第 3 期江文等 : 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征实验部分 1.1 试剂和仪器麦醇溶蛋白 ( 相对分子质量 , 含蛋白 10%, 分析纯, 重庆海帆生化有限公司 ), 壳寡糖 ( 相对分子质量 , 生物试剂, 青岛金湖甲壳制品有限公司 );

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惜碑郑
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1 第 33 卷第 3 期应用化学 Vol.33Is 年 3 月 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY Mar.2016 殝檵殝殝研究论文檵檵檵檵檵檵檵檵檵殝壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征江 a 文周 a 桢 a 石业新 a 陶仁友 b 张桂罗 a 周小华 ( a 重庆大学重庆 ; b 重庆利特环保工程有限公司重庆 ) 王 a 丹摘要以初步纯化的微生物转谷氨酰胺酶 (MTGase) 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 研究最佳合成条件并对共聚物进行了表征结果表明, 合成共聚物的最佳条件是 : 壳寡糖 / 水解麦醇溶肽质量比为 1 40, 在 ph 值 6 00~ 下搅拌反应 50min, 共聚物的生成率达到 60% ~70% 红外光谱分析显示, 与壳寡糖相比, 由于引入的吸电子基团产生诱导效应, 共聚物酰胺 C O 基的伸展振动峰向高波数位移动且吸收强度加强由 DTA 分析可知, 共聚物在处失水, 处熔融, 处开始彻底分解, 与壳寡糖和麦醇溶肽的差异明显 XRD 分析可知, 共聚物的结晶度显著降低, 晶胞数据不同于壳寡糖, 表明其不易结晶 HPLC 分析表明, 共聚物主要由两个组分构成, 占共聚物总量的 80 6%, 其相对分子质量分别为和共聚物不溶于水及多种有机溶剂, 微溶于 1%NaOH, 溶解度为 0 184mg/100g 熔程为 162~163 关键词微生物转谷氨酰胺酶 ; 壳寡糖 ; 水解麦醇溶肽 ; 共聚物中图分类号 :O636;TQ317.4 文献标识码 :A 文章编号 : (2016) DOI: /j.isn 抗菌纤维具有抑制微生物生长繁殖的能力, 系纤维上接枝抗菌基团或浸渍抗菌添加剂制备的织物原料, 是近年来热点方向之一 [1] 制备抗菌纤维材料的方法有共混纺丝法, 后整理法和接枝改性法共 [2] 混纺丝法是将抗菌剂与原料共混纺丝, 例如 Yeo 等以共混纺纱技术制备出聚丙烯 / 银纳米复合纤维 [3] 后整理法是以抗菌液浸渍或涂覆纤维, 例如 Ye 等用正丙烯酸丁酯为核, 以壳聚寡糖为壳的溶液为介质, 对纤维进行涂层浸扎焙烘制, 制备出抗葡萄球菌达 99% 以上的抗菌纤维由于抗菌剂未与纺丝原料形成共价键, 容易脱落, 因此, 共混纺丝和浸渍法制备的纤维均难以持久保持抗菌性 [4] 接枝改性法是通过配位或共价键束缚抗菌材料于纤维表面, 赋予纤维抗菌性能的加工方法 [5] [6] Filat 等用天然酚类接枝亚麻纤维, 制得接枝天然酚类纤维与共混纺丝和浸渍法相比较, 接枝改性法通过高键能的配位键或共价键束缚抗菌材料, 制备的抗菌纤维抗菌性能稳定持久, 具备深入系统研究的价值 [7] 周小华等用壳聚糖和明胶共价聚合形成壳聚糖明胶共聚物, 该共聚物既有明胶对皮肤的良好相容性及营养, 又具有壳聚糖的吸附成膜吸湿抗菌保湿性能水解小麦醇溶肽是小麦醇溶蛋白的蛋白酶水解物, 由于相对分子质量显著降低, 水溶性增加, 可广泛用于食品化妆品等领域壳寡糖系壳聚糖的部分水解产物, 为广谱抗菌剂, 可抑制数十种微生物的生长 [8] 微生物转谷氨酰胺酶 (MTGase) 催化酰基转移反应, 从理论上讲, 在适宜条件下,MTGase 可催化水解小麦醇溶蛋白合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物至今, 尚未见 MTGase 催化合成壳寡糖水解醇溶肽共聚物材料方面的报道本文拟以壳寡糖和水解小麦醇溶蛋白为原料, 用 MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 研究优化合成工艺条件, 分离接枝共聚物, 进行波谱和主要理化性质表征, 旨在提供一种以壳寡糖与植物醇溶蛋白合成的抗菌蛋白接枝共聚物纤维材料收稿, 修回, 接受国家自然科学基金 ( , ), 材料化学工程国家重点实验室 (KL14 11) 和中央高校基本业务费 (CQDXWL ) 基金资助项目通讯联系人 : 周小华, 教授 ;Tel/Fax: ;E mail:zhou @cqu.edu.cn; 研究方向 : 生物化工及药物化学共同通讯联系人 : 周桢, 讲师 ;Tel/Fax: ;E mail:dominizhou@126.com; 研究方向 : 药物分析

2 第 3 期江文等 : 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征实验部分 1.1 试剂和仪器麦醇溶蛋白 ( 相对分子质量 , 含蛋白 10%, 分析纯, 重庆海帆生化有限公司 ), 壳寡糖 ( 相对分子质量 , 生物试剂, 青岛金湖甲壳制品有限公司 ); 微生物转谷氨酰胺酶 (MTGase, 酶活力 1 5U/mg, 生物试剂, 江苏泰兴市一鸣精细化工公司 ) 氨基葡萄糖盐酸盐 ( 生物试剂, 中国医药集团上海化学试剂公司 ), 对二甲基氨基苯甲醛 ( 分析纯,AdamasReagentLimitedCompany), 牛血清白蛋白 ( )( 生物试剂国药集团化学试剂有限公司 ), 葡聚糖凝胶 G75( 生物试剂, 上海源叶生物科技有限公司 ), 溶菌酶 ( )( 生物试剂, 上海源聚生物科技有限公司 ), 胰蛋白酶 (2500U)( 生物试剂, 中国医药集团上海化学试剂公司 ), 其余试剂均为分析纯 550Ⅱ 型红外光谱仪 ( 美国 Nicolet 公司 ),Agilent1200 型液相色谱系统 ( 德国安捷伦科技有限公司 ),DTG 6H 型差热分析仪 ( 日本 SHIMADZU 公司 ),EX CaHjBur 型 X 射线能谱仪 (XRD, 美国 Jodam 公司 ),FD 1 型真空冷冻干燥机 ( 北京德天佑科技发展有限公司 ),L 8800 型全自动氨基酸分析仪 ( 日本日立公司 ),phs 3C 型精密酸度计 ( 上海雷磁仪器厂 ),TGL 16C 型台式离心机 ( 上海安亭科学仪器厂 ), TU 1901 型双光束紫外可见分光光度计 ( 北京普析通用仪器有限公司 ), 超滤系统 ( 上海摩速科学器材有限公司 ), 凝胶层析系统 ( 上海沪西分析仪器有限公司, 北京瑞达恒辉科技发展有限公司 ) 1.2 实验方法制备纯化 MTGase 冻干粉 MTGase 粗粉搅拌分散于 100 倍体积的 KH 2 PO 4 NaOH 缓冲液 (0 1mol/L,pH=6 45) 中,5000r/min 离心 10min 取上清液, 用稀盐酸调节 ph 值至 4 28,5000r/min 再次离心 10min 取上清液, 用截留相对分子质量为的 PS 型超滤器在 0 2MPa 下超滤浓缩, 直至无滤过液时止收集超滤截留液, 于 Pa 下冷冻干燥 24h, 获得纯化 MTGase 冻干粉, 其 MTGase 比活力为 1 2U/g,4 下保存备用制备水解麦醇溶肽浓缩液适量麦醇溶蛋白高速分散于 100 倍体积的 Na 2 CO 3 NaHCO 3 缓冲溶液 (0 1mol/L,pH=10) 中, 再加入 0 5% 胰蛋白酶, 在 55 下搅拌水解 40min, 接着升温至 85, 保持 10min, 灭活胰蛋白酶后用 3000r/min 的速度离心 10min, 收集上清液, 在 60 左右 -0 09~ -0 1MPa 浓缩, 直至截留液中蛋白质含量约 10% 时, 即获得水解麦醇溶肽浓缩液, 最后用甲醛法测定其平均相对分子质量为 3250,4 保存备用 [9] 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物制备 2g 壳寡糖先用 100g 去离子水溶解, 配制成 2%( 质量比 ) 的溶液再按照 2% 壳寡糖溶液 / 水解麦醇溶肽浓缩液体积比 1 5 的比例, 将二者混合均匀, 用稀盐酸调节 ph 值至 6 0~6 5, 接着升温至 50, 然后按 MTGase 冻干粉 / 壳寡糖质量比 1 50 的比例加入纯化 MTGase 冻干粉, 进行接枝反应 4h 反应完成后,3000r/min 离心 10min, 弃上清液, 沉淀用去离子水反复搅拌洗涤离心, 如此重复至洗涤液无双缩脲反应时止最后将沉淀在 ~60Pa 下冷冻干燥 24h, 即获得壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 备用 1.3 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的鉴定和表征精确称取定量壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物冻干粉, 用全自动氨基酸分析仪分析氨基酸分析比精 [10] 确称取定量试样, 按照冉兰等采用的比色法测定盐酸氨基葡萄糖片含量的方法, 来进行氨基葡萄糖分析取少许干燥试样, 加入适量 KBr, 用玛瑙研钵仔细研磨后压片, 用红外光谱仪在 4000~400cm -1 范围扫描分析红外光谱分别称取 1 00g 壳寡糖, 麦醇溶蛋白和壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 各加入 9 00g 无水碳酸钙, 充分分散后各置于坩埚中, 放入炉中以 5 /min 的速率程序升温至 800, 以 ΔT= T s -T r 对时间 t 作图,T s T r 分别表示样品和参比物各自的温度, 得 DTA 曲线取少量样品, 用 X 射线能谱仪分析采用凝胶过滤色谱法测定共聚物的相对分子质量 [11] 5g 壳寡糖水解麦醇溶肽冻干粉分别用 100mL1%( 体积分数 )HCl 100mL1%( 体积分数 )CH 3 COOH 1%(m/m)NaOH 等溶液在室温下搅拌溶解 6h,4000r/min 离心 15min, 弃上层清液, 沉淀于 110 干燥 24h 后置于干燥器中平衡, 最后精

3 286 应用化学第 33 卷确称量并计算其溶解度 2 结果与讨论 2.1 合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的优化条件 MTGase 催化水解麦醇溶肽与壳寡糖的反应式如 Scheme1 从该式可知, 合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物需要底物水解麦醇溶肽壳寡糖,MTGase 及适宜的条件 Scheme1 EnzymaticsynthesisofcopolymerbyMTGase 时间的影响图 1 为 MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽的反应时间进程曲线从图 1 可知, 在 50min 以内, 共聚物的生成率随反应时间增加而上升, 其线性方程为 y= x x (R 2 =0 9988), 超过 50min, 共聚物的生成率不再随反应时间增加而上升可以解释为,MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的反应过程由底物壳寡糖和水解麦醇溶肽扩散至酶的活性部位, 并与酶形成中间复合物发生酶促反应和产物壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物扩散离开酶 3 个阶段组成, 因此, 该共聚物的生成速率受到底物和产物扩散及 MTGase 活性控制在最初阶段, 底物充足且 MTGase 处于活性最高水平, 扩散至酶活性部位并与之形成中间复合物的底物不断增加, 共聚物的生成速率不断上升 ; 随着聚合反应的进行, 因浓度减少导致的底物扩散势逐渐降低, 分子增大造成的共聚物扩散速度 [12] 减小及蛋白质变性引发的酶活性不断下降, 致使共聚物的生成速率不断降低并在 50min 附近不再增加因此, 适宜的合成时间为 50min 图 1 反应时间对壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物产率的影响 Fig.1 Efectofreactiontimeonsynthesisrateof copolymer temperature:50, ph:6.0 ~ 6.5, gliadin/chitosan oligosaccharidemasratiom 1 m 2 =30 1 图 2 麦醇溶肽 / 壳寡糖质量比 (m 1 m 2 ) 对共聚物产率的影响 Fig.2 Efectofgliadin/chitosanoligosaccharidemas ratio(m 1 m 2 )onsynthesisrate temperature:50,ph:6.0~6.5,50min 底物质量比的影响以麦醇溶肽和壳寡糖的质量比 (m 1 m 2 ) 为横坐标, 共聚物的生成率为纵坐标, 得出的关系曲线, 见图 2 从图 2 可知, 在麦醇溶肽与壳寡糖的质量比由 m 1 m 2 =10 1 上升至 40 1

4 第 3 期江文等 : 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征 287 区间, 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的合成率逐渐上升, 线性方程为 y= x x+42 4 (R 2 =0 9943); 当该质量比超过 m 1 m 2 =40 1, 共聚物生成率几乎不再变化 Scheme1 指出, 合成 1 分子壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物需要 m 分子壳寡糖和 n 分子水解麦醇溶肽, 因此底物的质量比影响共聚物的生成率 2.2 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的表征表 1 为 MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的定性试验结果从表 1 可以看到, 无论是壳寡糖水解麦醇溶肽或是壳寡糖 / 水解麦醇溶肽溶液, 还是 MTGase 溶液, 均无黄色沉淀生成, 只有壳寡糖 / 水解麦醇溶肽 /MTGase 混合溶液 ( 处理 5) 出现大量淡黄色沉淀由此推测, 在处理 5 中, 可能发生了 MTGase 催化的壳寡糖与水解麦醇溶肽间的化学反应, 生成了水溶性不佳的共聚物表 1 MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的定性试验 Table1 Qualitativeexperimentofcatalyticsynthesisofchitosanoligosaccharide gliadincopolymerbymtgase Experimentalgroup Chitosanoligosaccharide Hydrolyzedgliadin MTGase Precipitation (canaryyelow) Notes:+=exist,-=absence. 图 3 为壳寡糖和黄色沉淀的红外吸收光谱从图 3 谱线 a 可知, 壳寡糖为氨基葡萄糖通过 β 1,4 糖苷键连接成的线性高分子, 从图 3 可以看出, 有 OH(νO H3143cm -1,1415cm -1 ) 少量酰胺基 (ν CO NH,1635cm -1 ;δn H+νC N,1599cm -1 ) 醚键 (νc O C,1092cm -1 ) 水解麦醇溶肽是麦醇溶蛋白的酶水解产物, 由 18 种 L 氨基酸组成, 从图 3 谱线 b 可知, 其存在的基团以及红外吸收峰有 OH(νO H,3165cm -1, 1418cm -1 ) CH 3 (ν s C H,2973cm -1 ;ν s C H, 2880cm -1 ) CH 2 (ν s C H,2920cm -1 ) 酰胺基 (ν CO NH,1658cm -1 ;δn H+νC N, 1585cm -1 ) 图 3 谱线 c 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的红外光谱从图中可以看出, 该共聚物除了有壳寡糖的红外吸收外, 还分别出现 νch(3015cm -1 ) 图 3 壳寡聚糖水解麦醇溶肽共聚物的红外图谱 ν s C H ( CH 2 ) (2959 cm -1 ) ν CO Fig.3 IR spectra of chitosan oligosaccharide ( COOH)(1743cm -1 ) 和 ν C C(1456cm -1 ) 是 hydrolyzedgliadincopolymer 蛋白的吸收峰由此可以推断, 该共聚物中既存在 a.chitosan;b.hydrolyzedgliadin;c.chitosanoligosaccharide 着壳寡糖, 又存在醇溶蛋白组分由酰胺键吸收波 hydrolyzedgliadincopolymer 数显著增加, 确定合成了共聚物图 4 为壳寡糖的 TGA 曲线由图 4 可知, 壳寡糖在处失水吸热, 失重约 %; 处开始熔融, 处壳寡糖主链开始断裂, 最后在彻底分解, 失重 % 图 5 为碳酸钙分散麦醇溶蛋白的 TGA 曲线由图 5 可知, 麦醇溶蛋白在处失水吸热, 失重约 1 786%; 处开始熔融并发生分解, 处主链开始断裂, 失重约 %, 其中包含麦醇溶蛋白和碳酸钙中的少量结晶水 ; 最后在处为碳酸钙分解, 失重约 % 通过计算, 9gCaCO 3 分解产生 3 96gCO 2, 占总质量的 39 6%, 与失重的比例大致相当图 6 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的 TGA 曲线由图 6 可知, 共聚物在处失水吸热, 失重约 8 34%; 处熔融, 处主链开始断裂并分解, 整个过程失重 % 与壳聚糖

5 288 应用化学第 33 卷图 4 壳寡糖的 TG DTA 曲线 Fig.4 TG DTAcurvesofchitosanoligosaccharide 图 5 麦醇溶蛋白 ( 碳酸钙分散 ) 的 TG DTA 曲线 Fig.5 TG DTAcurvesofgliadin(dispersedbyCaCO 3 ) 相比, 熔融温度和主链断裂温度均提高, 可能是聚合物分子内以及分子间的氢键相互作用增多, 而断裂氢键需要额外增加能量所致正是由于这种氢键相互作用, 可能使该共聚物拥有更好的热稳定性等性质图 6 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的 TG DTA 曲线 Fig.6 TG DTA curvesofchitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer 图 7 壳寡糖 (a) 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物 (b) 的 XRD 图谱 Fig.7 XRD paternsofchitosan(a) andchitosan oligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer(b) 图 7 谱图 a 为壳寡聚糖的 XRD 图, 谱图 b 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的 XRD 图由图 7 可知, 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物在 2θ=20 左右有强吸收峰, 而壳寡聚糖在 2θ=11 和 25 左右有强吸收峰即证明壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物是不同于壳寡糖的一种物质 2.3 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的组分分析表 2 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的氨基酸组成从表 2 可知, 共聚物的氨基酸种类与麦醇溶蛋白一致, 但各氨基酸的含量和百分比发生变化 Aminoacids 表 2 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的氨基酸分析 Table2 Aminoacidanalysisofchitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer Masfractionofamino acidingliadin/% Mascontentofaminoacidin copolymer(mg/100ml) Masfractionofaminoacidin copolymer/% Gly Ala Val Continuedonnextpage

6 第 3 期江文等 : 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征 289 continuedfrompreviouspage Aminoacids Masfractionofamino acidingliadin/% Mascontentofaminoacidin copolymer(mg/100ml) Masfractionofaminoacidin copolymer/% Leu Ile Phe Pro Ser Thr Tyr Met Cys Lys Arg His Asp Glu Total MTGase 催化蛋白质或肽分子中的谷氨酰胺 (Gln) 与伯胺基反应 [13], 生成交联衍生物因此, 只有含 Gln 的水解麦醇溶肽可与壳寡糖作用, 生成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 所以, 共聚物的氨基酸种类及含量即反映含谷氨酰胺水解麦醇溶肽的氨基酸组成及比例从表 2 可知, 共有 17 种氨基酸与皮肤胶原蛋白类似, 因此可推测该聚合物与皮肤有良好的亲和性 ; 从表 2 还可以看出, 其中有 11 种氨基酸含量基本不变, 这些氨基酸主要为脂肪族氨基酸, 或极性氨基酸, 其中, 脂肪族氨基酸有利于改善聚合物的舒适性 [14], 而极性氨基酸可与水分子形成氢键, 有利于保持共聚物适宜的吸湿性 ; 酸性氨基酸天冬氨酸 (Asp) 和谷氨酸 (Glu) 平均增加 19 6%, 这是因为 MTGase 催化的反应需选择游离酰胺基, 而两者多相互临近在同一短肽所致 Gln 为 MTGase 的底物, 在该酶催化下可与壳寡糖发生脱氨聚合反应 ; 而天冬酰胺 (Asn) 则可能为 MTGase 的竞争性抑制剂 [15], 虽然它与 Gln 竞争酶的结合位点, 降低酶促反应速率, 但是, 作为织物用途的聚合物,Asn 的水解物 Asp 呈负电荷, 既可排斥同电荷的微生物而抗菌, 又能避免与同带负电荷的皮肤相贴而产生不适感 ; 碱性氨基酸赖氨酸 (Lys) 和精氨酸 (Arg) 平均增加 213%, 含硫氨基酸蛋氨酸 (Met) 和半胱氨酸 (Cys) 增加 167%, 前者在生理和酸性条件下均带正电荷, 既可与微生物细胞表面的负电荷蛋白质或多糖形成离子键相互作用而影响其生长发育, 显示出抗菌性, 又可与相邻聚合物的 Asp 或 Glu 结合而增加其强度 ; 而后者特别是 Cys 的剧增, 表明聚合物中含有大量巯基, 巯基的活性强, 既容易给出孤对电子形成配位键, 也容易氧化还原, 形成共价连接因而, 有利于改善织物强度染色并钝化重金属此外, 从该表还可知, 聚合物水解醇溶肽中对紫外光有强吸收的芳香族氨基酸酪氨酸 (Tyr) 苯丙氨酸 (Phe) 含量减少 47 23%, 这表明, 该聚合物对紫外光的吸收率显著降低, 由紫外光引发的升温效应弱化, 有益于改善其舒适性由此可以推测, 合成的共聚物纤维材料具有抗菌, 亲肤, 舒适等特性图 8 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物高效液相色谱由图 8 可以看出, 图中有 7 个峰, 主要的成分为第 2 和第 5 号峰 ( 按出峰先后顺序 ), 从峰面积可计算出, 第 2 号峰面积占 53 4%, 第 5 号峰面积占 27 2%, 总和 80 6% 图 9 为壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物凝胶过滤色谱图, 与高效液相色谱图一样, 凝胶过滤色谱图也反映出壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物有两种主要的成分然而毕竟凝胶过滤色谱没有高效液相色谱精确, 全图中只有 3 个峰, 高效液相色谱有 7 个峰接枝到壳寡糖上的麦醇溶蛋白多肽的数量有多有少, 相对分子质量有大有小, 而且有的分子是网状结构, 所以壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的相对分子质量分布很宽从图 9 可看出, 一共 3 个峰, 峰 a 的洗脱体积为 144mL; 峰 b 的洗脱体积为 306mL; 峰 c 的洗脱体积为 468mL 根据文献 [16] 中介绍的方法, 得公式 V e =-913lgM w +4518, 可计算出各自的相对分

7 290 应用化学第 33 卷图 8 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物液相色谱图 Fig.8 HPLC spectrum ofchitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer 图 9 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物凝胶过滤色谱 Fig.9 GPC spectrum ofchitosan oligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer 子质量分别为 M 1 =66069 M 2 =41054 M 3 = 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物溶解度分析溶剂对共聚物溶解度的影响从结果可看出, 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的溶解性较差, 这是因为壳寡糖分子链上存在大量氨基 ( NH 2 ), 其为亲水基团, 而当壳寡糖在 MTGase 的作用下接枝上麦醇溶蛋白多肽后, 分子链上的氨基 ( NH 2 ) 大量被封闭, 另外, 麦醇溶蛋白的多肽链上本来就含有大量的疏水基团, 这两方面的原因致使壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的溶解性大大降低从表 3 还可以看表 3 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物在不同溶剂中的溶解度 Table3 Thesolubilityofchitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymerindiferentsolvents Solvents A 280 Proteincontent/(mg L -1 ) Solubility/(mg/100g) 1%HCl %CH 3 COOH %NaOH %HCl+60%CH 3 CH 2 OH %CH 3 COOH+60%CH 3 CH 2 OH %NaOH+60%CH 3 CH 2 OH mol/LCH 3 COOH+0.025mol/LKCl Dimethylsulfoxide N,N Dimethylformamide Notes:A 280 :UVabsorbancemeasuredat280nm. 出, 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物在氢氧化钠中溶解度最大, 这是因为壳寡糖上的氨基 ( NH 2 ) 被封闭后, 还存在羟基 ( OH), 这可以电离出氢离子, 与 OH - 反应, 所以壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物在碱溶液中的溶解度比酸溶液中高 ph 值对溶解度的影响本文研究了壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物在 ph 值 1~14 的条件下的溶解度共聚物在不同 ph 值条件下的溶解度如图 10 所示在 ph 值较低的溶剂中,H + 的浓度比较高, 导致壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的解离度小, 溶解度小 ; 从 ph=9 开始, 溶解度迅速增大, 这个阶段影响溶解度的主要因素为酸碱度, 较强的碱性溶液中含图 10 ph 值对壳寡糖水解麦醇溶肽溶解度的影响 Fig.10 EfectofpH on solubility ofchitosan oligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymer

8 第 3 期江文等 : 壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的制备和表征 291 有大量 OH -,OH - 增大壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的解离度, 溶解度增大 ; 而当 ph=12 以后, 溶解度增加缓慢, 这个阶段影响溶解度的主要因素是壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物的相对分子质量, 由于相对分子质量太大, 且分子上的疏水基团多, 因此溶解度在 ph=12 以后增加缓慢 3 结论以 MTGase 催化合成壳寡糖水解麦醇溶肽共聚物, 当壳寡糖 / 水解麦醇溶肽质量比为 1 40, 在 ph 值 6 00~ 下搅拌反应 50min, 共聚物的生成率可达到 60% ~70% 红外光谱分析差热分析 XRD 分析结果表明, 成功地将壳寡糖分子接枝水解麦醇溶肽 HPLC 分析表明, 此共聚物主要由两个组分构成由氨基酸分析可推测合成的共聚物纤维材料具有抗菌亲肤舒适等特性参考文献 [1]WANGYupeng,WANGChunhua,QURongjun,etal.ProgresintheStudyofAntibacterialFiber[J].LudongUnivJ(Nat SciEdn),2009,25(3): (inChinese). 王玉鹏, 王春华, 曲荣君, 等. 抗菌纤维的研究进展 [J]. 鲁东大学学报 ( 自然科学版 ),2009,25(3): [2]YeoSY,LeeHJ,JeongSH.PreparationofNanocompositeFibersforPermanentAntibacterialEfect[J].JMaterSci, 2003,38(10): [3]YeW J,ManFL,JohnX,etal.NovelCore ShelParticleswithPoly(n butylacrylate)coresandchitosanshelsasan AntibacterialCoatingforTextiles[J].Polymer,2005,46(23): [4]FENGDecai,LIUXiaolin,YANGQi,etal.ProgresinAntibacterialAgentsandAntibacterialFibers[J].ChinaSynth FiberInd,2005,28(4):40 42(inChinese). 冯德才, 刘小林, 杨其, 等. 抗菌剂与抗菌纤维的研究进展 [J]. 合成纤维工业,2005,28(4): [5]YaoF,FuGD,ZhaoJP,etal.AntibacterialEfectofSurface functionalizedpolypropyleneholowbermembranefrom Surface initiatedatomtransferradicalpolymerization[j].jmembrsci,2008,319(2): [6]FilatA,GalardoO,VidalT,etal.EnzymaticGraftingofNaturalPhenolstoFaxFbres:DevelopmentofAntimicrobial Properties[J].CarbohydrPolym,2012,87(1): [7]ZHOUXiaohua,LUOHui,ZHOUZhen.SynthesisofChitosan GelatinCopolymerbyMTGaseandMainProperities[J]. ChineseJApplChem,2008,25(3): (inChinese). 周小华, 骆辉, 周桢. 壳聚糖明胶共聚物的酶促合成及主要性质 [J]. 应用化学,2008,25(3): [8]HiranoSH,NoishikiYH,KinugawaJK.ChitinandChitosanforUseasaNovelBiomedicalMaterial[J].PolymMater SciEng,1985,53(2): [9]JunHO,BaowuW,PerisD.Field,etal.CharacteristicsofEdibleFilmsMadefromDairyProteinsandZeinHydrolysate Cros linkedwithtransglutaminase[j].intjfoodscitechnol,2004,39(3): [10]RANLan,ZHANGRong,WENXia,etal.StudyOnDeterminationofGlucosamineHydrochlorideTabletsbyColorimetry [J].WestChinaJPharmSci,200l,16(3): (inChinese). 冉兰, 张榕, 文霞, 等. 比色法测定盐酸氨基葡萄糖片的含量 [J]. 华西药学杂志,2001,16(3): [11]LUJian.ProteinPurificationTechnologyandItsApplication[M].Beijing:ChemicalIndustryPres,2005:29 52(in Chinese). 陆健. 蛋白质纯化技术及应用 [M]. 北京 : 化学工业出版社,2005: [12]ZHOUFeng.MolecularDynamicsSimulationofPolymerMeltsFlowinNanochannel[D]Dalian:DalianUniversityof Technology,2014(inChinese). 周峰. 纳米通道中高聚物熔体流动分子动力学模拟 [D]. 大连 : 大连理工大学,2014. [13]AnaLCG,SilvanaPDGF.ActionofMicrobialTransglutaminase(MTGase)intheModificationofFoodProteins:A Review[J].FoodChem,2015,171(2): [14]FANGYun,XIAYongmei.AliphaticAminoAcidSurfactants[J].DailyChemInd,1988,(6):16 22(inChinese). 方云, 夏永梅. 脂肪族氨基酸型表面活性剂 [J]. 日用化学工业,1988,(6): [15]MAYongqiang,YUEWenjing,ZHANG Na,etal.DeterminationofTransglutaminaseActivityGroup[J].FoodMach, 2011,27(4):7 9(inChinese). 马永强, 岳文静, 张娜, 等. 转谷氨酰胺酶活性基团研究 [J]. 食品与机械,2011,27(4):7 9. [16]LIYuhong.DeterminationofFormulaWeightandMolecularWeightDistributionofHighPolymerPVAbyGFC[J].Nat GasChemInd,2003,28:57 59(inChinese).

9 292 应用化学第 33 卷李宇虹. 凝胶过滤色谱测定高分子量聚乙烯醇分子量和分子量分布 [J]. 天然气化工,2003,28: PreparationandCharacterizationofChitosan Oligo Saccharide HydrolyzedGliadinCopolymer JIANGWen a,zhouzhen a,shiyexin a,taorenyou a,zhangguiluo b, ZHOUXiaohu a,wangdan a ( a ChongqingUniversity,Chongqing400044,China; b ChongqingNeatEnvironmentEngineringCo.,LTD,Chongqing401121,China) Abstract Theoptimalconditionsforthesynthesisofchitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymerby roughly purifiedmicrobialtransglutaminase(mtgase) catalysiswereinvestigated,and thestructuresof obtainedcopolymerwerecharacterized.theseoptimalconditionsareestimatedasthesubstratesmasratioof chitosanchitosanoligosaccharideandhydrolyzedgliadinis1 40underpH6 00~6 50,and50minstiringat 50.Thegraftingrateattheseconditionscanreachupto60% ~70%.Infraredspectrum analysisofthe copolymershowsthat,comparedwithchitosanoligosaccharide,theintroductionofelectronwithdrawinggroup tochitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymerhasinductiveefectsontheam ide C O,and causesthevibrationpeakshifttohigherwavenumberwithenhancedabsorptionintensity.dtacurveindicates thatthechitosanoligosaccharide hydrolyzedgliadincopolymerbeginstolosetheasociatedwaterat60 91, meltat387 55,andcompletelydegradeat Thisissignificantlydiferenttothatofchitosan oligosaccharideandgliadin.xrdanalysisshowsthatthecrystalinityofgraftedcopolymersisgreatlyreduced, theceldataisdiferentfrom thoseofchitosanoligosaccharide.hplcanalysisshowsthatthecopolymerhas twomaincomponents,accountingtogetherfor80 6% ofthetotalmas.therelativemolecularmasesofthe twomaincomponentsare66069and27285,respectively.thecopolymerdoesnotdisolveinwaterandmany organicsolvents,butisslightlysolublein1% NaOH,withasolubilityat0 184mg/100g.Themeltingrange ofthecopolymeris162~163. Keywords microbialtransglutaminase;chitosanoligosaccharide;hydrolyzedgliadin;copolymer Received ;Revised ;Accepted SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No ,NO ),theStateKeyLaboratoryofMaterials OrientedChemicalEngineering(No.KL14 11),FundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities(No.CQDXWL ) Corespondingauthor:ZHOU Xiaohua, profesor; Tel/Fax: ; E mail:zhou @cqu.edu.cn; Research interests: biologicalchemicalengineeringandpharmaceuticalchemistry Co corespondingauthor:zhouzhen,lecturer;tel/fax: ;E mail:dominizhou@126.com;researchinterests:pharmaceutical analysis

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