脂肪酸及其衍生物抑菌活性定量构效关系研究及结构优化探索

从脂肪酸及其衍生物中可筛选安全高效的天然食品防腐剂和医药、兽药及农药有效成分。目前筛选工作主要通过大量试验进行，难免盲目性和偶然性，迫切需要定量构效关系的指导。本项目将在对脂肪酸及其衍生物的分子结构及抑菌活性进行量化表征的基础上，建立高质量的结构描述符定量构效关系模型（SDQSAR）和三维的比较分子力场分析（CoMFA）模型，并将两者综合在一起，用于指导脂肪酸及其衍生物的结构优化和设计，为研究创制新型高效脂肪酸衍生物类天然抑菌物质奠定基础。本项目创新点：（1）对脂肪酸及其衍生物的分子结构和抑菌活性进行量化表征，进而建立SDQSAR模型和CoMFA模型，国内外均未见相关报道。（2）综合应用SDQSAR模型和CoMFA模型，指导脂肪酸衍生物类天然抑菌物质的筛选、改性和创制，提高目标命中率，在脂类化学研究中也属创新。本项目有较好的工作基础和较完备的工作条件，项目组成员结构合理，研究方案切实可行。

脂肪酸及其衍生物是天然、高效食品抑菌剂的重要来源，从中可筛选或发现新的安全高效抑菌剂。现有的筛选工作主要根据前人的报道和研究者积累的经验，通过大量的试验来进行，难免具有盲目性和偶然性，迫切需要了解脂肪酸及其衍生物的分子结构与抑菌活性之间的关系。本研究测定了57种脂肪酸及衍生物对革兰氏阳性细菌-金黄色葡萄球菌和蜡样芽孢杆菌的最低抑制浓度，并利用结构描述符定量构效关系模型（SDQSAR）和三维的比较分子力场分析模型（CoMFA）研究了脂肪酸及部分衍生物的结构与抑菌活性之间的定量关系，获得了两组预测能力较优的模型，并且发现将SDQSAR模型和CoMFA模型结合起来可以提高预测的可信度；还选用35种脂肪酸及其衍生物，用半数抑制浓度（IC50）作为评价其抑菌活性的参数，建立了针对肠出血性大肠埃希氏菌O157:H7、白色念珠菌(pH=5.6，pH=7.0)、黑曲霉(pH=5.6，pH=7.0)的抑菌活性构效关系模型。. 分析所得模型发现，立体效应和电性特征是影响脂肪酸及其衍生物抑菌活性的最主要因素，原子排布较密，空间体积在一定范围，某些位置没有大的立体位阻，羧基、酯基端电负性强，特定的电子云排布和对外电场敏感的分子倾向于具有更高的抑菌能力。. 根据模型预测结果，同时考虑食品对口感和水溶性的要求，设计并合成了9种二糖中链脂肪酸单酯、6种单糖中链脂肪酸单酯及3种三糖中链脂肪酸单酯，比较了合成的糖单酯的抑菌性及其它理化性质，结果发现：糖月桂酸单酯的抑菌效果较好，其中甲酯葡萄糖月桂酸单酯最佳；糖单酯的抑菌活性、水溶性、表面活性等随着碳链长度和糖基变化而变化。综合考虑糖单酯的抑菌性、口感、水溶性、表面活性等特性，二糖月桂酸单酯品质最优，具有较好的开发应用价值。