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壳寡糖是壳聚糖主链经物理、化学或酶降解断裂后的低分子量碱性氨基寡糖。壳寡糖具有良好的生物相容性、易降解性、生物无毒性、抗菌性和溶解性,是一种天然、绿色、安全的食品防腐剂,已成为当今国内外研究和开发的热点。但壳寡糖的抗菌活性有限,从而限制了其在食品工业中的应用,而通过对壳寡糖进行化学修饰是一种可以提高其抗菌活性的有效方法。因此,本论文通过在壳寡糖的分子链上导入具有高抗菌活性的基团,合成出三种新型、高效的壳寡糖衍生物,并对合成出的壳寡糖衍生物采用紫外-可见吸收光谱、红外光谱、核磁共振波谱、X-射线结晶衍射、热稳定性分析等检测手段,对其结构和理化性质进行全面解析。此外还研究了壳寡糖衍生物对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,ATCC 25923)、酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes,ATCC 12344)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,ATCC 21332)、大肠杆菌(Escherichia coli,ATCC 25922)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium,CMCC 50013)和痢疾志贺氏菌(Shigella dysenteriae,CMCC51302)等六种细菌的抗菌活性,通过抗菌活性筛选,筛选出其中一种抗菌活性最强的衍生物进行抗菌机理探讨。主要研究结果如下:1.以壳寡糖和曲酸为原料,通过四步化学反应合成出了壳寡糖-O-曲酸衍生物(COS-O-KA)。第一步,制备出氯代曲酸,得率达96.3%;第二步,制备出壳寡糖希夫碱,得率达90.2%;第三步,氯代曲酸和壳寡糖希夫碱发生O-烷基化反应,合成出壳寡糖希夫碱-O-曲酸衍生物,得率达66.3%;第四步,脱去壳寡糖希夫碱-O-曲酸衍生物C-2位氨基上的保护基团,使活性氨基释放出来,最终得到期望的壳寡糖-O-曲酸衍生物(COS-O-KA),得率达96.2%,合成过程总得率达55.4%。产物的结构经紫外-可见吸收光谱、红外光谱、核磁共振波谱表征后表明,壳寡糖与氯代曲酸发生了O-烷基化反应,曲酸中的5-羟基吡喃酮基被引入了壳寡糖的羟基中。热稳定性和溶解性检测结果表明壳寡糖衍生物的热稳定性较原料壳寡糖下降,且溶解性增强。抗菌结果表明,取代度为1.21的衍生物的抗菌活性最强,对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的IC50值分别为1.04 mg/m L和1.23 mg/m L,要显著强于原料壳寡糖(S.aureus:IC50=6.25 mg/m L,E.coli:IC50=7.29 mg/m L),抗菌活性是壳寡糖的6-7倍,且随着衍生物取代度的增加,抗菌活性逐渐增强,产物对革兰氏阳性细菌的抗菌活性强于对革兰氏阴性菌的;2.为了进一步提高衍生物的抗菌活性,通过将具有强抗菌活性的氯代曲酸-曼尼希碱(MB)引入到壳寡糖分子的C-2位氨基中,经过三步化学反应过程,使壳寡糖与氯代曲酸-曼尼希碱(MB)发生N-烷基化反应,经结构鉴定,成功地合成出了壳寡糖-N-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-N-MB)。第一步,制备氯代曲酸,得率为96.3%;第二步,氯代曲酸与N-甲基哌嗪发生曼尼希反应生成氯代曲酸-曼尼希碱,得率为93.8%;第三步,氯代曲酸-曼尼希碱和壳寡糖发生N-烷基化反应,最终合成出了壳寡糖-N-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-N-MB),得率为77.4%,合成过程中总的得率达69.9%。X-射线结晶衍射、热稳定性和溶解性实验结果显示,将曲酸中的5-羟基吡喃酮基和哌嗪环引入壳寡糖的糖链中之后,得到的壳寡糖衍生物的分子结晶结构变得更加规整和有序,衍生物的热稳定性和溶解性都增强。壳寡糖-N-曲酸-曼尼希碱衍生物的抗菌活性,要显著强于原料壳寡糖和壳寡糖-O-曲酸衍生物(COS-O-KA),且随着衍生物取代度的增加,抗菌活性逐渐增强,其中取代度为1.62的衍生物的抗菌活性最强,对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的IC50值分别为0.12 mg/m L和0.25 mg/m L,产物对革兰氏阳性细菌的抗菌活性强于对革兰氏阴性菌的。3.在保留壳寡糖中具有抗菌活性的C-2位氨基的同时,在羟基位上引入氯代曲酸-曼尼希碱(MB)。因此,壳寡糖、曲酸和N-甲基哌嗪通过五步化学反应,最终合成出了壳寡糖-O-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-O-MB)。第一步,氯代曲酸的制备,得率为96.3%;第二步,氯代曲酸-曼尼希碱的制备,得率为93.8%;第三步,壳寡糖希夫碱的制备,得率为90.2%;第四步,合成壳寡糖希夫碱-O-曲酸-曼尼希碱衍生物,得率为85.2%;第五步,壳寡糖-O-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-O-MB)的制备及纯化,得率为90.1%,合成过程中总得率为62.5%。通过对衍生物的物性研究,发现衍生物的结晶性增强,且变得更加规整和有序,热稳定性增强,在多种有机溶剂中的溶解性较原料壳寡糖增加。抗菌活性显著强于壳寡糖、壳寡糖-O-曲酸衍生物(COS-O-KA)和壳寡糖-N-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-N-MB)的活性,且随着衍生物取代度的增加,抗菌活性亦增强,其中取代度为1.71的衍生物的抗菌活性最强,对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的IC50值分别为0.02 mg/m L和0.15 mg/m L,产物对革兰氏阳性细菌的抗菌活性强于对革兰氏阴性菌的,在食品防腐方面具有潜在的应用价值,因此选择该衍生物进行后面章节的相关研究。4.以抗菌活性最强的壳寡糖-O-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-O-MB)为研究对象,同时以原料壳寡糖和曲酸为对照,探讨了三者对细菌细胞膜的完整性、细胞膜渗透性、外膜(OM)渗透性、内膜(IM)渗透性、与金属阳离子的相互作用及对蛋白质构象等方面的影响,得到以下主要结论:壳寡糖-O-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-O-MB)中C-2位的带正电荷的活性氨基能够与带负电的细胞膜相互作用,破坏细胞膜的完整性并使细胞内物质(Na+、K+、PO43-、DNA、RNA等)释放出来,细菌细胞膜的离子通透性增加,胞内电解质和β-半乳糖苷酶大量外渗,其中以经过壳寡糖-O-曲酸-曼尼希碱衍生物(COS-O-MB)处理的菌液电导率变化最快。同时,由于分子链中5-羟基吡喃酮基和哌嗪环的存在,能够与维持细胞正常功能所必须的金属阳离子(Ca2+、Mg2+、Cu2+、Na+)发生作用,且能改变蛋白质的构象。三种壳寡糖衍生物的抗菌活性均显著强于壳寡糖,本研究对于壳寡糖作为天然食品防腐剂应用在食品工业中,和开发环境友好型的壳寡糖衍生物食品防腐剂,具有重要的理论学术意义和应用价值。