1、毕业论文文献综述食品科学与工程有机抗菌剂的研究进展摘要受微生物危害的困扰，抗菌一直是人们关注的课题。因而抗菌剂的研究和发展越来越受到人们的关注。其中有机抗菌剂较无机抗菌剂和天然抗菌剂有着杀菌力强、即效好等特点，具有广阔的应用前景。本文主要介绍有机抗菌剂的种类及特点，并对其进行展望。关键词抗菌；抗菌剂；有机抗菌剂；天然抗菌剂；无机抗菌剂0、前言随着科学技术的不断发展和人们生活水平的提高，人们的健康意识逐渐增强，对日常用品尤其是环境的清洁化和食品的健康化给予了更高的重视。然而在人们的日常生活环境中，有害细菌分布非常广泛，而且数量庞大，种类繁多，污染各种食品，导致食品安全事件频频发生，严重威胁着人类
2、的健康1。为了防止细菌、霉菌和病毒等导致的微生物危害，人们长期以来采用各种方法与各类微生物的危害进行斗争2。因而，抗菌剂的研究和发展越来越受到人们的关注。1、抗菌剂概述及分类及特点抗菌剂的研究、开发始于20世纪80年代初3。抗菌剂指的是能够在一定时间内，使多种微生物如细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等的繁殖或生长被抑制在必要水平以下的一些化学物质，具有刺激性小、使用浓度下毒性较低、不会引起过敏反应、作用温和等特点4。可用作抗菌剂的物质为数不少,大体上分为无机抗菌剂和有机抗菌剂这2类。无机抗菌剂是以无机材料为载体，通过不同的方法与具有抗菌能力的银、铜、锌等过渡族金属离子，氧化物或TIO2、ZRO2
3、等光催化材料等复合而制得的一类具有抗菌能力的产品。具有无挥发、安全性高、耐热性好以及不产生耐药性和抗菌失效的特点，但是因其价格比较昂贵，且抗菌效果较迟，从而使得无机抗菌剂在使用上有很大的局限性。有机抗菌剂是一类通过化学反应来破坏细胞膜，使微生物的蛋白质变性、代谢受阻，从而起到杀菌、防腐及防霉等作用的物质。常用的有机抗菌剂如抗生素类药物，过氧乙酸、异噻唑和咪唑类，苯并咪唑类、双胍类以及醋酸洗必泰、甲氧苯青霉素、福尔马林以及季胺盐类等5，它们对痢疾杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均有很好的杀灭能力。有机抗菌剂有着灭菌力强、来源丰富，且对霉菌的杀灭能力也较强，同时还有加工方便,颜色稳定等特点,使用历史
4、长,在某些领域中是有着不可替代的作用。因此,研究人员都致力于发展高效、长效、低毒、环境友好的有机抗菌剂。2、有机抗菌剂目前国内外研制的有机抗菌剂可以分为天然和合成两类。21天然有机抗菌剂天然有机抗菌剂是人类最早使用的抗菌剂，它是一些从某些动植物体内如山嵛、薄荷、柠檬叶中提取出来的具有抗菌活性的高分子有机物。其中，最常用的天然抗菌剂是壳聚糖，它是一种带正电荷的活性物质。早在1979年，ALLAN就指出，壳聚糖具有安全光谱的抗菌性能6。为了更好的发挥壳聚糖的抗菌活性，研究人员开始对其进行改性，制备壳聚糖衍生物。朱一凡7等人将壳聚糖季铵化后，以含季铵化了的壳聚糖200MG/L的该抗菌剂溶液对悬液中大
5、肠杆菌作用5MIN，杀灭菌的对数值均500；而对悬液中金黄色葡萄球菌作用25MIN，杀灭菌的对数值也均500。以含季铵化了的壳聚糖1000MG/L的该抗菌剂溶液对悬液中白色念珠菌作用5MIN，杀灭菌的对数值均500。季铵化壳聚糖均显示出了良好的杀菌效果。李秀丽8等人自行研究合成了新型抗菌剂壳聚糖双胍盐酸盐，并测试其抗菌性能。结果发现，壳聚糖双胍盐酸盐具有较好的水溶性，抗菌效果也好，且用量低，其抗菌性能在中性或碱性的环境中会增强，属于一种优良的高分子抗菌剂。HUANGRH等9通过化学方法的手段制备出壳聚糖硫酸盐及其衍生物，这种抗菌剂对金黄色葡萄球菌等具有非常显著的抑制效果。CHUNGYC等10也
6、制备了一系列壳聚糖螯合物，实验过程发现，当PH值小于6时，壳聚糖螯合物具有很强的抑菌杀菌性能，而且其抗菌活性会随着金属离子强度的增加而增强。同时还发现，壳聚糖及其螯合物在含有少量C原子的有机酸溶剂中的抗菌效果要好于在无机酸溶剂中的。根据现有的研究结果，壳聚糖及其衍生物能够抑菌的原因在于它们对细菌的细胞质膜起了一定的作用，破坏了细菌的正常生理功能11。在电镜下观察可发现，细菌受壳聚糖作用后，其形态会有明显的变化。革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌的细胞壁会变薄甚至会破损，则它的复制作用受到了抑制；革兰氏阴性菌如大肠杆菌的细胞质会浓缩，质壁之间的间隙因此而明显扩大。由此可知，壳聚糖对细菌的细胞生长有明显
7、的抑制或破坏的作用12。至于壳聚糖季胺盐抗菌活性的机理，有学者指出是因为疏水性的长烷基链与细菌细胞质膜上的磷脂之间发生了疏水亲和作用，破坏了细菌细胞质膜，从而产生了抗菌性12。虽然天然有机抗菌剂对人体无毒、无刺激，使用安全性较高，但天然有机抗菌剂的耐热性差且药效持续的时间很短，尤其是壳聚糖在酸性领域内才能显示出抗菌活性，使得其的应用范围受到很大限制11。22有机合成类抗菌剂221低分子有机抗菌剂低分子有机抗菌剂包括季铵盐、季膦盐、有机金属、卤代胺和双胍类等这些主要品种。其抗菌机理主要是结合细菌和霉菌的细胞膜表面的阴离子，或与微生物的细胞膜上的巯基反应，使蛋白质变性，使细胞膜受损，从而抑制细菌和
8、霉菌的繁殖。2211季铵盐类抗菌剂季铵盐类抗菌剂具有价格低廉，杀菌速度快的特点，因此被人们广泛研究和使用。KOURAI等13在1995年就报道了一些含有不饱和烷基季铵盐抗菌剂，指明它们有高效、广谱的抗菌性，并且认为季铵盐中引入不饱和烷基能大大提高抗菌活性。1980年BODOR等人14提出软抗菌剂的新概念并研制出了一系列软抗菌剂。这种软抗菌剂指的是具有抗菌活性并容易在VIVO和环境中生物降解为无毒、对环境友好的一种物质，因此各种各样的软抗菌剂后来得到了广泛的发展15,16。TORSTEINN等人17也制备了一系列软抗菌剂，季铵盐软抗菌剂，并将其与一般的长链烷基季铵盐的抗菌性能进行对比。同时NAG
9、AMUNEH等人18用CONH和COO、S联接2个季氮离子的方式合成了一系列新的双季铵盐,因其1个分子中有2个季铵盐离子，且电荷密度高，因此与典型的单季铵盐相比具有更强的抗细菌和抗霉菌活性，而且还不受PH值和温度的影响。这些抗菌剂在环境中能降解成无毒的物质，所以这些可生物降解的抗菌剂都是理想的抗菌药物和消毒剂。2212季鏻盐抗菌剂1990年GRAMHAM指出，季鏻盐类抗菌剂是抗菌剂将来研究的方向之一。日本对季鏻盐的研究较多，其中以KAMAZAWAA等人的研究最具有代表性。KAMAZAWAA等人19于1993年就曾报导带有一个长链的三丁基鏻的抗菌活性，当这个长链烷基的碳数为12、14、16、18
10、时，均对ECOLI及SAUREUS菌有高效、快速的杀菌活性。而且烷基链越长，其抗菌性能越好。烷基相同的季鏻盐和季铵盐进行抗菌性能相比，季鏻盐的抗菌性能高出季铵盐的两个数量级。KAMAZAWAA等人20同年还报道了乙基苄基三烷基氯化鏻，并指出烷基为正辛基时的抗菌活性比烷基为乙基、正丁基、苯基的还要好。第二年，KAMAZAWAA等人再次报道了新型抗菌剂，即单、双长烷基链基、二甲基季鏻盐抗菌剂。当这三者的长烷基链的碳数分别为10、14、18时，这类有机抗菌剂对供试的11种典型的微生物有很好的抗菌性能21。单长烷基三甲基季鏻盐对SAUREUS及ECOLI菌的抗菌性能会随着烷基链的增长而增强，尤其是十八
11、烷基三甲基季鏻盐，其活性最佳，可在05H内于2828MOL/L浓度范围将所有的ECOLI菌和SAUREUS菌全部杀灭。此外，刘宏芳等人22通过以氯甲基苯乙烯为载体，经过分子亲核取代反应，也制备出小分子三苯基季鏻盐杀菌剂，研究了三苯基季鏻盐杀菌剂对硫酸盐还原菌SRB和腐生菌TGB的抗菌性能。结果显示，聚三苯基季鏻盐对SRB的抗菌性能随着加入药剂的量增加而增加，当药剂浓度为23G/L时，抗菌率达到9625；当浓度增加到3G/L时，抗菌率基本上达到了100。该抗菌剂对TGB菌的抗菌性能要高于对SRB菌的，在药剂浓度为2G/L时TGB菌液浓度为16106个/ML，对TGB菌的抗菌效果达到9813。该抗
12、菌剂对好氧菌群和革兰氏阴性厌氧菌都具有较好的抗菌性能。222高分子有机抗菌剂目前，普遍认为阳离子抗菌剂的抗菌机理为23阳离子抗菌剂吸附到菌体表面，然后穿透细胞壁而与细胞膜结合，破坏细胞表层结构，使细胞的内容物泄漏，致使菌体停止呼吸功能而死亡达到抗菌的目的。微生物细胞带负电荷，且细胞膜内含有的磷脂以及一些膜蛋白水解后也带负电荷，而带抗菌活性官能团的单体经高分子化后，相对分子质量增大，电荷密度也提高。所以能更多的与微生物结合使菌体停止呼吸功能而死亡。因此，总的来说，相对分子质量的增大，有助于抗菌剂更好地发挥其抗菌性能。此外，经高分子化后的小分子抗菌剂的稳定性得到大幅度提高。目前高分子抗菌剂的研究和
13、使用主要集中在高分子季铵盐和季磷盐。高分子抗菌剂的抗菌活性是通过聚合带抗菌活性官能团的单体或在高分子链上以接枝的方式引入抗菌官能团而获得的。但通过带抗菌活性官能团的单体聚合制备的抗菌剂比较少，主要是因为此过程较为复杂而且不易选择合成的原料。2221季铵盐高分子有机抗菌剂对于高分子有机抗菌剂，以季铵盐作为抗菌基团的抗菌剂研究较多。IKEDA和TAZUKE通过单体聚合合成聚阳离子型季铵盐抗菌剂。他们发现与相同结构的单体小分子相比，高分子抗菌剂抗菌性能较好，且随着烷基链的增长（最长为12个碳原子），抗菌活性也增加。NUDEL等24报道了以交联聚苯乙烯的氯甲基或聚苯乙烯与含有长链烷基的不同叔胺进行季铵
14、化反应，制得水不溶性的季铵盐或聚双季铵盐抗菌剂。SAUVETG等25制得带季铵盐侧基的硅氧烷，当带季铵盐侧基的硅氧烷接入硅树脂网络中时，能有效抑制大肠杆菌。卢滇楠等26成功地在纤维素的纤维表面接枝季铵盐单体，使得纤维表面上菌体活性被明显抑制。2222季磷盐高分子有机抗菌剂此外，KANAZAWA等19研究以季磷盐为抗菌基团的高分子抗菌剂，发现，这类高分子抗菌剂与同等结构的小分子抗菌剂相比其抗菌活性要高于小分子抗菌剂的。ADRIANA等27把不同的季磷盐接枝到不溶性的交联的聚苯乙烯氯甲基化合物载体上，此抗菌材料可以重复使用，并对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很好的抗菌效果。KAMAZAWA等19对
15、季磷盐型抗菌聚合物的性能作了一系列的研究，并制备了氯化三丁基（4乙烯基苄基）磷的均聚物及共聚物。相对于低分子抗菌剂，高分子抗菌剂的抗菌机理非常复杂，高分子的相对分子质量、相对分子质量分布以及高分子在溶液中的形态都可能对抗菌剂的抗菌性能产生影响。李凤艳等28还考察了交联结构对高分子抗菌剂抗菌性能的影响，结果表明，随着高分子载体交联度的升高，杀菌产品的杀菌率明显降低。高分子抗菌剂具有性能稳定，杀菌效果显著，不挥发，易于加工、贮存，不会渗入人或动物表皮的优点29；虽然对它的研究还处于刚刚起步的阶段，但具有非常广阔的应用前景，近年来受到越来越多研究人员的重视。最近，一些学者通过有机合成技术，研究合成了
16、几种新型抗菌剂，并提出了一个新的抗菌理念通过螯合作用，螯合培养基中微生物生长所需的铁离子来达到抗菌的目的。ERIC等30人于2007年设计并合成了金属螯合剂作为潜在的抗菌剂，实验研究表明，两种合成的该化合物对革兰氏阳性芽孢杆菌的MIC值为78G/ML，有着十分显着的抗菌作用。此外，2001年，JLSEBAT等31人指出由铜绿假单胞菌分泌的2,6吡啶二硫代羧酸PDTC是一种抗菌剂，能螯合微生物生长所需的金属，从而达到抗菌的目的。3、结束语综上所诉，有机类抗菌剂具有速度快,加工方便,颜色稳定性好,抗菌谱明确,部分有机抗菌剂对霉菌有特效等优点,但低分子有机抗菌剂存在耐热性差、使用过程中易析出、易挥发
17、等缺点,因此高分子有机抗菌剂将会有很大的发展空间。特别是将具有抗菌功能的基团通过化学反应组装到基体树脂分子链上得到的抗菌材料,这类抗菌材料克服了普通有机抗菌剂不耐热、与基体相容性差,不耐浸泡洗涤、渗出物安全性等缺点,具有高效、广谱、安全无毒、抗菌效果持久、优良的热稳定性、与树脂良好的相容性、优良的加工性、价格低廉等特点。总之,随着人们生活水平和健康环境意识的提高,长效、低毒、广谱、易生物降解、环境友好的抗菌剂将会是今后国内研究的热点。参考文献1肖干雄微生物学及微生物检验学M天津天津科学技术出版社，19892王燕，车振明新型抗菌剂的研究进展J山西食品工业，2005，220223孙洪，夏英，陈莉，
18、等国内外抗菌剂的研究现状及发展趋势J塑料工业，2006，349144王炳魁皮肤和粘膜的消毒M北京人民军医出版社，19865065085杨明塑料抗菌剂的近况及对其开发工作的管理意见R中国首届抗菌材料产业发展大会一E京2001，1571586季军晖，史维明抗菌材料M北京化学工业出版社，2003，687朱一凡，魏兰芬，陆龙喜，等季铵化壳聚糖抗菌剂杀菌效果观察JCHINESEJOURNALOFDISINFECTION，2008，2532362378李秀丽，朱平，董朝红新型抗菌剂壳聚糖双胍盐酸盐的抗菌性能研究J纺织科技进展，20009，232349HUANGR,DUYM,ZHENGLSREACTFUNC
19、TPOLYM,2004,594110CHUNGYC,WANGHL,CHENYM,ETALBIORESOURTECHNOL,2003,8817911沈东风，孔祥东，贾之慎壳聚糖及其衍生物的抗菌活性研究进展J海洋科学，2000，247283012曾名勇，陈胜军，张联英海洋生物抗菌剂的研究进展J精细与专用化学品，2002193613KOURAISYNTHESISANDANTIBACTERIALACTIVITYOFUNSATURATEDQUATERNARYAMMONIMJBOKINBOBIA,1995,2327114BODOR,KAMINSKJ,SELKOFTDRUGSLABILEQUATEMARYA
20、MMONIUMSALTSASSOFTANTIMICROBIALSJMEDCHEM,1980,2346947415BODORN,BUCHWALDPSOFTDRUGDESIGNGENERALPRINCIPLESANDRECENTAPPLICATIONSJMEDRESREV,2000,205810116BODORNSOFTDRUGSPRINCIPLESANDMETHODSFORTHEDESIGNOFSAFEDRUGSJMEDRESREV,1984,344946917THORSTEIMTHORSTEINSSON,MARMASSON,KARLGKRISTINSSON,ETALSOFTANTIMICROB
21、IALAGENTSSYNTHESISANDACTIVITYOFLABILEENVIRONMENTALLYFRIENDLYLONGCHAINQUATEMARYAMMONIUMCOMPOUNDSJMEDCHEM,2003,464173418118NAGAMUNEH,MAEDALT,OHKURALK,ETALEVALUATIONOFTHECYTOTOXICECTSOFBISQUATEMARYAMMONIUMANTIMICROBIALREAGENTSONHUMANCELLSJTOXICOLOGYINVITRO,2000,1413914719KAMAZAWAA,IKEDAT,ENDOTPOLYMERIC
22、PHOSPHONIUMSALTSASANNOVELCLASSOFCATIONICBIOCIDESVSYNTHESISANDANTIBACTERIALACTIVITYOFPOLYMERSRELEASINGPHOAPHONIUMBIOCIDESJPOLYMERSCI,PARTAPOLYMCHEM,1993,313003301120KAMAZAWAA,IKEDAT,ENDOTNOVELPOLYCATIONICBIOSIDESSYNTHESISANDANTIBACTERIALACTIVITYOFPOLYMERICPHOSPHONIUMSALTSJPOLYMERSCI，PARTAPOLYMCHEM,19
23、93,3133534321KAMAZAWAA,IKEDAT,ENDOTPOLYMERICPHOSPHONIUMSALTSASANNOVELCLASSOFCATIONICBIOCIDESEFFECTSOFCOUNTERANIONANDMOLECULARWEIGHTONANTIBACTERIALACTIVITYOFPOLYMERICPHOSPHONIUMSALTSJPOLYMERSCI，PARTAPOLYMCHEM，1993,311441144722刘宏芳，黄玲，刘涛等新型季鏻盐抗菌剂的合成及其抗菌性能研究J腐蚀科学与防护技术，2009，21331631923张葵花，林松柏，谭绍早有机抗菌剂研究现
24、状及发展趋势J涂料工业，20055455024NUDELR,JANAUERGE,SCHRIEREE,ETALWATERINSOLUBLEDISINFECTANTCOMPOSITIONUS,4349646P198025SAUVELG,DUPONDS,ZNIERSKI,ETALPRODUCTIONOFSILYLQUATERNARYAMMONIUMCOMPOUNDSJJAPPLYPOLYMSCI,2000,75100526卢滇楠，周轩榕，邢晓东，等表面接枝季铵盐型聚合物的纤维素纤维灭菌机理研究J高分子学报，2004110711327ADRIANAPOPA,DAVIDESCUCM,TRIFR,ETAL
25、STUDYOFQUATERNARYONIUMSALTSGRAFTEDONPOLYMERSANTIBACTERIALACTIVITYOFQUATERNARYSALTSGRAFTEDONGELTYPESTYRENE3/DIVINYLBENZENDCOPOLYMERSJREACTIVEANDFUNCTIONALPOLYMERS,20035515115828李凤艳，汪燮卿，陈拥军，等交联结构对水不溶性聚季铵盐类杀菌性能的影响J应用化学，2001，7556629朱文杰，张谨，朱忠其，等改性季铵盐抗菌剂的制备与性能研究J功能材料，2005，36121872187830YANLINGZHANG,ERICBA
26、LLARD,SHILONGZHENG,ETALDESIGN,SYNTHESIS,ANDEVALUATIONOFEFFLUXSUBSTRATEMETALCHELATORCONJUGATESASPOTENTIALANTIMICROBIALAGENTSJRECEIVEDINBIOORGANICMEDICINALCHEMISTRYLETTERS17200770771131JLSEBAT,AJPASZCZYNSKI,MSCORTESE,ETALANTIMICROBIALPROPERTIESOFPYRIDINE26DITHIOCARBOXYLICACID,AMETALCHELATORPRODUCEDBYPSEUDOMONASSPPJAPPLIEDANDENVIRONMENTALMICROBIOLOGY,2001,67939343942
