可同时抗菌和抗氧化的桃胶多糖的制备与应用研究

（1）合成新型生物活性材料：本研究旨在通过将水杨酸（SA）接枝到天然桃胶多糖（PGP）上，合成出一种新型生物材料，它不仅具备优异的生物相容性和生物降解性，还拥有显著的抗氧化性和抗菌性能。

（2）克服PGP的性能缺点：通过化学修饰，将PGP的抗氧化性与SA的抗菌特性有效结合，以期开发出同时具有优异抗氧化性和抗菌性能的PGP-SA复合物，有效克服PGP容易滋生细菌的缺点。

（3）促进PGP的应用：通过对PGP-SA复合物的抗氧化和抗菌性能的深入研究，本项目将进一步探索其在护肤品和敷料方面的应用潜力，推动PGP的广泛应用。

本项目拟采用一步缩合反应技术，通过水杨酸（SA）分子中的羧基与桃胶多糖（PGP）分子链上的丰富羟基进行酯化缩合反应，实现SA分子的接枝，从而制备PGP-SA复合物（如图4所示）。同时，运用一系列先进的表征技术，包括红外光谱、紫外-可见光吸收光谱、凝胶渗透色谱以及核磁共振谱等，对合成的PGP-SA复合物进行详尽的结构分析，以确保其成功合成。此外，我们还将研究不同的反应条件对PGP-SA合成过程的影响，以优化合成工艺。

在性能评估方面，将重点研究PGP-SA在清除ABTS自由基方面的活性，以此评估其抗氧化性能。此外，通过平板菌落计数法、试管肉汤稀释法以及细菌生长曲线等方法，全面评估PGP-SA的抗菌性能。在这些研究的基础上，我们将进一步探索PGP-SA作为天然抗氧化剂和抗菌剂在护肤品和医用敷料中的应用潜力，旨在开发出既安全又高效的新型产品，推动PGP的实际应用。                       

当人体遭受内外环境的挑战时，氧化与抗氧化作用的失衡可能导致活性氧自由基的累积，进而引发氧化应激[1]。这种状态不仅可能诱发糖尿病、阿尔茨海默病、加速衰老、动脉硬化和心脏病等多种疾病[2-4]，还可能对情绪产生负面影响，如引发焦虑和抑郁。目前市场上的抗氧化剂多为合成产品，长期或过量摄入可能对健康构成威胁，一些合成抗氧化剂甚至已被证实具有致癌作用[5]。因此，开发具有高生物相容性和低毒性的天然抗氧化剂变得尤为迫切。

同时，细菌感染引发的疾病种类繁多。金黄葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表，是日常生活中常见的病原体，能够引起化脓、中毒性休克、腹泻和尿路感染等疾病[6,7]。随着多重耐药性的增加和新抗生素的缺乏，抗菌治疗正变得日益困难[8]。因此，开发新的治疗策略以进行有效的抗菌治疗显得尤为重要。目前使用的抗菌剂主要分为有机和无机两类，但它们对环境的影响也不容忽视[9]。因此，开发低毒高效的天然抗菌剂迫在眉睫。例如，Ruan等人[10]通过将季鏻盐和水杨酸接枝到壳聚糖上，不仅提高了其水溶性，还增强了对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性；Yang等人[11]利用漆酶作为催化剂，用五种天然物质改性壳聚糖，显著提高了其对特定病原体的抗菌活性。

桃胶多糖（Peach gum polysaccharide，PGP），作为天然粗桃胶的主要成分，不仅来源广泛，而且具有优异的生物相容性。PGP是一种由多种单糖组成的杂多糖（PGP大分子的结构组成示意图），其独特的组成赋予了其出色的抗氧化性能，使其成为天然抗氧化剂的有力候选。然而，PGP的高生物相容性也使其容易在环境条件下滋生细菌，导致霉变，这限制了其在实际应用中的广泛使用。因此，对PGP进行改性以提高其抗菌活性，对于推动其在实际应用中的广泛使用具有重要意义。

水杨酸（Salicylic Acid，SA）是一种从植物中提取的酚类化合物，它在植物体内扮演着多重角色，包括抗菌、抗盐、抗寒、抗紫外辐射以及抗重金属等[12,13]。SA以其高效的抗菌特性，被证实对多种细菌具有显著的抑制效果。同时，SA分子中含有高反应活性的酚羟基和羧基（SA的分子结构式），这些基团使其能够与其它分子发生反应，从而赋予这些分子抗菌活性。

因此，基于上述国内外研究现状的描述，利用具有抗菌活性的SA对PGP进行化学修饰，将有望获得同时具有优异抗氧化性和抗菌性能的PGP，这将大大促进PGP的广泛应用。

参考文献

[1] 王秋林, 王浩毅, 王树人. 氧化应激状态的评价. 中国病理生理杂志, 2005, 21, 2069-2074.

[2] Gerschman R, Gilbert D L, Nye S W, et al. Oxygen poisoning and x-irradiation: a mechanism in common. Science, 1954, 119, 623-626.

[3] Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. Science of Aging Knowledge Environment, 2002, 37, 14-24.

[4] 任春久, 张瑶, 崔为正, 等. 氧化应激在 2 型糖尿病发病机制中的作用研究进展. 生理学报, 2013, 65, 664-673.

[5] Lu C, Li C, Chen B, et al. Composition and antioxidant, antibacterial, and anti-HepG2 cell activities of polyphenols from seed coat of Amygdalus pedunculata Pall. Food Chemistry, 2018, 265, 111-119.

[6] Poolman J T, Anderson A S. Escherichia coli and Staphylococcus aureus: leading bacterial pathogens of healthcare associated infections and bacteremia in older-age populations. Expert Review of Vaccines, 2018, 17, 607-618.

[7] 张赟彬, 刘笑宇, 姜萍萍, 等. 肉桂醛对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌作用及抑菌机理研究. 现代食品科技, 2015, 31-35.

[8] Muroi H, Nihei K, Tsujimoto K, et al. Synergistic effects of anacardic acids and methicillin against methicillin resistant Staphylococcus aureus. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2004, 12, 583-587.

[9] 王洪江, 宋雪健, 李志江, 等. 抗菌包装材料及其在食品包装领域的研究进展黑龙 江八一农垦大学学报, 2018, 30, 69-74.

[10 Ruan X, Li P, Wang C, et al. Synergistic antibacterial activity of chitosan modified by double antibacterial agents as coating material for fruits preservation. International Journal of Biological Macromolecules, 2022, 222, 3100-3107.

[11] Yang C, Zhou Y, Zheng Y, et al. Enzymatic modification of chitosan by cinnamic acids: Antibacterial activity against Ralstonia solanacearum. International Journal of Biological Macromolecules, 2016, 87, 577-585.

[12] Pokotylo I, Kravets V, Ruelland E. Salicylic acid binding proteins (SABPs): The hidden forefront of salicylic acid signaling. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20, 4377.

[13] Li A, Sun X, Liu L. Action of salicylic acid on plant growth. Frontiers in Plant Science, 2022, 13, 878076.

1. 创新点：

（1）PGP是一种廉价的天然高分子，天然粗桃胶经简单的水解处理就可以得到PGP。

（2）采用一步法对PGP进行化学改性，合成简单，接枝率可轻松调控，易于大量生产。

（3）通过SA的修饰，赋予了PGP良好的抗菌性能，克服了PGP在使用过程中容易霉变的缺点。

（4）通过制备具有优异抗菌性能的PGP，可以促进PGP在抗菌、化妆品、医用敷料等方面的应用。

2. 项目特色：

（1）本项目针对天然高分子PGP开展研究，具有原料可再生且来源丰富、制备过程简单、制备成本低等优点，便于大量制备和应用。

（2）通过将抗菌性的SA接枝到PGP上赋予PGP优异的抗菌性能，获得同时具有优异抗氧化和抗菌性能的PGP-SA复合物，克服PGP容易滋生细菌而导致其应用受限的问题，这是本项目最大的特色。

具体技术路线包括以下几个部分：

（1）天然粗桃胶水解制备水溶性PGP

                       （天然粗桃胶水解制备水溶性 PGP的过程示意图）

（2）PGP-SA复合物的合成

拟采用的实验方法为，将SA和催化量的4-二甲氨基吡啶溶于5 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在冰浴及搅拌条件下滴加含有二环己基碳二亚胺（DCC）的DMF溶液，滴加完后继续冰浴反应1小时，冰浴结束后滴加含有PGP的 DMF溶液，在氩气气氛及避光条件下常温搅拌反应。反应结束后，对产物进行纯化处理。

（3）PGP-SA的ABTS自由基清除效率评估

采用ABTS自由基清除实验来评估PGP-SA的抗氧化性能。首先，将ABTS水溶液与K₂S₂O₈水溶液共混，在避光环境下反应一段时间，生成ABTS自由基。然后，在波长734 nm处将ABTS自由基稀释到吸收值在0.7-0.8之间。其次配置不同浓度的PGP-SA水溶液，取一定体积的PGP-SA溶液加入到ABTS自由基溶液中，在避光下混合半小时，随后在734 nm波长下测量溶液吸收值。对ABTS自由基清除效率按以下进行计算

式中A₀为ABTS稀释液的吸光度；A₁为ABTS稀释液加入PGP-SA溶液后的吸光度。

（4）PGP-SA的抗菌性能评价

本实验拟选用的菌种为金黄葡萄球菌和大肠杆菌两种。拟采用平板菌落计数法、试管肉汤稀释法以及细菌生长曲线来评价抗菌性能。平板菌落计数法具体步骤为：在去离子水中加入琼脂和肉汤，经蒸汽灭菌器灭菌后加入一定量的样品，待样品与溶液充分混合后将其适量的倒入含有细菌液的玻璃皿中，随后转入恒温培养箱培养24小时，同样的方法制备一个不含样品仅含菌液的阳性板作为对照组。试管肉汤稀释法主要包括培养基和0.85%生理盐水的配制、供试菌种的活化、供试菌种的稀释、抗菌性能测试四个步骤。通过细菌生长曲线可以观察到细菌在培养基中的生长繁殖的情况，以不加样品的细菌稀释液为对照组，与加入了不同浓度PGP-SA的细菌稀释液对比。

 （5） PGP-SA在护肤品和医用敷料方面的应用探索

配制一定浓度的PGP-SA溶液，将其与常用的护肤品组分或医用敷料组分进行复配，然后考察其在抗氧化、抗菌、抗紫外等方面的性能，评价其在护肤品和医用敷料方面的应用效果。

1）2024年4月～2024年5月

查阅文献，进行队员的分工合作，制定研究方案，准备实验所需的试剂。

2）2024年5月～2024年9月

制备PGP-SA，对样品的结构和性能进行测试。

3）2024年9月～2024年12月

对PGP-SA的抗氧化和抗菌性能进行评价

4）2025年1月～2025年4月