CN103054129A

CN103054129A - 纳米氧化锌作为抗菌剂的应用

Info

Publication number: CN103054129A
Application number: CN2012105937219A
Authority: CN
Inventors: 石陆娥; 唐振兴
Original assignee: Hangzhou Normal University
Current assignee: Hangzhou Normal University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103054129B

Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，所述的应用为纳米氧化锌颗粒作为丝衣霉属（Byssochlamys sp.）的抑菌剂；本发明提供的纳米氧化锌颗粒具有无毒、对常见饮料微生物具有较好的抑菌效率等特点，具有用作酸性饮料防腐剂良好潜质，尤其是对酸性饮料中丝衣霉属具有明显的抑菌效果，其制备方法简便，可通过控制前驱体煅烧条件制备不同粒径的氧化锌粉体，适合工业化生产。

Description

纳米氧化锌作为抗菌剂的应用

（一）技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌粉体作为抑菌剂的应用，具体涉及纳米氧化锌粉体对丝衣霉属（Byssochlamys sp.）具有抑制生长作用。

（二）背景技术

饮料是我们日常生活中常用的快速消费品。饮料在加工过程中非常容易变质，这些变质主要是由细菌、霉菌和酵母等微生物产生。一些对热敏感的微生物可以通过巴氏杀菌方式消除，但是还有部分微生物具有耐热、耐酸的性质，很难通过巴氏杀菌的方式去除。因此，为使饮料具有更长的保鲜期，通长需要添加一定防腐剂。

防腐剂是抑制物质腐败的药剂，即对以腐败物质为代谢底物的微生物的生长具有持续的抑制作用，特别是在一般灭菌作用不充分时仍具有持续性的效果。防腐剂按来源分，有化学防腐剂和天然防腐剂两大类。化学防腐剂又分为有机防腐剂与无机防腐剂。前者主要包括苯甲酸、山梨酸等，它们在酸性条件下对霉菌、酵母及细菌都有一定的抑菌能力，常用于果汁、饮料、罐头、酱油、醋等食品的防腐。后者主要包括亚硫酸盐和亚硝酸盐等，其很少直接加入食品。天然防腐剂，通常是从动物、植物和微生物的代谢产物中提取。虽然天然食品防腐剂无毒无害，但目前天然食品防腐剂的价格高昂，大多数食品生产企业难以承受，还没有形成规模化。目前在食品饮料行业中，化学防腐剂特别是苯甲酸、山梨酸等还是主流。随着人们对健康要求的提高，人们对防腐剂研究及应用越来越关注。

纳米氧化锌颗粒是随着纳米材料技术的发展而产生的一种新型功能精细的无机材料，具有明显的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观轨道效应。经研究表明，由于纳米氧化锌巨大的比表面积、大量的晶体缺陷及栗子表面的正电荷作用，纳米氧化锌颗粒对细菌、霉菌、芽孢、酵母等微生物表现出很高的抗菌活性。目前，已有很多关于纳米氧化锌颗粒的制备及抑菌性能的报道。关于其抑菌性能研究都集中在中性环境，纳米氧化锌颗粒表现出良好的抑菌效果。关于其在酸性环境中的应用没有相关报道。另外，锌作为人体必须每日补充的微量元素，对人体健康非常有益。为此，在酸性饮料领域，纳米氧化锌非常具有成为防腐剂的潜力。

（三）发明内容

本发明目的是提供一种纳米氧化锌颗粒在酸性饮料中抗菌性能，纳米氧化锌颗粒作为无机抗菌剂在饮料行业中应用，具体为纳米氧化锌颗粒作为丝衣霉属（Byssochlamys sp.）的抑菌剂。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，所述的应用为纳米氧化锌颗粒作为丝衣霉属（Byssochlamys sp.）的抑菌剂。

进一步，所述纳米氧化锌颗粒的粒径为8~150nm。

进一步，所述纳米氧化锌颗粒的质量用量以丝衣霉属菌株细胞数计为0.01~0.05 mg/ 10⁴ CFU。

进一步，所述纳米氧化锌颗粒按如下方法制备：室温下，将1.0~2.0mol/L硝酸锌水溶液滴加到1.0~2.0 mol/L可溶性碳酸钠水溶液中，在150~250 W超声条件下搅拌混合10~30分钟，获得乳液，将乳液在室温下陈化3~5小时，过滤、水洗、冷冻干燥、粉碎，得到碱性碳酸锌前驱体，将前驱体以3~8 ℃/min的速度升温至250~600℃，煅烧2~5小时，获得纳米氧化锌颗粒；所述硝酸锌水溶液中硝酸锌与可溶性碳酸钠水溶液中可溶性碳酸钠投料物质的量之比为1：1.0~1.3。

进一步，所述应用是将纳米氧化锌颗粒作为酸性饮料中丝衣霉属的抑菌剂。

进一步，所述酸性饮料为pH值为2.5~5.5。

本发明所述纳米氧化锌颗粒是以可溶性锌盐和可溶性碳酸盐为原料，先制得碱式碳酸锌前躯体，通过控制煅烧条件制备得到，具体推荐按如下步骤进行：将1.7 mol/L硝酸锌水溶液25 ml加入到超声波反应容器，室温下滴加浓度为2.0 mol/L可溶性碳酸钠水溶液12.5 ml得到白色乳液，再在 250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液室温下陈化5小时，过滤、水洗、冷冻干燥、粉碎，得到碱性碳酸锌前驱体，将前驱体以3~8 ℃/min速度升温至250~600℃，煅烧2~5小时，可得到粒径为8~150 nm大小的白色纳米氧化锌颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：

本发明提供的纳米氧化锌颗粒具有无毒、对常见饮料微生物具有较好的抑菌效率等特点，具有用作酸性饮料防腐剂良好潜质，尤其是对酸性饮料中丝衣霉属具有明显的抑菌效果，其制备方法简便，可通过控制前驱体煅烧条件制备不同粒径的氧化锌粉体，适合工业化生产。

（四）附图说明

图1实施例1制备的纳米氧化锌透射电镜照片；

图2实施例1制备的纳米氧化锌X射线衍射图；

图3实施例6中纳米氧化锌颗粒的粒径对苹果汁中丝衣霉属的抑菌效果；

图4实施例6中纳米氧化锌颗粒的粒径对桔子汁中丝衣霉属的抑菌效果；

图5实施例6中纳米氧化锌颗粒的浓度对苹果汁中丝衣霉属的抑菌效果；

图6实施例6中纳米氧化锌颗粒的浓度对桔子汁中丝衣霉属的抑菌效果。

（五）具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1

纳米氧化锌的制备：将1.0 mol/L硝酸锌水溶液60 ml加入到超声波反应容器中（Sonicafier 450, Branson Ultrasonics corporation, 美国），室温（25℃）下滴加1.5 mol/L可溶性碳酸钠水溶液40 ml得到白色乳液，在250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液在室温下陈化5小时，然后过滤，滤饼水洗后在-50℃冷冻干燥3 h，粉碎，得到碱性碳酸锌前驱体，将前驱体以3 ℃/min速度升温到350℃，煅烧2小时，得白色纳米氧化锌颗粒，粒径15 nm。扫描电镜图见图1，X射线衍射图见图2所示。

抑菌性：将上述氧化锌粉体和菌悬液（10⁶ CFU/mL）加入到苹果汁中，在苹果汁中，菌体浓度10⁴ CFU/mL，纳米氧化锌颗粒浓度为300ppm。样品在室温条件下储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，实验操作及溶液配制同实施例6。结果表明，室温储存21天后，没有检测到任何菌落。

实施例2

纳米氧化锌的制备：将1.5 mol/L硝酸锌水溶液50 ml加入到超声波反应容器，室温下滴加1.5 mol/L可溶性碳酸钠水溶液60 ml得到白色乳液，在250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液室温下陈化5小时，过滤、水洗、-50℃冷冻干燥3 h、粉碎，将得到碱性碳酸锌前驱体以3 ℃/min速度升温到400 ℃下煅烧1.5小时，得白色纳米氧化锌颗粒，粒径50 nm。

抑菌性：将上述纳米氧化锌颗粒和菌悬液（10⁶ CFU/mL）加入到苹果汁中，在苹果汁中，菌体浓度10⁴ CFU/mL，纳米氧化锌颗粒浓度为300ppm。样品在室温条件下储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，实验操作及溶液配制同实施例6。结果表明，室温储存18天，没有检测到任何菌落，21天后，没有检测到任何菌落。

实施例3

纳米氧化锌的制备：将1.5 mol/L硝酸锌水溶液50 ml加入到超声波反应容器，室温下滴加浓度为2.0 mol/L可溶性碳酸钠水溶液40 ml得到白色乳液，在250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液室温下陈化5小时，过滤、水洗、-50℃冷冻干燥3 h、粉碎，将得到碱性碳酸锌前驱体以3℃/min速度升温到500 ℃，煅烧2小时，得白色纳米氧化锌颗粒，粒径80 nm。

抑菌性：将上述纳米氧化锌颗粒和菌悬液（10⁶ CFU/mL）加入到桔子汁中，在桔子汁中，菌体浓度10⁴ CFU/mL，纳米氧化锌颗粒浓度为300 ppm。样品在室温条件下储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，实验操作及溶液配制同实施例6。结果表明，室温储存12天，没有检测到任何菌落。

实施例4

纳米氧化锌的制备：将2.0 mol/L硝酸锌水溶液50 ml加入到超声波反应容器，室温下滴加浓度为2.0 mol/L可溶性碳酸钠水溶液55 ml得到白色乳液，在250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液室温下陈化5小时，过滤、水洗、-50℃冷冻干燥3 h、粉碎，将得到碱性碳酸锌前驱体以3℃/min速度升温到350℃，煅烧4小时，得纳米氧化锌颗粒，粒径25 nm。

抑菌性：将上述纳米氧化锌颗粒和菌悬液（10⁶ CFU/mL）加入到桔子汁中，在桔子汁中，菌体浓度10⁴ CFU/mL，氧化锌纳米粉体浓度为400ppm。样品在室温条件下储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，实验操作及溶液配制同实施例6。结果表明，室温储存21天后，没有检测到任何菌落。

实施例5

纳米氧化锌的制备：将1.0 mol/L硝酸锌溶液50 ml加入到超声波反应容器，室温下滴加浓度为2.0 mol/L可溶性碳酸钠水溶液30 ml得到白色乳液，在250W超声条件下搅拌混合15 分钟，将得到的乳液室温下陈化5小时，过滤、水洗、-50℃冷冻干燥3 h、粉碎，将得到碱性碳酸锌前驱体以3℃/min速度升温到600 ℃，煅烧4小时，得白色纳米氧化锌颗粒，粒径150 nm。

抑菌性：将上述纳米氧化锌颗粒和菌悬液（10⁶ CFU/mL）加入到桔子汁中，在桔子汁中，菌体浓度10⁴ CFU/mL，氧化锌纳米粉体浓度为300ppm。样品在室温条件下储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，实验操作及溶液配制同实施例6。结果表明，室温储存12天后，可检测到菌落为10^0.8 CFU/mL。

实施例6

将实施例1-5制备的纳米氧化锌颗粒对饮料常见微生物丝衣霉属（Byssochlamys sp.）抑制性能进行检测，具体步骤如下：

1）检测菌种

选取饮料中常见微生物：丝衣霉属（Byssochlamys sp.），购自中国医学科学院医药生物技术研究所，编号CPCC480411。

2）样品准备

菌悬液：用pH为7.0的氯化钠-蛋白胨缓冲液配制以上微生物菌株的菌悬液，菌悬液的菌体终浓度为10⁶ CFU/mL。

纳米氧化锌：将实施例1（15nm）、实施例4（25nm）、实施例2（50nm）、实施例3（80nm）、实施例5（150nm）制备的纳米氧化锌分别在180 ℃ 进行灭菌活化处理60分钟，备用。

3）测定方法

（1）纳米氧化锌粒径对抑菌效果影响：

a、苹果汁

分别将不同粒径纳米氧化锌（15 nm、25 nm、50nm、80nm和150nm）加入到苹果汁（1L装汇源苹果汁）中作为实验组，再分别加入上述配制的丝衣霉属的菌悬液，纳米氧化锌终浓度均为300 ppm，丝衣霉属的菌悬液菌体终浓度为10⁴ CFU/mL。

另外将防腐剂苯甲酸/山梨醇甲（质量比1:1）加入苹果汁中作为对照组，加入上述配制的丝衣霉属的菌悬液，菌悬液菌体终浓度为10⁴ CFU/mL，防腐剂苯甲酸/山梨醇甲（1:1）终浓度为520 ppm。

将实验组和对照组样品在室温（25℃）条件下自然储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，结果见图3所示。

b、桔子汁

将方法a中的苹果汁更换为桔子汁（1L装汇源桔子汁），其它操作及分组同方法a，结果见图4所示。

由图3和4可知，当纳米氧化锌颗粒的粒径小于80nm 时，纳米氧化锌颗粒和商品化的防腐剂具有相似的抗菌效果，微生物在苹果汁或桔子汁中均没有生长。当纳米氧化锌颗粒的粒径大于80 nm时，纳米氧化锌颗粒的抑菌性能随着粒径的增大而降低。因此，实际应用过程中应选取粒径小于80 nm的纳米氧化锌颗粒。

（2）纳米氧化锌浓度对抑菌效果的影响：

菌悬液：用pH为7.0的氯化钠-蛋白胨缓冲液配制以上微生物菌株的菌悬液，丝衣霉属的菌悬液菌体终浓度为10⁴ CFU/mL。

纳米氧化锌：将实施例4（25nm）制备的纳米氧化锌在180 ℃灭菌活化处理60分钟，备用。

a、苹果汁：分别将上述纳米氧化锌加入到苹果汁（1L装汇源苹果汁）中作为实验组，再分别加入上述配制的丝衣霉属的菌悬液，纳米氧化锌终浓度分别为50 ppm、100 ppm、200 ppm、300 ppm、400 ppm和500 ppm，丝衣霉属的菌悬液的菌体终浓度为10⁴ CFU/mL。

将实验组和对照组样品在室温（25℃）条件下自然储存21 天，每3天取样，利用平板菌落计数，测定抑菌效果，结果见图5所示。

b、桔子汁

将方法a中的苹果汁更换为桔子汁（1L装汇源桔子汁），其它操作及分组同方法a，结果见图6所示。

图5和6结果表明，当果汁中纳米氧化锌颗粒浓度低于100 ppm，随着果汁中纳米氧化锌颗粒浓度的降低，抑菌效果变的越来越差；当果汁中纳米氧化锌颗粒浓度大于100 ppm，纳米氧化锌颗粒具有良好的抑菌效果。

纳米氧化锌颗粒具有无毒、对常见饮料微生物具有较好的抑菌效率等特点，具有用作酸性饮料防腐剂良好潜质。其制备方法简便，可通过控制前驱体煅烧条件制备不同粒径的氧化锌粉体，适合工业化生产。

Claims

1.一种纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述的应用为纳米氧化锌颗粒作为丝衣霉属（Byssochlamys sp.）的抑菌剂。

2.如权利要求1所述纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述纳米氧化锌颗粒的粒径为8~150nm。

3.如权利要求1所述纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述纳米氧化锌颗粒的质量用量以丝衣霉属菌株细胞数计为0.01~0.05 mg/10⁴ CFU。

4.如权利要求1所述纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述纳米氧化锌颗粒按如下方法制备：室温下，将1.0~2.0 mol/L硝酸锌水溶液滴加到1.0~2.0mol/L可溶性碳酸钠水溶液中，在150~250 W超声条件下搅拌混合10~30分钟，获得乳液，将乳液在室温下陈化3~5小时，过滤、水洗、冷冻干燥、粉碎，得到碱性碳酸锌前驱体，将前驱体以3~8 ℃/min的速度升温至250~600℃，煅烧2~5小时，获得纳米氧化锌颗粒；所述硝酸锌水溶液中硝酸锌与可溶性碳酸钠水溶液中可溶性碳酸钠投料物质的量之比为1：1.0~1.3。

5.如权利要求1所述纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述应用是将纳米氧化锌颗粒作为酸性饮料中丝衣霉属的抑菌剂。

6.如权利要求5所述纳米氧化锌作为抗菌剂的应用，其特征在于所述酸性饮料为pH值为2.5~5.5。