阿魏酸／壳聚糖交联的研究进展

  李辰，李坚斌*

  广西大学轻工与食品工程学院（南宁530004）

摘要  阿魏酸是米糠的主要成分之一。壳聚糖一种天然高分子多糖体，是动物性的食物纤维。综述了国内外阿魏酸和壳聚糖的研究情况，以及阿魏酸／壳聚糖交联物的制备与抗氧化性的检测方法，分析了目前功能应用现状，并展望了未来发展趋势。

关键词  阿魏酸／壳聚糖；制备；抗氧化性的检测：应用

 阿魏酸( Ferulic acid)，化学名为4-羟基-3-甲氧基苯丙烯酸，分子量194.18，从化学结构上看，阿魏酸有顺式和反式两种立体异构体，如图1所示。100多年来人们对阿魏酸的鉴定、检测以及其对人体与食品的抗氧化作用和抗紫外线吸收的特性、抗癌作用，以及提取与合成方法等进行了一定的研究与开发工作，但无论是在制备与应用方面的研究仍然是较为有限的。所以，阿魏酸衍生物的开发受到了极大关注。壳聚糖( Chitosan,  CTS)是天然类多糖甲壳素的重要衍生物，其化学结构为1，4-2-氨基-2-脱氧-β-D -葡萄糖，广泛存在于甲壳类动物如虾蟹及昆虫等的外壳，以及许多低等植物如菌藻类的细胞壁中，是自然界中储量仅次于纤维素的最丰富的天然高分子材料。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰化处理后得到。壳聚糖具有优异的生物相容性和可降解性，且安全无毒，从而被誉为最具应用前景的载药材料之一。壳聚糖作为药物载体可起到控制药物释放，延长药效，降低毒副作用，提高疏水性药物稳定性，改变给药途径等作用，还能增强制剂的靶向给药能力。此外，壳聚糖还有很好的吸附性、保湿性、成膜性和通透性，并富有良好的生物相容性，可再生性和易化学修饰性等优越的性能，还具有抗癌、降脂、抗血凝、抗酸、抑菌、抗溃疡及增强免疫等生物活性，能够被广泛地应用于生物工程、医药、化学化工和食品等各个领域。综述了运用壳聚糖作为载体的性质，与阿魏酸交联的研究进展，并对未来发展趋势进行展望。

1  国内外研究情况

 国内对阿魏酸的研究越来越热。章洛汗等综合评价了阿魏酸的功效，并分析比较各种阿魏酸的制备方法，为阿魏酸应用研究奠定基础。陈达佳等以鮰鱼皮胶原蛋白与壳聚糖为原料制备可食用复合膜，用阿魏酸进行改性。通过正交试验，考察阿魏酸的添加量、热处理温度和热处理时间等工艺参数对复合膜性能的影响，以期降低复合膜的水蒸汽透过率和增强复合膜的机械性能。试验结果表明，阿魏酸添加量、热处理温度和热处理时间对复合膜的性能影响显著。最佳改性条件为：阿魏酸浓度2%、热处理温度70 0C、热处理时间30 min。接着，肖乃玉等以胶原蛋白为成膜基材，通过添加阿魏酸，并辅以甘油以及海藻酸钠等物料，利用胶原蛋白分子结构特点以及其他添加物质的性能构效关系，流延制备出阿魏酸一胶原蛋白抗菌膜，通过牛津杯法测得所得膜对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（葡萄球菌）的抑菌圈直径为17～22 mm,表现出很强的抑菌能力。壳聚糖的研究也受到越来越多的关注。叶光辉综述了壳聚糖应用于吸附剂，  “药物载体”、  “药物缓释”催化剂等领域的应用情况。简单介绍了壳聚糖的制备方法并展望了其发展方向和前景。壳聚糖的开发应用研究已经在全球范围内掀起了热潮，在食品、化妆品、医药、生物工程、化工、水处理、贵金属提取及回收以及生化等诸多领域的应用研究都取得了重大进展，建议要加大开发力度。徐闯等和鲍文毅等利用壳聚糖溶液包覆法制备了具有高气体阻隔性及抗菌性的透明纤维素膜，其扫描电镜照片证明壳聚糖厚度在1.31～4.07 μm之间。通过红外光谱、紫外光谱、热重分析仪、电子万能试验机和接触角测试仪对纤维素／壳聚糖共混膜的结构和性能进行了详细研究，结果表明，由于壳聚糖和纤维素之间具有一定的氢键相互作用，使得纤维素／壳聚糖共混膜较好地保持了纯纤维素膜的机械强度，其拉伸强度都大于110 M Pa。此外，壳聚糖的包覆对纤维素膜的透明性没有影响，它在600～800nm处的透光率仍维持在80%左右，并且提高了纤维素膜的疏水性，其水接触角从纤维素膜的700提高到1000。总之，国内对阿魏酸的研究主要集中在制备与性质，对壳聚糖的研究主要是作为载体与其他化合物交联及交联后化合物的应用。

 Oluyemisi E等指出酶的催化修饰能够提高芬类化合物的生物性能，现在的研究人员主要用漆酶来催化修饰阿魏酸，来提高阿魏酸的抗氧化性能。Dhanalakshmi Navaneetha Krishnan等主要探索阿魏酸的抗氧化性和保肝性能，先用醋氨酚诱导大鼠肝 损伤，然后给其注射阿魏酸等试剂，通过空白对照，来证明阿魏酸的抗氧化性和保肝性能。AnuragKhatkar等研究了一系列阿魏酸衍生物的抗菌性，提高了阿魏酸抗菌性的应用价值。国外对壳聚糖的研究也日以增多，Florence Croisier等指出壳聚糖是从角素中得到的一种独特的生物高聚物，展现了独特的性能，如生物兼容性和生物降解性能，所以利用其生物性能，探索了壳聚糖在生物组织工程方面的应用，为进一步探索壳聚糖生物性能奠定了基础。Huajie Liu等主要探索了壳聚糖对油井水泥的强度和增稠性能方面的影响。结果显示，壳聚糖对其强度和增稠效果有很好的调节作用。接着，Shima Daya，ian等研究了壳聚糖及壳聚糖衍生物薄片的物理机械性能，为开发其机械性能提供参考依据。从国内外对阿魏酸和壳聚糖的研究现状可以看出，两者是目前研究的焦点，且两者的性能也具有很大的研究价值，结构独特，为两者的交联和应用提供了很大的基础。Abdulhadi Aljawish等通过以阿魏酸作为底物，漆酶作为催化剂将颗粒状的壳聚糖进行功能化，最后生成的阿魏酸壳聚糖衍生物呈现一种橘黄色稳定状态，通过光谱分析及检测，得出阿魏酸／壳聚糖衍生物有较高的抗氧化性能，为其应用提供依据。接 着，Sarekha Woranuch等主要研究了阿魏酸与壳聚糖交联后的热稳定性和抗氧化性，并探讨了交联物的抗氧化性能否用于可降解性包装材料，结果表明，阿魏酸和壳聚糖交联有很好的热稳定性，利用其抗氧化性可以做出更好的可降解包装材料，不但提高了其氧气阻碍性能，也增加了其拉伸强度，而且，降解性比一般包装材料要强，具有很好的开发前景。

  2阿魏酸／壳聚糖的制备与检测

  2.1  阿魏酸，壳聚糖的制备

 国内外对阿魏酸壳聚糖交联物的制备都有不少研究，Sarekha Woranuch等首先把浓度为1.2 g/100 m L的壳聚糖溶液在室温下溶解于体积分数为1%的醋酸溶液中，然后制备阿魏酸-EDTA-乙醇(10 m L)混合溶液，最后在恒定的温度下，把阿魏酸的混合液加入到50 m L的壳聚糖溶液中，并不断地搅拌，设定壳聚糖与阿魏酸不同比例(1.0：0.0，1.0：0.5.1.0：1.0，1.0：1.5, 1.0：2.0和1.0：2.5)和不同温度(40℃ ，60℃和80 ℃)，不同反应时间(1.5，3.0, 4.5

和6.0 h)。最后混合物被洗涤出去的是自由醋酸和副产物，再用10 000 r/min的离心机离心30 min，除去未反应的阿魏酸，上清液即为所得阿魏酸和壳聚糖的交联物。裴继诚等研究发现，由于壳聚糖在pH为6.1下不溶解，所以在非均相条件下接枝。将壳聚糖粉末分散于100 m L缓冲溶液（100 m mol/L磷酸盐缓冲液， pH为6.5）中，并在40℃下不断摇晃，然后依次加入6mL溶有阿魏酸(10 m mol/L)的甲醇溶液和漆酶(2.14U/m L)，在整个反应过程中通氧，反应4h。反应后，分别用甲醇、乙醇和水对壳聚糖进行彻底漂洗，真空干燥后储存于4℃下备用分析。对照组的样品为不加入阿魏酸，以相同的方式进行处理。此方法与上述方法相比较简单，没有上述方法严谨，随着科技的发展，越来越好的方法将会被很快发现，科研会得到更大的发展。

  2.2阿魏酸／壳聚糖抗氧化性的检测

 阿魏酸／壳聚糖抗氧化性的检测方法有多种，最常用且最准确的方法为：

3阿魏酸／壳聚糖的应用

3.1阿魏酸／壳聚糖在可降解活性包装材料中的应用

 Sarekha Woranuch等制备出了阿魏酸壳聚糖交联物，接着探索了其热稳定性和抗氧化性，最后制成了可降解性包装材料，大大提高了包装材料的氧气阻碍性能和抗氧化性能，而且可降解性较好，减少了白色污染，具有很大的开发价值。

3.2  阿魏酸／壳聚糖医学行业中的应用

 Yoshifumi murata等制备出阿魏酸壳聚糖交联物，壳聚糖作为载体，阿魏酸作为释放物，通过体外试验，来证明阿魏酸壳聚糖交联物有预防高血压的性能，且达到了很好的效果。

 Wei Wu等主要把阿魏酸壳聚糖运用于创伤性脊髓损伤的功能修复，指出阿魏酸壳聚糖交联是一种较强的神经保护剂，但它的全身传输系统很差，所以主要此交联物来延长在体内的循环时间，使壳聚糖载着阿魏酸到达损伤区域；同时发现，此交联物颗粒也能到达灰质和白质，能够保护大脑神经系统，及时修复受损的神经系统，达到修复脊髓损伤的效果。Yung-

Hsin Cheng等发现了阿魏酸壳聚糖交联物具有髓核再生的功能，指出在成长的过程中的过氧化作用，能够加速髓核细胞的退化，从而加速人们的衰老，阿魏酸具有很强的抗氧化作用，利用其较强的抗氧化性能来阻止体内的过氧化反应，增加髓核再生，减缓髓核细胞的退化，从而减缓衰老，对人们的健康有很大作用。

3.3阿魏酸／壳聚糖在凝胶材料方面的应用

 Yung-Hsin Cheng等利用阿魏酸的抗氧化性和抗炎的性能，使阿魏酸和壳聚糖交联，来制备水凝胶，运用于修复氧化压力带来髓核细胞的损伤，具有很好的效果，开发价值匪浅。

4展望

 阿魏酸／壳聚糖具有很大的发展前途，但也存在需要增强或改进的地方。阿魏酸和壳聚糖的研究主要集中在阿魏酸的抗氧化性和壳聚糖作为载体的性质，可以开发研究阿魏酸和壳聚糖的其他性能，例如，阿魏酸的抗菌、抗炎和抗病毒等性质，壳聚糖能调节脂质代谢、减少血液胆固醇、调理肠胃以及抗结核等多种生物活性，其优良的抗菌性，可防止痛风、胃溃肠，可以制作隐形眼镜和接触镜片的清洗液，还可制作人造眼泪和消炎眼药膏，此外，阿魏酸还用于心脏病、治疗脑神经系统、动脉硬化、糖尿病及并发症等。壳聚糖生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性、降血脂及降血糖等优良性能被各行各业广泛关注。另外，阿魏酸和壳聚糖制备和检测方法要进行改善。常见制备方法有：酶催化合成．化

学催化合成法、乳化交联法及离子凝胶法等，找到更完善合理的制备方法，为交联物的制备提供便利和依据。最后，在阿魏酸／壳聚糖交联物应用方面有待更广范围的研究，主要集中在医药和材料方面，可开发其在食品、化工、化妆品及生物工程等领域的应用价值。阿魏酸／壳聚糖交联物在今后的研究中将有更广阔的前景。