肉桂醛—氨基酸希夫碱的合成、抑菌活性及定量构效关系研究

肉桂醛—氨基酸希夫碱的合成、抑菌活性及定量构效关系研究肉桂醛是肉桂精油的主要成份,存在于肉桂树的树皮、枝、叶当中。肉桂醛是天然存在的抑菌物质,具有较高的安全性,肉桂醛常被开发用于食品防腐,医药抗菌剂等方面。

由于肉桂醛极易挥发、水中不溶解、易被氧化等缺点造成肉桂醛在使用过程中受到了极大的限制。将肉桂醛加以改性,是肉桂醛扩大应用的一个方向。

本论文以肉桂醛、对甲氧基肉桂醛、对氯肉桂醛及人体所需7种氨基酸:谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸为原料合成了 21种肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物,该反应在室温条件下就可发生。并采用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、质谱(MS)等方法进行结构表征,证明了化合物为目标化合物。

本论文研究了所合成的21种肉桂醛-氨基酸席夫碱化合物对黑曲霉(Aspergillus niger)、桔青霉(Penicillium citrinum)、大肠杆菌(Escherichiacoli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的抑菌性能。测试浓度采用四个浓度梯度进行,分别为0.25mol/L、0.125 mol/L、0.0625 mol/L 和 0.03125 mol/L。

对化合物的抑菌圈直径分析发现:所合成的21种肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物都能够有效地抑制测试真菌和细菌的生长,其中大多数化合物的抑菌效果比肉桂醛和对照化合物氟康唑和环丙沙星好。随着测试浓度的增加,化合物的抑菌效果明显增加(p<0.05)。

进一步在0.125 mol/L的浓度条件下研究了肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物的广谱抑菌性能,测试菌种增加了酵母菌(Saccharomycetes)、彩绒革盖菌

(Tramenes versicolor)、密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)、土曲霉(Astergillus treeus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。研究发现肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物具有良好的广谱抑菌性能。

通过抑菌性能研究发现肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物的抑菌效果与其化学结构有着密切的关系。为了明确该类化合物的结构和抑菌之间的关系,本论文采用定量构效关系(QSAR)研究方法从分子水平上研究了化合物结构与抑菌性能之间的关系。

论文中采用Chembio 3D软件画出化合物的三维分子结构,并采用AMPAC AGUI 9.2.1对化合物结构进行优化。优化后的结构数据导入CODESSA 2.7.16软件计算化合物的结构描述符,并采用最佳多元线性回归(Best Multiple Linear Regression)统计方法得到了结构描述符和抑菌活性之间的关系。

通过转折点法从一系列的模型中选出最佳定量构效关系模型。最后通过内部验证法和留一法对模型稳定性进行验证,表明得到的QSAR模型可靠且具有很好的预测能力。

将所得到的模型用于开发具有高抑菌活性的肉桂醛类化合物。根据对模型主要影响因素的分析,设计了多种肉桂醛-氨基酸希夫碱类化合物,从中筛选出三种具有高抑菌活性的肉桂醛类化合物在实验室进行合成、结构确定、抑菌活性测定。

这三种化合物的抑菌性如模型预测的一样,对测试菌种生长表现出了很强的生长抑制作用。这类新型的肉桂醛-氨基酸希夫碱化合物不仅避免了肉桂醛在使用过程中的诸多缺点,还具有高效的抑菌性能,水溶性好,合成原料安全易得,合成方法简单高效等优点。

挑出两种抑菌性能较好的化合物:谷氨酸-肉桂醛希夫碱和天冬氨酸-肉桂醛

希夫碱作为活性添加物质成功的制备聚乙烯醇(PVA)肉桂醛希夫碱抑菌膜。采用微生物生长曲线法对膜的抑菌性能进行了测试,得到所制备的抑菌膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长起到了抑制作用。

在食品模拟物香蕉保护实验得出,抑菌膜能够抑制食品表面微生物的生长,增长食物的货架期。对膜的物理性质研究得到:肉桂醛-氨基酸希夫碱少量的加入到PVA中,与PVA形成了氢键增强了机械性能,随着增加量的增多,希夫碱在高分子量间堆积,降低了膜的拉伸强度;由于肉桂醛-氨基酸希夫碱的亲水性造成了膜的水蒸气透过率随着添加量的增加而增加;抑菌膜具有很好的透明度,在可见光区透过率可以达到90%。