Page 109 - 《精细化工》2023年第2期
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第 2 期 张鉴伟,等: 油酸和十二烷二酸的氨基酸酯合成及其抗菌性 ·331·
由于细胞结构和组成的多样性,同一种抗菌剂对不 L-酪氨酸甲酯盐酸盐)为主要原料来合成脂肪酰氨
同微生物的效果存在显著差异。并且抗菌剂的滥用 基酸酯,并以 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚
或误用可能危害人类健康,导致细菌具有抗药性, 胺盐酸盐(EDC•HCl)为脱水剂和 1-羟基苯并三唑
破坏生态平衡。因此,开发新型、环境友好的抗菌 (HOBt)为酰胺缩合剂进行反应,将高沸点的油脂
剂成为当前亟待解决的关键问题。 引入氨基酸体系,提高其热稳定性;同时,脂肪酸
[7]
目前,常见的抗菌添加剂主要包括季铵盐 、 的亲油基团和氨基酸的亲水基团将赋予产物良好的
[8]
[9]
双胍以及有机酚类 。NAKATA等 考察了溴化十六 水油两亲性;此外,产物通过一步法合成,避免了
烷基三甲铵(CTAB)对大肠杆菌的影响,结果发现, 离子反应的影响,提高了其稳定性。对所合成产物
其能够诱导细胞内超氧化物增多,从而影响细胞正 进行表征和性能测试,旨在提供性能优异的表面活
常生长,实现抑菌的效果。KIM 等 [10] 将海藻酸钠与 性剂。
3-三甲氧基硅丙基十八烷基二甲基氯化铵进行反
1 实验部分
应,合成了一种复合铵盐,并测试了其对大肠杆菌、
金黄色葡萄球菌、白假丝酵母菌和腐霉菌等细菌和 1.1 试剂与仪器
真菌的抑制作用,结果表明,复合产物对这几种菌 油酸(AR)、十二烷二酸(质量分数 99%)、L-
的抑菌性极强,在 20 min 内完全抑制了细菌的正常 丙氨酸乙酯盐酸盐(质量分数 98.5%)、甘氨酸乙酯
生长。然而,通过生物毒性分析,季铵盐分解后的 盐酸盐(质量分数 99%)、L-蛋氨酸甲酯盐酸盐(质
产物对人体有害 [11-12] ,限制了其在食品或日化行业 量分数 98%)、L-亮氨酸乙酯盐酸盐(质量分数
中的应用。另外,这类合成抗菌添加剂的抗菌性容易 98%)、L-酪氨酸甲酯盐酸盐(质量分数 98%)、HOBt
受高温影响,抑菌效果不稳定。DIZMAN 等 [13] 通过 (质量分数 97%)、EDC•HCl(质量分数 98.5%)、三
对 1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷三乙烯二胺进行 TGA 乙胺(Et 3N,AR)、二氯甲烷(DCM,AR),上海麦
分析,发现其在 100 ℃以上开始分解,并在 150 ℃ 克林生化科技有限公司;月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐(质
完全分解。天然脂肪酸具有可生物降解性和低毒性, 量分数 96%),广州宏程生物科技有限公司;金黄色
是一种理想的生物抗菌剂原料 [14-19] 。DESBOIS 等 [20] 葡萄球菌 CMCC(B)26003、大肠杆菌 CMCC(B)44102,
的研究表明,天然脂肪酸可穿透细胞膜,引起细胞 上海鲁微科技有限公司。
内代谢紊乱和营养物质流失,并且脂肪酸的碳链长 Nicolet iS10 傅里叶变换红外光谱仪,美国
度及不饱和度均不同程度地影响其生物抗菌性。然 Nicolet 公司;Avance Ⅲ 400 MHz 核磁共振波谱仪,
德国 Burker 公司;nanoAcquity UPLC 纳升级超高效
而,天然脂肪酸的亲水基团较少,水溶性相对较差,
难以添加在水性溶液中使用。另外,其分子结构本 液相色谱仪,美国 Waters 公司;LTQ XL 质谱仪,
美国 Thermo Scientific 公司;TGA2 热重分析仪,瑞
身不具备其他抗菌性基团(如酰胺结构、酚羟基
士 Mettler Toledo 公司;Litesizer100 动态光散射粒
等),因此其抗菌效果不佳,需要对其进行改性。
度仪,奥地利 Anton Paar 公司;UV-2700 紫外-可见
最常见的改性方法是通过脂肪酸与氨基酸进行酰
光分光光度计,日本 Shimadzu 公司。
胺化反应来合成脂肪酰氨基酸。月桂酰-L-精氨酸
1.2 脂肪酰氨基酸酯的合成
乙酯(LAE)是一种脂肪酰氨基酸,作为抗菌剂的
L-丙氨酸乙酯盐酸盐、甘氨酸乙酯盐酸盐、L-
典型代表,其主要活性组分为月桂酰-L-精氨酸乙
蛋氨酸甲酯盐酸盐、L-亮氨酸乙酯盐酸盐和 L-酪氨
酯盐酸盐,具有广谱抗菌性,能抑制大部分食源性
酸甲酯盐酸盐在 EDC•HCl/HOBt 的作用下分别与油
致病菌。尽管如此,LAE 也存在一些缺陷,如当浓
酸进行反应,生成了 5 种油酸的氨基酸衍生物;另
度较高时,其会带有苦味,且其为阳离子型表面
外,L-丙氨酸乙酯盐酸盐和甘氨酸乙酯盐酸盐分别
活性剂,可能与食品中(如果胶等)带负电荷的
与十二烷二酸进行反应,生成了 2 种十二烷二酸酰
组分发生离子反应,从而形成沉淀,导致抗菌性
显著降低 [21-22] 。尽管已有的抗菌剂种类繁多,但仍 氨基酸酯,合成路线如下所示。
存在许多问题,如生物毒性较大 [11-12] 、热稳定性较
差 [13] 、油溶性或水溶性较差 [20] 、易与其他组分结
合产生沉淀等问题。
本文以绿色环保的脂肪酸(油酸和十二烷二酸)
和氨基酸(L-丙氨酸乙酯盐酸盐、甘氨酸乙酯盐酸
盐、L-蛋氨酸甲酯盐酸盐、L-亮氨酸乙酯盐酸盐和