水中钙离子对茶多酚消毒性能的影响研究

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近年来国家对饮用水水质的标准逐步提高,其中饮用水消毒是保证饮用水安全最基本的方式,但目前我国还没有既能保证消毒效率,又绝对健康安全的消毒方式。茶多酚因其绿色高效的杀菌性能已具备发展为饮用水新型消毒剂的潜力,对于茶多酚消毒的应用研究已有一定进展,但缺少水中环境因素对茶多酚消毒的影响,已有研究表明金属离子可能改变茶多酚的生物活性。表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin gallate,EGCG)是促使茶多酚发挥抑菌作用的主要成分,本文将EGCG作为茶多酚抑菌特性的代表,以饮用水中含量较高的Ca2+作为常见金属离子的代表,探究Ca2+对茶多酚消毒性能的影响,并分析其影响机制,为茶多酚应用于饮用水消毒提供理论基础。试验检测了Ca2+环境下EGCG的抑菌圈直径及最低抑菌浓度,结果表明低浓度Ca2+(1-5mM)降低了EGCG的抑菌活性,高浓度Ca2+(6-10mM)对EGCG的抑菌性有一定的促进作用。Ca2+环境下EGCG依然具备持续的消毒效果,但是高浓度Ca2+环境下EGCG的衰减速度明显加快。通过大肠杆菌的生长曲线发现高浓度Ca2+环境下EGCG对大肠杆菌的生长抑制效果明显增强,但是大肠杆菌在生长后期出现小幅度增殖,可能出现细菌复苏的现象。另外通过检测细菌灭活率和损伤率表明低浓度Ca2+会降低EGCG对大肠杆菌的灭活率,高浓度Ca2+可提高EGCG对大肠杆菌的杀灭能力,但是会产生更多的损伤菌,可能带来新的安全风险。试验检测了Ca2+环境下EGCG本身结构的变化,结果表明Ca2+对EGCG抑菌活性的影响可能并不是由Ca2+与EGCG络合引起的。为了进一步探究Ca2+对EGCG消毒的影响机制,试验采用透射电镜观察到EGCG处理的大肠杆菌细胞壁膜结构出现明显变形和破坏现象,而Ca2+环境下EGCG对大肠杆菌的细胞壁仅造成局部损伤,细胞膜渗透性明显增加,细胞质出现明显聚集现象,由此表明Ca2+削弱了EGCG对大肠杆菌微观结构的破坏作用,并且可能促使EGCG发挥抑菌作用的首要攻击点从细胞壁膜改为细胞内物质。另外Ca2+可能通过增加细菌壁膜渗透性促进胞内葡萄糖泄露进而影响大肠杆菌的物质代谢,抑制ATP消耗促进EGCG发挥抑菌作用。为了进一步探究Ca2+环境下EGCG在细菌内的破坏作用,试验检测了大肠杆菌内活性氧、抗氧化系统及氧化应激反应的变化进而分析大肠杆菌内部氧化损伤情况,试验结果表明Ca2+环境下大肠杆菌细胞壁膜渗透性加大致使EGCG顺利进入细胞内,EGCG利用自身氧化促进大肠杆菌内超氧阴离子、过氧化氢含量升高致使活性氧水平升高。而由于EGCG对抗氧化系统的抗氧化酶及抗氧化物质有一定的抑制作用致使大肠杆菌内活性氧水平超过抗氧化作用,进而造成大肠杆菌的氧化损伤,但Ca2+会刺激oxyR基因、dps基因及soxS基因表达,降低EGCG对细菌DNA损伤,并且有可能激活外排泵导致大肠杆菌对EGCG产生抗性,进而产生消毒损伤菌。
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