一种碱性电解水增效液及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种碱性电解水增效液及其制备方法和应用 (Alkaline electrolyzed water synergistic liquid and preparation method and application thereof ) 是由 闫学海 沈桂芝 刘彦辰 邢蕊蕊 袁成前 于 2021-02-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种碱性电解水增效液及其制备方法和应用。所述碱性电解水增效液包括碱性电解水和增效物,所述增效物包括壳聚糖和/或壳聚糖衍生物。所述碱性电解水增效液的制备方法包括：按比例将碱性电解水与增效物混合,并进行降温处理,得到所述碱性电解水增效液。所述碱性电解水增效液中,碱性电解水与增效物相互配合,使得所述碱性电解水增效液具备高效、长效的抑菌效果。(The invention relates to an alkaline electrolyzed water synergistic solution and a preparation method and application thereof. The alkaline electrolyzed water synergistic fluid comprises alkaline electrolyzed water and a synergistic product, wherein the synergistic product comprises chitosan and/or a chitosan derivative. The preparation method of the alkaline electrolyzed water synergistic solution comprises the following steps: and mixing the alkaline electrolyzed water and the synergist in proportion, and cooling to obtain the alkaline electrolyzed water synergistic solution. In the alkaline electrolyzed water synergistic solution, alkaline electrolyzed water and a synergist are matched with each other, so that the alkaline electrolyzed water synergistic solution has a high-efficiency and long-acting bacteriostatic effect.)
技术领域
本发明属于日用化工技术领域，涉及一种碱性电解水增效液及其制备方法和应用。
背景技术
碱性电解水是一种新型的机能水，具备杀菌性能好、渗透力强、无残留、无刺激、免清洗以及安全无毒的特点，被广泛应用于医药、农业、日化、食品和家庭等方面，特别是对于不宜擦拭、冲洗的应用场景。
碱性电解水的杀菌性能完全取决于其pH值，一般需要维持pH值在12以上，才能发挥其最佳的杀菌效果。然而，实际应用中，碱性电解水易受开放条件(如空气中的二氧化碳)的影响，很快地完全失效。王雪平等研究发现碱性电解水由于周围环境和自身性质，pH值变化很快，敞口放置3天基本已失效(王雪平，张欲凌，杨侠，等.强碱电解水的制备研究[J].山东化工，2015，44(1)：38-39.)。虽然密封条件下保存的碱性电解水，可以保存一个月以上，但日常家居场景下，人们开启使用后，难以保证密封保存条件。在另一些具有酸性缓冲液存在的情形下，碱性电解水因其缓冲能力差，也是几乎完全失效的。
综上所述，如何提供一种能够有效耐受环境影响的碱性电解水，保持长效抑菌效果，已成为碱性电解水领域亟待解决的问题之一。
发明内容
针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供一种碱性电解水增效液及其制备方法和应用，所述碱性电解水增效液抑菌性强，且能长效抑菌。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液包括碱性电解水和增效物，所述增效物包括壳聚糖和/或壳聚糖衍生物。
本发明的碱性电解水增效液中，碱性电解水能够有效抑菌；壳聚糖中氨基携带正电荷，易与细菌细胞膜表面带有负电荷的蛋白结合，从而破坏细菌的正常生理功能，导致细菌死亡；壳聚糖衍生物的水溶性良好，具有生物相容性、可降解性以及广谱的抑菌性，且在水溶液中可形成锁水网络，具有保湿性、成膜性以及生物缓冲能力；碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)相互配合，能够提高碱性电解水增效液的缓冲能力，并使其具备高效、长效的抑菌效果。
优选地，所述碱性电解水包括由任意电解液通过电解方式获得的碱性电解水。
优选地，所述碱性电解水的pH值为10.2～12.8，例如可以是10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7或12.8，优选为11.0～12.8。
优选地，所述壳聚糖衍生物为水溶性壳聚糖衍生物。
优选地，所述壳聚糖衍生物包括壳聚糖季铵盐、2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖或羧甲基壳聚糖中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：壳聚糖季铵盐和2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的组合、壳聚糖季铵盐和羧甲基壳聚糖或2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖和羧甲基壳聚糖的组合，优选为壳聚糖季铵盐。
优选地，所述壳聚糖和壳聚糖衍生物的分子量各自独立地为3～100kDa，例如可以是3kDa、5kDa、7kDa、10kDa、15kDa、20kDa、25kDa、30kDa、35kDa、40kDa、45kDa、50kDa、55kDa、60kDa、65kDa、70kDa、75kDa、80kDa、85kDa、90kDa、95kDa或100kDa。
优选地，所述碱性电解水增效液中增效物的浓度为0.1～100mg/mL，例如可以是0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.3mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL、4mg/mL、5mg/mL、6mg/mL、8mg/mL、10mg/mL、15mg/mL、20mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、35mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL或100mg/mL，优选为1～50mg/mL，进一步优选为1～20mg/mL。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的碱性电解水增效液的制备方法，所述制备方法包括：
按比例将碱性电解水与增效物混合，并进行降温处理，得到所述碱性电解水增效液。
优选地，所述混合的温度为20～60℃，例如可以是20℃、22℃、23℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃，优选为20～40℃。
优选地，所述混合的时间为0.5～12h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h和12h，优选为1～6h，进一步优选为2～4h；
优选地，所述降温处理为降温至0～10℃，例如可以是0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃，优选为3～6℃。
优选地，所述降温处理的时间为1～72h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、12h、18h、20h、24h、48h和72h，优选为6～48h，进一步优选为12～48h。
作为优选的技术方案，所述碱性电解水增效液的制备方法包括：
于20～60℃，按比例将碱性电解水与增效物混合，并置于0～10℃处理1～72h，得到所述碱性电解水增效液。
第三方面，本发明提供如第一方面所述的碱性电解水增效液在制备消毒剂中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的碱性电解水增效液中，碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)相互配合，使得所述碱性电解水增效液具备高效、长效的抑菌效果；
(2)本发明碱性电解水增效液的生产工艺简单且绿色环保，原料来源丰富且成本低，适宜广泛推广；
(3)本发明的碱性电解水增效液具备长效抑菌效果，放置3个月后，其抑菌效率下降率低于8.4％。
附图说明
图1为实施例7制备的碱性电解水增效液和对比例3的碱性电解水对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈；
图2为实施例4制备的碱性电解水增效液和对比例4的碱性电解水的细菌灭杀率曲线图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。
本发明实施例中，碱性电解水按照文献[王雪平，等。强碱电解水的制备研究，山东化工，2015年第44卷，38-41]中的方法合成所得，壳聚糖、壳聚糖季铵盐、2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖和羧甲基壳聚糖均购自百灵威科技有限公司。
实施例1
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为10kDa的壳聚糖季铵盐，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.0)；
(2)密封好后，置于30℃摇床上，振荡0.5h，溶解；
(3)溶解后，置于4℃静置12h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝11.8。
实施例2
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10g的分子量为3kDa的2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖，加入100mL的碱性电解水(pH＝10.2)。
(2)密封好后，置于20℃摇床上，振荡12h，溶解。
(3)溶解后，置于0℃静置72h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝10.1。
实施例3
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取100mg的分子量为20kDa的羧甲基壳聚糖，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.0)。
(2)密封好后，置于40℃摇床上，振荡2h，溶解。
(3)溶解后，置于0℃静置24h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝12.0。
实施例4
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为100kDa的壳聚糖季铵盐，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.8)。
(2)密封好后，置于60℃摇床上，振荡6h，溶解。
(3)溶解后，置于4℃静置12h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝12.7。
实施例5
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为10kDa的壳聚糖季铵盐，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.0)。
(2)密封好后，置于30℃摇床上，振荡4h，溶解。
(3)溶解后，置于4℃静置12h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝12.7。
实施例6
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取1g的分子量为30kDa的壳聚糖季铵盐，加入100mL的碱性电解水(pH＝11.0)。
(2)密封好后，置于30℃摇床上，振荡2h，溶解。
(3)溶解后，置于4℃静置12h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝11.0。
实施例7
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为20kDa的羟甲基壳聚糖，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.0)。
(2)密封好后，置于30℃摇床上，振荡4h，溶解。
(3)溶解后，置于4℃静置12h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝11.8。
实施例8
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为100kDa的羟甲基壳聚糖，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.8)。
(2)密封好后，置于20℃摇床上，振荡6h，溶解。
(3)溶解后，置于4℃静置24h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝12.7。
实施例9
本实施例提供一种碱性电解水增效液，所述碱性电解水增效液的制备方法包括以下步骤：
(1)称取10mg的分子量为3kDa的壳聚糖，加入100mL的碱性电解水(pH＝12.8)。
(2)密封好后，置于20℃摇床上，振荡6h，溶解。
(3)溶解后，置于10℃静置1h，得到所述碱性电解水增效液。
用pH计检测所述碱性电解水增效液的pH值，结果为pH＝12.7。
为对比评价碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用的有益效果，以不同pH的碱性电解水为参照，用于后续的抗菌评价及稳定性评价。
对比例1
本对比例提供一种pH值为10.2的碱性电解水。
对比例2
本对比例提供一种pH值为11.0的碱性电解水。
对比例3
本对比例提供一种pH值为12.0的碱性电解水。
对比例4
本对比例提供一种pH值为12.8的碱性电解水。
试验例1抑菌有效性评价试验1
本试验例检测各实施例和对比例中的样品的抑菌效果。按照《消毒技术规范》(2002年版)2.1.1.7细菌定量杀灭试验方法步骤进行试验，试验条件：作用浓度：原液，作用时间：30s。实验结果如表1所示。
表1
由表1可知，本发明的实施例1-9中将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用制备碱性电解水增强液，所制备的电解水增强液对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的灭杀率均为99.9％，说明具有高效抑菌效果；对比例1-4为碱性电解水，所述碱性电解水的pH值分别与各实施例中所使用的碱性电解水相同(例如实施例1和对比3、实施例2和对比例1、实施例6和对比例2或实施例8和对比例4)，对比例1-4中碱性电解水对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的灭杀率均较低，表明本发明中将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用，协同增效，能够显著提高碱性电解水增效液的抑菌效果。
试验例2抑菌有效性评价试验2
采用载体法测量抑菌圈实验对抑菌效果进行评价：分别将大肠杆菌8099和金黄色葡萄球菌ATCC 6538于37℃振荡培养24h，然后稀释菌液至细菌浓度为1×108CFU/mL，在琼脂培养皿上均匀涂抹细菌，将60μL各实施例和对比例中的待检液加入到预先打孔的琼脂培养皿孔槽(孔槽的直径为6mm)中，37℃培养24h，测量抑菌圈直径，结果如表2所示，其中，抑菌圈直径<6mm判定为无抑制性，记为(-)，抑菌圈直径在6～8mm判定为有中等抑制性(+)，抑菌圈直径在8～12mm判定为有强抑制性(++)，抑菌圈直径≧12mm判定为有非常强的抑制性(+++)。
表2
由表2可知，实施例1-9制备的碱性电解水增效液对大肠杆菌和葡萄球菌至少具有中等抑菌性，最高为具有非常强的抑菌性；对比例1-3中的电解水均无抑菌效果；对比例4中的碱性电解水仅为中等抑制性，且其抑制性低于实施例4和实施例8制备的碱性电解水增效液，综上表明，本发明将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用，协同增效，能够显著提高碱性电解水增效液的抑菌效果。
实施例7制备的碱性电解水增效液和对比例3中的碱性电解水的抑菌圈实验结果如图1所示，由图1可知，实施例7制备的碱性电解水增效液具有明显的抑菌圈，而对比例3中的碱性电解水无抑菌圈。
试验例3长期稳定性测试1
取100mL实施例4制备的碱性电解水增效液和对比例4中的碱性电解水，常温放置，定期取样测定对大肠杆菌的灭杀率(方法同试验例1)，用灭杀率对时间作图，评价存放稳定性，结果如图2所示。
由图2可知，随着保存时间延长，实施例4制备的碱性电解水的灭杀率保持稳定，而对比例4的碱性电解水的灭杀率持续下降，表明本发明将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用，协同增效，能够显著提高碱性电解水增效液的稳定性。
试验例4长期稳定性测试2
将实施例1-9制备的碱性电解水增效液和对比例1-4的碱性电解水放置3个月，测定其pH值及对大肠杆菌的灭杀率(方法同试验例1)，与新制备时的数据比较，按照下述公式(1)计算下降率。
下降率(％)＝(灭杀率(放置3个月)-灭杀率(新制备))/灭杀率(新制备)×100％(1)
表3
由表3可知，实施例1-9制备的碱性电解水增效液在放置3个月后，对大肠杆菌灭杀率的下降率低于8.4％，说明其稳定性高，能够长期储存；而对比例1-4中的碱性电解水对大肠杆菌灭杀率的下降率高于27％；综上表明本发明将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用，协同增效，能够显著提高碱性电解水增效液的稳定性。
综上所述，本发明将碱性电解水与增效物(壳聚糖和/或壳聚糖衍生物)搭配使用，能够提高碱性电解水增效液的缓冲能力，并使其具备高效、长效的抑菌效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。