殼聚糖_殼寡糖衍生物的制備及其抗氧化性能研究

1、第28卷第2期食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)Vol.28No.22009年3月Mar.2009JournalofFoodScienceandBiotechnology文章編號(hào):167321689(2009)0220188204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:殼聚糖和殼寡糖經(jīng)化學(xué)改性得到季銨鹽衍生物2O222羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖/殼寡糖,通過(guò)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)DPPH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)率分別為915%和2913%。

2、在還原體系中,當(dāng)質(zhì)量濃度為2mg/,0111和0143。結(jié)果表明:通過(guò)化學(xué)改性,;殼短,關(guān)鍵詞:殼聚糖;中圖分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:APreparationofChitosan/ChitosanOligosaccharideDerivativesandTheirAntioxidantActivitiesYAOQian,SUNTao3,XUYi2xia,LIUYan2yang(CollegeofFoodScience,ShanghaiFisheriesUniversity,Shanghai200090,China)Abstract:O222hydroxypropyltrimethylammonium

3、chloridechitosansweresynthesizedfromchitosan(CTS)andchitosanoligosaccharide(COS)1TheantioxidantactivitieswereevaluatedforthescavengingofDPPHradicalandthedeterminationofreducingpower1Ataconcentrationof016mg/mL,thescavengingeffectsofCTSandCOSquarternaryammoniumsaltderivativetowardsDPPHwere915%and2913%

4、,respectively1Inreducingpowersystem,theabsorbanceswere0111and0143ataconcentrationof215mg/mL1Afterchemicalmodification,CTSquarternaryammoniumsaltderivativewithexcellentwatersolubilityandantioxidantactivitywasobtained;COSquarternaryammoniumsaltderivativehadstrongerfreeradicalscavengingablilityandreduc

5、ingpowerthanCTSquarternaryammoniumsalt.TheresultsmaybeattributedtothefactthatCOShadmoreactiveaminoandhydroxylgroupsinthepolymerchain.Keywords:chitosan,chitosanoligosaccharide,quarternaryammoniumsalt,antioxidantactivity,DPPH,reducingpower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

6、)。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(kāi)發(fā)研究。Email:taosun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189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(lái)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(méi)有抗氧化能力。通過(guò)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(lái)關(guān)于殼聚糖季銨鹽抗氧

7、化性能已逐漸開(kāi)始研究527。但目前還未見(jiàn)O2取代的殼聚糖季銨鹽抗氧化活性的報(bào)道,殼聚糖測(cè)量吸光度Ai。用去離子水代替樣品溶液,得吸光9度A0,無(wú)水乙醇代替DPPH,得吸光度Aj。清除率=1-(Ai-Aj)/A0×100%式中,A0為2mL011mmol/L的DPPH無(wú)水乙醇溶液和2mL去離子水的吸光度;Ai為2mL011mmol/L的DPPH無(wú)水乙醇溶液和2mL樣品的吸光度;Aj為2mL無(wú)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2mL不同濃度的樣品,加入pH616的012mol/L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

8、糖、殼寡糖相對(duì)應(yīng)的O2季銨鹽衍生物清除DPPH自由基作用和還原能力進(jìn)行了初步探討。磷酸緩沖液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)215混勻,加入21510%,混勻后在2000,取上清液2mL,加入215mL1材料與方法111材料、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。殼聚糖,815×105(CTS)、相對(duì)分子質(zhì)量為5×103(LCTS):浙江金殼生物化學(xué)有限公司提供。DPPH:Sigma公司產(chǎn)品;苯甲醛、2,32環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、無(wú)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

9、寡糖季銨鹽的制備和表征將1210g殼聚糖/殼寡糖溶于480mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的醋酸溶液中,加入無(wú)水乙醇240mL,室溫?cái)嚢?5min并逐漸滴加苯甲醛60mL,繼續(xù)攪拌2h后于烘箱中放置20h,加稀氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至中性,溶液析出沉淀。將所得沉淀體用無(wú)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)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CTS在1100cm21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

10、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3431cm21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(kāi)有關(guān)。殼聚糖季銨鹽OCTS和殼寡糖季銨鹽OCOS在1480cm21附近均出現(xiàn)CH2,CH3的CH彎曲振動(dòng)強(qiáng)吸收峰,說(shuō)明在羥基位置引入了季銨鹽側(cè)鏈。212對(duì)DPPH自由基的清除用異丙醇洗滌,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

11、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)定在EQUNOX55傅立葉紅外2拉曼光譜儀上進(jìn)行,采用KBr壓片法制樣,測(cè)定波數(shù)范圍為5004000cm21,分辨率為018cm21。113對(duì)DPPH自由基的清除穩(wěn)定的DPPH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DP2PH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)DP2PH自由基的清除曲線,由圖可以看出,OCTS和OCOS對(duì)DPPH自由基均有一定的清除作用。它在裝有2mL的濃度為1

12、5;1024mol/LDPPH無(wú)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處們對(duì)DPPH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),190食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)第28卷通過(guò)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OCTS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

13、分別為0111和0143。結(jié)果表明,OCOS的還原能力明顯優(yōu)于OCTS。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,提供電子強(qiáng),故表現(xiàn)出比OCTSOCOS對(duì)DPPH自由基的清除率為2913%,而OCTS對(duì)DPPH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)DPPH自由基的清除效果更好。圖1殼聚糖、Fig.1FTIRandtheirderivatives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(lái),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

14、能力。圖3殼聚糖/殼寡糖季銨鹽的還原能力Fig.3ReducingpowerofOCTSandOCOS3結(jié)語(yǔ)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2O222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(guò)DPPH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圖2殼聚糖/殼寡糖季銨鹽對(duì)DPPH自由基的清除Fig.2ScavengingeffectsofOCTSandOCOSonDPPHradical羥基和氨基密

15、切相關(guān)。殼聚糖水溶性很差,沒(méi)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(lái)更多的活性氨基和羥基,因而具有更優(yōu)秀的抗氧化能力。213還原能力還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(guò)提供電子可阻斷Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)變,表現(xiàn)出一定的還原能力,同樣也可以第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191參考文獻(xiàn)(References):1SunT,Xi

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