新型铜基金属氧化物纳米抗菌剂对食源性致病菌的杀灭活性研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houlitao2009
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近年来,我国食品工业飞速发展,食品工业产值呈现持续增长的态势。然而,食品安全问题却屡屡发生。在各类爆发的食品安全事件中,由食源性致病菌引发的食物中毒事件占比最高。同时,因食源性致病菌污染导致的疾病也已成为危害我国公民健康的最重要因素之一。因此,严格采取有效的措施,防控食源性致病菌的污染就显得尤为重要。目前我国传统杀菌技术主要包括超高压杀菌技术、辐照杀菌技术、臭氧杀菌技术、脉冲电场杀菌、超声波杀菌技术。但这些传统的杀菌方法有其固有的缺陷。比如:国内食品超高压处理技术尚不成熟,未大规模投入食品工业生产;辐照杀菌成本较高、不方便操作、影响生产效率和加工成本;高压脉冲电场杀菌系统的造价非常昂贵以及超声波杀菌技术面临适用范围窄、消毒不彻底、影响因素较多的问题。因此,研发新型高效的杀菌技术,对于保障食品安全具有重要意义。本论文的主要研究成果如下:1.锰酸铜纳米抗菌剂的制备及对致病菌杀灭活性研究采用水热以及超声辅助剥离的方法制备了锰酸铜纳米片(Cu Mn O2 NFs)抗菌剂,通过TEM、EDS、XRD、XPS、AFM等表征手段证实了Cu Mn O2 NFs的成功制备,TMB催化氧化实验以及荧光试验均证明该种新型纳米片抗菌剂拥有较高的过氧化物酶催化活性。引入近红外光后,溶液温度迅速升高,证明了该纳米抗菌剂可以充当良好的光热剂。通过平板涂布实验表明该纳米抗菌剂对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)两种不同类型的细菌均有优异的杀灭效果。活死细菌染色、细胞形态学观察结果揭示抗菌机理是该纳米抗菌剂催化低浓度的H2O2产生细胞毒性的羟基自由基(·OH)对细胞膜产生氧化应激,进而破坏细胞膜,引入近红外光后,近红外光照产生的热量可协同·OH诱导细菌细胞膜破裂、内容物释放,最终使细菌灭活。Cu Mn O2NFs纳米抗菌剂的研发不仅能够高效杀灭食源性致病菌,而且能够在一定程度上替代抗生素的使用,对于开发新型的食品器械杀菌技术、保障食品安全具有重要的意义。2.血红蛋白功能化铁酸铜纳米抗菌剂的制备及对致病菌杀灭活性研究通过简单的水热合成路线制备了一种基于血红蛋白修饰的多功能铁酸铜(Hb-CFNPs)纳米抗菌剂,SEM、TEM、FTIR、XRD、TGA、XPS和UV-vis等表征方法证实了Hb-CFNPs的成功制备,Hb-CFNPs的磁滞回线图证实了Hb-CFNPs很强的磁性。MB降解试验以及TMB显色试验证明了该纳米抗菌剂优良的过氧化物酶催化活性。Hb-CFNPs可以催化低浓度的H2O2产生大量的·OH,相较于未作任何修饰的CFNPs以及BSA-CFNPs,Hb的引入一方面提高了其生物相容性,另一方面也提升了该纳米抗菌剂整体的催化活性。同时,该纳米抗菌剂拥有优良的近红外光热转换性能。此外,由于Hb-CFNPs具有优异的磁性,通过磁富集可以将光热效率提高约20倍,因此在很低的实验剂量(20μg/m L)下便可实现优异的杀菌效果。E.coli和S.aureus的抗菌试验表明,在光热以及芬顿催化反应产生的·OH的协同的作用下,Hb-CFNPs对两种细菌均表现出优异的杀灭效果。活死细菌染色、SEM技术以及GSH测定结果揭示抗菌机理是该纳米抗菌剂在低浓度的H2O2以及近红外光的照射下,细胞膜遭到破裂,细胞内容物外流,以及细菌细胞内的GSH被消耗从而导致防御机制遭到破坏,最终导致细菌死亡。Hb-CFNPs抗菌剂在应用于食品杀菌之后可以通过磁富集作用及时从食品体系分离出来,并不会造成食品基质的污染,因此具有良好的应用前景。
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