一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法技术

本发明专利技术公开了一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法，是以棒晶束高效、无损解离的凹凸棒石作为Pickering乳液的稳定剂，以海藻酸钠水溶液和植物精油作为连续相和分散相，制备高稳定性Pickering抗菌乳液，有效解决了植物精油作为抗菌产品时存在的易挥发、易氧化以及刺激性气味重等实际应用问题。本发明专利技术选用来源广泛和生物相容性好的天然黏土矿物和植物提取物为主要原料，以绿色、环保的乳液法构筑功能性抗菌材料，反应过程易于控制，产品在涂料、日用化学品以及动物饲料添加剂等领域具有良好的应用前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法


[0001]本专利技术涉及一种Pickering抗菌乳液的制备方法，具体涉及一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法，属于黏土矿物高值化应用和抗菌材料制备领域。

技术介绍

[0002]作为纯天然植物提取物中的重要次生代谢产物，植物精油是由萜类、芳香族、脂肪族以及含氮、硫的化合物组合而成，具有抗菌、抗病毒、提供细胞营养、加强机体的免疫系统以及防腐等功效。当植物精油作用于细菌时，会影响细菌的细胞结构（破坏细胞膜、细胞壁以及内含的细胞器的形态结构），从而造成无法逆转的细胞损伤，还可以诱导菌丝体的溶解，最终导致细菌死亡；同时精油还可减少或抑制细菌分生孢子的生成和继续萌发，从而降低或彻底阻断病原菌后代继续造成危害。几乎所有精油都有抗菌、抗病毒、抗炎、抗氧化等作用属性，在改善动物免疫功能、调节肠道菌群、促进动物生长性能以及实现安全健康养殖等方面具有积极影响。我国饲料生产现已全面进入“无抗时代”，急需寻找一种安全且可靠的替代抗生素产品。不同于长期使用抗生素会引发药物残留和耐药性，部分精油不但能有效杀灭细菌还不会产生耐药性，被认为是拟替代抗生素的高价值生物资源，尤其是综合抑菌性能较优的牛至、肉桂、百里香和茶树精油。但是将植物精油在常温下挥发性强（如芳香族化合物、小分子萜源衍生物挥发）和暴露在空气中易发生氧化等缺陷，会降低精油的抑菌活性和抗氧化性，同时释放出的刺激性气味也会影响饲料的适口性。
[0003]不同与传统表面活性剂稳定的乳液，Pickering乳液主要由水相、油相和固体颗粒稳定剂组成，将一种难溶性固体粒子不可逆吸附在油水两相界面，形成一个封闭的壳状结构包裹住分散相，从而阻止分散相的流出或破乳等不稳定行为，具有热力学稳定性优和固体粒子来源广泛等优点，已在食品、生物、化妆品和医药等行业得到应用。而且天然固体粒子（如黏土矿物）比合成粒子在稳定Pickering乳液方面还具有绿色无毒、价格低廉和便于修饰等独特优势，例如具有的规整棒状晶体形貌、表面电负性以及表面活性基团的凹凸棒石。乳液悬浮稳定性是评价Pickering乳液产品性能的重要关键指标之一，至少要保证乳液在存放过程中不会有破乳、沉淀或变质发生，而且Pickering乳液的悬浮稳定性受到中所添加固体粒子的形态、添加量、分散性和油相体积分数等多种因素的影响。

技术实现思路

[0004]针对上述植物精油作为抗菌添加剂或动物安全健康养殖中替代抗生素类产品时，存在挥发性强、易氧化以及适口性差等不足之处，本专利技术在深入理解凹凸棒石棒晶束解离工艺、Pickering乳液制备方法和植物精油抗菌机理的基础上，提供一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法，得到一种高稳定性的Pickering抗菌乳液，可应用于涂料、医学、动物养殖以及日用化学品等领域。
[0005]本专利技术以解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering乳液的方法，包括以下步骤：（1）凹凸棒石棒晶束解离将凹凸棒石原矿经破碎、对辊后均匀分散到水中制浆4~6小时，形成充分水化且均一的凹凸棒石悬浮液，再依次经过旋流分级、低频超声组合或高压均质处理得到解离悬浮液，然后经压滤、强力干燥处理，得到棒晶束解离凹凸棒石。
[0006]所述低频超声组合处理至少由3个不同频率超声组合处理而成，且低频超声的频率为20~60 Hz，并按超声频率逐步增大的组合处理方式。低频超声组合处理的功率密度为30~60 W/L，处理时间为10~20 min。相对于高频率超声，低频&高功率超声处理在液体介质中更易于产生强烈的物理效应（如空穴效应），而且不破坏其中物质的物质结构和化学形态，即不破坏棒晶原有结构和长度的基础上实现凹凸棒石棒晶束高效解离，而且低频超声设备的使用寿命更长、金属部件受到的气蚀破坏也更小。而低频超声组合在加强超声波空化作用方面有协同效应，悬浮液中发生的空化事件数量增多近而提升空化效率，而且逐步增加超声频率也有利于在微观尺度上连续且逐步将棒晶聚集体解离成单个棒晶。
[0007]所述的高压均质解离凹凸棒石棒晶束处理是在20~40 Mpa均质压力下进行，先除砂后解离也保证了棒晶束解离的高效性和连续性。
[0008]（2）Pickering乳液的制备在搅拌下向质量分数0.25%～0.5%的海藻酸钠水溶液中依次加入表面活性剂和棒晶束解离凹凸棒石搅拌形成均一悬浮液（在6000~8000 rpm下搅拌至少5 min）；然后加入植物精油，在4000~6000 rpm下持续搅拌5~10 min形成稳定的Pickering乳液。其中，各组分按以下质量百分比加入海藻酸钠水溶液：表面活性剂0.25%~0.50%，解离凹凸棒石1.5%~3.0%，植物精油3.0%~10.0%。
[0009]所述的表面活性剂为十二烷基三苯基溴化磷、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、Tween系列表面活性剂、Span系列表面活性剂中至少一种。植物精油为肉桂精油、百里香精油、牛至精油以及茶树精油中至少一种。乳液制备过程中合理控制搅拌速率和精油添加量不但有利于水包油乳液的乳化包封效率，也有利于控制产品的制备成本和生产效率。
[0010]图1为凹凸棒石解离前后SEM图像（a、b），TEM图像（c、d），表1 凹凸棒石解离前后的比表面积、孔结构参数以及平均粒径。图1和表1显示，与凹凸棒石原矿棒晶多呈现“柴垛”状棒晶束及其聚集体形式相比，解离凹凸棒石中单个分散的棒晶比例增加，比表面积和总孔体积也由原来的154.09 m2/g和0.2389 cm3/g增大到196.18 m2/g和0.3204 cm3/g，而且平均粒径D
50
减小至原来的1/3左右，这说明在低频高功率超声组合或高压均质处理带来的强大的空化、剪切、碰撞效应以及温度效应作用下，凹凸棒石的棒晶分散性明显提升，大量的棒晶聚集体已被高效、无损解离为单个棒晶或小直径棒晶束，使凹凸棒石具有更大的比表面积，表面或端面暴露出更多的负电荷，而且大量高分散性棒晶无规则排列形成大量的堆积孔，这些都有利于提升凹凸棒石的吸附和胶体性能，最终实现Pickering乳液的高效稳定。
[0011]图2为解离悬浮液的旋转黏度变化曲线（a）和沉降曲线（b）。与原矿相比，解离凹凸棒石再次制浆后悬浮液的旋转黏度和悬浮稳定性有较大幅度提升，近而导致连续相黏度增加，降低了乳液液滴的迁移速率和程度，从而阻止乳液液滴聚结和提高乳液的稳定性。
[0012]图3为在乳液制备条件均相同的情况下，引入和不引入解离凹凸棒石对乳液悬浮稳定性的影响，可以看出，不加入解离凹凸棒石是无法形成Pickering乳液的，静置5天后精油漂浮在上层，30天后可观察到清晰的油/水界面，180天后上层精油已被空气氧化且颜色加深；加入未经解离的凹凸棒石原矿只能形成稳定性较差的Pickering乳液，短期内即会快速沉降；加入解离凹凸棒石可以形成稳定的Pickering乳液，即使在静置180天后仍展现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法，包括以下步骤：（1）将凹凸棒石原矿经破碎、对辊后均匀分散到水中制浆4~6小时，形成充分水化且均一的凹凸棒石悬浮液，再依次经过旋流分级、低频（20~60 Hz）超声组合或高压均质处理得到解离悬浮液，然后经压滤、强力干燥处理，得到棒晶束解离凹凸棒石；（2）在搅拌下向质量分数0.25%~0.50%的海藻酸钠水溶液中依次加入表面活性剂和棒晶束解离凹凸棒石形成均一悬浮液；然后加入植物精油并在4000~6000 rpm下持续搅拌5~10 min，形成稳定的Pickering乳液；其中，各组分按以下质量百分比加入海藻酸钠水溶液：表面活性剂0.25%~0.50%，棒晶束解离凹凸棒石1.5%~3.0%，植物精油3.0%~10.0%。2.如权利要求1所述一种以棒晶束解离凹凸棒石稳定植物精油制备Pickering抗菌乳液的方法，其特征在于：步骤（1）中所述低频超声组合处理至少由3个不同频率超声组合处理而成，且低频超声的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱勤，许江，惠爱平，朱永峰，康玉茹，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：