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安石榴苷原位合成壳聚糖/纳米银的抑菌性能及应用

张宝艳  
【摘要】:壳聚糖(Chitosan,简称CS)是一种具有良好生物相容性、成膜性的天然阳离子高聚物。高分子量壳聚糖成膜性好,但抑菌的广谱性差。纳米银抑菌具有广谱性,但易团聚,将壳聚糖与纳米银(AgNPs)复合能够稳定纳米银,增强天然生物材料壳聚糖的抑菌能力,进而拓展应用。因此本文研究以安石榴苷为还原剂的壳聚糖/纳米银原位合成方法,探讨其抑菌性能和机理,以响应面法优化壳聚糖/纳米银复合材料的成膜条件,并用于草莓保鲜中。主要研究结果如下:1、用安石榴苷作为绿色还原剂制备壳聚糖/纳米银(CS/AgNPs)溶胶,并对CS/AgNPs表征及抑菌性能进行研究。结果表明:每100 mL,pH 5浓度为0.5%-1%的壳聚糖,在常温下加入0.6 mol/L硝酸银250 mL,30 min后,加入1%安石榴苷溶液800μL,25℃还原6 h可得粒径范围较窄,银粒子含量较高较稳定的壳聚糖/纳米银溶胶。经透射电镜(TEM)和X-衍射(XRD)仪分析溶胶中纳米银粒子粒径为8-11 nm,晶型为面心立方型,傅里叶红外光谱证明CS/AgNPs中存在有AgNPs粒子。刃天青法检测该CS/AgNPs溶胶对大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus Rosenbach)最小抑菌浓度均为0.096μL/mL,与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用24 h后抑菌率分别是95.5%、97.6%。SEM扫描及细胞内容物渗漏实验表明,CS/AgNPs溶胶可以吸附菌体于细胞,破坏细胞膜,增加细胞的通透性,抑制菌体生长。2、用流延法制备CS/AgNPs抑菌膜。探讨甘油添加量、超声时间及干燥温度对抑菌膜力学性能的影响,并观察膜表面的粗糙程度,测定膜的耐酸耐碱性能,探索该膜的热稳定性。结果表明:以1%壳聚糖为前体制得的溶胶作为初始膜液,用响应面法优化制膜条件,影响拉伸强度和断裂伸长率的三个因素中,干燥温度影响最大,甘油添加量次之,超声时间最小。最佳制备条件是在初始膜液中加入5.5%甘油,磁力搅拌10 min后超声60 min,铺膜后在温度为43℃恒温干燥箱干燥4h后成膜,此膜断裂伸长率(E)为21.71%,拉伸强度(TS)为18.17 MPa。原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)显示抑菌膜的表面光滑,该膜的接触角为45.96°,溶胀比2.25,在稀酸中卷曲,在浓酸中溶胀,热重分析表明该CS/AgNPs抑菌膜应在温度小于100℃使用。3、用制备的CS/AgNPs抑菌膜包装草莓,研究其对草莓储藏的影响。结果表明:该抑菌膜可延缓失重率、硬度、可溶性糖、可滴定酸及维生素C随储藏时间延长下降的幅度,同时延缓腐烂指数、呼吸作用的上升幅度。其中在储藏5天时失重率比对照组低3.48%,腐烂指数比对照组低33.75%,硬度比对照组高42.33 g,可溶性糖比对照组高2.2%,可滴定酸比对照组高0.36%,呼吸作用比对照组低24%,维生素C比对照组高26 mg/100 g,用CS/AgNPs抑菌膜包装草莓,可以使草莓的保质期延长,为延长草莓的货架期提供理论依据。本研究利用绿色还原剂安石榴苷原位合成了壳聚糖/纳米银溶胶,该溶胶对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌均具有良好的抑制作用,作用机理可能是破坏细胞膜,增加细胞通透性,该溶胶可进一步制成抑菌膜,对草莓具有较好的保鲜作用。


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