阅读说明：本技术 一种山药黏液—纳米氧化锌溶液及其制备方法和应用 (Chinese yam mucilage-nano zinc oxide solution and preparation method and application thereof ) 是由 马凡怡 张昀 李晓静 刘绣华 蔡延新 白洁 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于抗菌、保鲜剂领域,特别是指一种山药黏液—纳米氧化锌溶液及其制备方法和应用。将山药黏液加入纳米氧化锌分散液中,制备的溶液具有抗菌作用,该溶液环保,无毒无害,可快速降解,可以用于食品保鲜,符合绿色化学的要求。本发明首先提取山药黏液,然后加入不同比例的山药黏液制成不同比例的山药黏液—纳米氧化锌溶液。本方法制备的五种山药黏液—纳米氧化锌溶液具有很好的水溶性,分散性,溶液具有抗菌作用,能够延长食品的保质期,制备的溶液在食品、医疗等领域有广泛的应用前景。(The invention belongs to the field of antibacterial and preservative agents, and particularly relates to a yam mucilage-nano zinc oxide solution as well as a preparation method and application thereof. The yam mucilage is added into the nano zinc oxide dispersion liquid, the prepared solution has an antibacterial effect, is environment-friendly, non-toxic and harmless, can be rapidly degraded, can be used for food preservation, and meets the requirement of green chemistry. The invention firstly extracts yam mucilage, and then adds yam mucilage with different proportions to prepare yam mucilage-nano zinc oxide solution with different proportions. The five Chinese yam mucilages-nano zinc oxide solution prepared by the method has good water solubility and dispersibility, the solution has an antibacterial effect, the shelf life of food can be prolonged, and the prepared solution has wide application prospects in the fields of food, medical treatment and the like.)

一种山药黏液—纳米氧化锌溶液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于抗菌、保鲜剂领域，特别是指一种山药黏液—纳米氧化锌溶液及其制备方法和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越重视环保健康，全球塑料的生产和消费继续增加，其中每年生产的塑料有很大一部分是用来包装食品的。由于这种材料不能生物降解，已经造成了严重的问题，例如环境危害。寻求绿色可降解包装替代塑料制品，改善环境。植物黏液作为一种食物水胶体，具有良好的成膜潜力，并且具有无毒、低成本、无刺激性等优点。山药是薯蓣科植物，其块茎具有多种药用价值，山药黏液具有降血脂、抗菌等作用。当纳米材料加入到相容聚合物中时，可以极大地改善所制备的纳米复合材料的性能。专利CN201610672416.7公开了一种具有食品保鲜功能的抗菌食品包装材料及其制作方法，该专利提到将硅烷偶联剂活化处理后的纳米氧化锌作为光催化抗菌剂，并与其它多种化学成分配伍制备抗菌食品包装材料用于保鲜。然而包装材料并不能直接紧密的与食品结合，保鲜效果一般；本发明主要是将山药黏液加入纳米氧化锌分散液中，制备的溶液具有抗菌作用，该溶液环保，无毒无害，可快速降解，可以用于食品保鲜，符合绿色化学的要求。

发明内容

本发明提出一种山药黏液—纳米氧化锌溶液及其制备方法和应用，黏液为黏合剂，加入氧化锌提高黏液的抗菌能力，从而延长保质期。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

（1）山药黏液的提取：将怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块，然后向怀山药中加入适量蒸馏水，搅拌成浆，离心后取上清液，即为黏液DOM；

（2）山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备：将纳米氧化锌分散液加入烧杯中，然后依次加入蒸馏水和甘油，置于水浴锅中，之后加入羧甲基纤维素（CMC），边加边搅拌至均匀后，按比例加入步骤（1）提取的黏液DOM，搅拌均匀，得CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、或CMC-ZnO-DOM3溶液。

所述步骤（1）中怀山药与蒸馏水的添加质量体积比w/v为（2-10）：（60-100）。

所述步骤（2）中纳米氧化锌、CMC和黏液DOM的质量比w/w为2：（1-1.4）：（0.6-1）

所述步骤（2）中水浴锅的温度为40-60℃。

上述方法所制备的山药黏液—纳米氧化锌溶液，所述山药黏液—纳米氧化锌溶液为CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2或CMC-ZnO-DOM3溶液。

上述的山药黏液—纳米氧化锌溶液在延长食品、药品保质期方面的应用。

上述的山药黏液—纳米氧化锌溶液在抑制大肠杆菌（E.coil）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）方向的应用。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明方法操作简单，反应时间短，制备的五种溶液在水溶液中分散性好。所制得的山药黏液—氧化锌溶液可用于食品保鲜、抗菌等方面。

2、本发明制备了CMC、CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3五种溶液，其中CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3具有较高的抗菌能力，对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E. coil）有抗菌作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1所得五种溶液CMC（A）、CMC-ZnO（B）、CMC-ZnO-DOM1（C）、CMC-ZnO-DOM2（D）、CMC-ZnO-DOM3（E）的扫描电镜图。

图2为实施例1所得五种溶液CMC（A）、CMC-ZnO（B）、CMC-ZnO-DOM1（C）、CMC-ZnO-DOM2（D）、CMC-ZnO-DOM3（E）的红外光谱图。

图3为实施例1所得五种溶液CMC（A）、CMC-ZnO（B）、CMC-ZnO-DOM1（C）、CMC-ZnO-DOM2（D）、CMC-ZnO-DOM3（E）的热重图。

图4为实施例1所得五种溶液CMC（A）、CMC-ZnO（B）、CMC-ZnO-DOM1（C）、CMC-ZnO-DOM2（D）、CMC-ZnO-DOM3（E）对大肠杆菌（E. coil）的抗菌图。

图5为实施例1所得五种溶液CMC（A）、CMC-ZnO（B）、CMC-ZnO-DOM1（C）、CMC-ZnO-DOM2（D）、CMC-ZnO-DOM3（E）对金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌图。

图6 五种膜包裹苹果15天的失重率图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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付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。

一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

（1）山药黏液的提取：将怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块，然后向怀山药中加入适量蒸馏水，搅拌成浆，离心后取上清液，即为黏液DOM；

（2）山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备：将纳米氧化锌分散液加入烧杯中，然后依次加入蒸馏水和甘油，置于水浴锅中，之后加入CMC，边加边搅拌至均匀后，按比例加入步骤（1）提取的黏液DOM，搅拌均匀，得CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、或CMC-ZnO-DOM3溶液。

所述步骤（1）中怀山药与蒸馏水的添加质量体积比w/v为2-10：60-100。

所述步骤（2）中纳米氧化锌、CMC和黏液DOM的质量比w/w为2：（1-1.4）：（0.6-1）

所述步骤（2）中水浴锅的温度为40-60℃。

上述方法所制备的山药黏液—纳米氧化锌溶液，所述山药黏液—纳米氧化锌溶液为CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2或CMC-ZnO-DOM3溶液。

上述的山药黏液—纳米氧化锌溶液在延长食品、药品保质期方面的应用。

上述的山药黏液—纳米氧化锌溶液在抑制大肠杆菌（E.coil）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）方向的应用。

实施例1

本实施例的一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

步骤1：山药黏液的提取

将2g怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块。将怀山药块加入九阳打浆机中，再加入60g蒸馏水，在豆浆机中搅拌成浆。将打好的浆液离心，取上清液于大烧杯中。最后将收集到的黏液DOM装在密封袋中，在4 ℃冰箱冷藏，以免氧化。

步骤2：CMC溶液的制备

在锥形瓶中加入蒸馏水，按照CMC：甘油的质量比w/w为2:1的比例加入蒸馏水中，之后放入电磁搅拌器中在40℃水浴搅拌1 h，得CMC溶液。

实施例2

本实施例的一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

步骤1：山药黏液的提取

将10g怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块。将怀山药块加入九阳打浆机中，再加入100g蒸馏水，在豆浆机中搅拌成浆。将打好的浆液离心，取上清液于大烧杯中。最后将收集到的黏液DOM装在密封袋中，在4 ℃冰箱冷藏，以免氧化。

步骤2：CMC-ZnO溶液的制备

将2 g纳米ZnO分散液加入蒸馏水中，按照CMC：甘油的质量比w/w为2:1的比例加入蒸馏水中，CMC的质量为1g，在搅拌器40℃中搅拌2 h，得CMC-ZnO溶液。

实施例3

本实施例的一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

步骤1：山药黏液的提取

将6g怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块。将怀山药块加入九阳打浆机中，再加入80g蒸馏水，在豆浆机中搅拌成浆。将打好的浆液离心，取上清液于大烧杯中。最后将收集到的黏液DOM装在密封袋中，在4 ℃冰箱冷藏，以免氧化。

步骤2：CMC-ZnO-DOM1溶液的制备

将2 g纳米氧化锌分散液加入蒸馏水中，按照CMC：甘油的质量比w/w为2:1的比例加入蒸馏水中，CMC的质量为1.4g，在搅拌器50℃中搅拌1.5 h，再加入0.6 g DOM，继续搅拌0.5h。

实施例4

本实施例的一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

步骤1：山药黏液的提取

将6g怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块。将怀山药块加入九阳打浆机中，再加入80g蒸馏水，在豆浆机中搅拌成浆。将打好的浆液离心，取上清液于大烧杯中。最后将收集到的黏液DOM装在密封袋中，在4 ℃冰箱冷藏，以免氧化。

步骤2：CMC-ZnO-DOM2溶液的制备

将2 g纳米氧化锌分散液加入蒸馏水中，按照CMC：甘油的质量比w/w为2:1的比例加入蒸馏水中，CMC的质量为1.2g，在搅拌器60℃中搅拌2 h，再加入0.8g DOM，继续搅拌0.5 h。

实施例5

本实施例的一种山药黏液—纳米氧化锌溶液的制备方法，步骤如下：

步骤1：山药黏液的提取

将6g怀山药用清水清洗，晾晒至表面无水后削皮，切成大小均匀的圆柱块。将怀山药块加入九阳打浆机中，再加入80g蒸馏水，在豆浆机中搅拌成浆。将打好的浆液离心，取上清液于大烧杯中。最后将收集到的黏液DOM装在密封袋中，在4 ℃冰箱冷藏，以免氧化。

步骤2：CMC-ZnO-DOM3溶液的制备

将2 g纳米氧化锌分散液加入蒸馏水中，按照CMC：甘油的质量比w/w为2:1的比例加入蒸馏水中，CMC的质量为1.4g，在搅拌器40℃中搅拌2 h，再加入1g DOM，继续搅拌0.5-1 h。

实施效果例

上述实施例中制备的不同溶液中，CMC为透明无色、CMC-ZnO为乳白色、随着黏液加入量的增加，CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3溶液的颜色依次加深（偏浅绿色），微观结构如图1所示，纳米氧化锌包裹在黏液多糖的网络结构中。

五种溶液CMC、CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3的红外光谱图如图2所示，热重图如图3所示，ZnO 和黏液的加入，与CMC相比，CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3的红外和热重有所变化。通过ICP检测，CMC-ZnO的锌含量为7.4%，CMC-ZnO-DOM1的锌含量为7.32%，CMC-ZnO-DOM2的锌含量为7.08%，CMC-ZnO-DOM3的锌含量为8.09%。

效果例1：抗菌实验

（1）灭菌：将规格为200 µL、1 mL的枪头、5mL的离心管、涂布棒、蒸馏水、pH为5.3的PBS缓冲液、烧杯、固体培养基等放入高压蒸汽灭菌锅中进行灭菌，设置温度是121℃，灭菌时间为20 min，在灭菌完成前30 min时，将无菌工作台用酒精擦拭，并将紫外打开照射杀菌。

（2）稀释菌液：用规格为1 mL的移液枪从母液中吸取300 μL的大肠肝菌，将其加入到含有2.7 mL灭菌蒸馏水的5 mL试管中，依次稀释到10⁴倍。

（3）配置药液：取5 mL的离心管，每种溶液依次吸取400 μL、450 μL、500 μL、550 μL，再分别加入100 μL 10⁴的大肠肝菌，加入PBS使其总量为1 mL，使其浓度依次为400 μL/mL、450 μL/mL、500 μL/mL、550 μL/mL，将其用封口膜封好，置于37℃摇床上震摇6 h。

（4）涂板：吸取100 µL的样品置于培养皿的营养琼脂上，在酒精灯旁操作，用三角涂布棒涂抹均匀，每次涂布后先用酒精灯灼烧（为了杀灭涂布棒表面的细菌），再用灭菌的蒸馏水进行降温。

（5）封口：用封口膜将其封好。

（6）培养：将涂布好的培养皿放入37℃恒温培养箱中，进行培养12-18 h。

（7）观察结果，拍照并记录细菌个数。

同样的方法配置成需要的药液浓度，测试溶液对金黄色葡萄球菌的抗菌性能，实验重复三次，并将实验结果进行拍照，实验结果见图4、图5，由图4、图5可知： CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3溶液具有抗菌能力，溶液浓度越大，抗菌能力增强，对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E. coli）均有抑制作用。在浓度为400 μL/mL时，CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3溶液的抗菌能力差别较大，CMC-ZnO-DOM3溶液抗菌效果不好，随着溶液的浓度的增加，CMC-ZnO-DOM3溶液的抗菌能力增强。

效果例2：保鲜实验

将苹果在室温下分别浸入CMC、CMC-ZnO、CMC-ZnO-DOM1、CMC-ZnO-DOM2、CMC-ZnO-DOM3溶液中取出，在苹果表面形成一层薄膜，可以提高苹果的保鲜度，将薄膜洗掉并不影响口味，具体表征数据见表1。

将有薄膜的苹果放在室温贮藏15天，观察其质量变化，失重率见图6。

表1. 不同山药黏液—纳米氧化锌溶液在苹果表面形成薄膜的表征

由表1可知：薄膜A的溶解度最大，接近100%。DOM的加入、ZnO纳米分散液影响着薄膜的物理特性。当黏液添加量从30%增至50%时，薄膜重量逐渐减少，厚度逐渐增厚，溶解度逐渐降低，色差值逐渐增大，黏液呈黄色，因此，黏液的加入量增多时，薄膜颜色逐渐加重偏黄。

测得苹果在贮藏15天的失重率，结果见图6。由图6可知，在苹果表面形成的薄膜CMC-ZnO-DOM3，可以很好的维持果实重量，降低失重率，保鲜效果好。这与薄膜的厚度有关，厚度越厚，可以减少果实的水分散失到空气中。含有纳米ZnO的薄膜，失重率较小，纳米粒子使得分子间距减小，减小水分子的透过率；DOM具有一定的黏度，使分子间相互黏连，减少水分子散失。薄膜A中不含ZnO和DOM，失重率较明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。