本發(fā)明涉及一種抗菌型酪素及其制備方法，屬于酪素改性技術領域。
背景技術：
酪素又稱酪蛋白、干酪素、乳酪素等，主要是從牛乳中分離、提取出的一種純天然、含磷的復合蛋白質(zhì)，為白色、無味、無嗅的細小顆粒或粉末，其化學組成大致為C170H268N42SPO51，其平均相對分子質(zhì)量一般為75000-350000。酪素溶于稀堿和濃酸，在水中溶脹，溶脹后的酪素更容易溶于酸、堿溶液。酪素的分子結(jié)構(gòu)基本上與普通蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，以肽鍵互相連接而成，側(cè)鏈中含有大量的羧基、氨基及羥基等活性官能團，廣泛應用于食品、生物、醫(yī)藥、化工等領域中。同時，酪素中氨基酸種類齊全，易被微生物降解、利用，因此可以作為微生物培養(yǎng)基使用。正因如此，酪素在工業(yè)中應用時，也容易導致產(chǎn)品霉變等問題。因此，對酪素進行改性，引入抗菌成分，制備抗菌型酪素對于拓寬酪素的應用領域具有重要意義。
中國專利文獻CN 105694649A公開了一種抗菌封底型陽離子改性酪素皮革涂飾劑的制備方法。將己內(nèi)酰胺和去離子水以1:10的質(zhì)量份攪拌均勻，即得己內(nèi)酰胺水溶液，再稱取干酪素、三乙醇胺和去離子水以4:1:15質(zhì)量份置于三口燒瓶內(nèi)，升溫攪拌后繼續(xù)升溫并勻速滴加己內(nèi)酰胺水溶液，滴加完畢保溫反應后同時滴入質(zhì)量份比例為1:0.06:0.1的丙烯酸丁酯、過硫酸銨以及陽離子單體，保溫反應后室溫冷卻，即得陽離子改性酪素乳液。此方法能夠有效涂蓋并具有抗菌性。但此方法制備步驟較為復雜，成本較高，是陽離子材料的使用賦予了基材一定的抗菌性。
中國專利文獻CN 105061781A公開了長效防霉型聚丙烯酸酯改性酪素復合乳液及其制備方法。將中空ZnO微球置于2-硫氰基甲基硫代苯并噻唑溶液中，陳化離心干燥得載藥中空ZnO，置于多巴胺溶液中，水浴震蕩，離心烘干得多巴胺包覆改性載藥中空ZnO復合防霉劑；在酪素水溶液中滴加三乙醇胺，過濾加水加熱，兩次加入己內(nèi)酰胺溶液，滴加丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯混合溶液和過硫酸銨溶液得聚丙烯酸酯改性酪素乳液，在乳液中加入多巴胺包覆改性載藥中空ZnO復合防霉劑溶液，超聲得長效防霉型聚丙烯酸酯改性酪素復合乳液。本發(fā)明制備的復合薄膜表現(xiàn)出較好的防霉效果。但此方法制備步驟繁瑣，成本較高，需要外加防霉劑來制備載藥中空ZnO復合防霉劑。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種抗菌型酪素及其制備方法。本發(fā)明的目的是制備一種抗菌型酪素，特別是一種基于天然酪素或改性酪素與改性三氯生反應的方法，從而提高酪素蛋白耐微生物降解的作用，拓寬其應用范圍。
本發(fā)明的技術方案如下：
一種抗菌型酪素，具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)式：
其中，R基團為Cl或式(II)所示的結(jié)構(gòu)。
分子結(jié)構(gòu)式中y代表酪素或改性酪素中-COONa結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，x代表酪素或改性酪素中-NH2結(jié)構(gòu)單元的總數(shù)目，n代表經(jīng)改性三氯生接枝的-NH-的數(shù)目。
所述x、y、n根據(jù)所用原料酪素的來源不同而不同，其中，y的取值范圍為4-8，x的取值范圍為3-7，n的取值范圍為3-7，n≤x。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述抗菌型酪素為水溶液，可直接使用，也可經(jīng)干燥后使用。
一種抗菌型酪素的制備方法，包括步驟如下：
(1)將天然酪素或改性酪素溶解于堿液中，調(diào)節(jié)pH至7-12；
(2)加入酪素質(zhì)量的0.01％-50％的改性三氯生，升溫至30-100℃，反應0.1-24h，即得抗菌型酪素。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)中的堿液為無機堿的水溶液。
優(yōu)選的，所述步驟(1)中的堿液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉的水溶液。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)中用無機酸或有機酸調(diào)節(jié)pH。
優(yōu)選的，所述步驟(1)中用鹽酸、硫酸、磷酸、甲酸或乙酸調(diào)節(jié)pH。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中改性三氯生的用量為酪素質(zhì)量的2％-10％。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中反應溫度為60-90℃。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中反應時間為0.5-8h。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中改性三氯生具有式(III)所示的結(jié)構(gòu)式：
其中，R基團為Cl或式(II)所示的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中改性三氯生的制備方法包括步驟如下:
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化2h～8h，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，0℃反應1h～5h，經(jīng)分離、中和、純化，即得改性三氯生。
優(yōu)選的，所述三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.1～1:1.8；三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為3:1～1:3，進一步優(yōu)選1:1～2:1.
天然酪素是指從動物乳汁中提取的天然蛋白質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中保留天然酪素的全部或部分氨基和羥基，并具有適度水溶性。改性酪素是指天然酪素經(jīng)適度化學改性，并且分子結(jié)構(gòu)中保留天然酪素的全部或部分氨基和羥基，并具有適度水溶性的物質(zhì)。
天然酪素或改性酪素與改性三氯生反應制備抗菌型酪素的原理如下：
有益效果
三氯生具有廣譜的抗菌效果，毒性低，不易使細菌產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點，廣泛應用于日化領域。三氯生經(jīng)改性后能與酪素的氨基反應，以化學鍵的形式牢固結(jié)合于酪素分子中，從而賦予酪素抗菌性能。本方法相對傳統(tǒng)的酪素改性方法，其反應活性高，產(chǎn)物抗菌性能好，為改性酪素提供了新的改性方法。
附圖說明
圖1為試驗例1中的抗菌效果圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但不限于此。
同時下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
所用的天然酪素、改性酪素、三氯生可市購獲得。
實施例1
一種抗菌型酪素，分子結(jié)構(gòu)式如下：
其中，y為4-8，x為3-7，n為3-7，n≤x。
制備步驟如下：
(1)取10g天然酪素加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，緩慢攪拌使酪素溶解；待酪素溶解完全后，用0.05mol/L的鹽酸溶液調(diào)整體系的pH至8.5；
(2)改性三氯生的制備
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化4h，三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.1，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為1:1，在冰水浴中反應1h，最后經(jīng)分離、氫氧化鈉溶液中和至中性、純化，即得改性三氯生。
(3)然后在酪素溶液中加入1g上述改性三氯生，升溫至60℃，反應5h，既得抗菌型酪素水溶液；水溶液經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥等方式干燥后粉碎，既得抗菌型酪素粉料。
實施例2
一種抗菌型酪素，分子結(jié)構(gòu)式如下：
其中，R基團為Cl或式(II)所示的結(jié)構(gòu)，y為4-8，x為3-7，n為3-7，n≤x。
制備步驟如下：
(1)取10g天然酪素的酸性水解物加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，緩慢攪拌使酪素溶解；待酪素溶解完全后，用0.05mol/L的乙酸溶液調(diào)整體系的pH至9；
(2)改性三氯生的制備
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化1.5h，三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.8，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為1.2:1，在冰水浴中反應2h，最后經(jīng)分離、氫氧化鈉溶液中和至中性、純化，即得改性三氯生。
(3)加入2g上述改性三氯生，升溫至70℃，反應3.5h，既得抗菌型酪素水溶液；水溶液經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥等方式干燥后粉碎，既得抗菌型酪素粉料。
本實施例所制備的抗菌型酪素是R基團為Cl和式(II)所示結(jié)構(gòu)的抗菌型酪素的混合物。
實施例3
一種抗菌型酪素，分子結(jié)構(gòu)式如下：
其中，y為4-8，x為3-7，n為3-7，n≤x。
制備步驟如下：
(1)取10g經(jīng)乙烯基單體改性的酪素加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.01mol/L的氫氧化鉀溶液，緩慢攪拌使乙烯基單體改性的酪素溶解；待其溶解完全后，用0.1mol/L的甲酸溶液調(diào)整體系的pH至8.5；
(2)改性三氯生的制備
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化3h，三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.4，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為2:1，在冰水浴中反應4.5h，最后經(jīng)分離、氫氧化鈉溶液中和至中性、純化，即得改性三氯生。
(3)加入3g上述改性三氯生，升溫至90℃，反應2.5h，既得抗菌型酪素水溶液；水溶液經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥等方式干燥后粉碎，既得抗菌型酪素粉料。
實施例4
一種抗菌型酪素，分子結(jié)構(gòu)式如下：
其中R基團為Cl或式II所示結(jié)構(gòu)，其中，y為4-8，x為3-7，n為3-7，n≤x。
制備步驟如下：
(1)取10g經(jīng)聚硅氧烷改性的酪素加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.02mol/L的氫氧化鉀溶液，緩慢攪拌使乙烯基單體改性的酪素溶解；待其溶解完全后，用0.1mol/L的硫酸溶液調(diào)整體系的pH至9.5；
(2)改性三氯生的制備
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化5h，三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.3，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為1.5:1，在冰水浴中反應3.5h，最后經(jīng)分離、氫氧化鈉溶液中和至中性、純化，即得改性三氯生。
(3)然后加入0.1g上述改性三氯生，升溫至90℃，反應2.5h，既得抗菌型酪素水溶液；水溶液經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥等方式干燥后粉碎，既得抗菌型酪素粉料。
本實施例所制備的抗菌型酪素是R基團為Cl和式(II)所示結(jié)構(gòu)的抗菌型酪素的混合物。
實施例5
一種抗菌型酪素，分子結(jié)構(gòu)式如下：
其中R基團為Cl或式II所示結(jié)構(gòu)，y為4-8，x為3-7，n為3-7，n≤x。
制備步驟如下：
(1)取10g經(jīng)復合改性的酪素加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.05mol/L的碳酸鈉溶液，緩慢攪拌使乙烯基單體改性的酪素溶解；待其溶解完全后，用0.1mol/L的硫酸溶液調(diào)整體系的pH至8；
(2)改性三氯生的制備方法
將三氯生溶于四氯化碳溶液中，于4攝氏度下，用濃硫酸磺化5h，三氯生與濃硫酸的摩爾比為1:1.3，經(jīng)分離、中和、純化，得三氯生磺化物；然后將三氯生磺化物溶于蒸餾水中，加入三聚氯氰，三氯生磺化物與三聚氯氰的摩爾比為1.5:1，在冰水浴中反應3.5h，最后經(jīng)分離、氫氧化鈉溶液中和至中性、純化，即得改性三氯生。
(3)加入0.5g改性三氯生，升溫至30℃，反應24h，既得抗菌型酪素水溶液；水溶液經(jīng)噴霧干燥或冷凍干燥等方式干燥后粉碎，既得抗菌型酪素粉料。
本實施例所制備的抗菌型酪素是R基團為Cl和式(II)所示結(jié)構(gòu)的抗菌型酪素的混合物。
對比例1
與實施例1不同的是，用三氯生代替改性三氯生。
制備步驟如下：
(1)取10g天然酪素加入帶有攪拌裝置的四口瓶中，加入90ml 0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，緩慢攪拌使酪素溶解；待酪素溶解完全后，用0.05mol/L的鹽酸溶液調(diào)整體系的pH至8.5；
(2)然后加入1g三氯生，升溫至60℃，反應5h，既得產(chǎn)物。
試驗例1
用濾紙片法測定了實施例1和對比例1制備得到的抗菌型酪素對大腸桿菌的抗菌性能。將滅菌后的濾紙片用以上樣品溶液浸透，置于已接種了大腸桿菌的培養(yǎng)基上，將培養(yǎng)基置于37.5℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12h，其抗菌效果如圖1所示，可以看出本發(fā)明合成的抗菌型酪素具有較好的抑制效果。