富马酸糖酯类化合物的合成及抑菌特性研究

摘要

食品防腐剂构效关系的研究发现，α，β-不饱和羰基结构是一个高效的抗菌活性功能域。富马酸二甲酯分子中因含有两个等价的α，β-不饱和羰基结构，抑菌功能显著，但由于刺激性气味大，易升华，会引起皮肤过敏，因而限制了其在食品中的应用。研究既消除富马酸二甲酯的升华性及过敏性，又保留其α，β-不饱和羰基功能结构的新型食品防腐剂具有重要意义。研究表明，在富马酸分子的一端引入糖分子，另一端甲酯化，可以合成得到抑菌活性优良的富马酸糖酯类化合物。
　　 本文以顺丁烯二酸酐、甲醇、半乳糖等为原料，合成了富马酸半乳糖甲酯，并试验了其抑菌活性。以葡萄糖、半乳糖、乳糖、纤维二糖、乙酸酐、顺丁烯二酸酐，甲醇等为原料，合成了系列富马酸乙酰化糖酯类化合物。对上述目标化合物采用HPLC、IR等进行分析表征。主要研究结果如下：
　　 1．富马酸半乳糖甲酯(GMF)的合成路线为：首先以顺丁烯二酸酐与甲醇为原料，用无水三氯化铝为异构剂进行转型，合成富马酸单甲酯(MMF)。再将MMF与亚硫酰氯反应，合成富马酸单甲酯单酰氯(MMFC)，然后与半乳糖在相转移催化剂四丁基溴化铵(TBAB)作用下合成目标化合物。
　　 2．以GMF对牛奶酸败混合菌的生长适应期和酯化度为指标探讨了半乳糖与MMFC配比，缚酸剂和催化剂的用量、反应温度、反应时间对GMF收率和抑菌活性的影响等。实验结果表明较佳合成GMF条件为：以无水K2CO3作缚酸剂和TBAB为相转移催化剂，反应底物MMFC与半乳糖摩尔比为4:1，45℃反应3h，此时GMF的酯化度(DE值)为1.66，颜色为淡黄色，抑菌能力最强。比浊法测得添加GMF后牛奶酸败混合菌的生长适应期可延长至28h，是空白对照的7倍。
　　 3．富马酸乙酰化糖酯类化合物的合成路线为：首先以糖与乙酸酐为原料在高氯酸催化下制备全乙酰糖，然后在低温避光条件下用HBr-AcOH（含量33％～35%）进行溴代，最后与MMF在催化剂4-二甲氨基吡啶(DMAP)作用下发生酰化反应合成目标化合物。
　　 4．富马酸乙酰化糖酯类化合物合成优化条件为：当MMF与乙酰溴代糖摩尔比为1∶1，DMAP用量为反应物总质量的4%，体系pH值控制在8～9，55℃回流反应，其间用4%KOH水溶液维持整个反应过程的pH在8～9之间，TLC检测至反应完全(约需4h～6h)。
　　 5．抑菌试验结果表明：富马酸乙酰化糖酯类化合物对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、酿酒酵母等具有一定的抑制作用，但作用效果较差。GMF(DE=1.66)对供试的细菌、霉菌、酵母均有较好的抗菌作用，抑菌效果与MMF接近，抑菌活性不受介质pH值的影响，耐热性好，对皮肤无致敏性。