殼聚糖-卡那霉素接枝物的制備及抑菌性能研究

何俊鵬 歐陽(yáng)茜茜 王藝瑾 盛軍 田洋 高斌

殼聚糖-卡那霉素接枝物的制備及抑菌性能研究

何俊鵬1,2,3歐陽(yáng)茜茜4,5王藝瑾1,2,3盛軍2,3田洋1,2,3高斌1

（1. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 云南昆明 650201；2. 食藥同源資源開(kāi)發(fā)與利用教育部工程研究中心 云南昆明 650201；3. 云南省生物大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南昆明 650201；4. 廣東醫(yī)科大學(xué)海洋醫(yī)藥研究院 廣東湛江 524023；5. 廣東湛江海洋醫(yī)藥研究院 廣東湛江 524023）

殼聚糖被廣泛應(yīng)用于食品中，但其抑菌性能較弱。為了提高殼聚糖的抑菌性能，接枝卡那霉素，制備殼聚糖-卡那霉素接枝物，將其作為一種理想的抑菌材料應(yīng)用到食品中。以殼聚糖和卡那霉素為主要原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及高碘酸鈉用量對(duì)殼聚糖氧化醛基含量的影響，結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化確定殼聚糖氧化的最佳條件；將氧化的殼聚糖粉末溶液與卡那霉素溶液混合，在60℃的油浴鍋中反應(yīng)6 h，得到殼聚糖-卡那霉素接枝物溶液；經(jīng)透析冷凍干燥得到接枝物，將殼聚糖和接枝物進(jìn)行抑菌性能比較。結(jié)果表明：殼聚糖氧化的最佳條件為反應(yīng)時(shí)間4 h、高碘酸鈉用量4.8 g、反應(yīng)溫度40℃，在此條件下計(jì)算出醛基含量為4.89 mmol/g，理論值（4.07 mmol/g）與試驗(yàn)值的相對(duì)偏差為0.82%；將氧化的殼聚糖與卡那霉素進(jìn)行席夫堿反應(yīng)，顯示卡那霉素成功接枝上，元素分析計(jì)算得知，接枝物中卡那霉素的接枝率達(dá)到52%；通過(guò)抑菌試驗(yàn)可知，接枝物的抑菌性能優(yōu)于殼聚糖。

殼聚糖；卡那霉素；響應(yīng)面法；結(jié)構(gòu)表征；抑菌性能

殼聚糖（Chitosan，CS）具有優(yōu)異的降解性、相容性及一定的抑菌性，在許多領(lǐng)域（食品、醫(yī)藥）被應(yīng)用[1-3]，也常作為保鮮劑用于食品中；但是由于其溶解性較差，只能在酸性介質(zhì)中溶解，限制了其抑菌性能和在食品中的應(yīng)用?？敲顾鼐哂泻軓?qiáng)的抑菌性能，因此可通過(guò)接枝卡那霉素來(lái)改性殼聚糖，并且殼聚糖基抗菌材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，具有良好的抑菌性能[4-6]；研究者采用化學(xué)改性的方法來(lái)改善殼聚糖的溶解性和抑菌性能，使其具有更廣泛的應(yīng)用前景[7-8]。目前對(duì)殼聚糖改性的方法有在殼聚糖的羥基部分引入烷基，生成衍生物[9]。殼聚糖衍生物有3種合成方法：N-鄰苯二甲?；╗10]、生成席夫堿法[11]、金屬模板合成法等[12]，也可以利用等離子體對(duì)材料進(jìn)行改性，改變其抗菌性[13-14]。殼聚糖衍生物被認(rèn)為是增加殼聚糖抑菌性能的最佳選擇之一，因?yàn)槿┗蛲聂驶梢耘c殼聚糖的-NH2基團(tuán)有效偶合，形成具有亞胺基團(tuán)特征的殼聚糖席夫堿[15]。殼聚糖席夫堿衍生物改變了殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其親水性并增加了帶正電荷的離子數(shù)量，與未改性殼聚糖相比，殼聚糖席夫堿衍生物的抑菌活性更優(yōu)異[16-17]。

卡那霉素（Kanamycin，KANA），屬于氨基糖苷類(lèi)抗生素[18]。氨基糖苷類(lèi)（aminoglycosides，AGs）藥物主要用于抑制革蘭氏陰性細(xì)菌，使細(xì)菌不能生長(zhǎng)[19-20]，但是這類(lèi)藥物具有較強(qiáng)的毒性[21-22]?？股厮幬飼?huì)進(jìn)入人體的毛細(xì)胞，誘導(dǎo)其產(chǎn)生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）[23]，從而導(dǎo)致毛細(xì)胞發(fā)生氧化損傷，促進(jìn)其凋亡[24]，并且抗生素的不合理使用會(huì)導(dǎo)致耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生。

目前經(jīng)殼聚糖化學(xué)改性形成的衍生物有很多，但殼聚糖接枝卡那霉素形成的接枝物目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究旨在通過(guò)接枝卡那霉素對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性，形成大分子化合物，一方面可以增強(qiáng)殼聚糖的抑菌性能和溶解性，另一方面降低卡那霉素的副作用，并把制備好的接枝物（殼聚糖-卡那霉素接枝物，CS-KANA）作為保鮮劑應(yīng)用到食品中，為進(jìn)一步研究其抑菌性能提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑 大腸桿菌（CMCC 10389，中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心）；金黃色葡萄球菌（ATCC 10384，中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心）；殼聚糖（分子量：544 kDa，脫乙酰度：90%）、硫酸卡那霉素、鹽酸羥胺（分析純，索萊寶生物科技有限公司）；冰乙酸、甲醇（分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司）；高碘酸鈉、乙二醇（分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司）；百里酚藍(lán)（分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司）；氫氧化鈉（分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）；1 μm尼龍濾膜（海寧市聯(lián)眾過(guò)濾設(shè)備有限公司）；透析袋（8 000 Da，上海葉源生物有限公司）。

1.1.2 儀器與設(shè)備 YP-5001電子分析天平（上海光正醫(yī)療儀器有限公司）；pHS-3C雷磁pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；HH-11-2恒溫水浴鍋（常州諾基儀器有限公司）；HH-W3S旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；FD-1A-50冷凍干燥機(jī)（北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；SHZ-D（111）循環(huán)水式多用真空泵（上海亞榮生化儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 氧化殼聚糖（OCS）單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1.1 不同反應(yīng)時(shí)間的影響 將3 g的殼聚糖粉末溶于200 mL 1%乙酸溶液中，在40℃的條件下攪拌3 h；加入質(zhì)量為4.8 g、濃度為0.22 moL/L的高碘酸鈉溶液100 mL，并把混合的溶液放在水浴鍋中，在一定溫度和避光條件下分別反應(yīng)2、3、4、5、6、7 h；加入乙二醇溶液（20 mL，0.1 mol/L）終止反應(yīng)1 h，透析2 d，將透析好的溶液在50℃下用蒸發(fā)濃縮儀進(jìn)行濃縮和冷凍干燥。

1.2.1.2 不同反應(yīng)溫度的影響 稱取殼聚糖的質(zhì)量和溶解方式與1.2.1.1相同，加入質(zhì)量為4.8 g、濃度為0.22 moL/L的高碘酸鈉溶液100 mL，并把混合的溶液放在水浴鍋中，避光條件下分別在20、30、40、60、70℃下反應(yīng)一段時(shí)間；加入乙二醇溶液（20 mL，0.1 mol/L）終止反應(yīng)1 h，透析2 d，將透析好的溶液在50℃下用蒸發(fā)濃縮儀進(jìn)行濃縮和冷凍干燥。

1.2.1.3 不同用量高碘酸鈉溶液的影響 稱取殼聚糖的質(zhì)量和溶解方式和1.2.1.1相同，分別加入殼聚糖與高碘酸鈉質(zhì)量比為5∶1、5∶2、5∶4、5∶6、5∶8、5∶10的高碘酸鈉溶液100 mL，在一定溫度和避光條件下反應(yīng)一段時(shí)間；加入乙二醇溶液（20 mL，0.1 mol/L）終止反應(yīng)1 h，透析2 d，將透析好的溶液在50℃下用蒸發(fā)濃縮儀進(jìn)行濃縮和冷凍干燥。

1.2.2 氧化殼聚糖醛基含量和氧化度計(jì)算 參考潘志文等[1]并稍作修改。在錐形瓶中加入質(zhì)量濃度為20 g/L的鹽酸羥胺-甲醇溶液50 mL，向錐形瓶?jī)?nèi)滴加百里酚藍(lán)指示劑，此時(shí)溶液呈現(xiàn)出紫色；用0.03 mol/L的氫氧化鈉-甲醇溶液，滴加至溶液呈黃色，此時(shí)不計(jì)氫氧化鈉-甲醇溶液的體積；向錐形瓶中加入0.1 g制備的CS-KANA，振蕩錐形瓶使溶液充分混合，若樣品中含有醛基，溶液會(huì)立即變成粉紅色；使用0.03 mol/L的氫氧化鈉-甲醇溶液繼續(xù)滴定使溶液變成黃色，并且不變色30 s，如果變色應(yīng)該繼續(xù)滴定到不變色，然后記錄氫氧化鈉-甲醇溶液最終的滴定體積。醛基含量的計(jì)算公式如下：

式中：（CHO）為樣品中醛基的含量，單位mmol/g；0.03表示氫氧化鈉-甲醇溶液的濃度，單位mol/L；為滴定結(jié)束后使用的氫氧化鈉-甲醇的體積，單位L；為加入樣品的質(zhì)量，單位為g。

利用得到的醛基含量值，可以計(jì)算得到樣品的氧化度（OD），單位為%。計(jì)算公式如下：

式中：為樣品的氧化度；（CHO）為樣品中醛基的含量，單位mmol/g；1/2指一個(gè)氧化后的殼聚糖單體分子含有2 mol的醛基；為加入樣品的質(zhì)量，單位為g。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方法 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，參考Box-Behnke實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以醛基含量為響應(yīng)值，利用設(shè)計(jì)專家軟件，以反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及高碘酸鈉用量為主要考察因子，如表1所示。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4 殼聚糖-卡那霉素接枝物的制備 殼聚糖-卡那霉素接枝物的制備：用1%醋酸溶液溶解氧化殼聚糖，用1 μm的濾膜過(guò)濾，調(diào)節(jié)濾液pH為6.0；加入卡那霉素溶液（氧化殼聚糖與硫酸卡那霉素的質(zhì)量比為1∶1），加熱到60℃，攪拌6 h，使氧化殼聚糖上的醛基與卡那霉素上的氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)生成碳氮雙鍵；用蒸餾水透析3 d，然后收集溶液進(jìn)行冷凍干燥，即得到接枝物。

1.2.5 傅里葉紅外光譜分析 分別將殼聚糖、卡那霉素、氧化殼聚糖和殼聚糖-卡那霉素樣品與溴化鉀（KBr）干粉混合[（樣品）∶（KBr）=1∶100]；混合均勻后研磨，用壓片器壓成透明薄片狀，然后測(cè)定樣品的紅外光譜（FT-IR）。

1.2.6 接枝率分析 采用Flash EA 1112型號(hào)元素分析儀分別對(duì)殼聚糖、氧化殼聚糖和殼聚糖-卡那霉素接枝物進(jìn)行C、N元素的含量測(cè)定。測(cè)試方法為杜馬斯燃燒法，使得測(cè)試樣品的N轉(zhuǎn)化成N2，所有形式的C都轉(zhuǎn)化為CO2，最后CO2和N2通過(guò)色譜柱分離；分別用熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)，得出C、N含量，從而計(jì)算接枝率，標(biāo)準(zhǔn)品為天門(mén)冬氨酸和尿素。接枝率計(jì)算公式如下：

式中：為氧化殼聚糖中的N含量；為卡那霉素接枝率；為硫酸卡那霉素中N含量；為殼聚糖-卡那霉素中的N含量。

1.2.7 接枝物最低抑菌濃度（MIC）的測(cè)定 接枝物對(duì)金黃色葡萄球菌（）、大腸桿菌（）的抑菌率，是通過(guò)計(jì)算營(yíng)養(yǎng)瓊脂稀釋法培養(yǎng)的細(xì)菌生長(zhǎng)菌落數(shù)來(lái)測(cè)定[25]。首先，在細(xì)菌培養(yǎng)液（107CFU/mL）中加入配好的接枝物母液（稱取一定質(zhì)量的接枝物，然后用1%乙酸溶解，配成的母液濃度為10 mg/mL），使各試管的濃度分別為0.64、0.32、0.16、0.08、0.04、0.02、0 mg/mL（0為正常組，菌液濃度為107CFU/mL，不加任何試劑），在37℃下振蕩培養(yǎng)24 h；取出100 μL細(xì)菌培養(yǎng)物并用無(wú)菌生理鹽水連續(xù)稀釋至預(yù)定濃度；將100 μL稀釋的溶液滴加在營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，輕輕地用無(wú)菌涂布棒在平板上均勻地涂布；隨后置于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，獲得活微生物菌落并計(jì)數(shù)（抑菌率達(dá)到90%為接枝物的MIC）。

1.2.8 抑菌率的測(cè)定 通過(guò)1.2.6的方法得到接枝物的MIC，重復(fù)1.2.7中的步驟計(jì)算殼聚糖和接枝物在同等濃度下的抑菌率。

1.2.9數(shù)據(jù)處理 每一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定都重復(fù)3次，結(jié)果取3次平均值，采用Excel 2013、SPSS 24、Graphpad Prism5對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計(jì)分析，利用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧化殼聚糖醛基含量和氧化度的影響 由圖1可知，反應(yīng)前期，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2～4 h時(shí)，醛基含量與氧化度都呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，且醛基含量都在4 mmol/g以上，氧化度在30%～40%；反應(yīng)后期，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為5 ～7 h時(shí)，醛基含量、氧化度都呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，醛基含量在4 mmol/g以下，氧化度在30%以下。因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的增加，醛基會(huì)被氧化成羧基，導(dǎo)致醛基含量下降。綜上所述，最佳的反應(yīng)時(shí)間為4 h。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)醛基含量和氧化度的影響（n=3）

2.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)醛基含量和氧化度的影響 由圖2可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為20～40℃時(shí)，醛基含量與氧化度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，并在40℃為最高值，醛基含量達(dá)到5.5 mmol/g，氧化度接近40%；當(dāng)反應(yīng)溫度為50～70℃時(shí)，醛基含量與氧化度逐漸減少，在70℃為最低值；因?yàn)殡S著溫度的升高，高碘酸鈉會(huì)發(fā)生熱分解，導(dǎo)致醛基含量下降。綜上所述，最佳的反應(yīng)溫度為40℃。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)醛基含量和氧化度的影響（n=3）

2.1.3 高碘酸鈉用量對(duì)醛基含量和氧化度的影響 由圖3可知，增加高碘酸鈉的用量，醛基含量和氧化度也會(huì)隨之增加，并且隨著高碘酸鈉用量的增加，溶液的顏色從淡黃色變?yōu)樽霞t色；當(dāng)高碘酸鈉用量為4.8 g時(shí)，醛基含量和氧化度接近最高點(diǎn)，分別接近4 mmol/g、30%，隨著高碘酸鈉用量的增加，醛基含量和氧化度基本不變。綜上所述，最佳高碘酸鈉用量為4.8 g。

圖3 高碘酸鈉用量對(duì)醛基含量和氧化度的影響（n=3）

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、3。

以反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及高碘酸鈉用量為主要考察因子，同時(shí)以醛基含量為響應(yīng)值，對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過(guò)二次方程式擬合（非線性），得到醛基含量（值）的目標(biāo)函數(shù)的二次回歸方程。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)回歸模型方差分析

注：**表示差異極顯著（<0.01）*表示差異顯著（<0.05）。

=4.66–0.035–8.750E–0.03–0.036–0.09–0.025–0.452–0.432–0.342

由表3可知，模型值為0.000 2，說(shuō)明該模型極顯著。失擬項(xiàng)值為0.936 2，大于0.05，不顯著，說(shuō)明該回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)有較好擬合性，自變量與醛基含量之間關(guān)系顯著。相關(guān)系數(shù)2為0.925 6，2為0.967 5，說(shuō)明響應(yīng)面法設(shè)計(jì)所得的回歸模型有效，預(yù)測(cè)效果較佳，可用該模型對(duì)殼聚糖的醛基含量及氧化度進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。2、2及2的值均小于0.01，表明影響極顯著。3個(gè)單因素影響殼聚糖的醛基含量、氧化度的順序均為高碘酸鈉用量>反應(yīng)時(shí)間>反應(yīng)溫度，即高碘酸鈉的用量對(duì)殼聚糖的醛基含量以及氧化度的影響最顯著。

2.2.2 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證 經(jīng)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)專家軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，得到氧化殼聚糖的最優(yōu)條件為高碘酸鈉用量4.8 g，溫度40℃，時(shí)間4 h；在此條件下，獲得氧化殼聚糖的醛基含量為4.89 mmol/g，理論值4.07 mmol/g與試驗(yàn)值的相對(duì)偏差為0.82%，驗(yàn)證了此模型的準(zhǔn)確性和有效性。

2.3 傅里葉變換紅外光譜分析

殼聚糖的紅外光譜分析結(jié)果（圖4）顯示：3 380 cm–1處為-OH的伸縮振動(dòng)重疊后的多重吸收峰，2 924和2 878 cm–1處為C-H的伸縮振動(dòng)吸收峰[25-26]，1 656 cm–1處為殼聚糖（C-O）的伸縮振動(dòng)峰，1 596 cm–1處為殼聚糖的（N-H）的面內(nèi)彎曲振動(dòng)，1 380 cm–1處左右出現(xiàn)了吸收峰，這是由CH3的對(duì)稱變形振動(dòng)引起的[27]。殼聚糖被氧化后，1 656和1 596 cm–1處的峰會(huì)合并成一個(gè)峰，被氧化后會(huì)在1 721 cm–1處出現(xiàn)一個(gè)新的峰[28]，且由于卡那霉素接枝殼聚糖后形成碳氮雙鍵，在1 657 cm–1波長(zhǎng)處出現(xiàn)峰[29]。結(jié)果表明，卡那霉素成功接枝到殼聚糖上。

圖4 CS，OCS，KANA和CS-KANA的紅外光譜圖

2.4 接枝率分析

由表4可知，CS、OCS、CS-KANA的C含量依次減少，從39.38%逐漸減少為37.74%，N含量也呈減少趨勢(shì)。氧化殼聚糖的C/N高于殼聚糖的C/N，原因是其在氧化過(guò)程中產(chǎn)生具有揮發(fā)性的NH3[30]。將卡那霉素接枝到氧化殼聚糖上提高了N含量，降低C/N，因?yàn)橐环肿涌敲顾赜?個(gè)氨基。根據(jù)N的變化，計(jì)算出殼聚糖-卡那霉素接枝物中卡那霉素的接枝率約為52%。

表4 CS、OCS和CS-KANA的元素分析

2.5 接枝物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌最低抑菌濃度（MIC）測(cè)定

由圖5-A、5-D可知，當(dāng)接枝物濃度為0.16 mg/mL時(shí)，通過(guò)涂板計(jì)算得到金黃色葡萄球菌（）的抑菌率大于90%。由圖5-B、5-C可知，當(dāng)接枝物濃度為0.32 mg/mL時(shí)，涂板計(jì)算得到大腸桿菌（）的抑菌率大于90%。因此接枝物對(duì)大腸桿菌（）和金黃色葡萄球菌（）的MIC分別為0.32、0.16 mg/mL。

A. S.aureus; B. E.coli; C. E.coli; D. S.aureus。

2.6 抑菌率測(cè)定

由圖6-A、6-B可知，在最低抑菌濃度下通過(guò)涂板分析CS和接枝物對(duì)大腸桿菌（）和金黃色葡萄球菌（）的抑菌率。由圖6-C可知，在同等濃度（0.16 mg/mL）下，接枝物對(duì)金黃色葡萄球菌（）的抑菌率大于CS，并且具有顯著性差異。由圖6-D可知，在同等濃度（0.32 mg/mL）下，接枝物對(duì)大腸桿菌（）的抑菌率大于CS，并且具有顯著性差異。因此，接枝物的抑菌性能優(yōu)于CS。

A. S.aureus; B. E.coli; C. S.aureus; D. E.coli。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)單因素和響應(yīng)面優(yōu)化得到最優(yōu)的氧化殼聚糖參數(shù)為高碘酸鈉用量4.8 g，溫度40℃，時(shí)間4 h。在此條件下，醛基含量為4.89 mmol/g，通過(guò)席夫堿反應(yīng)將卡那霉素接枝到氧化殼聚糖上。傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果表明，卡那霉素成功接枝到殼聚糖上，元素分析結(jié)果表明，卡那霉素的接枝率為52%。在接枝物的最低抑菌濃度下涂板分析接枝物的抑菌率大于CS，說(shuō)明接枝物的抑菌性能優(yōu)于CS。

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Preparation Process and Antibacterial Performance of Chitosan-kanamycin Graft

HE Junpeng1,2,3OUYANG Qianqian4,5WANG YiJin1,2,3SHENG Jun2,3TIAN Yang1,2,3GAO Bin1

(1. College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201, China; 2. Development and Utilization of Food and Drug Homologous Resources Engineering Research Center of the Ministry of Education, Kunming, Yunnan 650201, China; 3. Yunnan Key Laboratory for Biological Big Data, Kunming, Yunnan 650201, China; 4. Marine Biomedical Research Institute, Guangdong Medical University, Zhanjiang, Guangdong 524023, China; 5. Guangdong Zhanjiang Institute of Marine Medicine, Zhanjiang, Guangdong 524023, China)

Chitosan is widely used in foods, but its antibacterial properties is weak. In order to improve the antibacterial properties of chitosan, kanamycin was grafted to prepare chitosan-kanamycin grafts to make it possible as an ideal antibacterial material applied to food. In this study, chitosan and kanamycin were used as the main raw materials, and the effects of reaction temperature, reaction time and sodium periodate dosage on the content of chitosan oxidized aldehyde groups were studied by single factor experiments. The best conditions for sugar oxidation was determined by response surface methodology ,then, the oxidized chitosan powder solution was mixed with the kanamycin solution and reacted in an oil bath at 60℃ for 6 h. The solution was dialyzed for two days and then freeze-dried to obtain a graft. The comparison on antibacterial performance of Chitosan and craft was carried out.The optimal conditions for chitosan to be oxidized were the reaction time, sodium periodate dosage and reaction temperature of 4 h, 4.8 g, and 40℃. Under these conditions, the aldehyde group content was calculated to be 4.89 mmol·g–1, and the relative deviation between the theoretical value of 4.07 mmol·g–1and the experimental value was 0.82%. The oxidized chitosan and kanamycin were subjected to Schiff base reaction, and the results were analyzed. It showed that kanamycin was successfully grafted. Elemental analysis calculated that the grafting rate of kanamycin in the graft was 52%. According to the antibacterial rate, the antibacterial performance of the graft was better than that of chitosan.

Chitosan; kanamycin; response surface methodology; structure characterization; antibacterial performance

TS201.21

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.10.010

2022-02-11；

2022-03-14

云南省科技廳重大專項(xiàng)-重要藥食兼用資源生物制造技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用（No.2018ZI001，No.202002AA100005）；云南省重大科技專項(xiàng)-綠色食品國(guó)際合作研究中心項(xiàng)目（No.2019ZG00905）；云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才（No.2018HB040）；辣木崗位科學(xué)家項(xiàng)目（No.CARS-11-YNSJ）。

何俊鵬（1996—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)，E-mail：2311069588@qq.com。

高斌（1972—），博士，副教授，研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)與安全，E-mail：doc_gao@sina.com。

(責(zé)任編輯 林海妹)