CN109014236A

CN109014236A - 一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN109014236A
Application number: CN201810758239.3A
Authority: CN
Inventors: 单杨; 苏东林; 李培骏; 李高阳; 梁金叶; 陶丽君
Original assignee: HUNAN PROV AGRICULTURAL PRODUCT PROCESSING INST
Current assignee: HUNAN PROV AGRICULTURAL PRODUCT PROCESSING INST
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2018-12-18

Abstract

本发明公开了一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：将柑橘果胶在磁力搅拌下溶于NaOH溶液中，得到柑橘果胶溶液，在60℃～90℃搅拌下滴加的AgNO₃溶液反应，得到银纳米粒子。相应地，本发明还提供一种基于柑橘果胶的银纳米粒子在抑菌领域中的应用，本发明具有绿色环保、低毒、成本低且产量高等优点。

Description

一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于金属纳米粒子制备技术领域，尤其涉及一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，纳米技术已成为各行业研究热点，纳米复合物主要由聚合物和金属粒子组成。在众多的金属纳米粒子中，银纳米粒子（AgNPs）由于其多样性和广谱抗菌活性，已在传感器、催化剂、生物医学、水和大气的净化、食品保鲜检测等领域得到广泛应用。传统制备AgNPs的化学还原方法具有成本低、操作方便等优点，但主要缺陷是毒性溶剂、产生有害副产物以及高消耗。目前已采用植物、藻类、真菌、细菌、病毒和各种生物聚合物用于绿色合成生产成本低、高能效和非毒性的AgNPs。

果胶具有低毒、良好的生物相容性、生物可降解性和易于形成胶体等特点，是一种制备金属纳米粒子的优良生物大分子材料；然而现阶段对果胶金属纳米粒子的制备研究还刚起步，存在制备方法不够环保、化学试剂消耗多和能源成本高等缺点。随着纳米技术的出现，使得AgNPs在抗菌能力上的应用有了质的飞跃。AgNPs拥有广泛的杀菌效果且无耐药性，促进受损细胞自我修复，加速伤口愈合，对生物体无任何毒性反应，未发现任何对皮肤不良反应等一系列优势，使得纳米银在抗菌这一特性上具有广阔的应用前景。

国内外对于柑橘果胶提取的研究较多，目前国内提取果胶的主要方法有酸提取法、离子交换树脂法、酶法、微波法、超声波法以及其他复合方法。相对于酸法提取，虽然其他几种方法能够避免环境污染，但是其提取效率相对较低，而且提取成本较高。目前，国内外利用果胶制备纳米粒子的研究比较少，喻翠云（2010）利用果胶在Ca(OH)₂溶液中制备聚阴离子基纳米粒子。张文林（2017）报道了基于果胶的银纳米粒子的制备技术，采用一步回流法成功制备了银纳米粒子，虽然避免了有毒物质的添加，但是需要100 ℃油浴加热5 h，制备条件要求较高，而且时间比较长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种绿色环保、低毒、成本低且产量高的基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

将柑橘果胶在磁力搅拌下溶于NaOH溶液中，得到柑橘果胶溶液，在60 ℃～90 ℃搅拌下滴加的AgNO₃溶液反应，得到银纳米粒子。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述NaOH溶液的浓度为0.1 g/L～1.5 g/L，所述柑橘果胶溶液中柑橘果胶的浓度为0.1 g/L～5 g/L，所述AgNO₃溶液的浓度为0.5 mol/L～2.5 mol/L，所述反应时间为1 min~120 min。

所述柑橘果胶由以下方法制得：

（1）采用酸提醇析法对预处理后的柑橘皮粉末进行果胶提取，得到果胶提取液；

（2）搅拌条件下在步骤（1）所得的果胶提取液中加入乙醇，沉淀、过滤后得到胶状物，将所得沉淀物洗涤，烘干，得到柑橘果胶。

所述步骤（1）的具体过程为：将预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液混合，在80 ℃～90 ℃下水浴反应30 min～120 min，过滤后用清水洗涤至滤液不再粘稠，合并滤液，离心，所得上清液即为果胶提取液。

所述HCl溶液的pH=1.0～2.0，所述预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液的质量体积比为5 g∶80 mL～120 mL。

所述预处理具体过程为：将柑橘皮烘干，粉碎至40目以下，煮沸灭酶5 min～10min，然后用温水漂洗至水呈无色，烘干。

所述步骤（2）中，所述乙醇与果胶提取液的体积比为1～2∶1，沉淀时间为0.5 h～2h。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种根据前述基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法得到的银纳米粒子在抑菌领域中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，采用可再生、可降解的生物大分子的柑橘果胶作为还原剂和稳定剂，在柑橘果胶中溶入氢氧化钠（NaOH）溶液中，得到还原和未还原两部分，其中未还原部分包括半乳糖醛酸，还原部分包含有半乳糖、阿拉伯糖等还原糖。这些还原糖在加入硝酸银（AgNO₃）后，将Ag⁺还原成Ag⁰，会生成银纳米粒子（AgNPs）和醛类物质。半乳糖醛酸作为果胶的主要组分，并不具有还原性，但是具有稳定作用，防止AgNPs的凝聚。本发明制备工艺简单易操作，反应时间短，避免了有毒还原剂的使用，制备的银纳米粒子比较均匀，平均粒径为10 nm～15 nm，具有较窄的粒度分布。

2、本发明的基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，采用酸提醇析法和乙醇沉淀工艺制备柑橘果胶，提取方法简单，成本低，效率较高，柑橘果胶提取产量高，且产品具有较高的半乳糖醛酸浓度（最高能达到68.31%的浓度），因此具有较高的产品质量。

3、本发明的基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法制备得到银纳米粒子，具有广谱的抗菌活性，对于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有一定的抑菌效果，而且其最小抑菌浓度比较低。因此对于开发高效、低毒、低成本、广谱的抗菌材料领域方面具有广阔的应用前景，在开辟新的绿色化学合成灭菌型物质具有极其重要的意义。

附图说明

图1为实施例1和实施例2中不同碱浓度对银纳米粒子的影响。

图2为实施例1和实施例3中不同果胶浓度对银纳米粒子的影响。

图3为实施例1和实施例4中不同AgNO₃溶液浓度对银纳米粒子的影响。

图4为实施例1和实施例5中不同温度对银纳米粒子的影响。

图5为实施例1和实施例6中不同反应时间对银纳米粒子的影响。

图6为实施例1中银纳米粒子的透射电镜图（a）及粒径分布图（b）。

图7为实施例7中银纳米粒子对大肠杆菌（a）和金黄色葡萄球菌（b）在波长600 nm下不同时间的吸光值。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

本发明的一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

本发明中，采用可再生、可降解的生物大分子的柑橘果胶作为还原剂和稳定剂，在柑橘果胶中溶入氢氧化钠（NaOH）溶液中，得到还原和未还原两部分，其中未还原部分包括半乳糖醛酸，还原部分包含有半乳糖、阿拉伯糖等还原糖，这些还原糖在加入硝酸银（AgNO₃）后，会生成银纳米粒子（AgNPs）和醛类物质，半乳糖醛酸作为果胶的主要组分，半乳糖醛酸并不具有还原性，但是具有稳定作用，防止AgNPs的凝聚。本发明制备工艺简单易操作，反应时间短，避免了有毒还原剂的使用，制备的银纳米粒子比较均匀，平均粒径为10 nm～15 nm，具有较窄的粒度分布。

柑橘果胶由以下方法制得：

步骤（1）的具体过程为：将预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液混合，在80 ℃～90℃下水浴反应30 min～120 min，过滤后用清水洗涤至滤液不再粘稠，合并滤液，离心，所得上清液即为果胶提取液。

HCl溶液的pH=1.0～2.0，预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液的质量体积比为5 g∶80 mL～120 mL。

预处理具体过程为：将柑橘皮烘干，粉碎至40目以下，煮沸灭酶5 min～10 min，然后用温水漂洗至水呈无色，烘干。

步骤（2）中，乙醇与果胶提取液的体积比为1～2∶1，沉淀时间为0.5 h～2 h。

本发明中，采用酸提醇析法和乙醇沉淀工艺制备柑橘果胶，提取方法简单，成本低，效率较高，柑橘果胶提取产量高，且产品具有较高的半乳糖醛酸浓度（最高能达到68.31%的浓度），因此具有较高的产品质量。

实施例1：

本实施例的一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

柑橘果胶的制备：

（1）将200 g温州蜜柑皮放于烘箱内60 ℃烘干后，用粉碎机粉碎到40目以下，煮沸灭酶8 min，并除去可溶物，然后用温水漂洗至水呈无色，烘干、储存。

（2）称取步骤（1）预处理过的干燥蜜柑皮粉5 g，置于烧杯中，加入100 mL、pH=1.0的HCl溶液，在85 ℃水浴90 min，滤布过滤后用清水洗涤至滤液不再粘稠；在4000 r/min下离心分离15 min，取上清液即为果胶提取液；

（3）用玻璃棒不断搅拌果胶提取液的同时不断加入体积分数95%的乙醇，乙醇加入量与果胶提取液的体积比为1.3∶1，放桌面沉淀1 h，滤纸过滤后，用90%的乙醇洗涤胶状物并放于45 ℃的烘箱中烘干，即为柑橘果胶成品。

经检测，柑橘果胶的产率为28.47%（现有技术中采用其他制备方法得到的柑橘果胶的产率一般为20%），酯化度为60.96%，半乳糖醛酸含量为68.31%。

银纳米粒子的制备：

（4）将步骤（3）中的柑橘果胶成品在磁力搅拌下用NaOH溶液溶解，得50 mL浓度为2.0g/L果胶浓度的碱溶液，碱浓度为1.0 g/L，控制温度为70 ℃，搅拌并将1 mL浓度为 0.5mol/L的AgNO₃溶液滴加到果胶溶液中，连续搅拌并反应1 min，得到含有银纳米粒子的纳米银溶液。

在试验中，反应溶液变成棕色表明银纳米微粒产生，由紫外—可见吸光光谱进行光谱扫描，以410 nm附近的吸收峰作为条件优化。

将本实施例得到银纳米粒子进行透射电镜（TEM）观察，银纳米粒子透射电镜图如图6（a）所示，粒径分布图如图6（b）所示，由图可知，本实施例所制备的银纳米粒子（AgNPs）平均粒径为10 nm～15 nm，并具有窄的粒度分布。

实施例2：

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

步骤（4）中，碱浓度分别为0 g/L、0.1 g/L、0.5 g/L、1.5 g/L。

将实施例1和实施例2反应后的纳米银溶液在300 nm～600 nm下进行光谱扫描。由图1可知，碱浓度为1 g/L时，410 nm附近的吸收峰最高。

实施例3：

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

步骤（4）中，果胶浓度分别为0.1 g/L、0.2 g/L、1.0 g/L、3.0 g/L、5.0 g/L。

将实施例1和实施例3反应后得到的纳米银溶液在300 nm～600 nm下进行光谱扫描。由图2可知，果胶浓度为2.0 g/L时，410 nm附近的吸收峰最高。

实施例4：

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

步骤（4）中，AgNO₃溶液浓度分别为0 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L、2.5mol/L。

取实施例1和实施例4反应后的纳米银溶液在300 nm～600 nm下进行光谱扫描。由图3可知，AgNO₃（硝酸银）溶液浓度为0.5 mol/L时，410 nm附近的吸收峰最高。

实施例5：

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

步骤（4）中，控制温度分别为60 ℃、80 ℃、90 ℃。

取实施例1和实施例5反应后的纳米银溶液在300 nm～600 nm下进行光谱扫描。由图4可知，温度70 ℃时，410 nm附近的吸收峰最高。

实施例6：

本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

步骤（4）中，反应时间为30 min、60 min、120 min。

取实施例1和实施例6反应后的纳米银溶液在300 nm～600 nm下进行光谱扫描。由图5可知，反应时间1 min时，410 nm附近的吸收峰最高。

实施例7：

本实施例的一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法得到的银纳米粒子在抑菌领域中的应用，取实施例1所得纳米银粒子溶液进行抑菌实验，纳米银粒子（AgNPs）溶液在10000 r/min条件下离心10 min，废弃上层清液，加入适量无菌水洗涤沉淀，重复上述条件离心洗涤三次，50 ℃烘箱烘干获得AgNPs粉末。

（1）抑菌圈实验

将上述AgNPs粉末分散于无菌水中制备成浓度为60 mg/mL的AgNPs分散液，制备LB平板培养基，吸取200 μL的不同菌种悬液到灭菌后的平板培养基上涂布，放入滤纸片（提前将6.00 mm滤纸片用50μL浓度为60 mg/mL的AgNPs分散液润湿），本实施例中，菌种分别为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌，将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌在37 ℃下培养18 h～24 h（本实施例为18 h），霉菌在28 ℃下培养24 h～30 h（本实施例为24 h）。

三种菌的抑菌圈分别为9.48 mm、13.50 mm和8.72 mm。

（2）最低抑菌浓度

取实施例1所得AgNPs粉末0 mg、0.2 mg、0.4 mg、0.8 mg、1.6 mg、3.2 mg，溶于1 mL的肉汤中，即为0 mg/mL、0.2 mg/mL、0.4 mg/mL、0.8 mg/mL、1.6 mg/mL、3.2 mg/mL纳米银粒子样品溶液。

将0.15 mL肉汤、0.05 mL纳米银粒子样品溶液和0.05 mL大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌悬液，在波长600 nm下测其0 h、3 h、6 h、9 h、12 h、15 h、24 h的吸光值，结果如图7所示，其中图7（a）为大肠杆菌，图7（b）为金黄色葡萄球菌，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度都是640 μg/mL。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为0.1 g/L～1.5g/L，所述柑橘果胶溶液中柑橘果胶的浓度为0.1 g/L～5 g/L，所述AgNO₃溶液的浓度为0.5mol/L～2.5 mol/L，所述反应时间为1 min ~120 min。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述柑橘果胶由以下方法制得：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体过程为：将预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液混合，在80 ℃～90 ℃下水浴反应30 min～120 min，过滤后用清水洗涤至滤液不再粘稠，合并滤液，离心，所得上清液即为果胶提取液。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述HCl溶液的pH=1.0～2.0，所述预处理后的柑橘皮粉末与HCl溶液的质量体积比为5 g∶80 mL～120 mL。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述预处理具体过程为：将柑橘皮烘干，粉碎至40目以下，煮沸灭酶5 min～10 min，然后用温水漂洗至水呈无色，烘干。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述乙醇与果胶提取液的体积比为1～2∶1，沉淀时间为0.5 h～2 h。

8.一种根据权利要求1至7中任一项所述的基于柑橘果胶的银纳米粒子的制备方法得到的银纳米粒子在抑菌领域中的应用。