銀—氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波在羽絨殺菌中的應(yīng)

用江娟 黎彧 周純 林志盛 吳坤鵬 張潤(rùn)霆 陳云波

摘要：通過(guò)高溫分解法制備銀氧化鋅復(fù)合物，并用于羽絨殺菌。研究所制備復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的殺菌工藝，探討復(fù)合物用量、微波輻射功率、微波輻射時(shí)間和微波輻射溫度等工藝條件對(duì)羽絨抗菌效果的影響，同時(shí)對(duì)復(fù)合物進(jìn)行循環(huán)回收實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：所制備銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的最高抑菌率為53.34%，工藝條件為羽絨與復(fù)合物質(zhì)量比2∶1，微波輻射功率400 W、微波輻射時(shí)間2 min、微波輻射溫度47 ℃。在最佳工藝條件下對(duì)復(fù)合物進(jìn)行連續(xù)5次回收，回收后的抑菌率分別為37.24%、18.52%、16.19%、10.69%和8.54%。所制備銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨具有抗菌性，隨著回收次數(shù)的增加，復(fù)合物抗菌效果逐漸減弱。

關(guān)鍵詞：銀氧化鋅復(fù)合物；微波；羽絨；殺菌；回收

中圖分類號(hào)：TQ051.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2018）03-0071-04Application of Agzinc Oxide Composite Combined with

Microwave in DownFeather Sterilization

JIANG Juan1， LI Yu1， ZHOU Chun1， LIN Zhisheng1，

WU Kunpeng1， ZHANG Runting1， CHEN Yunbo2

（1.School of EcoEnvironmental Engineering/Foshan Research Center for Special Functional Building

Materials and Its Green Preparation Technology， Guangdong Industry Polytechnic， Guangzhou

510300， China； 2.Guangzhou Shanhe Chemical Co.， Ltd， Guangzhou 510425， China）Abstract：In this paper， the silverzinc oxide （AgZnO） composite was prepared by high temperature decomposition method and used for downfeather sterilization. The composite combined with microwave was applied in downfeather. The influence of the dosage of the composite， microwave power， microwave time and microwave temperature on antibacterial effect of downfeather was discussed. At the same time， recycling experiments of the composite were carried out. All these results show that the highest antibacterial rate of composite combined with microwave to downfeather was 53.34% under the following conditions： the mass ratio of downfeather and the composite 2∶1， microwave power 400 W， microwave time 2 min and microwave temperature 47 ℃. At the same process conditions， the antibacterial rate is respectively 37.24%， 18.52%， 16.19%， 10.69% and 8.54% after recycling five times. The experiment results indicate that the prepared AgZnO composite combined with microwave has antibacterial property to downfeather， and the antibacterial effect gradually diminishes with the increase in the number of recycling.

Key words：silverzinc oxide composite； microwave； downfeather； sterilization； recycle

羽絨體輕松軟、彈性好、保溫、防寒能力強(qiáng)[1]。中國(guó)是生產(chǎn)羽絨、羽絨制品的大國(guó)[2]。但羽絨在獲取過(guò)程中極易攜帶細(xì)菌、病毒，在潮濕環(huán)境下易滋生微生物等有害物質(zhì)，產(chǎn)生異味[3]；而羽絨制品多與人體身體直接接觸，因此對(duì)羽絨殺菌消毒成為衡量羽絨制品質(zhì)量、保證消費(fèi)者人身安全的重要環(huán)節(jié)。目前國(guó)內(nèi)羽絨加工多按下列工藝進(jìn)行：水洗→洗滌劑與消毒劑或高溫高壓滅菌[1，4]→清水沖洗→脫水→烘干[5]。在此工藝過(guò)程中，羽絨消毒殺菌所采用的消毒劑多為有機(jī)類化合物，所產(chǎn)生廢水屬高濃度有機(jī)廢水[6]，直接排放極易造成環(huán)境污染；而高溫高壓滅菌往往是高能耗、高成本，增加羽絨生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)壓力。

無(wú)機(jī)抗菌材料相對(duì)于有機(jī)抗菌材料，具有安全性高、抗菌性能穩(wěn)定、持久性強(qiáng)和耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)[7]。作為一種最早用于抗菌的金屬化合物，氧化鋅具有良好的穩(wěn)定性和安全性，被美國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局認(rèn)為是5種安全的鋅化合物之一，且氧化鋅系列抗菌材料成本低廉，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣[811]。而作為另一種含有抗菌活性的無(wú)機(jī)抗菌材料，銀離子的殺菌活性名列前茅，以納米銀為代表的新型安全高效抗菌材料又引起了人們的關(guān)注[1214]，但銀系列抗菌材料價(jià)格相對(duì)昂貴，而且穩(wěn)定性差，使得其應(yīng)用范圍受到限制[15]。

近年來(lái)，微波技術(shù)作為一種新型的加熱滅菌技術(shù)備受人們關(guān)注，尤其在食品衛(wèi)生[1617]、醫(yī)藥領(lǐng)域[1819]得到了快速的發(fā)展。微波滅菌法不同于傳統(tǒng)加熱方式，是利用微波介質(zhì)加熱特性，殺菌溫度低、時(shí)間短、滅菌效率高、無(wú)污染。但在羽絨加工處理過(guò)程中，采用微波加熱滅菌的工藝研究報(bào)道較少。

在綜合考慮氧化鋅、銀離子的優(yōu)缺點(diǎn)后，本文提出制備銀氧化鋅復(fù)合物，在降低純銀粒子制備成本的前提下，增強(qiáng)氧化鋅顆?？咕?。結(jié)合微波加熱滅菌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出銀氧化鋅協(xié)同微波技術(shù)用于羽絨殺菌，并研究?jī)?yōu)化該工藝條件。

1實(shí)驗(yàn)

1.1銀氧化鋅復(fù)合物的制備

1.1.1試劑與儀器

試劑：硝酸銀（AgNO3）、聚乙烯醇（PVA）、氫氧化鈉（NaOH）、氯化鋅（ZnCl2）、草酸、去離子水，所用試劑和溶劑均為分析純。

儀器：RW20機(jī)械攪拌器（IKA），SX31014快速升溫電阻爐（湖南湘潭儀器有限公司），SH1012系列鼓風(fēng)干燥箱（上杭儀器有限公司）。

1.1.2復(fù)合物的制備

一定體積的AgNO3溶液與PVA水溶液混合后，加入NaOH溶液，待生成絮狀沉淀，陳化36 h后過(guò)濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌。濾餅80 ℃干燥4 h，得到氧化銀。將ZnCl2溶液與草酸溶液混合，攪拌50 min后，靜置一段時(shí)間過(guò)濾，濾餅反復(fù)洗滌并于烘箱中120 ℃干燥3 h，得到草酸鋅化合物。將氧化銀與草酸鋅混合研磨過(guò)篩，于馬弗爐600 ℃煅燒2 h，待降至室溫后取出，研磨過(guò)篩，得到銀氧化鋅復(fù)合物。

1.2銀氧化鋅復(fù)合物的抗菌實(shí)驗(yàn)

1.2.1試劑和儀器

試劑：所制備銀氧化鋅復(fù)合物，營(yíng)養(yǎng)瓊脂（青島海博生物技術(shù)有限公司），羽絨（廣東鴻基羽絨制品有限公司），其他所用試劑和溶劑均為分析純。

儀器：BS110S電子天平、BIODL移液槍（上海寶予德科學(xué)儀器有限公司），YX280B型手提式蒸汽消毒器（江陰濱江醫(yī)療設(shè)備廠），WF4000微波快速反應(yīng)系統(tǒng)（上海屹堯微波化學(xué)技術(shù)有限公司），SDJ單人式凈化工作臺(tái)、HJ6B多頭磁力加熱攪拌器、DHP9002隔水式恒溫培養(yǎng)箱（上海銳風(fēng)儀器制造有限公司）。

1.2.2抗菌實(shí)驗(yàn)步驟

a）滅菌

包扎實(shí)驗(yàn)所需玻璃儀器，如試管、布氏漏斗、培養(yǎng)皿、玻璃棒等，放到手提式蒸汽高壓滅菌鍋進(jìn)行滅菌，用紫外燈對(duì)超凈工作臺(tái)和無(wú)菌室均進(jìn)行滅菌30～45 min。

b）無(wú)菌水的制備

分別取兩個(gè)錐形瓶裝有100、50 mL去離子水，蓋好硅膠塞并包扎，放進(jìn)手提式高壓蒸汽滅菌鍋進(jìn)行滅菌。

c）培養(yǎng)基的制備

稱取3.3 g營(yíng)養(yǎng)瓊脂，加水于錐形瓶中配置成100 mL的溶液，加熱溶解至透明，蓋好硅膠塞并包扎放入滅菌鍋滅菌。

d）羽絨試樣液的制備

稱0.50 g羽絨，用50 mL無(wú)菌水搖勻清洗，使附在羽絨上的部分細(xì)菌溶在水中，以減少羽絨上細(xì)菌的數(shù)量，抽濾，將抽濾的羽絨快速放入含有轉(zhuǎn)子的50 mL無(wú)菌水的消化瓶中，15 min磁力攪拌充分搖勻，使羽絨上的細(xì)菌盡量脫落于無(wú)菌水中。

e）樣品菌落計(jì)數(shù)

在無(wú)菌室中的超凈工作臺(tái)上進(jìn)行接種，于3根試管中分別吸取9 mL無(wú)菌水，標(biāo)記1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，吸取1 mL羽絨試樣液到1號(hào)試管，充分震蕩、搖勻，將1號(hào)管的試樣稀釋100倍（2號(hào)）和1 000倍（3號(hào)），空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)為1 mL無(wú)菌水，于培養(yǎng)皿中接種1 mL稀釋液，平行實(shí)驗(yàn)2次，營(yíng)養(yǎng)瓊脂約40 ℃時(shí)，均勻倒入上述培養(yǎng)基，待培養(yǎng)基冷卻凝固后，倒平板，置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后，進(jìn)行菌落總數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

f）反應(yīng)條件的改變對(duì)抗菌效果的影響

設(shè)定不同銀氧化鋅復(fù)合物用量、微波輻射功率、微波輻射時(shí)間、微波輻射溫度，稱取0.50 g處理過(guò)后的羽絨樣品，測(cè)定抗菌前后羽絨的菌落總數(shù)，平行2次試驗(yàn)，計(jì)算其抑菌率，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出最佳抗菌工藝條件。

2結(jié)果討論

2.1銀氧化鋅復(fù)合物用量對(duì)抗菌效果的影響

取0.50 g羽絨所制備的羽絨試樣液，分別加入不同質(zhì)量的銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波處理后，測(cè)定菌落數(shù)，平行試驗(yàn)2次，并做空白試驗(yàn)，計(jì)算不同用量銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率。其中，微波條件為溫度47 ℃，時(shí)間1 min，功率400 W。

由圖1可見(jiàn)，在不添加銀氧化鋅復(fù)合物時(shí)，微波對(duì)羽絨具有一定的抑菌作用，其抑菌率為12.48%；隨著銀氧化鋅復(fù)合物用量的增加，復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率先增后降，當(dāng)銀氧化鋅復(fù)合物用量為0.25 g，即羽絨與銀氧化鋅質(zhì)量比為2∶1時(shí)，抑菌率達(dá)到最大49.53%。

2.2微波輻射功率對(duì)抗菌效果的影響

取0.50 g羽絨所制備的羽絨試樣液，加入0.25 g銀氧化鋅復(fù)合物，設(shè)定微波溫度為47 ℃、時(shí)間1 min，微波功率分別為100、200、300、400、500 W，做空白試驗(yàn)并平行試驗(yàn)2次，測(cè)定銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率（圖2）。

復(fù)合物對(duì)羽絨的抑菌率

從圖2可看出，隨著微波輻射功率增大，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌作用逐漸增強(qiáng)，功率為400 W時(shí)，抑菌作用最強(qiáng)，抑菌率達(dá)到49.53%；但當(dāng)微波輻射功率繼續(xù)增大到500 W，抑菌作用明顯降低。因此，400 W是銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的最佳輻射功率。

2.3微波輻射時(shí)間對(duì)抗菌效果的影響

取0.50 g羽絨所制備的羽絨試樣液，加入0.25 g銀氧化鋅復(fù)合物，設(shè)定微波溫度為47 ℃、微波功率為400 W、不同微波輻射時(shí)間（0.5～4 min），做空白試驗(yàn)并平行試驗(yàn)2次，測(cè)定銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率。

不同微波輻射時(shí)間后，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率見(jiàn)圖3。由圖3可知，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌作用對(duì)微波輻射時(shí)間較為敏感，微波輻射時(shí)間從0.5 min到2 min，抑菌率從7.94%增加到50.12%；微波輻射時(shí)間從2 min到3 min，抑菌率降低至26.82%；繼續(xù)延長(zhǎng)微波輻射時(shí)間（3 min→4 min），抑菌率變化很小。因此，最佳抗菌微波輻射時(shí)間為2 min，時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，均不利于銀氧化鋅復(fù)合物對(duì)羽絨抗菌。

2.4微波輻射溫度對(duì)抗菌效果的影響

取0.50 g羽絨試樣液，加入0.25 g銀氧化鋅復(fù)合物，設(shè)定微波輻射功率為400 W、輻射時(shí)間1 min，分別測(cè)試在輻射溫度39、43、47、51、55 ℃下，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率，其結(jié)果如圖4所示。

從圖4可知，在39～55 ℃的輻射溫度內(nèi)，隨著輻射溫度增加，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率先增加后降低，在輻射溫度為47 ℃時(shí)，抑菌率達(dá)到最大值49.53%。故47 ℃為銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨殺菌的最佳微波輻射溫度。2.5銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨抗菌

的最佳工藝條件及回收試驗(yàn)下的抗菌

效果取0.50 g羽絨試樣液，在最佳抗菌工藝條件下測(cè)定銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨抗菌率，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，在最佳抗菌工藝條件下，銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨的抑菌率為53.34%。隨著回收次數(shù)的增加，銀氧化鋅復(fù)合物對(duì)羽絨的抗菌作用逐漸下降。

3結(jié)論

本文利用高溫分解法制備了銀氧化鋅復(fù)合物，并將所合成復(fù)合物協(xié)同微波用于羽絨殺菌。銀氧化鋅復(fù)合物協(xié)同微波對(duì)羽絨殺菌的最佳工藝條件為：羽絨與銀氧化鋅復(fù)合物的質(zhì)量比為2∶1，微波輻射功率為400 W，微波輻射時(shí)間為2 min，微波輻射溫度為47 ℃；最佳抗菌工藝條件下抗菌率為53.34%。用于抗菌實(shí)驗(yàn)的復(fù)合物可以經(jīng)回收后再利用，隨著回收次數(shù)的增加復(fù)合物的抑菌效果逐漸降低。在一定條件下，銀氧化鋅復(fù)合物可重復(fù)利用一定次數(shù)，節(jié)省成本，安全環(huán)保。

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