1. 研究目的与意义
壳聚糖（Chitosan，简称CS）是甲壳素脱乙酰基得到的产物[1、2]，是一种无毒无味的、可降解的高分子天然碱性多糖。其来源丰富，广泛存在于甲壳类动物、真菌、植物等的细胞壁中。壳聚糖具有多种优良特性，如良好的吸附性、吸湿性、成膜性、通透性以及较好的生物相容、生物降解等特性。因此，壳聚糖被广泛应用于纺织、医学、食品保鲜、化妆品以及环保等领域[3 - 6]。但是，由于壳聚糖的刚性结晶和强烈的分子内、分子间氢键，壳聚糖通常不溶于pH值高于7.0的水溶液。此外，壳聚糖属于次级型抗氧化剂，其抗氧化能力主要是来源于氨基上N的螯合能力和氨基、羟基较弱的给电子能力[7]，所以较差的溶解性和较弱的抗氧化活性在一定程度上限制了壳聚糖在食品保鲜、医药卫生、化妆品等领域的应用。目前，已有大量研究学者尝试对壳聚糖分子进行改性并合成了许多壳聚糖衍生物，赋予它们更强的溶解性、抗氧化活性以及抑菌性等特性。
酚酸（phenolic acids）是一类含有酚环的有机酸，通常含有一个羟基，常见的酚酸主要有阿魏酸、没食子酸、原儿茶酸、咖啡酸等。酚酸来源广泛，主要分布于植物、藻类、细菌中，如水果、蔬菜、茶叶、咖啡。目前，大量研究表明酚酸具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、抑菌等生物活性。同时，它还可以具有抑制肥胖，提高机体免疫力，改善情绪以及保护心血管等作用[8]。如咖啡酸、绿原酸、芥子酸等酚酸能够和Cu2 共同诱导DNA损伤，表现出促氧化效应[9]。宋长伟等[10]通过蘑菇酪氨酸酶多巴速率氧化法对合成的新型龙胆酸衍生物进行抑制酪氨酸酶活性的研究，结果表明龙胆酸衍生物具有抑制酪氨酸酶活性的作用。Nenadisn等[11]研究表明芥子酸对于DPPH 自由基、O2-#183;、#183; OH等都有抗氧化的作用。芥子酸抑制DPPH#183;的能力为33.2%，同等条件下达到49.6%咖啡酸和41.8% α－生育酚的清除活性。
壳聚糖抗氧化活性较差，而酚酸较强的清除自由基能力及抗氧化活性能够弥补壳聚糖的缺陷。基于此，已有大量学者将酚酸接枝到壳聚糖上，构建壳聚糖/酚酸接枝共聚物，并对新型的壳聚糖衍生物进行抗氧化活性的研究。Xie等[12]通过EDC/HoBT介导法将没食子酸（GA）接枝到壳聚糖（CS）上，得到壳聚糖接枝没食子酸共聚物( CS-g-GA)，接枝率高达209.9 mg/g，通过测定DPPH自由基、超氧阴离子自由基、ABTS自由基的清除能力、还原能力、抑制脂质过氧化反应能力等实验，结果表明CS-g-GA 的抗氧化能力明显高于单一CS的抗氧化能力。Liu J等[13]通过自由基介导的方法将咖啡酸（CA）和阿魏酸（FA）接枝到壳聚糖上，合成了两种水溶性壳聚糖衍生物并测定了壳聚糖衍生物的结构表征和体外、体内抗氧化活性，研究结果表明：与壳聚糖相比，壳聚糖衍生物具有降低的热稳定性和结晶度。体外实验表明，抗氧化活性按照CA-g-壳聚糖gt; FA-g-壳聚糖gt;壳聚糖的顺序降低。此外，壳聚糖衍生物的施用可显着增加D-半乳糖诱导的衰老小鼠的血清和肝脏中的抗氧化酶活性并降低丙二醛水平。吴昊等[3]以没食子酸为配体，漆酶为催化剂催化壳聚糖与没食子酸发生接枝反应得到壳聚糖没食子酸接枝共聚物并对其结构进行了初步表征，研究表明衍生物接枝率为72.80%，溶解度为92.77%，并且制备的壳聚糖没食子酸衍生物对鲜切苹果具有良好的保鲜作用。裴继诚等[14]以阿魏酸、原儿茶酸和没食子酸为底物，以酪氨酸酶为催化剂催化低聚壳聚糖与阿魏酸、没食子酸和原儿茶酸这3种酚酸接枝反应并对接枝共聚物进行ABTS自由基清除能力的分析，研究表明：接枝共聚物与ABTS自由基反应5 min 后，低聚壳聚糖/阿魏酸接枝共聚物、低聚壳聚糖/没食子酸接枝共聚物和低聚壳聚糖/原儿茶酸接枝共聚物相比于低聚壳聚糖的自由基清除率分别提高了20.15%、66.30%和89.21%。
2. 研究内容和预期目标
1、研究内容
采用H2O2/Vc氧化还原绿色反应体系法、EDC/HoBT法和漆酶法制备壳聚糖/酚酸接枝共聚物并测定其体外抗氧化活性，如DPPH自由基清除率、超氧阴离子自由基清除率、羟基自由基清除率以及还原力等指标[15]。
2、拟解决的关键问题
3. 国内外研究现状
壳聚糖抗氧化活性较差，而酚酸较强的清除自由基能力及抗氧化活性能够弥补壳聚糖的缺陷。基于此，已有大量学者将酚酸接枝到壳聚糖上，构建壳聚糖/酚酸接枝共聚物，并对新型的壳聚糖衍生物进行抗氧化活性的研究。Xie等[2]通过EDC/HoBT介导法将没食子酸（GA）接枝到壳聚糖（CS）上，得到壳聚糖接枝没食子酸共聚物( CS-g-GA)，接枝率高达209.9 mg/g，通过测定DPPH自由基、超氧阴离子自由基、ABTS自由基的清除能力、还原能力、抑制脂质过氧化反应能力等实验，结果表明CS-g-GA 的抗氧化能力明显高于单一CS的抗氧化能力。Liu J等[3]通过自由基介导的方法将咖啡酸（CA）和阿魏酸（FA）接枝到壳聚糖上，合成了两种水溶性壳聚糖衍生物并测定了壳聚糖衍生物的结构表征和体外、体内抗氧化活性，研究结果表明：与壳聚糖相比，壳聚糖衍生物具有降低的热稳定性和结晶度。体外实验表明，抗氧化活性按照CA-g-壳聚糖gt; FA-g-壳聚糖gt;壳聚糖的顺序降低。此外，壳聚糖衍生物的施用可显着增加D-半乳糖诱导的衰老小鼠的血清和肝脏中的抗氧化酶活性并降低丙二醛水平。吴昊等[3]以没食子酸为配体，漆酶为催化剂催化壳聚糖与没食子酸发生接枝反应得到壳聚糖没食子酸接枝共聚物并对其结构进行了初步表征，研究表明衍生物接枝率为72.80%，溶解度为92.77%，并且制备的壳聚糖没食子酸衍生物对鲜切苹果具有良好的保鲜作用。裴继诚等[4]以阿魏酸、原儿茶酸和没食子酸为底物，以酪氨酸酶为催化剂催化低聚壳聚糖与阿魏酸、没食子酸和原儿茶酸这3种酚酸接枝反应并对接枝共聚物进行ABTS自由基清除能力的分析，研究表明：接枝共聚物与ABTS自由基反应5 min 后，低聚壳聚糖/阿魏酸接枝共聚物、低聚壳聚糖/没食子酸接枝共聚物和低聚壳聚糖/原儿茶酸接枝共聚物相比于低聚壳聚糖的自由基清除率分别提高了20.15%、66.30%和89.21%。
4. 计划与进度安排
1、2022年9月~ 2022年10月
确定课题研究计划为#8220;壳聚糖/酚酸接枝共聚物的制备及其抗氧化活性的分析#8221;，搜集、查阅相关文献资料，了解目前国内外研究动态。
2、2022年10月~ 2022年11月
5. 参考文献
[1] 吴春华. 壳聚糖衍生物分子修饰机理及其在银鲳鱼保鲜中的应用研究[D]. 浙江大学, 2017. [2] 孙晓婷, 郭亚. 壳聚糖的应用及发展[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2016, 33(2):165-169. [3] 吴昊, 甄天元, 陈存坤, 等. 壳聚糖没食子酸衍生物酶法制备及对鲜切苹果的保鲜效果[J]. 农业工程学报, 2017, 33(4):285-292. [4] Xie M, Hu B, Yan Y, et al. Rheological properties of gallic acid-grafted-chitosans with different substitution degrees[J]. LWT - Food Science and Technology, 2016, 74:472-479. [5] Liu J, Wen X Y, Zhang X Q, et al. Extraction, characterization and in vitro, antioxidant activity of polysaccharides from black soybean[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 72:1182-1190. [6] Liu J, Meng C G, Yan Y H, et al. Protocatechuic acid grafted onto chitosan: Characterization and antioxidant activity.[J]. Synthetic Metals, 2016, 70(1#8211;3):518-526. [7] Zhang Z, Wang X, Zhang J, et al. Potential antioxidant activities in vitro of polysaccharides extracted from ginger ( Zingiber officinale )[J]. Carbohydrate Polymers, 2011, 86(2):448-452. [8] 乔丽萍, 傅瑜, 叶兴乾, 等. 酚酸生物活性研究进展[J]. 中国食品学报, 2013, 13(10):144-152. [9] 郑丽芳. 酚类抗氧化剂的结构修饰和促氧化机制研究[D]. 兰州大学, 2007. [10] 宋长伟, 熊丽丹, 王裕军, 等. 新型龙胆酸衍生物的合成及其抑制酪氨酸酶活性研究[J]. 有机化学, 2012, 32(9):001753-1758. [11] Nenadis N, Tsimidou M. Observations on the estimation of scavenging activity of phenolic compounds using rapid 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH #8226; ) tests[J]. Journal of the American Oil Chemists Society, 2002, 79(12):1191. [12] Xie M, Hu B, Wang Y, et al. Grafting of gallic acid onto chitosan enhances antioxidant activities and alters rheological properties of the copolymer.[J]. Journal of Agricultural amp; Food Chemistry, 2014, 62(37):9128-36. [13] Liu J, Wen X Y, Lu J F, et al. Free radical mediated grafting of chitosan with caffeic and ferulic acids: Structures and antioxidant activity[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 65(5):97. [14] 裴继诚, 许小龙, 胡稳, 等. 酪氨酸酶催化低聚壳聚糖-酚酸接枝共聚的研究[J]. 天津科技大学学报, 2017, 32(3):29-33. [15] 宋丽丽, 高亚男, 陈思敏, 等. 壳聚糖的化学改性及其衍生物的抗氧化活性研究进展[J]. 中国药师, 2018(2). |
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