權(quán)維燕，歐陽茜茜，李普旺*，楊子明，李思東

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東 湛江 524001；2.廣東海洋大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 湛江 524088)

殼聚糖及殼聚糖衍生物在醫(yī)學(xué)醫(yī)藥、食品、化工、印染和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，具有優(yōu)良生物特性和無毒的殼聚糖的抗菌特性表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，得到科研工作者的青睞。

目前，在殼聚糖分子鏈上接入抗菌基團或其他基團，或螯合一些具有抗菌活性的金屬納米粒子，得到各種各樣的改性抗菌產(chǎn)物是殼聚糖衍生物抗菌活性研究的主要方向；經(jīng)過改性后，其物理、化學(xué)性能得到改善，水溶性與抗菌活性也得到加強[1-2]。大量研究者合成了眾多殼聚糖衍生物，研究了其抗菌性能[3-5]，發(fā)現(xiàn)很多衍生物比殼聚糖具有更好的抗菌效果。這極大提高了殼聚糖衍生物的應(yīng)用價值，為制備生物相容性好，無毒的抗菌制劑提供了更多選擇。本文簡要介紹不同種類殼聚糖衍生物的抗菌研究。

1 季銨鹽殼聚糖

在殼聚糖分子鏈上接入季銨鹽基團，可得到季銨鹽殼聚糖。研究者合成了大量具有良好水溶性以及抗菌活性的季銨鹽殼聚糖及其衍生物[6-8]，并對其抗菌活性進行了深入研究，以期應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、紡織、造紙和化妝品等眾多領(lǐng)域。

Sajomsang等人[9]對殼聚糖衍生物分子鏈上新接入的基團與其抗菌活性之間的關(guān)系進行了深入探討。該研究組得出，N取代度小于10%時，有疏水基存在(如芐基和苯硫基)的殼聚糖衍生物的最小抑菌濃度值小于季銨化N-芳基殼聚糖衍生物；季銨組分含量低而N取代度較高的衍生物顯示出較低的抗菌活性。在相同季銨化程度下，比較于季銨化N-芳基殼聚糖衍生物，其余衍生物的推電子與吸電子基團對抗菌活性幾乎沒有影響，其功能組基團和接枝位置對抗菌性能的影響也不顯著。

Lim等人[10]為了改善殼聚糖在棉織品上的抗菌性以及耐洗性，成功制備了具有纖維活性的殼聚糖衍生物(NMA-HTCC)；結(jié)果顯示，由于2-羥丙基三甲基氯化銨基團與丙烯酰胺基甲基基團的引入，展現(xiàn)出良好的抗菌活性，在10ppm濃度下，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的數(shù)量在20min內(nèi)顯著減少。

Fu等人[11]成功合成了三種具有雙官能團的水溶性殼聚糖衍生物，并將合成的殼聚糖衍生物與檸檬酸(CA)一起作為交聯(lián)劑用于棉織物。結(jié)果表明，制成的織物表現(xiàn)出強大的抗菌活性和相當(dāng)好的耐久性。當(dāng)與CA(14%，o.w.f)通過交聯(lián)后，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效率分別超過99%和96%。所制備的其中一種織物在持續(xù)20次水洗后，其抗菌活性依然在75%以上。

Tang等人[12]通過殼聚糖季銨鹽與活性紅X-3b的反應(yīng)，合成了一種新型的抗菌生物高分子染料；結(jié)果表明，該染料的抑菌率可達99%，該高分子染料可能為改善木材工業(yè)的裝飾性能和抗菌性能提供新的視角。Liu等人[13]合成了2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖(HACC)，將其作為添加劑添加到紙張中制成手抄紙，并探討了手抄紙的抗菌特性。結(jié)果顯示，制備的手抄紙，雖然對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌表現(xiàn)出良好的抗菌性能，但對黑曲霉的抑菌率比較低。

Hu等人[14]用羧甲基纖維素加入到以季銨化殼聚糖為基體的薄膜中，開發(fā)了用于保存食品的涂層。結(jié)果顯示，季銨化殼聚糖和羧甲基纖維素在共混時通過氫鍵相互作用，通過對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌實驗顯示，羧甲基纖維素的摻入降低了抗菌活性，增加了透氧性。同時表明用季銨化殼聚糖/羧甲基纖維素共混膜涂布的香蕉的保質(zhì)期比未涂布的香蕉更長。

2 殼聚糖衍生物與金屬納米粒子

羧甲基殼聚可與一些抗菌的金屬納米粒子復(fù)合制成良好抗菌性、生物相容性的抗菌劑，以期應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[15-18]。 Zhong等人[19]用ZnO納米粒子負載在羧甲基殼聚糖中，通過噴霧干燥制備羧甲基殼聚糖/ZnO納米復(fù)合微球。分析顯示，直徑為1～6μm的羧甲基殼聚糖/ZnO微球具有明顯的與純ZnO納米粒子一樣的有效抗菌活性。在相同濃度的ZnO中，羧甲基殼聚糖/ZnO微球的細胞凋亡明顯低于單純的ZnO納米顆粒，表明，殼聚糖對金屬離子的螯合作用改善了羧甲基殼聚糖/ZnO微球的生物相容性。Wahid等人[20]通過用氯化銅溶液處理羧甲基殼聚糖水凝膠，然后在氫氧化鈉存在下氧化銅離子，成功制備了羧甲基殼聚糖/CuO納米復(fù)合水凝膠；結(jié)果顯示，該納米復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的抗菌活性，與純羧甲基殼聚糖水凝膠相比，顯示出更高的溶脹性。

Xu等人[21]用羧甲基殼聚糖(CMCTS)和銀納米粒子通過簡單的霧化改性工藝成功地連接到棉織物表面。CMCTS粘合劑通過酯化作用與棉織物共價連接，Ag納米顆粒通過配位鍵與CMCTS的胺基團緊密粘附在纖維表面。結(jié)果顯示，棉織物上的Ag 納米粒子涂層顯示出優(yōu)異的抗菌性和耐洗性。經(jīng)過50次連續(xù)的洗滌循環(huán)之后，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的細菌減少率(BR)仍然保持在95%以上。

Ling等人[22]用AgNP納米粒子和有機蒙脫土成功制備了季銨化羧甲基殼聚糖納米復(fù)合材料，并將其添加到成品紙中，通過研究成品紙的抗微生物活性，結(jié)果表明，含有QAOM納米復(fù)合材料的成品紙表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌能力，使用表面涂層生產(chǎn)的紙張的抗菌能力強于使用內(nèi)添法生產(chǎn)的紙張的抗菌能力。

3 羧甲基化殼聚糖

在殼聚糖分子鏈上接入羧甲基基團，可得到具有良好水溶性和抗菌活性的羧甲基化殼聚糖。王江濤等[23]成功制備了O-羧甲基殼聚糖，通過實驗表明，O-羧甲基殼聚糖比殼聚糖具有更好的水溶性和更強的抑菌活性。Sun等人[24]成功制備了季銨化羧甲基殼聚糖，并進行了體外抗菌活性的評價，表明，與羧甲基殼聚糖和季銨鹽殼聚糖相比，季銨化羧甲基殼聚糖具有更強的抗菌活性；然后深入研究其結(jié)構(gòu)與抗菌活性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)羧甲基殼聚糖的取代度對其抗菌活性影響不大，但隨著季銨化取代度的增加或其相對分子質(zhì)量的降低，季銨化羧甲基殼聚糖的抗菌活性變強。A. Anitha等人[25]采用簡單的離子交聯(lián)法制備了O-羧甲基殼聚糖(O -CMC)和N,O-羧甲基殼聚糖(N，O-CMC)納米粒子，評估了納米粒子的抗菌活性，表明殼聚糖納米粒子比O-CMC和N,O-CMC納米粒子的抗菌活性低，這種抗菌作用隨濃度的增加而增加，其中N,O-CMC納米粒子的抗菌活性最大。

Amira等人[26]對羧甲基化殼聚糖及其衍生物在織物上進行了探討性的研究，以期在織物上開發(fā)一種多功能的面漆。Chen等人[27]成功制備了一種新型碘消毒劑載體，并研究了其抗菌性能，結(jié)果表明，所制備的載體負載碘后，仍然具有廣譜殺菌作用；他們認為所制得的消毒劑可用于宮頸糜爛消毒。

4 雜環(huán)化合物殼聚糖

雜環(huán)化合物殼聚糖是將雜環(huán)化合物通過化學(xué)反應(yīng)接到殼聚糖分子鏈結(jié)構(gòu)中，使其具備某些特性的一類物質(zhì)。由于雜環(huán)化合物在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，許多研究者將雜環(huán)化合物接入到殼聚糖分子鏈上，并對其抗菌活性進行了大量的研究，以期能擴大應(yīng)用范圍。

由于季銨基團對殼聚糖的抗菌活性起主導(dǎo)作用，故含氮雜環(huán)化合物受到關(guān)注，Li等人[28]開展了深入的基礎(chǔ)研究，他們設(shè)計合成了三種新型的含氮雜環(huán)化合物的水溶性殼聚糖衍生物，并對其水溶性和抗菌性能進行考察，結(jié)果表明，合成的殼聚糖衍生物的抑制性能和水溶性比殼聚糖顯著提高；他們推測，是噻唑基團才使得合成的殼聚糖具有明顯較好的抗真菌活性；此外，如果在聚合物外圍具有鹵素，則更有效地抑制了被測植物病原菌的生長，抑菌濃度在1.0 mg/mL時達81%～93%；他們認為鹵素與三唑具有協(xié)同作用，因為它們具有抗真菌活性和吸電子能力，提高了殼聚糖衍生物的抗真菌活性。Ernesto等人[29]制備了帶有雜環(huán)和銨鹽的殼聚糖衍生物，通過對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度實驗表明，與未改性的殼聚糖相比，殼聚糖衍生物的抑菌活性顯著提高。Sajomsang等人[30]研究發(fā)現(xiàn)，在季銨化度相同時，季銨部分的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量決定了其殺菌活性；在相似季銨化程度和相對分子質(zhì)量下，他們合成的N,N,N-三甲基季銨基團比N-甲基吡啶基團有更好的殺菌活性；在季銨化程度為80%，相對分子質(zhì)量為80kDa-8kDa時，他們合成的甲基化N-(3-吡啶甲基)殼聚糖氯化物的殺菌活性隨相對分子質(zhì)量的減少而減小。

Tan等人[31]合成了N-甲基化的1,2,3-三氮唑基和吡啶基的新型陽離子殼聚糖衍生物，測定了殼聚糖衍生物對三種植物威脅真菌的抗真菌特性；結(jié)果表明，帶有N-甲基化的1,2,3-三氮唑基和吡啶基殼聚糖衍生物與1,2,3-三氮唑基和吡啶基殼聚糖衍生物相比，具有顯著增強的抗真菌活性；對Colletotrichum lagenarium的抑制指數(shù)在1.0 mg/mL時達到98%以上；此外，所制備的殼聚糖衍生物對黃瓜幼苗無毒副作用。

5 其他

Zhang等人[32]為了提高銨基的數(shù)量，從而提高抗菌活性，在殼聚糖側(cè)鏈上接入聚氨乙基，并制備了水凝膠；研究結(jié)果顯示，所制備的水凝膠對大腸桿菌，金黃色葡萄球菌或表皮葡萄球菌具有高度的抗菌活性，對L929細胞或HUVEC具有良好的細胞相容性；他們認為制備的水凝膠不僅保持了殼聚糖固有的多種性質(zhì)，而且具有優(yōu)異的抗菌活性，可能成為創(chuàng)傷治療中應(yīng)用的抗菌水凝膠敷料。

Jou等人[33]還合成了殼聚糖衍生物O-羥基-2,3-丙基-N-甲基-N，N-二烯丙基殼聚糖甲基硫酸酯(O- MDAACS)，并考察了產(chǎn)物對金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌的最小抑菌濃度和最低殺菌濃度，結(jié)果表明，所合成的產(chǎn)物的最小抑菌濃度為3.7%，最低殺菌濃度為7%；然而殼聚糖的最小抑菌濃度則為23%，最低殺菌濃度則為36%；表明O- MDAACS的抗菌活性高于殼聚糖。

Zhang等人[34]通過含季銨鹽的氯乙酰殼聚糖衍生物(CTCS)與含有4-氨基吡啶的脲基(包括BCTCS，2CBCTCS，3CBCTCS和4CBCTCS)反應(yīng)合成了四種殼聚糖衍生物，并對其抗菌活性進行了研究，結(jié)果表明，在1.0 mg/mL時，所合成的產(chǎn)物大部分的抑菌率在80%以上，其抑菌活性順序是4CBCTCS > 3CBCTCS > 2CBCTCS> BCTCS > CTCS > CTCS > 殼聚糖，抑菌活性根據(jù)脲基的取代度不同而決定；同時，通過圓盤擴散法對土壤有益微生物-蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和薩赫靳中華根瘤菌LMG7837進行了評價，結(jié)果顯示，所制備的殼聚糖衍生物對有益細菌的生長沒有抑制作用，其中一些可作為綠色抗真菌生物材料。

6 結(jié)語

綜上所述，不同類型基團對殼聚糖衍生物的抗菌活性產(chǎn)生不同的影響，大量研究表明殼聚糖衍生物的抗菌特性歸因于其分子的正電性、對金屬元素的螯合及其小分子穿透細胞膜影響DNA的復(fù)制[35-36]，但如何影響其抗菌活性、基團的空間構(gòu)型對其抗菌活性的影響以及是否還有其他抗菌機理是當(dāng)前需要關(guān)注的問題，在這方面目前的研究還不足。

殼聚糖衍生物在抗菌方面研究很多，具有不同程度抗菌活性的不同種類殼聚糖衍生物在諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，但是將其開發(fā)為有實際應(yīng)用價值的產(chǎn)品還比較少，相信隨著研究的廣泛化、深入化和具體化，將有更多涉及具有抗菌活性的殼聚糖衍生物商品問世。

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