菌薄膜。
39.实施例3
40.(1)丁二酸酐(sa)修饰普鲁兰糖(pu)。称取1g普鲁兰多糖，溶于500ml去离子水中，在室温下静置24h完成水合，再用2mol/lnaoh调ph至9。然后称取0.8g丁二酸酐溶于100ml无水乙醇，将其滴加入普鲁兰多糖溶液中，在40℃下搅拌反应15h之后用2mol/lhcl调ph至6.5以终止反应。最后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到羧基化普鲁兰多糖。
41.(2)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。称取0.5g羧基化普鲁兰多糖，溶于150ml去离子水中，调ph至6，加入0.5645gedc，30℃活化30min.称取0.7695g精氨酸甲酯二盐酸盐溶于4ml去离子水中，调节ph至8.5，然后滴加入活化后的羧基化普鲁兰多糖溶液中，使ph稳定在6左右，于50℃搅拌反应24h。反应结束后先透析，再旋转蒸发浓缩，然后用三倍体积的无水乙醇沉淀，得到的沉淀物再用75％乙醇洗涤三次，于60℃烘箱烘干即得到精氨酸接枝的羧基化普鲁兰多糖(arg-sa-pu)。
42.(3)精氨酸接枝羧基化普鲁兰多糖抑菌薄膜制备。称取0.15garg-sa-pu溶解在15ml去离子水中，搅拌至完全溶解，添加150μl甘油，搅拌均匀。将混合均匀的胶液进行离心除去胶液中的气泡。然后倒入模具中，放入恒温干燥箱60℃干燥24h。成型后揭下薄膜，即得
抑菌薄膜。同时，称取0.15gpu溶解在15ml去离子水中，搅拌至完全溶解，添加150μl甘油，搅拌均匀，将混合均匀的胶液进行离心除去胶液中的气泡，然后倒入模具中，放入恒温干燥箱60℃干燥24h，成型后揭下薄膜，即得普鲁兰薄膜，作为空白对照。
43.效果评价1
44.以上实施例中arg-sa-pu的结构通过傅里叶变换红外光谱表征。结果如图1，波数在1700，1235、1160左右有吸收峰，判断可能是由于c＝o、c-o-c键的拉伸震动造成的，表明sa成功接枝到pu上；波数在3358，1372、1073左右有吸收峰，判断可能是由于n-h、c-n键的拉伸震动造成的，表明arg已接枝到sa-pu上。
45.效果评价2
46.以上实施例中arg-sa-pu薄膜的机械性能如图3。
47.机械性能通过物性测试仪测得：选取平整、纯净且无缺陷样品薄膜，将其裁成50
×
10mm的长方形，采用物性测试仪测定抗拉伸强度(ts)和断裂伸长率(e)。拉伸载荷20g，上下夹片的距离为50mm，拉伸速率为0.5mm/s。抗拉伸强度(ts)：是指膜在轴向拉伸力作用下，破裂前承受的最大拉伸载荷同膜宽度与厚度乘积的比值，按下式计算：
[0048][0049]
式中：ts—抗拉伸强度，mpa；
[0050]
f—试样断裂时承受的最大张力，n；
[0051]
l—膜的厚度，mm；
[0052]
w—膜的宽度，mm。
[0053]
断裂伸长率计算公式：
[0054][0055]
式中：eb—断裂伸长率，100％；
[0056]
h—样品拉伸前的长度，mm；
[0057]
l—样品拉伸后的长度，mm。
[0058]
结果见图3，可看出普鲁兰多糖改性后其ts有所降低，eb有所提高。根据文献报道，与天然普鲁兰多糖相比，所有普鲁兰多糖酯膜的ts都较低，而薄膜的eb与其疏水性密切相关，这也是改性后eb有所提高的原因。
[0059]
以上实施例中arg-sa-pu的抑菌测试通过琼脂扩散法得到：
[0060]
1.样品处理：30mgarg-sa-pu溶于1ml去离子水，制备成浓度为30mg/ml的糖液，再115℃20min灭菌备用，相同浓度pu作为空白对照。
[0061]
2.菌液培养：分别接种大肠杆菌和金黄色葡萄球菌于50ml的lb培养基中，摇床培养12h，用生理盐水稀释至菌液浓度为2
×
106cfu/ml左右。
[0062]
3.琼脂扩散法抑菌试验：取稀释后的菌液100μl于每个琼脂平板进行涂布，然后在每个平板中央打孔，直径在6mm左右，再取100μl样品至孔中，37℃培养24h后观察抑菌圈情况。
[0063]
结果见图2，可看出arg-sa-pu平板上有抑菌圈，而pu平板上没有明显抑菌圈，说明arg-sa-pu对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有抑制作用，这种改性方法使pu具有抑菌性。
[0064]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。