CN111334382A - 一种基于芽孢的重金属清洁皂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于芽孢的重金属清洁皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基89～91％、甘油2.5～4％、活性炭固定化芽孢干粉1～3％、水4～6％。本发明属于日化用品技术领域，本发明提供了一种基于芽孢的重金属清洁皂，可对皮肤表面和纹理中的重金属进行有效清洁，避免或减轻了重金属对矿冶工人健康的危害。

Description

一种基于芽孢的重金属清洁皂及其制备方法

技术领域

本发明属于日化用品技术领域，尤其涉及一种基于芽孢的重金属清洁皂及其制备方法。

背景技术

传统矿山开采与冶炼环节，工艺设计粗放，生产环境恶劣，存在环境污染与诸多安全隐患。例如：采掘爆破作业产生的有毒有害炮烟、矿尘和冶炼炉排出的烟气、含有大量重金属和残余化学药剂的选冶工业除尘灰等。矿冶特种工作环境中形成的这些细颗粒物，在矿区及冶炼厂房内随处飘落沉积，极其容易污染皮肤等身体裸露部位。这些细颗粒物与普通尘土的不同之处在于，其富含有害烟尘、黑色油污、重金属及化学药剂，是一种难处理混合污染物。作为一种细颗粒物污染，其粒径微小(通常在1～100μm)，极易吸附于皮肤表面纹理之中。清水及普通家用清洁皂难以将其有效清除，日积月累，给矿冶工人的生活和健康带来风险。

普通市售皂类产品主要针对日常生活污渍的清洁，对矿冶环境皮肤清理缺乏针对性，清洁效果十分有限。基于此，几种具有摩擦效果的皂被发明以强化洁肤效果，如：CN2642786Y公开的具有摩擦效果的香皂、CN 201924000U公开的丝瓜络手工皂，等。然而实际应用中，尽管此类皂制作简单，但方法粗糙、原理单一，仅仅依靠加大摩擦作用，很难达到有效洁肤的目的，特别是对于吸附在皮肤表层纹理中的重金属，难以用上述皂有效清洁。

芽孢杆菌属的菌株普遍具有强大的吸附金属的能力，例如：在pH为5、30℃下，蜡样芽孢杆菌对金的吸附量可达380mg/g；胶质芽孢杆菌对重金属铅、锌、镉、铜和铬具有吸附性，尤其对铅显示出较强的选择性；多粘牙孢杆菌对铜有潜在的吸附能力，吸附量可达62.72mg/g；地衣芽孢杆菌R08吸附铅时，45分钟吸附量可达224.8mg/g。现有研究表明，芽孢杆菌属活菌株可通过离子交换、表面络合、氧化还原、无机微沉淀和静电作用等机制在芽孢表面吸附各种重金属。

虽然已有芽孢菌种用于污水和土壤重金属污染治理的报道，但尚无将芽孢菌种，尤其是芽孢菌种产生的芽孢用于制备重金属清洁皂的报道。因此，提供一种基于芽孢的重金属清洁皂具有重要意义。

发明内容

针对传统普通皂和摩擦皂对矿冶环境中细颗粒物污染皮肤重金属难以有效清洁的缺点，本发明在大量研究和实验的基础上，利用热处理后的芽孢对皮肤表面重金属的特异性吸附作用，使用活性炭对芽孢干粉进行固定化，在芽孢特异性吸附重金属后，可借助活性炭的巨大比表面积将重金属固定下来，吸附容量更大；同时，活性炭粉本身也有助于增加清洁皂的摩擦力，可对皮肤表面和纹理中的重金属进行有效清洁，避免或减轻了重金属对矿冶工人健康的危害。基于上述发现，从而完成本发明。

本发明的目的将通过下面的详细描述来进一步体现和说明。

本发明提供一种基于芽孢的重金属清洁皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基89～91％、甘油2.5～4％、活性炭固定化芽孢干粉1～3％、水4～6％。

发明人研究发现：热处理之后的死芽孢具有比活芽孢更大的细胞表面积，对重金属的吸附性更强，且避免了应用中可能的潜在生物危害，安全性好；通过使用活性炭对芽孢干粉进行固定化，在芽孢特异性吸附重金属后，可借助活性炭的巨大比表面积将重金属固定下来，吸附容量更大，有利于强化皮肤深层纹理处重金属的清洁效果。

优选地，所述的基于芽孢的重金属清洁皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油3％、活性炭固定化芽孢干粉2％、水5％。

优选地，所述水为无菌水。

优选地，所述活性炭固定化芽孢干粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)芽孢的获取：取活化的芽孢菌种加入灭菌的牛肉膏液体培养基中，30～37℃震荡培养22～36h，细胞生长到达稳定期，将培养温度提高到58～62℃，继续培养4～6h后，在8000～12000rpm下离心8～11min，收集沉淀，无菌水重悬并洗涤2～4次后，获得芽孢；达到稳定期的细胞在贫营养和58～62℃高温条件下，有利于芽孢的快速形成；

(2)芽孢干粉的制备：将步骤(1)获得的芽孢高压蒸汽灭菌，然后在60～90℃下烘干至恒重，得到芽孢干粉；

(3)芽孢干粉的活性炭固定化：将活性炭粉与步骤(1)获得的芽孢干粉在质量比4～6:1条件下以10～100g/L的总浓度加入到无菌水中，在50～300rpm下混合10～30min后，在8000～12000rpm下离心9～12min，收集沉淀，然后在60～90℃下烘干至恒重，得到活性炭固定化芽孢干粉。

芽孢菌种活化，可采用本领域的常规方法，例如在常规固体培养基上划线培养。细胞生长是否达到稳定期，可通过在分光光度计600nm处检查细胞光密度来判断。

优选地，所述震荡培养的转速为100～300rpm。

优选地，高压蒸汽灭菌采用121℃下高压蒸汽灭菌20min。

优选地，所述芽孢菌种包括：短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、克劳氏芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌中的一种或多种。

更优选地，所述芽孢菌种为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus，该芽孢菌种为模式菌株，保藏编号为：ACCC 10239。

优选地，所述活性炭粉的平均粒径为200目，活性炭粉与芽孢干粉的质量比为5:1。

优选地，所述牛肉膏液体培养基由胰蛋白胨10g/L、牛肉膏3g/L、酵母膏2g/L、氯化钠10g/L和水制成。

优选地，所述重金属包括：铅、锌、铜、镉和铬。铅、铜和镉等重金属可参考《水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法》(GB7475-1987)等相关方法进行检测。

此外，本发明还提供基于芽孢的重金属清洁皂的制备方法，包括如下步骤：按配方量取植物皂基、甘油、活性炭固定化芽孢干粉和水，在45～60℃下溶解完全并搅拌均匀，然后导入模具在15～30℃下凝固成型，得到基于芽孢的重金属清洁皂。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明创造性地将热处理后的芽孢用于重金属离子的特异性吸附，同时使用活性炭对芽孢干粉进行固定化，借助了活性炭的巨大比表面积将重金属固定下来，吸附容量更大；同时，活性炭粉本身也有助于增加皂的摩擦力，可对皮肤表面和纹理中的重金属进行深度清洁和有效清洁。

(2)传统摩擦皂仅仅通过摩擦力来去除细颗粒物粉尘污染，而本发明应用的芽孢表面含有各种与重金属具有络合作用的官能团，如-OH、-PO₄、-NH、-CO、-COOH和-SH等，特异性吸附和清洁效果好。

(3)本发明使用热处理之后的死芽孢，具有比活芽孢更大的细胞表面积，对重金属的吸附性更强，且避免了应用中可能的潜在生物危害，安全性好。

(4)本发明提供的基于芽孢的重金属清洁皂的制备方法简单，携带方便，便于矿冶环境作业工人野外使用，随时护卫皮肤健康。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明中，所使用的制备原料植物皂基为常规市售产品，涉及的芽孢菌种可通过保藏中心等单位获得，其中，短小芽孢杆菌Bacillus pumilus购自中国农业微生物菌种保藏管理中心，保藏编号为：ACCC 10239。百分含量，除非明确说明，指质量百分含量。

实施例1短小芽孢杆菌Bacillus pumilus活性炭固定化芽孢干粉的制备

短小芽孢杆菌Bacillus pumilus活性炭固定化芽孢干粉的制备包括如下步骤：

(1)芽孢的获取：取活化的短小芽孢杆菌Bacillus pumilus加入灭菌的牛肉膏液体培养基中，32℃、150rpm震荡培养24h，细胞生长到达稳定期，将培养温度提高到60℃，继续培养5h后，在11000rpm下离心10min，收集沉淀，无菌水重悬并洗涤3次后，获得芽孢；短小芽孢杆菌Bacillus pumilus活化：取菌种冻干粉在无菌生理盐水中溶化后，取1环在含10％的牛肉膏固体培养基上划线，在30℃培养箱中培养24h，得到活化的短小芽孢杆菌Bacilluspumilus；

(2)芽孢干粉的制备：将步骤(1)获得的芽孢在121℃下高压蒸汽灭菌20min，然后在75℃下烘干至恒重，得到芽孢干粉；

(3)芽孢干粉的活性炭固定化：将5g平均粒径为200目的活性炭粉与1g步骤(2)制得的芽孢干粉加入到50mL水中，在100rpm和30℃下震荡混合15min后，在11000rpm下离心10min，收集沉淀，然后在75℃下烘干至恒重，得到活性炭固定化芽孢干粉。

实施例2基于芽孢的重金属清洁皂

基于芽孢的重金属清洁皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油3％、实施例1制得的活性炭固定化芽孢干粉2％、无菌水5％。

基于芽孢的重金属清洁皂的制备方法，包括如下步骤：按配方量取植物皂基、甘油、活性炭固定化芽孢干粉和无菌水，在55℃下溶解完全并搅拌均匀，然后导入模具在25℃下凝固成型，得到基于芽孢的重金属清洁皂。

对比例1皂基皂

皂基皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油5％、无菌水5％。

对比例1与实施例2的区别在于：不含活性炭固定化芽孢干粉，甘油的质量百分含量增加。

对比例2活性炭皂

活性炭皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油3％、活性炭粉2％、无菌水5％。

对比例2与实施例2的区别在于：使用活性炭粉代替活性炭固定化芽孢干粉。

对比例3未固定化的芽孢干粉皂

未固定化的芽孢干粉皂，包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油3％、实施例1制备的芽孢干粉2％、无菌水5％。

对比例3与实施例2的区别在于：使用未固定化的芽孢干粉代替活性炭固定化芽孢干粉。

实施例3钨矿山采矿厂粉尘的清洁皂清洁效果

于江西某钨矿厂取样露天作业区粉尘，分析该粉尘污染皮肤后基于芽孢的重金属清洁皂的清洁效果。重金属含量参考《水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法》(GB7475-1987)相关方法检测。

实验步骤如下：

(1)粉尘污染：取10×10cm的猪脊背皮作为模拟皮肤，在上面均匀涂1层重量为0.1g的粉尘。制作多块，放置2h后，形成粉尘污染皮肤。

(2)制皂：分别按实施例2、对比例1-3制备得到重金属清洁皂、皂基皂、活性炭皂、未固定化的芽孢干粉皂。

(3)重金属污染清洁：分别取上述皂基皂、活性炭皂、未固定化的芽孢干粉皂和重金属清洁皂0.1g各自溶解于50mL清水中，制成浓度为2g/L的皂溶液；再分别用清水和上述皂溶液在30℃下清洗粉尘污染皮肤15～20s并检测洗涤后洗液中的重金属含量。在已知粉尘污染中重金属含量的基础上，可计算出重金属在皮肤上的残留量，如表1所示，计算方法如下：

重金属在皮肤上的残留量＝粉尘重金属含量–洗液中重金属含量。

表1：钨矿山采矿厂粉尘污染皮肤的清洁对比测试

注：“-”代表未检测出残留。

清洁对比测试结果如表1所示，清水和皂基皂的清洁效果相似，说明表层粉尘污染只需清水就能清洁，但皂成分脂肪酸酯对吸附在皮肤纹理中的重金属离子无法起作用。活性炭皂对镉等重金属具有一定的清洁作用，但对铅和铜的清洁效果不够理想，仍存在较高的残留；未固定化的芽孢干粉皂对三种重金属都具有显著的清洁作用，但清洁后仍存在一定的铅和铜残留；本发明提供的重金属清洁皂对镉等重金属具有很强的清洁作用，清洗后仅存在少量铅残留。

实施例4铅锌冶炼厂除尘灰的清洁皂清洁效果

于铅锌冶炼厂取样除尘灰，分析该粉尘污染皮肤后，基于芽孢的重金属清洁皂的清洁效果。重金属含量参考《水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法》(GB7475-1987)相关方法检测。

实验步骤如下：

(1)除尘灰污染：取10×10cm的猪脊背皮作为模拟皮肤，在上面均匀涂1层重量为0.1g的除尘灰。制作多块，放置2h后，形成除尘灰污染皮肤。

(2)制皂：同实施例3的制皂步骤。

(3)首次污染清洁：分别取上述皂基皂、活性炭皂、未固定化的芽孢干粉皂和重金属清洁皂0.1g各自溶解于50mL清水中，制成浓度为2g/L的皂溶液；再分别用清水和上述皂溶液在30℃下清洗除尘灰污染皮肤并检测洗涤后洗液中的重金属含量。在已知除尘灰污染中重金属含量的基础上，可计算出重金属在皮肤上的残留量，如表2所示，计算方法如下：

重金属在皮肤上的残留量＝除尘灰重金属含量–首次洗液中重金属含量。

(4)二次清洁：如(3)所述，在清洗完成1次后，进行二次清洗，对比不同皂对皮肤残留重金属的二次清洁效果，如表3所示，二次清洁后重金属在皮肤上的残留量计算如下：

重金属在皮肤上的残留量＝除尘灰重金属含量–首次洗液中重金属含量–二次洗液中重金属含量。

表2：铅锌冶炼厂除尘灰污染皮肤的清洁对比测试

表3：铅锌冶炼厂除尘灰污染皮肤的二次洗涤清洁对比测试

注：“-”代表未检测出残留。

铅锌冶炼厂除尘灰中的重金属污染更加严重。清水和皂基皂的清洗效果依然相似，活性炭皂和未固定化的芽孢干粉皂对镉等重金属具有一定的清洁作用，重金属清洁皂的清洁效果最佳。尽管如此，由于除尘灰中重金属含量过高，因此即使重金属清洁皂清洁一次仍存在较多重金属残留。而二次清洗后，清水和皂基皂的二次洗涤效果依然很差，说明对隐藏于皮肤纹理中的重金属几乎不起作用；活性炭皂和未固定化的芽孢干粉皂在二次洗涤中又洗掉了较多重金属，但依然有一定的残留，尤其是活性炭皂；而重金属清洁皂在二次洗涤后，皮肤上未检测出重金属残留，清洁效果最好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基89～91％、甘油2.5～4％、活性炭固定化芽孢干粉1～3％、水4～6％。

2.根据权利要求1所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：包括如下制备原料及其质量百分含量：植物皂基90％、甘油3％、活性炭固定化芽孢干粉2％、水5％。

3.根据权利要求1或2所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述水为无菌水。

4.根据权利要求1或2所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述活性炭固定化芽孢干粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)芽孢的获取：取活化的芽孢菌种加入灭菌的牛肉膏液体培养基中，30～37℃震荡培养22～36h，细胞生长到达稳定期，将培养温度提高到58～62℃，继续培养4～6h后，在8000～12000rpm下离心8～11min，收集沉淀，无菌水重悬并洗涤2～4次后，获得芽孢；

(2)芽孢干粉的制备：将步骤(1)获得的芽孢高压蒸汽灭菌，然后在60～90℃下烘干至恒重，得到芽孢干粉；

(3)芽孢干粉的活性炭固定化：将活性炭粉与步骤(1)获得的芽孢干粉在质量比4～6:1条件下以10～100g/L的总浓度加入到无菌水中，在50～300rpm下混合10～30min后，在8000～12000rpm下离心9～12min，收集沉淀，然后在60～90℃下烘干至恒重，得到活性炭固定化芽孢干粉。

5.根据权利要求4所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述芽孢菌种包括：短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、克劳氏芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述芽孢菌种为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus。

7.根据权利要求4所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述活性炭粉的平均粒径为200目，活性炭粉与芽孢干粉的质量比为5:1。

8.根据权利要求4所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述牛肉膏液体培养基由胰蛋白胨10g/L、牛肉膏3g/L、酵母膏2g/L、氯化钠10g/L和水制成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于芽孢的重金属清洁皂，其特征在于：所述重金属包括：铅、锌、铜、镉和铬。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的基于芽孢的重金属清洁皂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按配方量取植物皂基、甘油、活性炭固定化芽孢干粉和水，在45～60℃下溶解完全并搅拌均匀，然后导入模具在15～30℃下凝固成型，得到基于芽孢的重金属清洁皂。