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摘 要

本实验研究了在玻碳电极上ε-聚赖氨酸与盐水钴离子作用的电化学行为。结果表明：加入ε-聚赖氨酸后钴离子溶液的峰电流增大并且峰电位向右发生偏移，ε-聚赖氨酸与钴离子反应产生新的配合物。用钴离子标准曲线计算得出，100 mg/L ε-PL对100 mg/L Co（Ⅱ）的富集效率约为45.3%。用等摩尔量法测定钴离子和ε-聚赖氨酸形成的配合物，得出配位数n=1，配合位稳定常数lgK=5.626。 

关键词：ε-聚赖氨酸 钴离子 玻碳电极 富集效率 配合物稳定常数

Abstract

This experiment investigated the electrochemical behavior of ε-polylysine and brine cobalt ions on glassy carbon electrodes. It was found that the peak current of the cobalt ion solution increased and the peak potential shifted to the right after adding ε-polylysine, and ε-polylysine reacted cobalt ions to produce a new complex. Using the cobalt ion standard curve, the enrichment efficiency of 100 mg/L ε-PL to 100 mg/L Co(II) was about 45.3% . Using the equimolar method to determined the complex formed by cobalt ion and ε-polylysine found that the coordination number n=1 was obtained, and the coordination stability constant lgK=5.626.

Key Words: ε-polylysine; cobalt ion; Glassy carbon; Enrichment efficiency; coordination stability

目录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1ε-聚赖氨酸的研究进展 1

1.2钴的电化学相关研究 5

1.4实验研究目的 6

第二章 实验部分 6

2.1实验仪器 6

2.2实验试剂 7

2.3实验方法 7

2.3.1溶液的配制 7

2.3.2电化学方法 8

2.3.2配合物的计算 8

第三章 结果与讨论 8

3.1 Co（Ⅱ）、ε-PL的循环伏安结果 8

3.2 Co（Ⅱ）的电化学标准曲线 13

3.3 ε-PL对Co（Ⅱ）的富集效率 15

3.4 Co（Ⅱ）与ε-PL配合物的稳定常数 16

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1977年日本专家在提取Dragendo-Positive(简写为DP)物质的微生物实验中，发现大量而稳定的DP物质从一株放线菌中产生，通过对酸水解产物的分析及结构分析，得出该物质是一种含有25-30个赖氨酸残基的同型单体聚合物的天然微生物代谢产品^[1]。这种赖氨酸聚合物是赖氨酸残基通过α-羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成，故称为ε-聚赖氨酸（ε-poly-L-lysine, ε-PL）^[2]。

ε-聚赖氨酸是一种微生物代谢形成的产物，等电点约为9.0，呈正电性，在一定条件下可以和物质中的阴离子相结合^[3]。由聚合作用形成的ε-聚赖氨酸的化学结构稳定，经过长时间高温条件下处理，其稳定率仍大于97 % ^[4]。高温热处理后对大肠杆菌等菌群的抑菌效果不发生太大变化。ε-聚赖氨酸的溶液酸碱度在5.0到8.0之间，有最佳抑菌效果，强酸和强碱条件下，会抑制其降解酶的作用。它无明显气味，没有确切的熔沸点，但当温度超过250℃以上后，会开始融化分解。ε-聚赖氨酸的热稳定性高，它与原料在水中相结合后，经过热处理加热灭菌的食品加工步骤后，仍有出色的抑菌效果，能抑制大肠杆菌等菌群的生殖繁衍，能抑制氧化酶、过氧化酶的活性，且不会造成二次污染。但当聚合度低于十肽时, 会丧失抑菌活性。在环境方面，因ε- 聚赖氨酸作为一种自然形成的阳离子多肽，被认为是一种无任何毒害的安全型抑菌剂，氨基酸序列中仅仅存在赖氨酸残基，它在环境中可完全被降解，且降解产物不会对环境造成任何污染。当它在人体被分解后，产物只有赖氨酸，而赖氨酸作为氨基酸，可以被人体彻底消化吸收。在安全方面远超过其他化学防腐剂，所以在世界各国被广泛应用，且具有很大的商业潜力。

1.1ε-聚赖氨酸的研究进展

在现代研究中，ε-聚赖氨酸因无害可降解的优点，逐渐成为国内外研究的重点对象。它被应用在食品防腐、医疗保健、工程应用、材料科学、安全研究等多个领域。

在食品防腐方面， 在国外对ε-聚赖氨酸的研究较早，研究成果也比较成熟。ε-聚赖氨酸常作为食品防腐剂，在日本被广泛应用，主要有乙醇试剂、醋酸产品、甘油、氨基酸等，主要用于蛋白较多的食品如各种蛋类制品、米饭、色拉等，其用量基本在50%左右^[5]。为确保冷藏食品质量，加入强抑菌性的ε-聚赖氨酸能使冷藏食品质量提高，保质期能有效的延迟。在被酵母菌污染导致变质的食品中加入ε-聚赖氨酸，能起到较好的防腐作用。ε-聚赖氨酸能使含有少量热量的食品延长保存期，让其保持新鲜；对于密封食品，在其杀菌后加入适量ε-聚赖氨酸可以防止产生异味。Shima S等研究发现, 防腐剂主要抑制微生物的呼吸作用, 导致能量物质ATP 和还原物质NADH 亏缺, 所有合成代谢受阻, 活性的动态膜结构不能维持, 代谢方向趋于水解, 最后产生细胞自溶^[6]。ε-聚赖氨酸与原料在水中相结合后，经过热处理加热灭菌的食品加工步骤后，仍有出色的抑菌效果，能抑制大肠杆菌等菌群的生殖繁衍，能抑制氧化酶、过氧化酶的活性，且不会造成二次污染。ε-聚赖氨酸还可抑制酵母菌、G-的大肠杆菌等真菌的生长繁衍，但单在枯草芽孢杆菌中加入ε-聚赖氨酸进行抑菌效果不易表现。近些年，ε- 聚赖氨酸因其广泛的防腐性，常被各国在食品防腐方面作为复合型食品防腐剂，在加工食品方面使用其制成的食品添加剂的产量规模也发展迅速，市场规模迅速扩张。Vaara M进一步研究发现，聚赖氨酸是通过吸附到 G-细菌的外膜上，释放出大量的脂多糖，破坏细菌外膜，而起到抑菌作用的^[7]。

近些年，国内许多学者对ε-聚赖氨酸在食品防腐方面的研究也取得很大的成就。周桂飞等研究表明，ε-聚赖氨酸能抑制米饭中黄霉菌的生长繁殖，减少黄霉菌产生的黄曲霉素的量，从而使米饭不易变质，所以ε-聚赖氨酸对米饭是一种优质的防腐剂^[8]。刘骁等在研究鲜猪肉的冷藏条件时,发现最佳温度为-1℃,在冷藏的猪肉中加入适量浓度的ε-聚赖氨酸，经过脱水、压缩、密封等处理后，ε-聚赖氨酸能抑制猪肉中霉菌的生长，使微生物自溶死亡，使猪肉不易变质、变色、变味，在长时间冷藏的条件下，仍能保障猪肉的质量 ^[9]。冯建岭等研究发现，用ε-聚赖氨酸作为防腐剂保藏海鱼，不但满足消费者对新鲜海鱼的需求，而且ε-聚赖氨酸本就是一种安全无害的营养物质，不会对人体造成损害。ε-聚赖氨酸通过与细胞膜作用降低微生物细胞的呼吸效率，抑制细菌的活性，破坏细胞膜结构，影响生物大分子和核糖的合成，从而能使海鱼的肉质保持鲜嫩，不易滋生细菌，在此过程中不会产生有害有毒的物质 ^[10]。王芬等研究表明，ε-聚赖氨酸与其他食品防腐添加剂共同处理后，对橄榄油、花生油、大豆油等植物油类的储存有良好的的效果，能抑制变质后气味的扩散，并且破坏细菌的细胞膜从而减少有害物质的产生^[11]。倪清艳等研究表明，在鱼香肠、人工蟹肉、鱼肉香肠、鱼糕、虾滑等新鲜鱼糜制中添加0.15 %ε-聚赖氨酸后，ε-聚赖氨酸有良好的抑菌效果，能使新鲜鱼糜制保质期延长至6d ^[12]。李维娜等研究发现，ε-聚赖氨酸能对酵母菌和霉菌有明显的抑菌效果，将 0.1%ε-聚赖氨酸和 0.25%醋酸调配并加入即食湿面条中，有效抑制了即食湿面条内腐败菌的生长^[13]。程涛等研究表明，聚赖氨酸30mg/kg、EDTA 30 mg/kg、山梨酸钾0.4 g/kg、纳他霉素30 mg/kg的复合防腐剂时，抑菌率达96 %以上，能有效延长食醋保质期^[14]。吕志良等通过实验研究表明，ε-聚赖氨酸会抑制氧化酶的活性，破坏细菌细胞膜的结构，使细菌自溶死亡^[15]。当加入适当浓度的ε-聚赖氨酸，枯草芽孢杆菌的生殖繁衍被抑制，能使玉米汁更长时间的保存。在已添加ε-聚赖氨酸的玉米汁中，还可以添加其他的结合稳定剂，若添加的结合稳定剂对ε-聚赖氨酸的防腐效果没有太大影响，这种条件下饮料可保持均匀稳定，不易滋生细菌，不易变味。徐红华和刘慧的研究表明，ε-聚赖氨酸能抑制牛奶中微生物产生的蛋白酶和脂肪酶的活性，同时还能使牛奶中微生物的生殖繁衍缓慢，破坏霉菌的细胞膜结构，使牛奶不易变质，储存时间得到延长 ^[16]。

在医疗、营养保健方面，ε-聚赖氨酸也有巨大的研究潜力。Kido 等及Tsujita 等通过大量实验发现ε-聚赖氨酸能够抑制胰脏脂肪酶活性，显著降低高甘油酯血症的发病率 ^[17]。因为ε-聚赖氨酸独特的化学特性，与其他氨基酸产物或聚合物相比，化学结构和热稳定性等各个方面都更加稳定更不易被分解，所以若是将ε-聚赖氨酸研究作为药物，能在人体中更有效更长时间的发挥药效，达到更好的医疗效果。Hugues等发现将氨甲嘌呤(抑制肿瘤扩散、压抑骨髓活动及引致肝炎、治疗急性白血病的药物)与ε-聚赖氨酸发生反应, 反应物能减缓体内的肿瘤细胞的扩散，抑制肿瘤细胞的生长与繁殖，抑制白细胞的活性，能明显提高医疗药物的疗效^[18]。因此，ε-聚赖氨酸是一种潜在的可作为抵抗肥胖的保健品和提高药效的医疗药物，这也将是ε-聚赖氨酸未来发展最具有意义和挑战的领域。

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