采用表面喷涂法生产抗菌纸的研究
刘秉钺，姚妹娓，刘阳
摘要:研究了有机抗菌剂尼泊金乙醋,无机杭菌剂硫酸铜和动物源天然抗菌剂壳聚糖采用表面喷涂的方法生产抗菌纸。对大肠杆菌和黑曲霉菌的抑菌效果均大于90%的最佳抗菌剂用量分别为:尼泊金乙酣为0.07%,硫酸铜为0.008%,壳聚糖为0.07%。
关键词：表面喷涂，杭菌纸,尼泊金乙醋,硫酸铜,壳聚糖,抑菌效果
将抗菌剂加入到纸张的表面或者内部,赋予纸张抗菌性能就制成抗菌纸。抗菌纸的生产方式可分为五种:内部施胶、表面施胶、表面涂布、喷洒抗菌剂、使用抗菌纤维技术。表面施胶的方式就是把抗菌剂配入到表面施胶剂中,在表面施胶的过程中,把抗菌剂喷涂到纸张的表面;对于需要表面施胶的纸张,这种方法比较方便,关键是把抗菌剂均匀的溶入到施胶剂中,本文选择了3种抗菌剂:尼泊金乙醋、硫酸铜和壳聚糖分别将其溶在施胶剂中,喷涂在纸张的表面,检测其抑菌效果
1.1表面施胶剂的配置
准确称取59梭甲基纤维素(cMc),在电动搅拌器的作用下溶于1000ml水中,配成浓度为0.5%的表面施胶剂,然后把抗菌剂混合到梭甲基纤维素中,配成浓度1%的抗菌剂。
1.2表面喷涂
用国产商品阔叶木浆在德国产BBs一2抄片器上抄片,通过控制干燥时间使纸页干度达到75%,采用喷雾的方式进行表面喷涂,喷涂后的纸页,称取重量之后,再放入干燥器进行干燥即可。
1.3抑菌效果检测
在经过灭菌的培养皿中,倒入15ml左右的培养基,待培养基凝固后,接种菌种(大肠杆菌或黑曲霉菌),然后在接种过的培养基上,覆盖上事先剪好的圆形纸片(纸片的直径为培养皿的直径),然后将培养皿倒置在30摄氏度左右的培养箱中培养;分别在24h、48h、72h取出,检测其抑菌效果,即试样未长菌的面积。抑菌率的计算公式为:抑菌率=试样未长菌面积/纸页的面积
2 结果和讨论
2.1尼泊金乙醋的抑菌效果
尼泊金乙醋是常用的有机抗菌剂,由于尼泊金乙醋微溶于水,20摄氏度时对水的溶解度仅为0.07%(质量分数);而且相对分子量小仅为166J2J。我们利用尼泊金乙醋易溶于乙醇的性质,采用表面喷涂的方式加入。先称取29尼泊金乙醋溶于8ml无水乙醇中,然后在电动搅拌器的作用下溶于2000m1浓度为0.5名的梭甲基纤维素中,在60℃水浴中加热搅拌3omin直至其全部溶解为止。按照1.2的方法把尼泊金乙醋抗菌剂喷徐到纸页表面,检测其抑菌效果。
2·1·1对细菌的抑菌效果
我们选择大肠杆菌作为细菌的代表,考察尼泊金乙酷抗菌剂对大肠杆菌的抑菌效果,见表1。由表l中我们可以看出,未加入尼泊金乙醋的纸页抑菌效果很差,24h的抑菌效果只有10%,而且抑菌效果随着时间增加不断下降,72小时后仅为l%;尼泊金乙醋加入量仅为0.03%时,其24小时抑菌效果就达到60%,并随着加入量的逐渐增加其抑菌效果也逐渐增加,当尼泊金乙醋的加入量达到0.07%时,其24小时抑菌效果已经达到95%,而且其72小时抑菌效果达到93%,可见其对细菌有很好的抑制作用。当尼泊金乙醋的加入量大。.12%时,其72小时抑菌效果达到10%,考虑到其成本问题我们选择其加入量为0.07%即可。
2.1.2对霉菌的抑菌效果
我们选择黑曲霉作为霉菌代表,考察尼泊金乙醋抗菌剂对黑曲霉的抑菌效果,结果见表2。
从表2我们可以看出,未加入尼泊金乙醋的纸张对霉菌几乎没有抑菌效果,加入尼泊金乙醋的纸张抑菌效果很明显,当其加入量仅为0.03%时,其抑菌效果己经达到70名,且随着加入量的增加对霉菌的抑菌效果也逐渐增加;当其加入量达到0.05%时,其对霉菌的抑菌效果己经达到92%,且72h的抑菌效果也为91%;当尼泊金乙醋的加入量大于0.12%时,其对霉菌的抑菌效果均达到10既,考虑到成本问题,我们选择其最佳加入量为0.05%即可。
综合以上两种因素,我们可以看出,当尼泊金乙酷的加入量达到0.07%时,对大肠杆菌和黑曲霉菌均具有良好的抑菌效果。但对黑曲霉菌的抑菌效果要好于对大肠杆菌的抑菌效果,这和尼泊金乙酷的抑菌机理是相符合的。尼泊金乙醋的作用在于抑止微生物细胞的呼吸酶系与电子传递酶系的活性以及破坏微生物的细胞膜结构,从而阻止霉菌和细菌的发育。同时,尼泊金乙醋对菌体有一定的吸附量,对细菌的发育起到了阻止作用。由于尼泊金乙醋的抑菌机理主要是破坏微生物的细胞膜结构,这可能是由于大肠杆菌和黑曲霉菌的细胞膜结构不同,所以尼泊金乙醋对其抑菌效果也不同,黑曲霉菌细胞膜上含有固醇结构,而大肠杆菌不含有这种结构,固醇结构容易和尼泊金乙醋结合,形成孔道,使细胞膜具有通透性,从而破坏细胞膜的结构。
综合成本和其抑菌效果考虑,我们选择0.07%为尼泊金乙醋的最佳加入量即可。
2·1.3抑菌的时间效应
尼泊金乙醋是有机小分子,存在易挥发、不易加工、化学稳定性差等缺点。为了考察尼泊金乙醋抗菌剂存放一段时间的抑菌效果,在自然条件下放置半年后检测其对细菌和霉菌的抑菌效果。其结果如表3、表4所示:实验结果表明,纸张在自然条件下放置半年后其抑菌效果几乎不变。
2.2硫酸铜的抑菌效果
我们选择无机抗菌剂硫酸铜制作抗菌纸。由于硫酸铜的分子量小水溶性好,而且和纤维没有结合,所以很难浆内添加,我们采用表面喷涂的方式加入。把。.069硫酸铜溶于Z000ml浓度为0.5%的梭甲基纤维素溶液中,配成浓度0.03%。的抗菌剂。然后按照1.2的方法把硫酸铜抗菌剂喷涂到纸页表面,根据文献,抗菌剂的加入量分别为0.007%、0.008%、0.009%、0.01%。由于其加入量较少,对成纸物理强度和白度影响不大。由文献15]可知铜系抗菌纸的抗菌效果是广谱的,即对细菌、霉菌及杂菌的抑菌效果相差不大,所以我们仅检测其对大肠杆菌的抑菌效果,如5表所示。
从表5我们可以看出,未加入硫酸铜的纸页抑菌效果很差,24h的抑菌效果仅为13%,且抑菌效果不断下降,72h后的抑菌效果仅为4%;加入硫酸铜后,纸页抑菌效果明显增加,当硫酸铜的加入量为0.。。8%时,其24h抑菌效果已经达到93化,且72h后抑菌效果仍为92%。硫酸铜抗菌剂的杀菌原理,可能是游离铜离子与细菌细胞膜上含sll基因的酶起作用,使酶失去活性,以及与膜表面的阳离子(H+,eaZ+,MgZ十,K+等)交换,使膜上的蛋白质凝固,因而铜素杀菌剂具有较宽的杀菌谱。考虑到其成本间题,我们选择硫酸铜0.008%为最佳加入量。
2.3壳聚糖的抑菌效果
我们选择动物源天然抗菌剂壳聚糖制作抗菌纸。因为壳聚糖不能直接溶于水,也不能溶于一般的有机溶剂,我们把0.49壳聚糖溶于IOOmLO.5%的甲酸溶液,再和浓度为0.5%的梭甲基纤维素溶液混合,在水浴中加热,搅拌30min后,配成浓度。.2%。的抗菌剂。然后按照1.2的方法把壳聚糖抗菌剂喷涂到纸页表面;加入量分别为0.03%、0.06%、0.07%、0.08%。由于其加入量较少对成纸物理强度和白度影响不大。
2.3.1壳聚糖对细菌的抑菌效果
我们选择大肠杆菌作为细菌的代表,考察壳聚糖抗菌剂对大肠杆菌的抑菌效果,见表6。从表6我们可以看出,未加入壳聚糖的纸页抗菌效果很差,24h抑菌效果仅为13%,且72h抑菌效果仅为4%,加入壳聚糖的纸页抑菌效果很好,当加入的壳聚糖为0.03%时,其24h的抑菌效果为9。%,但随着时间增加其抑菌效果下,72h抑菌效果仅为82%;随着壳聚糖用量的增加其抑菌效果逐渐增加,当壳聚糖用量为。.06%时,其抑菌效果已经达到92%,72h的抑菌率仍为90%,随着壳聚糖用量增加,其抑菌效果也越来越好。对大肠杆菌的最佳加入量为0.06%。
2.3.2壳聚糖对霉菌的抑菌效果
我们选择黑曲霉作为霉菌代表,考察壳聚糖抗菌剂对黑曲霉的抑菌效果,结果见表7。从表7我们可以看出,未加入壳聚糖的纸页抗菌效果很差,24h抑菌效果仅为13%,且72h抑菌效果仅为4%;加入壳聚糖的纸页抑菌效果很好,当加入的壳聚糖为0.03%时,其24h的抑菌效果为85%,但随着时间增加其抑菌效果下降,72h抑菌效果仅为8。%,随着壳聚糖用量的增加其抑菌效果逐渐增加,当壳聚糖用量为0.07%时,其抑菌效果已经达到92%,72h的抑菌率仍为91%,随着壳聚糖用量增加,其抑菌效果也越来越好。对黑曲霉菌的最佳加入量为0.07%。从表6和表7中我们可以看出壳聚糖对细菌的抑菌效果比霉菌抑菌效果好。这可能和其抑菌机理有关,多数研究认为壳聚糖的抑菌机理有两种:一种是壳聚糖分子中的一NH3+带正电性,吸附在细胞表面,一方面可能形成一层高分子膜,阻止营养物质向细胞内运输,另一方面使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均,破坏细胞壁的合成与溶解平衡,溶解细胞壁,从而起到抑菌杀菌作用;另一种是通过渗透进入细胞内,吸附细胞体内带有阴离子的物质,并发生絮凝作用,扰乱细胞正常的生理活动,从而杀灭细菌Ivl。大肠杆菌表面多含磷壁酸(酸性基因带阴电荷)而壳聚糖分子中的一NH“十极易吸附在其上面,引起结构性损害,导致细胞内含物漏出,同样壳聚糖也是破坏微生物细胞壁的合成与溶解平衡起杀菌作用,大肠杆菌的细胞壁厚度在10~3onm之间,而霉菌的细胞壁厚度为100~3onm之间,远远大于大肠杆菌的细胞壁厚度,所以其抵抗外界的破坏能力要强于大肠杆菌,所以壳聚糖对大肠杆菌的抑菌效果比对霉菌抑菌效果好。考虑到成本问题,我们选择其最佳加入量为0.07%。
3结论
3.1有机抗菌剂尼泊金乙醋,当其加入量为0.07%时,72h对大肠杆菌的抑菌效果大于90%;当其加入量为0.05%时,72h对黑曲的抑菌效果也大于90%。我们选择尼泊金乙醋的最佳加入量为0.07%。
3.2尼泊金乙醋抗菌纸抗菌性能比较稳定,自然条件下放置半年,其抑菌效果变化不大。
3.3无机抗菌剂硫酸铜当其加入量达到0.008%时,其72h抑菌效果已经大于90%,且随着硫酸铜加入量的增加抑菌效果逐渐增加,我们选择硫酸铜的最佳加入量为0.008%。
3.4动物源天然抗菌剂壳聚糖,当其加入量达到0.06%时,72h对大肠杆菌的抑菌效果已经超过90%,但对于黑曲霉只有加入量达到0.07%时,其72h的抑菌效果才大于90%。我们选择壳聚糖的最佳加入量为0.07%。
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