抗菌剂及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN202311343752.3 | 申请日 | 2023-10-17 | 公开(公告)号 | CN117598297A | 公开(公告)日 | 2024-02-27 |
| 申请人 | 珠海市辉谷生物科技有限公司; | 发明人 | 马佳声; 张皓钤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 抗菌剂 及其制备方法和应用，其中，抗菌剂包括通过酰基改性的壳聚糖中空微球；以及纳米抑菌颗粒，所述纳米抑菌颗粒负载于所述改性壳聚糖中空微球的表面。本 申请 具有良好的抑菌效果，当采用本申请作为 食品 包装 袋时，能够使纳米抑菌颗粒长效扩散，从而对食物的中芯部进行更好的抑菌，而非仅限于对食物的表面产生抑菌效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种抗菌剂，其特征在于，包括通过酰基改性的壳聚糖中空微球；以及纳米抑菌颗粒，所述纳米抑菌颗粒负载于所述改性壳聚糖中空微球的表面。 |
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| 说明书全文 | 抗菌剂及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及抗菌领域，具体涉及一种抗菌剂及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 抗菌剂，是一类能够抑制细菌生长的化学或生物制剂，目前抗菌剂在医药、食品、美妆等领域均具有较为丰富的研究成果。 [0003] 但是，在食品包装上，目前相关的研究却鲜有报道，目前食品包装中采用的抑菌方法大多是通过对食品袋抽真空或充入氮气等不适合细菌繁殖的气体，从而达到抑菌的目的，但是这种方法使用范围有限，在一些生鲜食品上则无法采用上述包装方法，因此如何使食品外包装具有抑菌效果，则是本领域研究的重点。 [0004] 在现有技术中，一种方法是在外包装中掺杂银离子或其他较为稳定的抑菌金属，以达到抑菌的目的，但是这种方法也存在诸多问题，例如，这类包装通常只能对与食物接触的表面产生抑菌效果，而对食物内部或远离包装的部位则无法起到很好的抑菌效果，上述问题是本领域亟需解决的技术问题。 发明内容[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种能够扩散并用于食品包装的抗菌剂。 [0006] 根据第一方面，本申请提供了一种抗菌剂，包括通过酰基改性的壳聚糖中空微球；以及 [0007] 纳米抑菌颗粒，所述纳米抑菌颗粒负载于所述改性壳聚糖中空微球的表面。 [0008] 在一种可选的实施例中，所述壳聚糖中空微球的孔隙率为50‑80％。 [0010] 根据第二方面，本申请提供了一种抗菌剂的制备方法，包括以下步骤： [0011] 将聚苯丙乙烯分散于水溶液中，得到模板溶液； [0012] 将壳聚糖加入至咪唑类离子溶液中，而后加入酰化试剂和脂肪酶并充分混合，并于100‑150℃的条件下进行酰化反应，得到改性壳聚糖； [0013] 将所述改性壳聚糖与所述模板溶液混合，而后加入交联剂，得到壳聚糖中空微球； [0014] 将壳聚糖中空微球与纳米抑菌颗粒于水溶液中充分混合后，过滤、干燥，得到抗菌剂。 [0015] 在一种可选的实施例中，所述聚苯丙乙烯与所述壳聚糖的质量比为1:1‑1:2； [0016] 所述壳聚糖与所述酰化试剂的质量比为1:1‑2:1； [0017] 所述壳聚糖与所述脂肪酶的质量比为1:0.1‑1:0.5,，所述脂肪酶的活力为800‑1200u/g； [0018] 所述壳聚糖与所述交联剂的质量比为1:0.2‑1:1。 [0020] 在一种可选的实施例中，所述交联剂包括异氰硫酸酯、环氧丙烷、酰氯或者聚乙二醇中的一种或者几种。 [0021] 在一种可选的实施例中，所述咪唑类离子溶液包括1‑烷基咪唑、1‑烷基3‑甲基咪唑、1‑烷基‑2,3‑二甲基咪唑中的一种或几种。 [0022] 根据第三方面，本申请提供了一种抑菌膜，包括上述抗菌剂；以及[0023] 基膜，所述抗菌剂附着于所述基膜的至少一侧表面。 [0024] 根据第四方面，本申请提供了一种抗菌纸浆，包括上述抗菌剂。 [0025] 根据第五方面，本申请提供了上述抗菌剂在医药和美妆中的应用。 [0026] 本申请的有益效果在于：本申请具有良好的抑菌效果，当采用本申请作为食品包装袋时，能够使纳米抑菌颗粒长效扩散，从而对食物的中芯部进行更好的抑菌，而非仅限于对食物的表面产生抑菌效果。 具体实施方式[0027] 下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。 [0028] 另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。 [0029] 本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。 [0030] 本申请公开了了一种抗菌剂，其包括通过酰基改性的壳聚糖中空微球和纳米抑菌颗粒；其中，所述纳米抑菌颗粒负载于所述改性壳聚糖中空微球的表面。 [0031] 在本申请中，采用壳聚糖作为抗菌剂的主体，壳聚糖(chitosan)是甲壳素N‑脱乙酰基的产物，其具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能。在医疗、食品等领域具有广泛的应用前景。壳聚糖中空微球是由壳聚糖组成的球体，其中不具有多个中空的孔洞，上述纳米抑菌颗粒则附着在这些空洞中。 [0032] 于此同时，本申请一方面通过采用酰基改性的壳聚糖中空微球作为抗菌剂的主体，通过对壳聚糖进行酰基化，对壳聚糖进行N位的甲基化，这种改性有效的改善了壳聚糖的水溶性和提高了壳聚糖的抗菌性能，从而使得壳聚糖微球获得更好的抑菌性能。另一方面，将纳米抑菌颗粒附着在由改性壳聚糖构成的壳聚糖中空微球中，借由壳聚糖的缓释性，纳米抑菌颗粒会逐渐释放，从而缓慢的扩散纳米抑菌颗粒，以在一定范围内长效的进行抑菌。 [0033] 本申请适用于医药、食物和食品包装等领域，尤其在用于生鲜食物时，当壳聚糖与生鲜表面接触时，能够激发壳聚糖的缓释性能，通过壳聚糖和抑菌纳米颗粒的双重抑菌效果，极大地提高食物的保鲜性能。 [0034] 可选的，上述所述壳聚糖中空微球的孔隙率为50‑80％，以负载更多的壳聚糖。 [0035] 可选的，在将本申请应用于医药和食物领域时，可以选择低毒或无毒的纳米抑菌颗粒，例如，本申请可以采用的所述纳米抑菌颗粒包括但不限于纳米银、纳米锌和纳米氧化锌。 [0036] 为了便于说明本申请，本申请进一步的提供了上述抗菌剂的制备方法，包括以下步骤： [0037] 步骤S1：将聚苯丙乙烯分散于水溶液中，得到模板溶液； [0038] 本申请在制备壳聚糖微球时，采用模板法进行制备，其中，以聚苯丙乙烯作为模板，将其分散于去离子水中，得到模板溶液。 [0039] 步骤S2,：将壳聚糖加入至咪唑类离子溶液中，而后加入酰化试剂和脂肪酶并充分混合，并于100‑150℃的条件下进行酰化反应，得到改性壳聚糖。 [0040] 本申请采用咪唑类离子溶液代替传统的酸溶液以对壳聚糖进行溶液，咪唑类离子溶液对壳聚糖具有良好的溶解性能，同时在后续的酰化过程中，咪唑类离子溶液也能够起到催化剂的作用，从而促使壳聚糖完成酰化改性，例如，上述咪唑类离子溶液可以选自1‑烷基咪唑、1‑烷基3‑甲基咪唑、1‑烷基‑2,3‑二甲基咪唑中的一种或几种。 [0041] 在本步骤中，可以通过将咪唑类离子溶液加热至60‑70℃，以加速壳聚糖的溶液，当壳聚糖溶解后，加入酰化试剂和脂肪酶，利用脂肪酶和咪唑类离子溶液作为共同催化剂，催化壳聚糖与酰化试剂进行酰基化反应，例如，上述酰化试剂可以是酸酐或脂类化合物，更加具体的，上述酰化试剂可以选自琥珀酸酐、邻苯二甲酸酐、邻苯二酚二乙酸酯和间苯二酚二乙酸酯中的任一种。 [0042] 在具体的实施例中，聚苯丙乙烯与所述壳聚糖的质量比为1:1‑1:2，例如，上述聚苯丙乙烯与壳聚糖的质量比可以是1:1或1:2；所述壳聚糖、所述酰化试剂和脂肪酶的质量比为1:1：0.1‑1:0.5:0.5,其中，所述脂肪酶的活力为800‑1200u/g。 [0043] 步骤S3：将所述改性壳聚糖与所述模板溶液混合，而后加入交联剂，得到壳聚糖中空微球。 [0044] 当对壳聚糖完成改性后，则可以将改性壳聚糖与模板溶液进行混合，而后加入一定的交联剂，此时，壳聚糖在聚苯丙乙烯的表面交联聚合，形成壳层，即得到壳聚糖中空微球。示例性的，上述交联剂可以选自异氰硫酸酯、环氧丙烷、酰氯或者聚乙二醇中的一种或者几种，具体的，上述壳聚糖与交联剂的质量比为1:0.2‑1:1。 [0045] 步骤S4：将壳聚糖中空微球与纳米抑菌颗粒于水溶液中充分混合后，过滤、干燥，得到抗菌剂。 [0046] 在本步骤中，将纳米抑菌颗粒和壳聚糖中空微球在水溶液中充分混合，此时，纳米抑菌颗粒则会附着在壳聚糖中空微球的空洞中，于此同时，作为模板的聚苯丙乙烯则会溶解在水溶液中，随着过滤和干燥则被去除，从而得到本申请公开的抗菌剂。 [0047] 本申请公开的抗菌剂，能够制作抗菌纸浆和抑菌膜，应用在食品包装领域，在制备抗菌纸浆时，可以将本申请制备抗菌剂与纸浆原液在中性或碱性条件下混合，即可形成抗菌纸浆，利用该抗菌纸浆即可制作抗菌纸。 [0048] 此外，本申请公开的抗菌剂，还能够使用在美妆或医药领域，例如，本申请公开的抗菌剂可以添加至护肤乳液中，或者制作为凝胶，使用作为外敷抗菌药使用，可以理解的是，利用本申请公开的抗菌剂制作美妆和医药的方法本身不做过多限定，其可以采用现有的美妆、医药的制作方法，本领域技术人员可以适应性的在制程中加入本申请公开的抗菌剂。 [0049] 为了进一步的说明本申请制备的抗菌剂的抑菌效果，本申请还提供了以下几种较为具体的实施例和对照例。 [0050] 对照例一： [0051] 从市面上购买现有的壳聚糖粉末，通过CS模板法制备得到壳聚糖中空微球。 [0052] 对照例二： [0053] 将5g的纳米氧化锌分散于100g聚丙烯溶液中，而后加入20g的交联剂使聚丙烯固化，得到抗菌膜。 [0054] 实施了一： [0055] 步骤S1：将100g的聚苯丙乙烯分散于水溶液中，得到模板溶液； [0056] 步骤S2：将100g壳聚糖在60℃的条件下溶解于1‑烷基咪唑离子溶液中，而后加入100g的琥珀酸酐和10g的活力为1200u/g的脂肪酶并充分混合，并于100℃的条件下进行酰化反应，得到改性壳聚糖； [0057] 步骤S3：将所述改性壳聚糖与所述模板溶液混合，而后加20g的异氰酸酯，得到壳聚糖中空微球； [0058] 步骤S4：将壳聚糖中空微球与5g的纳米银颗粒于水溶液中充分混合后，过滤、干燥，得到抗菌剂。 [0059] 实施例二： [0060] 步骤S1：将50g的聚苯丙乙烯分散于水溶液中，得到模板溶液； [0061] 步骤S2：将100g壳聚糖在60℃的条件下溶解于1‑烷基3‑甲基咪唑离子溶液中，而后加入50g的邻苯二甲酸酐和10g活力为1200u/g的的脂肪酶并充分混合，并于100℃的条件下进行酰化反应，得到改性壳聚糖； [0062] 步骤S3：将所述改性壳聚糖与所述模板溶液混合，而后加20g的环氧丙烷，得到壳聚糖中空微球； [0063] 步骤S4：将壳聚糖中空微球与5g的纳米银颗粒于水溶液中充分混合后，过滤、干燥，得到抗菌剂。 [0064] 实施例三： [0065] 步骤S1：将50g的聚苯丙乙烯分散于水溶液中，得到模板溶液； [0066] 步骤S2：将100g壳聚糖在70℃的条件下溶解于1‑烷基‑2,3‑二甲基咪唑离子溶液中，而后加入100g的邻苯二酚二乙酸酯和50g活力为800u/g的的脂肪酶并充分混合，并于120℃的条件下进行酰化反应，得到改性壳聚糖； [0067] 步骤S3：将所述改性壳聚糖与所述模板溶液混合，而后加100g的聚乙二醇，得到壳聚糖中空微球； [0068] 步骤S4：将壳聚糖中空微球与5g的纳米氧化锌颗粒于水溶液中充分混合后，过滤、干燥，得到抗菌剂。 [0069] 实施例三： [0070] 对上述对照了一、二以及实施例一至三制备的样品进行抑菌测试，具体的测试方法参考《GB/T 21510‑2008》中记载的震荡法。具体的测试结果如下表所示： [0071] [0072] 通过上表可以看出，单纯的壳聚糖已经具备一定的抑菌效果，但是其抑菌性能有效，对大肠杆菌、金色葡萄球菌和肠沙门氏菌的抑菌率均在65％左右；通过掺杂有纳米抑菌颗粒的抑菌效果进行测试，可以看出其对大肠杆菌、金色葡萄球菌和肠沙门氏菌的抑菌率均在80％以上，而本申请公开的抑菌剂，其抑菌效果均在99％以上。 [0073] 实施例五： [0074] 采用本申请实施例一制备的抑菌剂制备成抑菌膜(例如，制备抑菌膜可以通过以下方法实现：步骤S4后，直接将过滤后的溶液涂覆在聚丙烯的表面，而后将其烘干固化，即得到附着有抑菌剂的抑菌膜，可以理解的是，上述基膜不限于聚丙烯，起还可以采用聚氨酯、聚酰胺等)，用其包装1kg的现烤面包，24h时后拆开包装，在包装前后，分别对面包表面和面包中心进行取样，测试对金色葡萄球菌的抑菌效果；作为对照，使用对照例二中公开的抗菌膜包装同样重量、同一批次的现烤面包，24h时后拆开包装，在包装前后，分别对面包表面和面包中心进行取样，测试对金色葡萄球菌的抑菌效果。 [0075] 最终的测试结果如下表所示： [0076] 项目 面包表面抑菌效果 面包中心抑菌效果对照例二 ＞70％ ＞40％ 实施例一 ＞85％ ＞70％ [0077] 通过上表可以看出，本申请相较于对照例二提供的抑菌膜，通过本申请公开的抑菌剂制备得到的抑菌膜，对食物中心具有更好的抑菌效果，抑菌率大于70％。 [0078] 本申请具有良好的抑菌效果，当采用本申请作为食品包装袋时，能够使纳米抑菌颗粒长效扩散，从而对食物的中芯部进行更好的抑菌，而非仅限于对食物的表面产生抑菌效果。 [0079] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。 |
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