近日，学院生物医药材料课题组在国际知名期刊《Carbohydrate Polymers》（Elsevier旗下的老牌期刊，2016年影响因子4.811）发表了多篇有关氧化多糖类抗菌剂应用于食品和医药领域的研究论文，题目分别为“Effects of carboxyl and aldehyde groups on the antibacterial activity of oxidized amylose”(第一作者：訾娅鑫，通讯作者：穆畅道，李德富)、“Preparation, characterization and antibacterial activity of oxidized κ-carrageen” (第一作者：朱明津，通讯作者：李德富）“Synthesis of oxidized β-cyclodextrin with high aqueous solubility and broad-spectrum antimicrobial activity” (第一作者：叶友鑫，通讯作者：李德富）。该工作系统介绍了采用不同氧化方法可控制备具有高效广谱抗菌性的氧化直链淀粉、氧化κ-卡拉胶和氧化β-环糊精等生物抗菌剂，初步阐明了不同氧化多糖的抗菌机理，为其在不同环境和场合的应用提供了可靠依据。

抗生素过度使用引发的细菌耐药性现象逐年增加，食品腐败和伤口感染的问题引起了社会的广泛关注，开发新型绿色高效抗菌剂具有十分重要的意义。其中，高效广谱、良好生物相容性及避免耐药性产生等是开发新型抗菌剂最为主要的关注点。多糖类物质是来源广泛、价格低廉、可再生及具有良好生物相容性的天然生物材料，对多糖进行化学改性可以使其分子上的大量羟基转化为醛基和羧基等活性基团，从而得到优良的抗菌性能。

图1. 氧化κ-卡拉胶的制备方法

然而，化学氧化改性多糖的方法种类繁多，得到的氧化多糖的种类也不一而足。实现理想抗菌性能所依赖的高氧化度也会伴随多糖链过度水解的副反应发生，从而直接导致氧化多糖产率的下降及难以分离纯化等问题。课题组李德富副教授针对这一问题，选用高碘酸钠、次氯酸钠和亚氯酸钠及过氧化氢四种氧化剂组合Cu2+、TEMPO/NaBr等多种催化体系，通过精确控制反应温度、pH、时间等参数最终制备得到氧化度可控、水解程度低的氧化多糖。其中，采用过氧化氢/Cu2+氧化体系或高碘酸钠配合次氯酸钠/TEMPO/NaBr氧化体系可将大量醛基和羧基同时引入β-环糊精、κ-卡拉胶和直链淀粉中，两种基团协同作用于菌体表面发挥高效抗菌作用，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌等常见致病菌的最小抑菌及杀菌浓度分别达到0.63 mg/mL和1.25 mg/mL。此外，通过将醛基和羧基分别或同时引入直链淀粉以研究醛基和羧基的抗菌机理，发现醛基通过与细胞膜上未质子化的氨基结合破坏细胞膜运输系统而使细菌裂解，而羧基则通过降低环境pH值影响细菌膜蛋白活性而使细菌无法正常生长。

图2. 四种致病菌在被氧化κ-卡拉胶处理前后的SEM图

为了验证几种制备的氧化多糖在食品中能够发挥长期有效的抗菌防腐作用，选用苹果作为模型物进行实验，发现氧化κ-卡拉胶和氧化β-环糊精作为水果保鲜涂层可以显著抑制苹果表面细菌繁殖，延长苹果保藏时间。该课题组通过化学改性的方法制备得到的氧化多糖具有良好的抗菌效果，在食品和医药领域具有广阔的应用前景。

图3. 氧化β-环糊精对苹果致病菌的抑制效果图

该项研究得到了国家自然科学基金(21276166)、四川省重点研发项目(SCST18ZDYF1426)和四川省青年科技创新研究团队项目(2017TD0010)的资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861717307956

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861718303242

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486171731007X

訾娅鑫 撰稿

李德富 审查

钮大文 审核

高敏 编辑

制药与生物工程系

2018年5月21日