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一种茶多酚纳米银复合物及其制备方法和用途与流程

文档序号:24930582发布日期:2021-05-04 11:19
一种茶多酚纳米银复合物及其制备方法和用途与流程

本发明属于饮用水杀菌技术领域,具体为一种茶多酚纳米银复合物及其制备方法和用途。



背景技术:

饮用水安全与人体健康有着密不可分的关系,基于现有常规的饮用水杀菌技术,存在各自的缺陷。因此,制备新型抑菌杀菌材料具有广阔的发展前景。在抑菌领域中,无机纳米金属抗菌剂的研究一直备受关注,其中纳米银材料因高效、耐热、杀菌作用强、比表面积大等特性,可以很好的吸附微生物从而达到更好的杀菌效果,但同时也存在成本高、光敏效应强、易氧化变色且一次性释放容易造成重金属污染等缺点。因此寻找一种适当的有机物与纳米银材料复合,是改善其性能的一个解决方案。

近年来,茶多酚(tp)因具有抑菌杀菌、抗肿瘤、抗氧化、提高免疫力等多种功效成为食品、卫生、保健等方面的研究热点。基于人们对高效、绿色的饮用水消毒方式的追求,茶多酚作为一种新型的植物制剂有望被开发为饮用水的辅助消毒剂,具有十分广泛的应用前景。虽然茶多酚的杀菌性能具有广谱性,但茶多酚本身杀菌性能不够理想,常需要增大剂量或联合其他消毒方式;此外随着茶多酚剂量的增大带来的对水体色度的影响也是一个需要攻克的问题,这些原因导致茶多酚在抗菌消毒领域的应用和发展相对受限。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的上述问题,本发明的目的在于设计提供一种茶多酚纳米银复合物及其制备方法和用途的技术方案,微量的茶多酚纳米银复合物就可以起到良好的杀菌作用,既节约了资源,又达到了杀菌的效果,是一种有潜力的纳米复合材料。

所述的一种茶多酚纳米银复合物,其特征在于:茶多酚和银重量比为0.8-1.2:0.1-0.3。

所述的一种茶多酚纳米银复合物,其特征在于茶多酚和银重量比为0.9-1.1:0.15-0.25,优选茶多酚和银重量比为1:0.2。

所述的一种茶多酚纳米银复合物的制备方法,其特征在于包括以下步骤:

1)称取茶多酚溶于蒸馏水,茶多酚的浓度为5g/l-10g/l;将乙酸银加入蒸馏水中滴加浓硝酸反应生成混合溶液,乙酸银:浓硝酸:蒸馏水=15-30:2-3:5-10,乙酸银单位为mg,浓硝酸单位为d,蒸馏水单位为ml;在充分搅拌条件下,将混合溶液逐滴加入茶多酚溶液中,混合溶液:茶多酚溶液=5-10:10-20,单位为ml;

2)在23-27℃下,用na2co3溶液调节ph值至5-9,即生成棕褐色沉淀物质;

3)过夜沉淀,将混合溶液置于离心机内离心,取沉淀弃清液,将沉淀转移至表面皿,55-65℃下真空干燥,即得茶多酚纳米银复合物粉末。

所述的一种茶多酚纳米银复合物的制备方法,其特征在于步骤1)中所述的茶多酚采用以下方法制备:

1)将茶叶边料干燥后置于高速粉碎机中粉碎,过筛,得到绿茶粉末;

2)按照固液比为:0-1.2.8:8-12的比例在绿茶粉末中加入酒精溶液,酒精的浓度为95%,混合溶液置于数控超声波清洗器中进行超声波助提取,超声时间5-10分钟;

3)提取结束后将提取液置于离心机中离心,离心后取清液弃残渣;

4)在清液中加入zncl2沉淀反应,弃清液,得到沉淀;

5)将步骤4)得到的沉淀加入硫酸溶解,杂质沉淀,得到透明橙色溶液,在该溶液中加入乙酸乙酯萃取,得到水层和含有茶多酚的有机层,将有机层用氮气保护干燥,得到固体茶多酚粉末。

所述的一种茶多酚纳米银复合物的制备方法,其特征在于步骤2)中:反应温度为24-26℃,调节ph值至6-7。

所述的一种茶多酚纳米银复合物的制备方法,其特征在于步骤3)中:真空干燥温度为58-62℃,优选60℃。

所述的一种茶多酚纳米银复合物在制备抑菌杀菌材料中的应用。

所述的一种茶多酚纳米银复合物在制备饮用水抑菌杀菌中的应用,茶多酚纳米银复合物在水溶液中的浓度为0.8-1.2mg/ml,优选1.0mg/ml。

上述一种茶多酚纳米银复合物及其制备方法和用途,其制得的茶多酚纳米银复合物具有优良的杀菌效果,抑菌率达到95.54%以上,比等当量的银离子提高了72.30%以上,是等当量茶多酚的7倍以上。通过表征分析证实,茶多酚分子中的众多酚羟基可与ag+发生络合作用,使ag与茶多酚之间产生了良好的协同效应,大大增强其抑菌性能,而且茶多酚本身具有较强的还原性,有效避免纳米银的氧化,增强抑菌的持续性。微量的茶多酚纳米银复合物就可以起到良好的杀菌作用,既节约了资源,又达到了杀菌的效果,是一种有潜力的纳米复合材料,今后可以在饮用水抑菌等领域发挥作用,具有远大的应用前景。

附图说明

图1为不同配比的茶多酚纳米银复合物紫外吸取谱图;

图2为不同配比的茶多酚纳米银复合物xps谱图(a)全谱分析;(b)c1s;(c)o1s;(d)ag3d;

图3为不同配比的茶多酚纳米银复合物xrd谱图;

图4为茶多酚纳米银的抑菌性能;

图5为茶多酚纳米银复合物的抑菌性能图;不同配比的茶多酚纳米银复合物抑菌性能;(b)0-1.0mg/ml之间(a)图放大图;浓度茶多酚纳米银复合物的实验图;(d)不同配比的茶多酚纳米银最小抑菌浓度;

图6为茶多酚纳米银复合物杀菌机理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1

茶多酚纳米银复合物中:茶多酚和银重量比为1:0.2。

1)称取茶多酚溶于蒸馏水,茶多酚的浓度为5g/l-10g/l;将乙酸银加入蒸馏水中滴加浓硝酸反应生成混合溶液,乙酸银:浓硝酸:蒸馏水=15-30:2-3:5-10,乙酸银单位为mg,浓硝酸单位为d,蒸馏水单位为ml;在充分搅拌条件下,将混合溶液逐滴加入茶多酚溶液中,混合溶液:茶多酚溶液=5-10:10-20,单位为ml;

2)在23-27℃下,用na2co3溶液调节ph值至5-9,即生成棕褐色沉淀物质;

3)过夜沉淀,将混合溶液置于离心机内离心,取沉淀弃清液,将沉淀转移至表面皿,60℃下真空干燥,即得茶多酚纳米银复合物粉末。

所述的茶多酚采用以下方法制备:

1)将茶叶边料干燥后置于高速粉碎机中粉碎,过筛,得到绿茶粉末;

2)按照固液比为:1:10的比例在绿茶粉末中加入酒精溶液,酒精的浓度为95%,混合溶液置于数控超声波清洗器中进行超声波助提取,超声时间8分钟;

3)提取结束后将提取液置于离心机中离心,离心后取清液弃残渣;

4)在清液中加入zncl2沉淀反应,弃清液,得到沉淀;

5)将步骤4)得到的沉淀加入硫酸溶解,杂质沉淀,得到透明橙色溶液,在该溶液中加入乙酸乙酯萃取,得到水层和含有茶多酚的有机层,将有机层用氮气保护干燥,得到固体茶多酚粉末。

上述茶多酚纳米银复合物用于制备抑菌杀菌材料,特别是制备饮用水抑菌杀菌剂,茶多酚纳米银复合物在水溶液中的浓度为1.0mg/ml。

在上述实施例1中,茶多酚和银重量比为0.8:0.1,或0.9:0.15,或1.1:0.25,或1.2:0.3。在本发明茶多酚纳米银复合物的制备方法中:步骤2)温度为23℃、24℃、26℃或27℃,调节ph值至5、6、8、9;步骤3)中真空干燥温度为55℃或65℃。在本发明茶多酚的制备方法中:步骤2)中绿茶粉末:酒精溶液的固液比为0.8:8,或0.9:9,或1.1:11,或1.2:12,超声时间5分钟、6分钟、9分钟、10分钟;步骤2)中。其它同实施例1,也能达到本发明所述的技术效果。

以下结合相应的试验数据进一步说明本发明的有益效果。

试验1:茶多酚纳米银抗菌性能检测试验。

配置大肠杆菌液体培养基(lb):将胰蛋白胨、氯化钠及酵母浸粉以1:1:2的比例配置培养基,121℃高温灭菌,用玻璃试管进行分装,每个试管装入5ml液体培养基。将材料以0.1mg/ml、0.3mg/ml、0.5mg/ml、1mg/ml、1.5mg/ml至10mg/ml的浓度梯度分别加入液体lb中,用紫外分光光度计材料两组材料的od值。a组材料和lb的混合溶液中加入100微升浓度为109cfu/ml的大肠杆菌菌液,测其od值。取不同配比的茶多酚纳米银复合物,以纯水为参比,依据加入材料的顺序测其od值,最后根据测得的od值计算抑菌率。

1.1茶多酚的纯度检测

通过酒石酸亚铁比色法对所制备的茶多酚纯度进行检验,以ar级茶多酚为标样进行纯度测试。根据回归方程的推算,最终得出其回归方程为:y=1.6687x+0.0107,测得所制备的茶多酚在0.2mg/ml的吸光光度值为0.343,代入线性回归方程得到所制备茶多酚的纯度为99.54%。

表1不同浓度茶多酚标准液对应的吸光度值

1.2茶多酚纳米银复合物表征分析

图1是不同配比的茶多酚纳米银复合物紫外吸取谱图。由图1可知,随着银含量的不断增加,复合物的紫外吸取光谱图形状发生了显著的变化,在324nm波长下的特征峰的吸取值不断下降,且所测溶液的特征峰位置开始向后移动,从324nm后移345nm,最后大致稳定在345nm波长值下。这表明随着ag+的加入,茶多酚逐渐与ag+发生络合反应,生成具有特定结构的络合物,导致特征峰的吸取波长红移了21nm。因为发生络合后,一部分酚羟基与金属离子形成了配位键,苯环上酚羟基的孤对电子与苯环上大π键电子体系形成的p-π共轭作用得到增强,使吸取带向长波长方向移动。

图2是茶多酚纳米银复合物的xps图谱。全谱分析图(2a)显示,除了含有c、o两种元素,还存在ag元素,这表明ag元素成功络合到茶多酚上。c1s谱图分析如图2(b)所示,基本呈现三个峰,峰位为288.2ev、286.5ev、284.8ev,经查找c原子的结合能标准表,发现这三种结合能分别对应着o-c=o、c-oh、c-c三种c原子的连接方式,与茶多酚的分子构型基本一致。可见ag的引入并未影响茶多酚c1s峰中所有成分的结合能,构成茶多酚主要骨架的c-c键以及酰基上的o-c=o在不同配比中相差不大,证明ag并未与茶多酚主要c骨架结构发生反应。而与酚羟基相连的c原子的结合能发生变化,证明络合反应发生在酚羟基上,且这种新元素的引入影响了c原子的电子分布。o1s谱图(图2c)峰位显示为533.9ev、532.6ev、531.5ev,与o原子结合能标准表对比,分别对应着吡喃环氧原子、羧基氧原子以及酚氧原子三种o原子的连接方式。比较不同配比茶多酚纳米银复合物发现不同化学环境下的o原子的能级也发生了偏移,其中两个峰位533.9ev以及532.6ev分别对应了吡喃环氧原子和羧基氧原子,与茶多酚中的这两类o原子连接方式的结合能大体相同。络合物新出现的峰位结合能为531.5ev,相较茶多酚的酚氧原子,此处的结合能明显的向高方向发生了偏移,ag含量越高,偏移越明显,这是因为ag取代了原来酚羟基上的氢后,由于其极性较大,使氧原子上的故对电子部分更倾向于向ag原子偏移,o原子上的负电荷减少从而体现为结合能的升高,因此,此处应对应为络合物新出现的ag-o峰。ag3d谱图中显示,368.3ev,374.3ev处有两个明显的谱峰,分别对应了ag3d5/2,ag3d3/2两个轨道峰,表面ag元素的存在。

图3为不同配比的茶多酚纳米银复合物xrd谱图。从图中可以看出,在38.1°、44.4°、64.5°、77.3°处有峰形出现,经与银的标准卡片对照(nbsus04-0783),可知这四个衍射峰分别对应于立方相金属银的(111)、(200)、(220)、(311)四个晶面的衍射,表明所得到的样品为立方结构的纯金属银纳米颗粒,从图可以看出,当银含量较低的时候,四个衍射峰有一定的宽化现象,这是纳米级颗粒x射线衍射峰的特征之一。

试验二:茶多酚纳米银复合物的抑菌性能研究试验。

2.1图4是不同浓度的几种抑菌材料对大肠杆菌的杀菌作用。图中显示几种材料对大肠杆菌均有明显的抑制作用,抑菌率与浓度呈正相关,随着浓度的增加,抑菌效果越显著。在最小抑菌浓度下,茶多酚纳米银复合物的抑菌率比茶多酚提高691.74%,比乙酸银提高72.30%,比茶多酚铜复合物提高213.10%。在相同浓度下,茶多酚金属复合物的抑菌率明显高于茶多酚和茶多酚铜复合物,这一结果表明金属是影响抑菌性能的主要因素,不同类型金属自身的杀菌性能对茶多酚复合物的杀菌性能影响较大。与乙酸银相比,茶多酚纳米银复合物的初始抑菌率略逊于乙酸银,但其最小抑菌浓度明显低于乙酸银,且当浓度大于1.0mg/ml时,杀菌率受浓度影响小,而乙酸银随着浓度的变化,杀菌率大致呈现趋缓的势态,这是因为茶多酚与银反应生成难溶性复合物,降低游离态ag+在水体中的浓度,将ag+释放方式为非一次性释放,而乙酸银的释放方式为一次性释放,当浓度过高时会引起纳米粒子团聚,减小银的比表面积,影响杀菌效果。总的来说,茶多酚纳米银复合物与其他抑菌材料相比,抑菌效果显著提升,这一结果也在其他类型茶多酚纳米金属复合物得到体现,原因是茶多酚纳米金属复合物通过金属与茶多酚之间产生了协同效应,增强其抑菌性能,而且茶多酚本身具有较强的还原性,能有效避免纳米金属的氧化,增强抑菌的持续性。

2.2不同配比的茶多酚纳米银复合物对抑菌性能的影响

从图5可知,在浓度较低时,各比例复合物的抑菌效果均不明显,而在达到一定浓度后抑菌效果均增长显著,随后达到最大值。这是因为细菌对环境有一定耐受范围,游离态ag+浓度较低时,微生物本身具有自我调控的能力,但是当游离态ag+浓度超过其耐受上限时,便会显著影响细菌生存繁殖,甚至导致其死亡。此外,不同比例的茶多酚纳米银复合物的抑菌性能均存在突变现象,当达到突变浓度时,复合物的抑菌率显著提升,抑菌剂严重破坏细菌的生长环境,细菌基本不能生存繁殖,因此突变浓度即为最小抑菌浓度(mic)。最小抑菌浓度(mic)大致呈现“先降后升”趋势,证明抑菌性能大致为先变优后变劣,这是因为合成比例会改变茶多酚纳米银粒径,影响其沉淀平衡常数和表面效应,从而影响其抑菌效果:银的摩尔比例较低时,银的占比较低,有机配体充分屏蔽纳米银的毒性,杀菌原理与茶多酚相似,杀菌性能较弱;而银的比例较高时,纳米银释放游离态ag+增多,在高离子强度下,发生团聚后的纳米银体积增大,而与细菌的有效接触面积减少,弱化了其纳米特性,导致其抑菌效果降低。

2.3茶多酚纳米银杀菌机理

茶多酚与纳米银都具有一定的杀菌性能,将茶多酚与纳米银进行络合,达到了比茶多酚或银单独使用更好的杀菌效果。对于茶多酚纳米银复合物对大肠杆菌的作用机理,如图6:微量茶多酚纳米银溶于水后,释放出酚羟基和ag+,在酚羟基和ag+协同作用下,通过穿孔机制破坏细胞质膜的完整性,细胞壁上形成小坑,细胞膜表面也受到损伤,出现小孔,大量的还原糖、蛋白质以及k+从菌体内泄漏,膜电位和atp被消耗殆尽,随之茶多酚纳米银复合物产生的活性氧离子和羟自由基进一步氧化菌体,并使dna呈现紧张态浓缩在细胞核区,失去复制的能力,从而使菌体彻底死亡。

上述试验结果表明:本发明以茶多酚、乙酸银为原料,利用基于载体纳米化的合成法,制备茶多酚纳米银复合物,利用od法考察了不同配比和不同浓度茶多酚纳米银的抑菌性能,确定了茶多酚纳米银复合物消毒效果优于茶多酚和醋酸银的原因,及对大肠杆菌的破坏位点进行了分析,探讨了其对大肠杆菌的作用机制。实验证实了茶多酚纳米银复合物(实施例1)具有优良的杀菌效果,当茶多酚与银的配比为1:0.2,浓度为1.0mg/ml时,杀菌效果最好,抑菌率达到95.54%,比等当量的银离子提高了72.30%,达到等当量茶多酚的7倍。以本发明限定的其他实施例进行相同的试验,也能达到本发明所述的技术效果。通过表征分析证实,茶多酚分子中的众多酚羟基可与ag+发生络合作用,使ag与茶多酚之间产生了良好的协同效应,大大增强其抑菌性能,而且茶多酚本身具有较强的还原性,有效避免纳米银的氧化,增强抑菌的持续性。本发明探究了一种效果优异的茶多酚纳米银消毒剂,微量的茶多酚纳米银复合物就可以起到良好好的杀菌作用,既节约了资源,又达到了杀菌的效果,是一种有潜力的纳米复合材料,可以在饮用水抑菌等领域发挥作用,具有远大的应用前景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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