恒定磁场强化羟丙基壳聚糖的抑菌与吸附性能

杨晋青,段丽红,郭祀远*(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州510640)摘 要:研究恒定磁场对羟丙基壳聚糖的抑菌与吸附性能的强化作用,以提高其应用效果。

从对金黄色葡萄球菌的抑菌圈、抑菌曲线和最低抑菌浓度三个方面分析其抑菌性能;从对铜和铬两种金属离子的吸附动力学分析其吸附性能。

结果表明:经恒定磁场作用后,羟丙基壳聚糖的抑菌性能和吸附性能都得到改善,当羟丙基壳聚糖在浓度为50m g/mL 时,抑菌圈的直径增加约3 2mm;发挥抑菌作用的时间也相对提前了;最低抑菌浓度为1 5625mg/mL,降低了一半;对Cu(II)的吸附率和吸附量分别增加约6 11%和0 1833m g/g ;对C r(V I)的吸附率和吸附量分别增加约6 35%和0 09523m g/g 。

关键词:恒定磁场,强化,羟丙基壳聚糖,抑菌,吸附Anti b ac t eri a l and adsorpti o n properti e s ofhydroxypropyl ch it osan enhanc i n g w it h const ant mangneti c fi e l dYANG Jin -qi ng ,DUAN Li -hong ,GUO Si -yuan*(School of L i ght Industry&Food Science ,South Ch i na University of Technology ,Guangz hou 510640,Ch i na)Abstrac:t Anti bacte ri a l and ad so r p ti on p rop erti e s o f hyd roxyp ropy l ch i tosan enhanc i n g w ith a cons t an t m angneti c trea t m ent w e re s t ud i e d t o m i p rove it s e ffect o f app li ca ti o n The anti b acte ri a l p rope rti es o f hyd roxyp ropy l ch i tosanw e re ana l yzed on S t aphyl ococcus au reus from the i n h i b iti on z one,antm i i crob i a l cu rve and m i n m i um i nhi b itory concen tra ti o n ;the ad sorp ti on pe rf o r m ance w as ana l yz ed from the ad so rp ti o n k i n e ti cs of cop pe r and ch rom i u m i o ns The res u l ts show ed tha:t a fter t he cons t an t m ag ne ti c fi e l d trea t m ent w i th an i ntens i ty o f 400k A /m,t he an ti bac t e ri a l p rope rti e s o f hyd roxyp rop y l ch i tos an and ad so r p ti o n p rop erti es had been m i p roved W hen t he concen tra ti o n o f hyd roxyp ropy l chit osan w as 50m g /m L ,t he i nhi b i ti on zone d i a m e ter w as i ncreased by 3 2m m;b ac teri os tas i s tm i e w as earl i e r re l a ti v e l y ;m i nm i um i nh i b it o ry concen tra ti on w as 1 5625m g /m L and l ow ered b y ha l ;f i ts ads orp ti on ra t e and adso rp ti on cap ac ity on C u(II)w as i ncreased by 6 11%and 0 1833m g /g,respec ti v e l y ;it s ad sorp ti on rate and ad so rp ti o n cap acity on C r(VI )w as i ncreased b y 6 35%,and 0 09523m g /g respec ti ve l y Key w ords :cons t an tm ag ne ti c fi e l d ;enhance;hyd roxyp ropy l ch it osan ;an ti b ac teri a;l ad sorp ti on 中图分类号:TS201 2 文献标识码:A 文章编号:1002-0306(2010)05-0094-04收稿日期:2009-06-30 *通讯联系人作者简介:杨晋青(1983-),男,硕士生,研究方向:分离提纯新方法新技术。

基金项目:广东省教育部产学研结合项目(2008B090500002)资助。

壳聚糖(chitosan ,简称CS)[1-2]是天然产物甲壳素(Chit i n)的脱乙酰产物,化学名称为 -1,4-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖。

壳聚糖以其独特的生物相容性、无毒、生物活性和物化特性[3]引起人们的重视,在化工、轻纺、食品和医药等领域[4-7]有广泛的应用前景。

但由于其分子呈紧密的晶态结构,限制了它的应用活性和应用领域。

然而限于其不溶于水和许多有机溶剂的性质,制备水溶性壳聚糖及其衍生物,引入其它功能性基团,改善它的溶解性及功能,拓宽其应用范围成为当前研究开发甲壳素和壳聚糖的重要课题。

羟丙基壳聚糖(hydroxypropy l chitosan ,简称H PCS)[8-9]是利用碱化壳聚糖与环氧丙烷反应制得的一种醚化衍生物,由于壳聚糖分子上引入了羟丙基基团,改变了分子的空间结构,削弱了壳聚糖分子间和分子内的氢键作用,从而使其水溶性和反应活性得到明显改善和提高。

施亦东等[9]研究表明,羟丙基壳聚糖具有良好的水溶性,当其取代度大于0 40时,产物在p H =1~13的范围均可完全溶于水中;其吸湿保湿性能较壳聚糖显著提高;壳聚糖特有的抗菌性能得以保持和增强。

为了进一步探讨羟丙基壳聚糖的性能,扩展其应用领域,本文在前人的基础上从改善和提高羟丙基壳聚糖的抑菌和吸附性能出发[10-11],将磁场处理技术引入,以强化其应用效果[12-13]。

抑菌实验从磁场处理前后对金黄色葡萄球菌的抑菌圈、抑菌曲线、最低抑菌浓度三方面进行,吸附性能从磁场处理前后对Cu(II)和C r(V I)的吸附动力学变化情况分析,取得了较好的效果,以期为壳聚糖及其衍生物的开发和应用提供一定的理论基础。

1 材料与方法1 1 材料与仪器大肠杆菌菌种、金黄色葡萄球菌 均取自华南理工大学轻工与食品学院微生物实验室;营养肉汤和琼脂培养基 广东环凯微生物科技有限公司;羟丙基壳聚糖的制备 自制[14];重铬酸钾、硫酸铜 均为分析纯。

分光光度计 Spectru mL ab 22PC 型,上海精光技术有限公司;HH-S 数显恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗器械厂;1000 L 连续可调微量移液器 德国eppendo rf 公司;LRD -300-G 光照培养箱 广东省医疗器械厂;BCD257SL 冰箱 青岛海尔股份有限公司;可调磁场装置 研究室自行研制,磁场强度可在0~2 104k A /m 的范围内调节;游标卡尺。

1 2 实验方法1 2 1 供试菌种的活化及菌悬液的制备 受试菌种接种于液体营养肉汤培养基内,在37 、转速为100r/m i n 的摇床内活化24h ,使菌液达到一定浓度。

将活化后的大肠杆菌用接种环挑取两环菌苔于无菌水中,用浊度法计数,制成含菌数约为107~108CFU /mL 的菌悬液备用。

1 2 2 琼脂扩散纸片法测定抑菌作用 将直径为6mm 的圆形滤纸片放入各不同浓度的羟丙基壳聚糖溶液中,高压蒸汽灭菌(121 ,0 12M Pa)15m i n 。

取107~108CFU /mL 菌悬液100 L 均匀涂抹在培养基平皿表面,用无菌镊子将各滤纸片贴在各种含菌平皿上,每皿贴4个,分别对应于待研究物质及对照。

实验用抑菌剂的浓度设置为50、25、12 5、6 25m g /mL 。

每种重复4次实验,在37 下培养24h ,用游标卡尺测量圆滤纸片的抑菌圈直径。

1 2 3 最低抑菌浓度(M I C )的测定 细菌经12~15h 过夜培养,经离心后重新悬浮在营养肉汤溶液中,经逐级稀释后使最后菌体浓度为107~108CFU /mL 。

取15m L 融化的琼脂培养基,加入不同浓度的抑菌剂溶液,使每个试管抑菌剂含量分别为50、25、12 5、6 25、3 125、1 5625m g /m L ,灭菌,冷却后加入100 L 107~108CFU /mL 的菌悬液,涂布均匀后于37 培养24h ,观察菌落生长情况,以不长菌的最低浓度为抑菌剂对供试菌的最低抑制浓度。

1 2 4 细菌生长曲线及抑菌曲线的测定 以培养时间为横坐标,以不同培养时间细菌悬浊液在600n m 下的吸光度OD 值为纵坐标,绘制细菌的生长曲线和相同菌种在投料后的抑菌曲线。

吸光度测定空白为未接种的培养基。

不同时间取出的样品立即放入冰箱以终止细菌生长,最后一起测定。

1 2 5 吸附金属离子的实验 分别准确称取0 100g 100目的羟丙基壳聚糖吸附剂与5mL 一定浓度的金属离子水溶液,加入到15mL 离心管中,将离心管置于400k A /m 的恒定磁场中吸附一定时间后,离心,取上清液,测定吸附后溶液的离子浓度,计算吸附量和吸附率[15-16]。

计算公式如下:Q =V (C 0-C)/W式中:V-含金属离子溶液的体积,mL ;C 0-吸附前溶液中金属离子起始浓度,m g /L ;C-吸附后上清液中金属离子的浓度,m g /L;W-吸附剂HPCS 的质量,g ;Q-吸附量,m g /g 。

其吸附效率 可由下式计得:(%)=(C 0-C )/C 0 100%2 结果与讨论2 1 恒定磁场对羟丙基壳聚糖抑菌性能的强化2 1 1 400k A /m 磁场处理前后羟丙基壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径大小 采用琼脂扩散纸片法测定不同浓度的羟丙基壳聚糖抑菌圈。