近日，學(xué)院生物醫(yī)藥材料課題組在國際知名期刊《Carbohydrate Polymers》（Elsevier旗下的老牌期刊，2016年影響因子4.811）發(fā)表了多篇有關(guān)氧化多糖類抗菌劑應(yīng)用于食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的研究論文，題目分別為“Effects of carboxyl and aldehyde groups on the antibacterial activity of oxidized amylose”(第一作者：訾婭鑫，通訊作者：穆暢道，李德富)、“Preparation, characterization and antibacterial activity of oxidized κ-carrageen” (第一作者：朱明津，通訊作者：李德富）“Synthesis of oxidized β-cyclodextrin with high aqueous solubility and broad-spectrum antimicrobial activity” (第一作者：葉友鑫，通訊作者：李德富）。該工作系統(tǒng)介紹了采用不同氧化方法可控制備具有高效廣譜抗菌性的氧化直鏈淀粉、氧化κ-卡拉膠和氧化β-環(huán)糊精等生物抗菌劑，初步闡明了不同氧化多糖的抗菌機(jī)理，為其在不同環(huán)境和場合的應(yīng)用提供了可靠依據(jù)。
抗生素過度使用引發(fā)的細(xì)菌耐藥性現(xiàn)象逐年增加，食品腐敗和傷口感染的問題引起了社會的廣泛關(guān)注，開發(fā)新型綠色高效抗菌劑具有十分重要的意義。其中，高效廣譜、良好生物相容性及避免耐藥性產(chǎn)生等是開發(fā)新型抗菌劑最為主要的關(guān)注點(diǎn)。多糖類物質(zhì)是來源廣泛、價格低廉、可再生及具有良好生物相容性的天然生物材料，對多糖進(jìn)行化學(xué)改性可以使其分子上的大量羥基轉(zhuǎn)化為醛基和羧基等活性基團(tuán)，從而得到優(yōu)良的抗菌性能。
圖1. 氧化κ-卡拉膠的制備方法
然而，化學(xué)氧化改性多糖的方法種類繁多，得到的氧化多糖的種類也不一而足。實(shí)現(xiàn)理想抗菌性能所依賴的高氧化度也會伴隨多糖鏈過度水解的副反應(yīng)發(fā)生，從而直接導(dǎo)致氧化多糖產(chǎn)率的下降及難以分離純化等問題。課題組李德富副教授針對這一問題，選用高碘酸鈉、次氯酸鈉和亞氯酸鈉及過氧化氫四種氧化劑組合Cu2+、TEMPO/NaBr等多種催化體系，通過精確控制反應(yīng)溫度、pH、時間等參數(shù)最終制備得到氧化度可控、水解程度低的氧化多糖。其中，采用過氧化氫/Cu2+氧化體系或高碘酸鈉配合次氯酸鈉/TEMPO/NaBr氧化體系可將大量醛基和羧基同時引入β-環(huán)糊精、κ-卡拉膠和直鏈淀粉中，兩種基團(tuán)協(xié)同作用于菌體表面發(fā)揮高效抗菌作用，對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌等常見致病菌的最小抑菌及殺菌濃度分別達(dá)到0.63 mg/mL和1.25 mg/mL。此外，通過將醛基和羧基分別或同時引入直鏈淀粉以研究醛基和羧基的抗菌機(jī)理，發(fā)現(xiàn)醛基通過與細(xì)胞膜上未質(zhì)子化的氨基結(jié)合破壞細(xì)胞膜運(yùn)輸系統(tǒng)而使細(xì)菌裂解，而羧基則通過降低環(huán)境pH值影響細(xì)菌膜蛋白活性而使細(xì)菌無法正常生長。
圖2. 四種致病菌在被氧化κ-卡拉膠處理前后的SEM圖
為了驗(yàn)證幾種制備的氧化多糖在食品中能夠發(fā)揮長期有效的抗菌防腐作用，選用蘋果作為模型物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氧化κ-卡拉膠和氧化β-環(huán)糊精作為水果保鮮涂層可以顯著抑制蘋果表面細(xì)菌繁殖，延長蘋果保藏時間。該課題組通過化學(xué)改性的方法制備得到的氧化多糖具有良好的抗菌效果，在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖3. 氧化β-環(huán)糊精對蘋果致病菌的抑制效果圖
該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金(21276166)、四川省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(SCST18ZDYF1426)和四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2017TD0010)的資助。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861717307956
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861718303242
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486171731007X
訾婭鑫 撰稿
李德富 審查
鈕大文 審核
高敏 編輯
制藥與生物工程系
2018年5月21日
