殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法
2023-07-08 03:36:51
專利名稱：殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種利用天然可再生資源殼聚糖的金屬銅絡合物製備新型抗菌劑的方法，屬再生資源化學生物學領域。
背景技術：
甲殼素是從蝦、蟹等甲殼類動物的甲殼以及真菌的細胞壁中提取出來的一種天然多糖，也是自然界僅次於纖維素的第二大生物質資源。殼聚糖是甲殼素的脫乙醯化衍生物，具有良好的生物相容性、生物可降解性、天然無毒性和多種生物活性，尤其是光譜抗菌性，並且由於其分子鏈上有很多氨基、羥基等活性基團，具有很高的反應活性，極易與過渡金屬離子發生絡合反應。近年來，殼聚糖作為一種天然抗菌劑受到了人們的廣泛關注，但是，與傳統的抗菌劑相比殼聚糖的抗菌活性較低，還不足以在食品、醫藥、紡織工業中廣泛應用。因此，通過改性、共混等方法提高殼聚糖的抗菌活性，對於殼聚糖作為抗菌劑的應用至關重要。目前提高殼聚糖的抗菌活性途徑主要是集中在對殼聚糖的衍生化等改性方面，包括殼聚糖的羧甲基化、硫酸酯化、季銨鹽化等。通過對殼聚糖的衍生化處理雖然能夠在一定程度上提高殼聚糖的抗菌活性，但是效果並不明顯，仍然無法滿足其應用需求，而且殼聚糖的衍生化過程複雜，反應條件苛刻不利於大規模生產。金屬離子是一種傳統抗菌劑，具有較強的抗菌活性，但是其生物毒性不能滿足當前發展綠色無毒抗菌劑的要求。
發明內容
針對上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種製備殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的方法，該方法採用將原料殼聚糖與過渡金屬離子銅配位反應製得新型高效廣譜抗菌劑。用這種方法製得新型殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和真菌都有顯著增強的抗菌活性，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌性是單獨殼聚糖的8倍，對表皮葡萄球菌和綠膿桿菌的抑菌性是單獨殼聚糖的4倍。
本發明提供的技術方案為按如下步驟製備殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑(1)取適量殼聚糖溶解於濃度為0.005-0.03g/ml的稀醋酸溶液配成濃度為0.005-0.02g/ml的殼聚糖稀醋酸溶液，再在磁力攪拌下加入與殼聚糖的氨基摩爾比為0.25∶1-4∶1的二價銅離子，然後用濃度為0.05-1mol/L的氫氧化鈉溶液調整該溶液pH值到4.5-6.0，繼續攪拌3-4小時，得到殼聚糖金屬銅絡合物溶液(2)將得到的殼聚糖金屬銅絡合物溶液加入到足量的丙酮和乙醇混合溶劑中，得到藍色沉澱，然後通過減壓抽濾分離沉澱和溶液體系，將獲得的殼聚糖金屬銅絡合物沉澱用足量無水乙醇洗滌，再次減壓抽濾去除洗滌劑，按照上述方法洗滌2-3次，將獲得的殼聚糖金屬銅絡合物沉澱真空乾燥，研碎即得到殼聚糖/銅複合物粉末。
(3)將所得殼聚糖/銅複合物粉末溶解於0.05-2mol/l稀鹽酸，配成濃度為1000μg/ml-31.3μg/ml的溶液，用濃度為0.05-1mol/l的氫氧化鈉溶液調整該溶液PH值到4.5-6.0，最後將該溶液在高壓滅菌鍋中121-135℃下滅菌20-40分鐘，即得到殼聚糖/銅複合抗菌劑。
其中，所用殼聚糖最好已經常規方法純化，且殼聚糖的分子量範圍在2.6萬-78.8萬，脫乙醯度範圍在85％-95％；殼聚糖/金屬銅複合物抗菌劑的pH範圍在4.6-6.0；二價銅離子來自於五水合硫酸銅，丙酮和乙醇的混合溶劑中丙酮∶乙醇的體積比為3∶1-1∶3。
由於殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑是殼聚糖和具有抗菌活性的金屬離子配位反應生成的產物，它綜合了殼聚糖和金屬銅的抗菌性，表現出比殼聚糖強的多的抗菌活性，同時大大降低了金屬銅抗菌劑的毒性，而且原料來源豐富，製備方法簡單，容易大規模生產，所以可以作為新型抗菌殺菌劑、添加劑、抗菌藥物等在食品、醫藥、紡織工業、木材防腐等領域有廣泛的應用前景。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發明提供的製備殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的方法作詳細說明。
實施例1稱取1g純化後的分子量為38.8萬、脫乙醯度為95％的殼聚糖，加入100ml濃度為1g/ml稀醋酸溶液中，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入1.55gCuSO4·5H2O粉末，用0.5mol/l的NaOH溶液調節該溶液pH值為6.0，持續攪拌3-4h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200ml體積比為1∶1的丙酮∶乙醇混合溶劑，得到藍色團狀沉澱。減壓抽濾將沉澱物分離出來，用100ml無水乙醇洗滌沉澱，再次減壓抽濾除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重複用100ml去離子水洗滌兩次，將沉澱過濾、真空乾燥，得到殼聚糖/銅複合物。稱取0.1g殼聚糖/銅複合物溶解於10ml濃度為0.3g/ml稀鹽酸溶液中，放置在高壓滅菌鍋中，121℃下滅菌25分鐘即得到殼聚糖/銅複合抗菌劑，可以直接用於抑菌實驗。
實施例2稱取1g純化後的分子量為18.4萬、脫乙醯度為93％的殼聚糖，加入100ml濃度為0.02g/ml稀醋酸溶液中，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入1.55gCuSO4·5H2O粉末，用0.05mol/l的NaOH溶液調節pH值為4.5，持續攪拌3-4h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200ml體積比為1∶1的丙酮∶乙醇混合溶液，得到藍色團狀沉澱。減壓抽濾將沉澱物分離出來，用100ml無水乙醇洗滌沉澱，再次減壓抽濾除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重複用100ml去離子水洗滌兩次，將沉澱過濾、真空乾燥，得到殼聚糖/銅複合物。稱取0.1g殼聚糖/銅複合物溶解於10ml濃度為0.3g/ml稀鹽酸溶液中，放置在高壓滅菌鍋中，130℃下滅菌25分鐘即得到殼聚糖/銅複合抗菌劑，可以直接用於抑菌實驗。
實施例3稱取1g純化後的分子量為2.6萬、脫乙醯度為93％的殼聚糖樣品，加入100ml濃度為1g/ml稀醋酸溶液中，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入1.55gCuSO4·5H2O粉末，用1mol/l的NaOH溶液調節pH值為6.0，持續攪拌3-4h至配位平衡。停止攪拌，向溶液中加入200ml體積比為1∶1的丙酮∶乙醇混合溶液，得到藍色團狀沉澱。減壓抽濾將沉澱物分離出來，用100ml無水乙醇洗滌沉澱，再次減壓抽濾除去洗滌劑和洗脫下來的未反應的離子。重複用100ml去離子水洗滌兩次，將沉澱過濾、真空乾燥，得到殼聚糖/銅複合物。稱取0.1g殼聚糖/銅複合物溶解於10ml濃度為0.3g/ml的稀鹽酸溶液中，放置在高壓滅菌鍋中，121℃下滅菌25分鐘即得到殼聚糖/銅複合抗菌劑，可以直接用於抑菌實驗。
下表是實施例1製得的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的成分分析。
分子式C含量 H含量N含量金屬含量Cu(C6H6O4N)1.7·SO4·4H2O23.93 5.47 4.49 12.32(23.8)(5.2)(4.6)(12.6)下表是將實例1、2、3製得的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的最小抑菌濃度(單位μg/ml)分別與殼聚糖進行對比測試的測試結果。
微生物 對比例實例1 實例2 實例3金黃色葡萄球菌 250 31.3 31.3 62.5表皮葡萄球菌 500 62.5 62.5 125大腸桿菌 500 125 125 500綠膿桿菌 1000 125 500 ＞1000白色念珠菌 ＞1000＞1000＞1000＞1000酵母菌 ＞1000＞1000＞1000500通過測試結果可知殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和真菌的抗菌性都明顯優於殼聚糖。
權利要求
1.殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於製備步驟如下(1)取適量殼聚糖溶解於濃度為0.005-0.03g/ml的稀醋酸溶液配成濃度為0.005-0.02g/ml的殼聚糖稀醋酸溶液，再在磁力攪拌下加入與殼聚糖的氨基摩爾比為4∶1-0.25∶1的二價銅離子，然後用濃度為0.05-1mol/l的氫氧化鈉溶液調整溶液pH值到4.5-6.0，繼續攪拌3-4小時，得到殼聚糖金屬銅絡合物溶液(2)將得到的殼聚糖金屬銅絡合物溶液加入到足量的丙酮和乙醇的混合溶劑中，得到藍色沉澱，然後通過減壓抽濾分離沉澱和溶液體系，將獲得的殼聚糖金屬銅絡合物沉澱用足量無水乙醇洗滌，再次減壓抽濾去除洗滌劑，按照上述方法洗滌2-3次，將獲得的殼聚糖金屬銅絡合物沉澱真空乾燥，研碎即得到殼聚糖/銅複合物粉末。(3)將所得殼聚糖/銅複合物粉末溶解於0.05-2mol/l的稀鹽酸，配成濃度為1000μg/ml-31.3μg/ml的溶液，用濃度為0.05-1mol/l的氫氧化鈉溶液調整該溶液PH值到4.5-6.0，最後將該溶液在高壓滅菌鍋中121-135℃下滅菌20-40分鐘，即得到殼聚糖/銅複合抗菌劑。
2.根據權利要求1所述的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於所用殼聚糖為用常規方法純化後的殼聚糖。
3.根據權利要求1所述的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於所用殼聚糖的分子量範圍在2.6萬-78.8萬。
4.根據權利要求1所述的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於所用殼聚糖的脫乙醯度範圍在85％-95％。
5.根據權利要求1所述的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於二價銅離子來自於水合硫酸銅、氯化銅、硝酸銅或醋酸銅。
6.根據權利要求1所述的殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的製備方法，其特徵在於丙酮和乙醇的混合溶劑中丙酮∶乙醇的體積比為3∶1-1∶3。
全文摘要
本發明公開了一種製備殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑的方法，該方法將原料殼聚糖提純後與過渡金屬離子銅配位，並用丙酮乙醇混合溶劑沉澱，洗滌乾燥獲得殼聚糖/金屬銅複合抗菌劑。用這種方法製得的有機/無機複合抗菌劑擁有優良的廣譜抗菌性，對多種致病菌的抑菌活性都有大幅提高。這種新型高效抗菌劑可用於食品、紡織工業和日用品的抗菌以及木材防腐等領域，且該製備方法簡單易行，無汙染，具有廣闊的應用前景。
文檔編號A01N59/20GK1685831SQ200510018648
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月30日 優先權日2005年4月30日
發明者杜予民, 王小慧 申請人:武漢大學