植物源抗菌剂的开发及应用

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持续的新冠疫情环境下,公共卫生安全问题突显,消毒抗菌剂与每个人的日常生活紧密相连。消毒抗菌剂,多为成熟化学反应工艺生产的有机和无机抗菌剂,可能会使微生物产生耐药性。天然的抗菌剂,可自然降解,丰富的活性成分有望为多个应用领域提供抗菌物。因此,本论文筛选多种植物,以热回流法制备植物提取物,并对其抑菌性能进行定性、定量筛选,分析复配物活性成分,并应用于纺织品和化妆品中,且对天然提取物的抑菌机理进行初步的探究。具体研究工作分为以下三个部分:首先,通过热回流法对天然来源的八种中草药进行提取,利用抑菌圈法和最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)测试对提取物进行评价。分别得到八种水提物和乙醇提取物,花椒,石榴皮和诃子的抑菌效果较好。石榴皮和诃子提取物具有广谱抑菌性。石榴皮和诃子联用具有协同效果,石榴皮和诃子质量比1:1复配得到的提取物PPTC11(the extract obtained by compounding pomegranate peel and Terminalia chebula Retz in a mass ratio of 1:1,PPTC11)的抗菌性增强,对于大肠杆菌的MIC为3.13 mg/mL,金黄色葡萄球菌为0.39 mg/mL,白色念珠菌为3.13 mg/mL。通过亚硝酸钠-硝酸铝法和福林酚比色法对石榴皮、诃子单提物,复配提取物PPTC11进行成分含量测定,并通过高效液相色谱进一步分析其活性成分。结果可知,多酚是PPTC11的主要成分,含量为42.25%,高于两种单提物。分析高效液相色谱图发现诃子林鞣酸是PPTC11的主要成分。其次,以小鼠成纤维细胞NIH-3T3作为供试细胞,用MTS法测试花椒提取物和复配物PPTC11的细胞毒性,进行初步的安全性评价。发现在一定浓度内,提取物对细胞存活率几乎无影响,表明提取物具有安全应用的潜能。对花椒提取物整理真丝面料进行工艺优化,用振荡法评价面料的抑菌性能,当提取物用量20 g/L,浴比1:20,整理温度80℃,整理时间20 min,整理的真丝面料抑菌率最高可达93.23%,表明花椒提取物有望作为天然抑菌剂原料用于纺织品整理剂。将PPTC11作为抑菌剂适量添加到自制化妆水中,通过抑菌率测试和防腐挑战实验评价其抑菌效果。PPTC11含量为0.625%时,抑菌效果较好,并能达到防腐挑战的标准,有望作为化妆品防腐体系的天然材料。最后,初步探讨PPTC11的抑菌机制,通过对对照及处理组微生物的时间-生长曲线、细胞膜渗透性(包括电导率测试,核酸和蛋白质泄露情况)、细胞壁完整性(AKP酶泄漏情况),扫描电镜进行测试。结果表明,处理组的微生物增长被抑制;处理组的大肠杆菌悬液电导率从0.209 mS/cm增长到0.47 mS/cm,金黄色葡萄球菌悬液从0.197 mS/cm增长到0.349 mS/cm,白色念珠菌悬液从0.133 mS/cm增长到0.368 mS/cm;处理组的260 nm处吸光度显著增高,说明处理后核酸泄漏情况较重。处理后悬液中的蛋白质含量分别下降了 16.44%、23.07%,18.54%,细胞膜渗透性提高;AKP酶在处理后泄漏,在520 nm处的吸光度显著增高,微生物细胞壁完整性被破坏;扫描电镜显示微生物细胞在经过处理后被破坏。以上结果表明。石榴皮和诃子的复配提取物PPTC11主要通过破坏微生物的细胞膜和细胞壁,从而有效抑制了细胞生长和增殖,表明PPTC11是一种性能良好的天然抑菌物。
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