殼聚糖_殼寡糖衍生物的制備及其抗氧化性能研究_圖文

1、第28卷第2期2009年3月食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)Journal of Food Science and Biotechnology Vol.28No.2Mar.2009文章編號(hào):167321689(2009022*收稿日期:2008202221基金項(xiàng)目:上海市教育委員會(huì)科研項(xiàng)目(07zz134,上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(T1102。3通訊作者:孫濤(19702,女,黑龍江哈爾濱人,工學(xué)博士,副教授,主要從事多糖的改性及生物功能開發(fā)研究。Email :taosun 殼聚糖/殼寡糖衍生物的制備及其抗氧化性能研究姚倩,孫濤3,徐軼霞,劉彥洋(上海水產(chǎn)大學(xué)食品學(xué)院,上海200090摘要:殼聚糖和殼

2、寡糖經(jīng)化學(xué)改性得到季銨鹽衍生物2O 222羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖/殼寡糖,通過紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征?？疾炝藘煞N季銨鹽衍生物對(duì)DPP H 自由基的清除活性以及還原能力。當(dāng)質(zhì)量濃度為016mg/mL 時(shí),殼聚糖季銨鹽和殼寡糖季銨鹽對(duì)DPP H 自由基的清除率分別為915%和2913%。在還原體系中,當(dāng)質(zhì)量濃度為215mg/mL 時(shí),其吸光度分別為0111和0143。結(jié)果表明:通過化學(xué)改性,得到的殼聚糖季銨鹽衍生物水溶性優(yōu)良、具有抗氧化活性;殼寡糖季銨鹽清除自由基的活性和還原能力強(qiáng)于殼聚糖季銨鹽衍生物。這可能由于殼寡糖分子鏈短,更多活性氨基和羥基暴露出來參與抗氧化反應(yīng)所致。關(guān)鍵詞:殼聚糖;殼寡

3、糖;季銨鹽;抗氧化;DPP H ;還原能力中圖分類號(hào):TS 20213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:APreparation of Chitosan/Chitosan Oligosaccharide Derivatives andTheir Antioxidant ActivitiesYAO Qian ,SUN Tao 3,XU Y i 2xia ,L IU Yan 2yang(College of Food Science ,Shanghai Fisheries University ,Shanghai 200090,China Abstract :O 222hydroxypropylt rimet hyla

4、mmonium chloride chito sans were synt hesized fromchito san (C TS and chitosan oligosaccharide (COS 1The antioxidant activities were evaluated for t he scavenging of DPP H radical and t he determination of reducing power 1At a concent ration of 016mg/mL ,t he scavenging effect s of CTS and COS quart

5、ernary ammonium salt derivative towards DPP H were 915%and 2913%,respectively 1In reducing power system ,t he absorbances were 0111and 0143at a concent ration of 215mg/mL 1After chemical modification ,C TS quarternary ammonium salt derivative wit h excellent water solubility and antioxidant activity

6、 was obtained ;COS quarternary ammonium salt derivative had st ronger f ree radical scavenging ablility and reducing power t han CTS quarternary ammonium salt.The result s may be att ributed to t he fact t hat COS had more active amino and hydroxyl group s in t he polymer chain.K ey w ords :chitosan

7、 ,chito san oligosaccharide ,quarternary ammonium salt ,antioxidant activity ,DPP H ,reducing power殼聚糖是一種天然堿性高分子多糖,具有良好的生物相容性、生物降解性等多種特性,在食品、生物醫(yī)學(xué)和化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來殼聚糖及其衍生物的抗氧化作用備受關(guān)注124。但殼聚糖分子水溶性很差,幾乎沒有抗氧化能力。通過化學(xué)改性,可以獲得水溶性優(yōu)良的殼聚糖衍生物。與殼聚糖相比,殼寡糖分子鏈短,水溶性好,其物理、化學(xué)性質(zhì)均得到很大的改善。季銨鹽衍生物是一類重要的殼聚糖衍生物,近年來關(guān)于殼聚糖季銨鹽抗氧化

8、性能已逐漸開始研究527。但目前還未見O2取代的殼聚糖季銨鹽抗氧化活性的報(bào)道,殼聚糖衍生物和殼寡糖衍生物抗氧化能力的研究也尚屬空白。作者就殼聚糖、殼寡糖相對(duì)應(yīng)的O2季銨鹽衍生物清除DPP H自由基作用和還原能力進(jìn)行了初步探討。1材料與方法111材料、試劑與儀器殼聚糖,相對(duì)分子質(zhì)量為815105(CTS、相對(duì)分子質(zhì)量為5103(L C TS:浙江金殼生物化學(xué)有限公司提供。DPP H:Sigma公司產(chǎn)品;苯甲醛、2,32環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、無水乙醇、異丙醇、丙酮、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵、磷酸氫二鉀、氫氧化鈉:分析純,上?；瘜W(xué)試劑公司產(chǎn)品。112殼聚糖/殼寡糖季銨鹽的制備和表征將1210g殼

9、聚糖/殼寡糖溶于480mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的醋酸溶液中,加入無水乙醇240mL,室溫?cái)嚢?5min并逐漸滴加苯甲醛60mL,繼續(xù)攪拌2 h后于烘箱中放置20h,加稀氫氧化鈉溶液調(diào)p H 值至中性,溶液析出沉淀。將所得沉淀體用無水乙醇多次洗滌,烘干后置于三口燒瓶中,加入異丙醇164mL和2,32環(huán)氧丙基三甲基氯化銨30g,水浴70攪拌反應(yīng)16h后抽濾,將所得固體多次反復(fù)用異丙醇洗滌,干燥后加入0125mol/L的鹽酸乙醇溶液,室溫?cái)嚢?0h后放入烘箱蒸去大部分乙醇,得膠狀物,加入40mL水充分溶解,將溶液用丙酮沉淀并抽濾,所得固體用丙酮多次洗滌。將固體放入烘箱中烘干,得最終目標(biāo)產(chǎn)物8。紅外光譜測(cè)定

10、在EQUNOX55傅立葉紅外2拉曼光譜儀上進(jìn)行,采用K Br壓片法制樣,測(cè)定波數(shù)范圍為5004000cm21,分辨率為018cm21。113對(duì)DPPH自由基的清除在裝有2mL的濃度為11024mol/L DPP H 無水乙醇溶液的比色管中,加入不同濃度的樣品溶液2mL,搖勻,33避光靜置30min,在517nm處測(cè)量吸光度A i。用去離子水代替樣品溶液,得吸光度A0,無水乙醇代替DPP H,得吸光度A j。9清除率=1-(A i-A j/A0100%式中,A0為2mL011mmol/L的DPP H無水乙醇溶液和2mL去離子水的吸光度;A i為2mL 011mmol/L的DPP H無水乙醇溶液和

11、2mL樣品的吸光度;A j為2mL無水乙醇和2mL樣品的吸光度。114還原能力的測(cè)定還原能力根據(jù)文獻(xiàn)10測(cè)定并稍做改進(jìn)。取2 mL不同濃度的樣品,加入p H=616的012mol/L 磷酸緩沖液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%鐵氰化鉀溶液各215 mL,混勻,50水浴20min后迅速冷卻,加入215 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的三氯乙酸溶液,混勻后在2000 r/min下離心10min,取上清液2mL,加入215mL 去離子水和015mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)011%的三氯化鐵溶液,靜置10min后在700nm處測(cè)定吸光度。2結(jié)果與討論211紅外光譜殼聚糖、殼寡糖及其季銨鹽衍生物的紅外圖譜如圖1所示。殼聚糖C TS在1100cm21

12、附近有3個(gè)較強(qiáng)吸收峰,分別是1034、1079、1154cm21。其中1034cm21附近峰由分子中羥基C2O伸縮振動(dòng)引起,1079cm21和1154cm21附近雙峰是環(huán)內(nèi)醚C2O 伸縮振動(dòng)的結(jié)果。這組較強(qiáng)峰是判定殼聚糖及其衍生物存在的特征吸收峰。O2H伸展振動(dòng),多糖的分子間氫鍵作用以及N2H鍵伸縮振動(dòng)吸收在3431 cm21形成強(qiáng)吸收峰。與CTS相比,低聚殼聚糖COS 在1413cm21處表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收峰,這與其分子內(nèi)糖苷鍵被打開有關(guān)。殼聚糖季銨鹽OC TS和殼寡糖季銨鹽OCOS在1480cm21附近均出現(xiàn)CH2,C H3的CH彎曲振動(dòng)強(qiáng)吸收峰,說明在羥基位置引入了季銨鹽側(cè)鏈。212對(duì)DP

13、PH自由基的清除穩(wěn)定的DPP H體系是一種廣泛用于評(píng)價(jià)抗氧化劑自由基清除能力的方法。其主要原理為DP2 P H可以接受自由基清除劑提供的電子或氫從而形成穩(wěn)定分子。圖2為殼聚糖和殼寡糖季銨鹽對(duì)DP2 P H自由基的清除曲線,由圖可以看出,OC TS和OCOS對(duì)DPP H自由基均有一定的清除作用。它們對(duì)DPP H自由基的清除能力隨著質(zhì)量濃度的升高而逐漸增強(qiáng)。當(dāng)質(zhì)量濃度為016mg/mL時(shí),981第2期姚倩等:殼聚糖/殼寡糖衍生物的制備及其抗氧化性能研究OCOS 對(duì)DPP H 自由基的清除率為2913%,而OC TS 對(duì)DPP H 自由基的清除率僅達(dá)到915%。結(jié)果表明,殼寡糖季銨鹽對(duì)DPP H 自

14、由基的清除效果更好 。圖1殼聚糖、殼寡糖及其季銨鹽衍生物的紅外圖譜Fig.1FTIR spectra of CTS 、COS and their derivatives殼聚糖以及衍生物抗氧化能力的大小與活性羥基和氨基密切相關(guān)。殼聚糖及衍生物分子鏈中的氨基和羥基形成氫鍵,影響了活性基團(tuán)和自由基的反應(yīng)。而殼寡糖及其衍生物分子鏈短,更多的活性羥基和氨基暴露出來,更易于和自由基充分作用,因而殼寡糖季銨鹽具有良好的清除自由基能力 。圖2殼聚糖/殼寡糖季銨鹽對(duì)DPPH 自由基的清除Fig.2Scavenging effects of OCTS and OCOS on DPPHradical213還原能力還

15、原能力是抗氧化劑提供電子能力的重要指標(biāo),還原能力與抗氧化活性之間有著密切的關(guān)系11?？寡趸镔|(zhì)通過提供電子可阻斷Fe 2+向Fe 3+的轉(zhuǎn)變,表現(xiàn)出一定的還原能力,同樣也可以通過提供電子和自由基反應(yīng),表現(xiàn)出抗氧化活性。圖3為殼聚糖/殼寡季銨鹽的還原能力曲線。由圖可以看出,OCTS 和OCOS 的還原能力隨著質(zhì)量濃度的增大而逐漸增強(qiáng)。在015215mg/mL 的質(zhì)量濃度范圍內(nèi),隨著質(zhì)量濃度增大OCOS 的還原能力的增加非常顯著。同樣情況下OC TS 的還原能力則增加相對(duì)緩慢。當(dāng)質(zhì)量濃度為215mg/mL 時(shí),OCTS 和OCOS 的吸光度分別為0111和0143。結(jié)果表明,OCOS 的還原能力明

16、顯優(yōu)于OC TS 。這主要是由于分子鏈比較短,OCOS 分子鏈中活性羥基和氨基比較多,提供電子能力強(qiáng),故表現(xiàn)出比OC TS 強(qiáng)的還原能力。圖3殼聚糖/殼寡糖季銨鹽的還原能力Fig.3R educing pow er of OCTS and OCOS3結(jié)語作者對(duì)殼聚糖和殼寡糖進(jìn)行化學(xué)改性,在其羥基位置引入季銨鹽側(cè)鏈,從而合成了季銨鹽衍生物2O 222羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖/殼寡糖。產(chǎn)物的抗氧化活性通過DPP H 和還原體系考察?；瘜W(xué)改性之后,得到的殼聚糖季銨鹽衍生物水溶性優(yōu)良、具有抗氧化活性。殼寡糖季銨鹽清除自由基的活性和還原能力強(qiáng)于殼聚糖季銨鹽衍生物。殼聚糖以及衍生物抗氧化能力的大小與活性羥

17、基和氨基密切相關(guān)。殼聚糖水溶性很差,沒有抗氧化能力。對(duì)殼聚糖進(jìn)行化學(xué)改性,得到的殼聚糖季銨鹽衍生物水溶性優(yōu)良,并且表現(xiàn)出一定的抗氧化能力。但是與殼寡糖的同類衍生物相比,殼聚糖季銨鹽的抗氧化活性稍顯遜色。這主要是由于殼寡糖及其衍生物分子鏈短,分子間力小,暴露出來更多的活性氨基和羥基,因而具有更優(yōu)秀的抗氧化能力。091食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)第28卷參考文獻(xiàn)(References :1Sun T ,Xie W M ,Xu P X.Superoxide anion scavenging activity of graft chitosan derivativesJ .C arbohydrate Polym

18、ers ,2004,58(4:379-382.2K ogan G ,Skorik Y A ,Zitnanova I ,et al.Antioxidant and antimutagenic activity of N 2(22carboxyethyl chitosan J .Toxicology and Applied Ph arm acology ,2004,201:303-310.3孫濤,周冬香,朱穎娜,等.羧甲基殼聚糖的降解及其抗氧化性能的研究J .食品科學(xué),2007,28(1:54-57.SUN Tao ,ZHOU Dong 2xiang ,ZHU Y ing 2na ,et al.S

19、tudy on degradation of carboxymethy chitosan and their antioxidant activityJ .Food Science ,2007,28(1:54-57.(in Chinese 4Alexandrova V A ,Obukhova G V ,Domnina N S ,et al.Modification of chitosan for construction of efficient antioxidantbiodegradable macromolecular systemsJ .Macromolecular Symposia

20、,1999,144:413-422.5Zhu X Y ,Wu J M ,Jia Z S.Superoxide anion radical scavenging ability of quaternary ammonium salt of chitosanJ .Chi 2nese Chemical Letters ,2004,15(7:808-810.6Guo Z Y ,Liu H Y ,Chen X L ,et al.Hydroxyl radicals scavenging activity of N 2substituted chitosan and quaternized chi 2tos

21、anJ .Bioorganic &Medicinal Chemistry Letters ,2006,16:6348-6350.7沈巍,王建新,趙成英.殼聚糖季銨鹽合成及其抗氧化性能研究J .天然產(chǎn)物研究與開發(fā),2007,19(3:465-469.SH EN Wei ,WAN G Jian 2xin ,ZHAO Cheng 2ying.Synthesis and antioxidant activity of quaternized chitosanJ .N atural Product R esearch and Development ,2007,19(3:465-469.(in Chinese 8林友文,許晨,盧燦輝.O 222羥丙基氯化銨殼聚糖的合成與表征J .合成化學(xué),2000,8(2:167-170.L IN Y ou 2wen ,XU Chen ,L U Can 2hui.Synthesis and characterization of O 222hydroxypropyltrimet