CN114533758B - 一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，以水为溶剂，从芦荟叶中提取活性物质，过滤后得到芦荟提取物；在搅拌下将凹凸棒石粉末加入亚硒酸钠溶液，超声处理后滴加入芦荟提取物，然后于35~40℃下反应24~72h，离心、洗涤、真空干燥得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。本发明制备过程绿色，简单，易于规模化生产；所得纳米复合抗菌材料对革兰氏阴性菌表现出强的抗菌活性，同时对自由基具有较强的清除能力，可作为动物健康养殖用抗菌材料。

Description

一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法

技术领域

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法。

背景技术

全球对动物蛋白需求的不断增加，促使集约化动物生产规模不断扩大，导致大量抗生素被使用以维持饲养动物的健康和产量。抗生素的过度使用助长了细菌耐药性，使已有药物逐渐失去效力，不仅对动物健康产生重要影响，对人类健康也产生威胁。目前，很多国家已经对抗生素的使用做出明确规定，丹麦1998年通过立法禁止在饲料和动物生产中使用抗生素，随后美国、欧盟国家亦颁布相关法规限制了抗生素的使用，中国于2020年7月1日起已严格禁抗。因此，为了动物的安全养殖，开发新型替代抗生素作用的抗菌材料具有重要意义。

硒是动物和人体中一些抗氧化酶和硒-P蛋白的重要组成部分，是动物和人体必需的微量元素之一。研究证明，硒对提升动物健康水平、减少疾病发生也具有十分明显的作用（内科. 2018,1, 623，饲料工业. 2021,42, 9.）。硒能刺激动物免疫球蛋白及抗体产生，增强机体对疾病的抵抗力，缓解应激提高生长性能（农业与技术. 2018, 38, 8）。此外，硒还能提高肌体自身的抗氧化能力，清除体内有害自由基，能有效抑制过氧化脂质的产生，这对维持动物肠道健康十分重要（饲料研究. 2021,44, 135，中国畜牧兽医文摘. 2018,34,246）。目前主要是无机硒，动物利用率有限。为此，纳米硒研究成为热点之一（食品安全导刊. 2021,(22),109，纺织导报. 2020, (06), 44，Int J Nanomedicine. 2018, 13,2107）。

为了得到分散均一的纳米硒，近年来，形成复合纳米材料得到广泛关注。凹凸棒石是一种天然黏土矿物，能促进动物机体的新陈代谢，提高饲料转化率，因此被作为混合饲料的添加剂。同时，凹凸棒石具有优异的载体性能，能够很好地分散和固载纳米颗粒。一方面有利于控制纳米颗粒的分散性和尺寸，另一方面能够发挥协同作用，提升纳米颗粒的生物效应。

化学法是纳米硒的传统合成方法，例如聚乙烯醇法、壳聚糖模板法和表面活性剂模板法（山东医药. 2021,61, 103，食品工业. 2021,42, 280）。化学合成过程中需要使用化学试剂、并需要加入模板、催化剂等，操作复杂，条件苛刻，同时会带来环境污染。相比于化学合成法，基于植物资源的生物合成法具有其独特优势。研究证明植物介导的生物合成法不仅过程绿色环保，不会对环境造成污染，而且操作简单，成本低，更易规模化生产。此外，植物介导的纳米硒由于植物活性分子的包覆，纳米颗粒稳定性好，

安全性和生物活性高，可作为动物健康养殖用饲料添加剂。但利用植物介导法将纳米硒负载于凹凸棒石形成复合材料没见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，基于绿色合成的理念，以天然凹凸棒石为载体，芦荟叶中的活性成分为还原剂和稳定剂，一步法合成硒/凹凸棒石复合抗菌材料。制备过程绿色，简单，易于规模化生产；产物安全性高，具有抗菌和抗氧化活性，适用于动物健康养殖。

一、硒/凹凸棒石复合抗菌材料的制备及结构

本发明利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，是将芦荟叶粉末加入水中，50~70℃水浴提取1~2h后，过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将凹凸棒石分散到亚硒酸钠溶液中，超声分散均匀得到混合液，向混合液中加入芦荟提取物溶液，然后于35~40℃下反应24~72h；所得产物离心洗涤，真空干燥后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

所述芦荟叶粉末和水的固液比（g/mL）为1:10~1:2。所述凹凸棒石与亚硒酸钠的质量比为10:1~1:1。

所述亚硒酸钠溶液浓度为0.005~0.1mol/L。所述亚硒酸钠溶液与芦荟提取物溶液的体积比为1:2.5~1:5。所述反应于摇床中进行，摇床转速为80~200rpm。所述真空干燥是在35~45℃下真空干燥10~15h。

本发明的合成机理为：芦荟叶提取物中含有蒽醌类、多糖、蛋白质、酶类、有机酸和维生素等成分，这些物质能够将Se^2-还原为硒单质，其中蒽醌类和氨基酸分子可以起到稳定硒纳米粒子的作用。在反应过程中，首先凹凸棒石通过离子交换、静电作用等方式吸附含氧阴离子硒酸根，然后滴加芦荟提取物还原，在凹凸棒石表面生成硒纳米颗粒。

图1为本发明制备的纳米硒和硒/凹凸棒石复合抗菌材料的XRD图谱，说明通过芦荟提取物还原稳定得到了少量晶态伴随无定型态纳米硒。图2为本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的SEM图，表明直径1-5nm的球形纳米硒负载于凹凸棒石。图3为本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的红外光谱图，其中，1095cm^-1和474cm^-1处吸收峰表示纳米硒的形成；1655cm^-1处C=O的吸收峰增强，表明蒽醌类物质参与了纳米硒的稳定；3405cm^-1处吸收峰的偏移由氨基和羟基振动引起，在1454cm^-1和1411cm^-1处出现了酰胺基团的吸收峰，说明氨基酸分子附着于颗粒表面。此外，芦荟叶中含有的蒽醌类成分芦荟苷和芦荟大黄素分别具有较强的抗菌活性和抗氧化活性，他们包覆于纳米材料表面，能够协同增强复合材料的抗菌和抗氧化活性。

二、硒/凹凸棒石复合抗菌材料的性能

本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的抗菌性能，采用琼脂稀释法测试最小抑菌浓度（MIC）

来评价，测试方法如下：首先，按照不同浓度把灭菌后的待测样品均匀分散到温度为40-50℃的琼脂培养基中，待冷却后得到样品平板。然后，取对数期的菌种配制10⁴CFU·mL^-1的菌悬液，将1-2µL新鲜菌悬液接种于平板中的3个不同位置。并在不含样品的琼脂平板中接种菌悬液作为阳性对照，不含抗菌样品也不接种菌悬液的琼脂平板作为阴性对照。将接种好的平板置于37℃培养箱中，培养18-24h。平板中细菌生长被完全抑制的最小样品浓度为MIC。图4为本发明实施例1-5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的抗菌效果图，从图中可知，本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料对金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度均可达0.25 mg/mL，说明该复合抗菌材料对革兰氏阴性菌和相应的耐药菌均表现出优异的抗菌活性。

本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的抗氧化性能，通过测试其对羟基和DPPH自由基的清除率的评价，测试方法如下：

（1）羟基自由基清除率：将1mL浓度为6mmol/L的七水硫酸铁，1mL浓度为9mmol/L水杨酸乙醇溶液和1mL不同浓度的样品（0.1-5mg/mL）添加到10mL试管中，然后添加0.1mL过氧化氢（0.3%），和1mL超纯水启动反应。然后将试管置于37℃水浴中30min，在510nm处测定吸光度。用超纯水代替样品作为空白组，用0.1mL超纯水代替H₂O₂作为对照组。

（2）DPPH自由基清除率：取2mL不同浓度的样品乙醇溶液（0.1-5mg/mL）和4mL浓度为0.1mmol/L的DPPH溶液混合，置于30℃水浴中避光反应30min，然后与517 nm处测定吸光度。用2mL乙醇代替样品作为空白组，4mL乙醇代替DPPH作为对照组。

图5为本发明实施例5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的羟基自由基清除率图，图6为本发明实施例5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的DPPH自由基清除率图，可以看出，硒/凹凸棒石复合抗菌材料对羟基和DPPH自由基表现出较好的清除能力，且具有剂量依赖性，说明本发明制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料具有较好的抗氧化活性。

综上所述，本发明采用芦荟提取物介导合成纳米硒/凹凸棒石复合抗菌材料具有以下优点：

1、以天然凹凸棒石作为载体，一方面调控硒纳米颗粒的生成过程，获得活性更高的纳米材料，另一方面协同增强生物活性，使得低剂量硒发挥更好抗菌抗氧化作用，提高其应用安全性。

2、芦荟资源丰富，价格低廉，以其水提物为介质合成纳米硒复合材料，过程简单，不会对环境造成污染，所得纳米材料稳定性好，安全性高，抗菌和抗氧化性能优异，是一种绿色环保的制备方法。

3、本发明合成的硒/凹凸棒石复合抗菌材料对革兰氏阴性菌表现出优异的抗菌活性，对自由基具有较好的清除能力。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的XRD图；

图2为本发明实施例2制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的TEM图；

图3为本发明实施例2制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的FTIR图；

图4为本发明实施例1-5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的抗菌效果图；

图5为本发明实施例5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的羟基自由基清除率图；

图6为本发明实施例5制备的硒/凹凸棒石复合抗菌材料的DPPH自由基清除率图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法做详细的说明。

实施例1

将10g芦荟叶粉末加入100mL水中，50℃水浴提取1h后过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将0.2g凹凸棒石分散到20mL浓度为0.005mol/L亚硒酸钠溶液中，超声处理30min得到混合液；向混合液中滴加80mL芦荟提取物溶液，然后置于摇床中于80rpm和35℃条件下反应24h；所得产物离心洗涤三次，真空35℃干燥10h后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

实施例2

将20g芦荟叶粉末加入100mL水中，55℃水浴提取1h后过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将0.28g凹凸棒石分散到20mL浓度为0.01mol/L亚硒酸钠溶液中，超声处理30min得到混合液；向混合液中滴加50mL芦荟提取物溶液，然后置于摇床中于120rpm和37℃条件下反应48h；所得产物离心洗涤三次，真空40℃干燥12h后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

实施例3

将30g芦荟叶粉末加入100mL水中，60℃水浴提取1.5h后过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将0.35g凹凸棒石分散到20mL浓度为0.02mol/L亚硒酸钠溶液中，超声处理30min得到混合液；向混合液中滴加70mL芦荟提取物溶液，然后置于摇床中于150rpm和38℃条件下反应48h；所得产物离心洗涤三次，真空45℃干燥13h后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

实施例4

将40g芦荟叶粉末加入100mL水中，65℃水浴提取2h后过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将0.35g凹凸棒石分散到20mL浓度为0.05mol/L亚硒酸钠溶液中，超声处理30min得到混合液；向混合液中滴加90mL芦荟提取物溶液，然后置于摇床中于180rpm和39℃条件下反应72h；所得产物离心洗涤三次，真空40℃干燥14h后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

实施例5

将50g芦荟叶粉末加入100mL水中，70℃水浴提取1h后过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将0.35g凹凸棒石分散到20mL浓度为0.1mol/L亚硒酸钠溶液中，超声处理30min得到混合液；向混合液中滴加100mL芦荟提取物溶液，然后置于摇床中于200rpm和40℃条件下反应36h；所得产物离心洗涤三次，真空40℃干燥15h后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料。

Claims (3)

1.一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，是将芦荟叶粉末加入水中，50~70℃水浴提取1~2h后，过滤得到芦荟提取物溶液；在搅拌下将凹凸棒石分散到亚硒酸钠溶液中，超声分散均匀得到混合液，向混合液中加入芦荟提取物溶液，然后于35~40℃下反应24~72h；所得产物离心洗涤，真空干燥后得到硒/凹凸棒石复合抗菌材料；

所述芦荟叶粉末和水的固液比为1:10~1:2；所述凹凸棒石与亚硒酸钠的质量比为10:1~1:1；所述亚硒酸钠溶液浓度为0.005~0.1mol/L；所述亚硒酸钠溶液与芦荟提取物溶液的体积比为1:2.5~1:5。

2.根据权利要求1所述一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，其特征在于，所述反应于摇床中进行，摇床转速为80~200rpm。

3.根据权利要求1所述一种利用芦荟提取物制备硒/凹凸棒石复合抗菌材料的方法，其特征在于，所述真空干燥是在35~45℃下真空干燥10~15h。

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