一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于天然高分子抗菌剂技术领域，公开了一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂及其制备方法与应用。本发明专利技术方法包括以下步骤：含5‑50重量份木质素的碱溶液中，加入1‑5重量份的醛和1‑5重量份的氨基酸，40‑120℃加热反应1‑6h后，得到氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。本发明专利技术还提供上述方法制备得到的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。本发明专利技术方法通过天然抗菌肽中活性氨基酸组分改性木质素，得到氨基酸改性木质素广谱抗菌剂，有效增强木质素的抗菌活性，使其具有高抗菌活性，抗菌性能优于木质素；同时对革兰氏阳性菌和阴性菌均具有抑制作用，具有广谱抗菌性；且毒性低，生物相容性好，在生物医药、食品和化妆品领域有着巨大的应用前景。

A broad-spectrum antimicrobial agent of amino acid modified lignin and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂及其制备方法与应用
本专利技术属于天然高分子抗菌剂
，特别涉及一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂及其制备方法与应用。
技术介绍
在全世界范围内，细菌感染依旧是导致死亡的主要原因。为了预防和控制因细菌感染而引起的高发病率和高死亡率，研究人员一直致力于开发高效的抗菌材料/表面，期望可以在细菌变得危险之前将其消灭。自1923年亚历山大·弗莱明发现了青霉素以后，进入了抗生素时代。然而，近一个世纪不受限制地使用抗生素已经使抗生素的药效严重减弱。在过去的20年里，细菌耐药性(AMR)的现象在世界各地都在不断上升。2014年，世界卫生组织与会员国编制的一份描述世界细菌耐药性情况的文件表明，抗生素对普通细菌的抗性低到了惊人的水平，已经严重威胁了公共卫生安全，开发新型抗菌材料已成为防治细菌性病原体的迫切需要。木质素是一种含有多酚结构的天然高分子聚合物，其储量丰富，化学性质稳定，生物相容好，可应用于化妆品、医药和食品保健领域。近年来，木质素抗菌材料也被广泛研究。Guo等人研究对比了商业水溶性木质素与自提取非水溶性木质素的抗菌活性，发现水溶性木质素抗菌效果明显优于非水溶性木质素(AppliedBiochemistryandBiotechnology.184(1):350-365)。Dong等人(IndustrialCropsandProducts.2011,34(3):1629-1634)通过在培养液中添加5％DMSO增加木质素在培养液中的水溶性，其最小抗菌浓度(MIC)达1.25mg/mL，优于商业水溶性木质素(MIC＝2.5mg/mL)，但是因为木质素整体呈负电性，对革兰氏阴性菌没有灭杀效果。随着纳米技术的不断发展，研究人员利用木质素与无机纳米金属及其金属氧化物共混制备抗菌材料，发现此类材料对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具备一定的抑制效果(FoodHydrocolloids.2017,7:76-84)。此外，研究发现化学改性也能有效提高木质素抗菌性能。Kaur等人通过乙酰化、环氧化、羟甲基化改性碱木质素制备抗菌材料，发现环氧化改性木质素的抗菌效果最好，对革兰氏阳性菌(芽孢杆菌)和革兰氏阴性菌(克雷伯氏菌)的MIC分别为90和200mug/disc(SugerTech.2017,19(6):675-680)。Ma等人通过季铵化改性木质素并与聚苯乙烯共混制备的抗菌膜，因为阳离子季铵盐的存在对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)有明显抑制作用(Polymer.2017,114:113-121)。近几十年来，人们发现天然抗菌肽在自然界中广泛存在，它们属于细菌感染先天免疫应答的一部分，主要由赖氨酸、精氨酸和一定比例的疏水性残基构成。不同于传统抗生素的代谢作用，抗菌肽通过破坏细胞质膜发挥其抗菌活性，这种抗菌活性模式能够减缓细菌耐药性的出现。然而，抗菌肽的高毒性、短循环半衰期(易受蛋白酶水解)以及高生产成本，限制其应用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法。木质素天然的多酚结构使其具有一定的抗菌活性；同时，本专利技术方法利用木质素的苯丙烷骨架中酚羟基的邻位可以发生曼尼希反应，通过曼尼希反应将天然抗菌肽中的活性氨基酸接枝到木质素骨架上，提高木质素的抗菌活性和扩大其抗菌种类；另一方面，本专利技术的主要原料木质素来源于植物，储量丰富，生物相容性好，接枝木质素既可以降低毒性，也可以降成本。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备得到的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。本专利技术的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂具有高抗菌活性，对革兰氏阳性菌和阴性菌均有抑制作用，同时毒性低，生物相容性好。本专利技术再一目的在于提供上述氨基酸改性木质素广谱抗菌剂在生物医药、食品和化妆品领域中的应用；其毒性低，生物相容性好，有着巨大的应用前景。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：含5-50重量份木质素的碱溶液中，加入1-5重量份的醛和1-5重量份的氨基酸，40-120℃加热反应1-6h后，得到氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。本专利技术方法中，所述的醛可为甲醛、二醛，如包括甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛等；进一步优选为低毒性二醛如乙二醛等。本专利技术方法中，所述的氨基酸可为赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、组氨酸等中的至少一种；进一步优选为碱性氨基酸如赖氨酸、精氨酸和组氨酸等中的至少一种。本专利技术方法中，所述的木质素可为溶剂型木质素、酶解木质素、碱木质素以及木质素磺酸盐等工业木质素中的至少一种。所述的碱木质素包括木浆碱木质素、竹浆碱木质素、麦草浆碱木质素、芦苇浆碱木质素、皮渣浆碱木质素、龙须草浆碱木质素、棉浆柏碱木质素等。所述的木质素磺酸盐包括竹浆木质素磺酸盐、麦草浆木质素磺酸盐、芦苇木质素磺酸盐、皮渣浆木质素磺酸盐、龙须草浆木质素磺酸盐、棉浆柏木质素磺酸盐等。本专利技术采用的工业木质素主要来源于造纸制浆工业的蒸煮废水，根据纤维原料、制浆工艺以及提取方法等的不同，它们的物理化学性质相差很大，因此其应用也是非常多样化的。工业木质素通常分为四类：①水解木质素：水解木质素是用酸进行糖化后得到的残渣，它对水和溶剂的溶解性都很差，反应性能也很差，大部分已经发生缩合，因此多用作燃料。②碱木质素：碱木质素主要来自于硫酸盐法、烷碱法等碱法制浆废液。③木质素磺酸盐：木质素磺酸盐来自于亚硫酸盐制浆废液，其具有很好的水溶性和广泛的应用前景。④其他木质素：溶剂型木质素、酶解木质素等。本专利技术方法中，所述碱溶液中木质素的浓度可为2.5-50wt％。为进一步更好地实现本专利技术目的，所述木质素、醛和氨基酸的重量比优选为20:1:2-5:1:6。为进一步更好地实现本专利技术目的，所述加热反应的温度优选控制在60-100℃；时间优选控制在2-4h。本专利技术方法中，所述的碱溶液优选为pH12-14的水溶液。本专利技术方法中，所述加热反应后体系可通过中和、除盐、干燥，得到纯化的产物。所述的中和指调节体系pH为6-8。所述除盐可包括利用截留分子量2500Da的透析袋透析，或利用截留分子量2500Da的滤膜超滤，或过阴阳离子树脂。本专利技术还提供上述方法制备得到的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。本专利技术的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂具有高抗菌活性，抗菌性能优于木质素，同时对革兰氏阳性菌和阴性菌具有抑制作用，且毒性低，生物相容性好。本专利技术还提供上述氨基酸改性木质素广谱抗菌剂在生物医药、食品和化妆品领域中的应用。木质素是天然多酚聚合物，具有较高的抗氧化性和光稳定性，表面聚集着大量的活性氧簇，当木质素与细菌接触时会释放活性氧簇，诱导细菌发生氧化应激反应，从而改变细菌正常的氧化还原生理过程而死亡。木质素带负电，一般只抑制革兰氏阳性菌，对于革兰氏阴性菌没有活性。通过天然抗菌肽中活性氨基酸组分改性，不但可以增强木质素的抗菌活性，还可以使木质素抑制革兰氏阴性菌，使木质素具有广谱抗菌性，有效拓展了天然高分子木质素的应用领域，在生物医药、食品和化妆品领域有着巨大的应用前景。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：1、本专利技术将天然抗菌肽中的活性氨基酸组分接枝到天然木质素上，既增强了木质素的抗菌活性，也实现了木质素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：含5‑50重量份木质素的碱溶液中，加入1‑5重量份的醛和1‑5重量份的氨基酸，40‑120℃加热反应1‑6h后，得到氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：含5-50重量份木质素的碱溶液中，加入1-5重量份的醛和1-5重量份的氨基酸，40-120℃加热反应1-6h后，得到氨基酸改性木质素广谱抗菌剂。2.根据权利要求1所述的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于：所述的氨基酸为赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、组氨酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于：所述的氨基酸为碱性氨基酸赖氨酸、精氨酸和组氨酸中的至少一种。4.根据权利要求1所述的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于：所述的醛为甲醛和二醛中的至少一种。5.根据权利要求1所述的氨基酸改性木质素广谱抗菌剂的制备方法，其特征在于：所述的木质素包括溶剂型木质素、酶解木质素、碱木质素以及木质素磺酸盐的工业木质素中的至少一种。6.根据权利要求5所述的氨基酸改...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱学青，李岚，钱勇，陈凯，杨东杰，楼宏铭，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44