CN102106347A - 肉桂醛、丁香酚、麝香草酚、单宁酸复配杀菌剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物源杀菌剂，它主要由肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸组成，具体为：肉桂醛：10％(v/v)，丁香酚：5％(v/v)，麝香草酚：0.5％(w/v)，单宁酸：0.5％(w/v)，乙醇：74％(v/v)，水：10％(v/v)。本发明杀菌效果好，适用pH范围广，使用方便、安全，不会给环境带来二次污染，同时兼具除臭效果，可广泛应用于各种养殖场所的杀菌消毒处理。

Description

肉桂醛、丁香酚、麝香草酚、单宁酸复配杀菌剂

技术领域

本发明属于环保领域，具体是涉及一种含有肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸，用于畜禽养殖场所的植物源杀菌剂。 

背景技术

畜禽养殖场存在大量有机物，如粪便、饲料残渣等，给病原微生物提供了营养。畜禽粪便废弃物中含有150多种人畜共患病致病源，如大肠杆菌、绿脓杆菌等。它们的肆虐和传播，不但危及到畜禽产品安全，且微生物随粪进入农田和水体，对人类健康和环境存在隐患。据统计，江苏省每年因病原微生物引起的畜禽流行性疾病，损失近亿元。 

目前畜牧养殖业上用的主要是化学消杀剂，如醛类、酚类、卤素类及氧化性消毒剂等，虽然它们有很强的杀灭能力，但这些消毒剂有很大安全隐患。如醛类消毒剂有刺激性气味且强烈致癌；高浓度氯侵入呼吸道时可以很快造成死亡。随着人们对食品卫生要求不断提高，人们的观念从以往对消毒剂杀菌性能的追求转变为对消毒剂安全性能的评价。 

因此，需要筛选新型高效、低毒的化合物并研制对环境友好、对人安全的新型环保植物源杀菌剂。 

发明内容

为了克服目前化学杀菌剂给环境带来的二次污染和安全隐患，本发明提供了一种新型高效、使用安全，对环境友好的环保型植物源杀菌剂。 

1、杀菌剂的组成 

本发明的有效成分均为可人工合成的植物次生代谢产物，包括肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸。 

肉桂醛(Cinnamaldehyde)，化学名称为3-苯基-2-丙烯醛，性状为无色或淡黄色液体，有 桂皮油和肉桂油的香气。沸点为248℃，熔点为-8℃，稍溶于水，溶于乙醇和乙醚中，不溶于石油醚中。能随水蒸气挥发。大鼠经口毒性LD50为2.22g/kg。在医药方面具有杀菌消毒防腐的功效，对大肠杆菌、枯草杆菌及金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、志贺氏痢疾杆菌、伤寒和副伤寒甲杆菌、肺炎球菌、产气杆菌、变形杆菌、炭疽杆菌、肠炎沙门氏菌，霍乱弧菌等有抑制作用。且对革兰氏阳性菌杀菌效果显著，可用于治疗多种因细菌感染引起的疾病。在食品香料行业中，肉桂醛因其杀菌、消毒和防腐的功能，已被美国和日本开发成为食品添加剂，其作为食品防腐剂，对人体无毒或低毒，对微生物的繁殖也能起到较强的抑制作用。因为肉桂醛对于酸性或碱性的物质，都具有较强的杀菌消毒功能，可广泛用于防腐防霉保鲜。因肉桂醛不仅安全环保而且气味芬芳，在化工领域，已被开发成多种抗微生物剂，可用于杀虫剂、驱蚊剂、空气清新剂、保鲜剂、冰箱除味剂等，肉桂醛还可用于石油开采中的杀菌灭藻剂、酸化浊腐剂等。 

丁香酚(Eugenol)，化学名称为2-甲氧基-4-丙烯基-苯酚，性状为无色或苍黄色液体。沸点为255℃，熔点为-9.2℃，几乎不溶于水，与乙醇、氯、乙醚及油可混溶。大鼠经口毒性LD50为1.93g/kg。具有抗菌、消炎、抗病毒等功效，在1∶8000～1∶16000浓度时，对致病性真菌有抑制作用；在1∶2000～1∶8000浓度时，对金黄色葡萄球菌及肺炎、痢疾、大肠、变形、结核等杆菌均有抑制作用。 

麝香草酚(Thymol)，化学名称为5-甲基-2-异丙基苯酚，外观为片状结晶。沸点为233～235℃，熔点为51.5℃，在19.4℃时溶于1176份水，极易溶于乙醇、乙醚、醋酸、氯仿和苯。大鼠经口毒性LD50为0.98g/kg。麝香草酚的杀菌作用比苯酚强，且毒性低，对口腔咽喉粘膜有杀菌、杀真菌作用，对龋齿腔有防腐、局麻作用，用于口腔、咽喉的消毒杀菌、皮肤癣菌病、放射菌病及耳炎。能促进气管纤毛运动，有利于气管粘液的分泌，易起祛痰作用，再加有杀菌作用，故可用于治疗气管炎、百日咳等。有很强的杀螨作用，1％溶液半小时死亡率100％，0.03％的溶液24h杀灭100％。亦可用作驱蛔虫剂。麝香草酚0.05％～0.2％溶液有较强的杀原头蚴作用，可在5～10min内达到100％杀死原头蚴的效果，作用迅速可靠，毒性小。原头蚴与药液接触后可在2～3min内出现皮层起泡、起刺、皮层分离、溶解及虫体发暗、钙粒减少等形态结构变化。原头蚴经药液处理10min后，给小白鼠腹腔接种，均未发育成棘球蚴。 

单宁酸(Tannins)，别名鞣酸，外观为淡黄色至浅棕色无定型粉末或松散有光泽的鳞片状或海绵状固体，暴露于空气中能变黑。无臭，有强烈的涩味。可燃。溶于水、乙醇、丙酮，几乎不溶于苯、氯仿、乙醚及石油醚。在210～215℃时熔融分解。闪点187℃。 自燃点526.6℃。 

2、确定杀菌剂配方 

以养殖场所比较常见的5种病原菌[大肠杆菌(Escherichia coli)、绿脓杆菌(Pseudomonasaeruginosa)、沙门氏菌(Salmonella)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、李斯特氏菌(Listeria)]为研究对象。测定肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸的最小抑菌浓度，并确定两两之间的协同作用，以便更加科学的确定复配杀菌剂的配方。 

(1)各有效活性成分的最小抑菌浓度(MIC)测定 

采用梯度稀释法测定各有效杀菌成分最小抑菌浓度，在96孔板上，将母液浓度都为10000μg/ml的肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸进行二倍稀释，使药液的稀释倍数在100μg/ml～5000μg/ml，菌液浓10⁶～10⁷cfu/ml，37℃培养24h。根据微生物的生长情况判定药液的最小抑菌浓度，即按药液浓度从低到高，第一个出现不浑浊的，就是该药液对该菌的最小抑菌浓度。结果如表1 

(2)各有效活性成分间的协同作用测定 

将复配剂中的四种活性成分肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸，两两之间按1∶1配比混合，再用梯度稀释法测定它们对五种病原菌的最小抑菌浓度，如表2。 

根据公式： 

$\mathrm{FIC}=\frac{\mathrm{MIC}\left(\mathrm{A\; in\; the\; presence\; of\; B}\right)}{\mathrm{MIC}\left(\mathrm{A\; alone}\right)}+\frac{\mathrm{MIC}\left(\mathrm{B\; in\; the\; presence\; of\; A}\right)}{\mathrm{MIC}\left(\mathrm{B\; alone}\right)}$

计算两两之间的部分抑制浓度(FIC)，再由FIC目录确定两两混合物之间的是否协同， 

确定各有效成分之间的协同作用，结果如表3。 

根据以上研究，本发明采用的配方确定如下： 

肉桂醛：10％(v/v) 

丁香酚：5％(v/v) 

麝香草酚：0.5％(w/v) 

单宁酸：0.5％(w/v) 

乙醇：74％(v/v) 

水：10％(v/v) 

本发明所述的杀菌剂使用的pH值为≤10.0。 

3.复配剂杀菌活性 

(1)复配杀菌剂的最小杀菌浓度测定 

同样采用梯度稀释法测定复配剂的最小抑菌浓度，在96孔板上，将肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸复配剂用水进行二倍稀释，使药液的稀释倍数在0.024％～50％，菌液浓度为10⁶～10⁷cfu/ml，37℃培养24h。根据微生物的生长情况判定药液的最小抑菌浓度，即按药液浓度从低到高，第一个出现不浑浊的，就是该药液对该菌的最小抑菌浓度，最终确定该复配杀菌的最小使用浓度。 

(2)复配杀菌剂在使用浓度时对病原菌的生长抑制作用 

将复配杀菌剂按1％的比例加入到5种病原菌培养液中，菌液浓度为10⁶～10⁷cfu/ml，37℃培养，分别在0、0.5、1、2、3、4.5、6时间点取100μl菌液均匀的涂布在固体LB平板上，37℃培养24h后，计算菌落数N，由此得出logN，此数反映出复配杀菌剂在使用浓度时对病原菌的生长抑制作用。 

(3)扫描电镜(SEM)观察复配杀菌剂对菌体的损伤 

以两株G-菌(绿脓杆菌、大肠杆菌)和一株G+菌(金黄色葡萄球菌)为研究对象，将复配杀菌剂按1％的比例加入到病原菌培养液中，菌液浓度为10⁶～10⁷cfu/ml，37℃培养2h，经过戊 二醛、锇酸固定后，用扫描电镜(FEI Quanta 200)观察菌体形态学上的损伤和变化，以验证本发明杀菌剂对病原菌的去除效果。 

本发明杀菌剂的作用机理是：破坏菌体结构和细胞器，抑制三羧酸循环，导致能量代谢失常。本发明的杀菌剂还具有广谱杀生性，即对真菌、病毒、螨虫等微型生物具有较强的杀灭和抑制能力，且杀生速度快，杀生力强，适用pH值范围宽，一般pH值≤10.0均能适用，即使在碱性条件下仍具有较高的稳定性。另外，本发明杀菌剂各组分(肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸)毒性小，并已作为食品添加剂与香料广泛应用于食品加工及香料行业，对人、畜安全，对环境也无不良影响，同时兼具除臭效果。 

本发明的杀菌剂性状稳定，可长期贮存于阴凉通风处，是一种理想可靠的植物源杀菌剂。 

附图说明

下面结合表格、附图和实施例对本发明进一步说明 

图1是本发明杀菌剂对病原菌的最小抑制浓度(MIC)示意图 

图2是本发明杀菌剂(使用浓度：1％JS-X)对病原菌的生长抑制曲线 

图3是本发明杀菌剂(使用浓度：1％JS-X)对病原菌菌体的损伤图 

图4是本发明杀菌剂(使用浓度：1％JS-X)在六合基地应用时，对病原菌的生长抑制曲线 

图5是本发明杀菌剂(使用浓度：1％JS-X)在沧波门应用时，对病原菌的生长抑制曲线 

图6是本发明杀菌剂(使用浓度：1％JS-X)对养殖场微生物菌群的抑制效果 

具体实施方式

以肉桂醛、丁香酚、麝香草酚和单宁酸配制的杀菌剂，编号为JS-X。以下实施例中以编号形式出现。 

实施例一 

采用梯度稀释法测定JS-X的最小抑菌浓度，在96孔板上，将其用水进行二倍稀释，使药液的稀释倍数在0.024％～50％，菌液浓度为10⁶～10⁷cfu/ml，37℃培养24h。抑菌效果如图1所示，JS-X对大肠杆菌、绿脓杆菌、李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌的最小抑菌浓度分别为0.098％JS-X、0.78％JS-X、＜0.024％JS-X、＜0.024％JS-X、0.098％JS-X。由此可见，JS-X对这五种病原菌的最小抑制浓度都比其使用浓度1％JS-X低。 

实施例二 

将复配杀菌剂按1％的比例加入到病原菌培养液中，观察不同时间点时1％JS-X对5种病原菌的生长抑制作用，生长抑制效果如图2所示，1％JS-X对两种G+菌(金黄色葡萄球菌、李 斯特氏菌)表现出了显著的抑制作用，在1h内可以完全抑制它们的生长，对于大肠杆菌、绿脓杆菌、沙门氏菌三种G-菌，1％JS-X分别在2h、3h、2h时将它们的生长完全抑制。 

实施例三 

用扫描电镜(FEI Quanta 200)观察菌体形态学上的损伤和变化。如图3所示，无论是G+菌还是G-菌，在1％JS-X处理2h后，菌体表明都有明显的变形和破损，金黄色葡萄球菌，经处理后，与对照相比，菌体有明显的膨大和变形；绿脓杆菌，经处理后，分支变多，且有结成生物膜的倾向；大肠杆菌，经处理后，菌体体表面，有明显的凹陷。 

实施例四 

2009年9月21日至9月23日，在江苏省农业科学院六合基地(规模化养猪场)做实地应用。具体实施方法是：在六合基地的养猪场内，随机选择三块2m×2m的区域，于此区域喷施1％JS-X。在用药之前，首先用平皿空气暴露法测定空气中的细菌数，用直径90mm的培养皿制备培养基，开盖暴露于空气中，暴露10min，37℃培养24h计数。统计结果如图4，猪舍空气中总菌数为5×10³cfu/m³，葡萄球菌4×10³cfu/m³，大肠杆菌10cfu/m³。用药24h后，测总菌数(Total bacteria)为58个，葡萄球菌(S.aureus)8个，大肠杆菌(E.coli)为0，而且，气味怡人，有除臭效果。 

实施例五 

2009年10月10日至10月12日，在沧波门后街个体养殖户(N32.01’522E118.52’809)的小型养猪场做实地应用。具体实施方法如实施例四。由于个体养殖户管理没有章法，圈舍清理不及时，存在很大的安全隐患。统计结果如图5，猪舍空气中总菌数为总菌数6×10⁴个，葡萄球菌3×10⁴个，大肠杆菌500个。用药24h后，测总菌数为240个，葡萄球菌45个，大肠杆菌为9，而且，同样有除臭效果。 

实施例六 

在沧波门后街个体养殖户(N32.01’522E118.52’809)的养殖场，用棉签采集微生物菌群样本，测定1％JS-X对菌群的抑制效果。具体实施方法，将采集的菌群样本于MH肉汤培养基中，37℃培养24h增菌。取100μL菌液均匀涂布在MH固体培养基上，以平皿圆点为中心对称放置三个牛津杯，从左下角起，分别为对照(无菌水)、1％JS-X(150μL)、1％JS-X(150μL)。如图6所示，1％JS-X对微生物菌群有明显的抑制作用。 

Claims (4)

1.一种植物源杀杀菌剂，其特征在于，按体积及质量百分比具有以下所列的配方：

肉桂醛：10％(v/v)

丁香酚：5％(v/v)

麝香草酚：0.5％(w/v)

单宁酸：0.5％(w/v)

乙醇：74％(v/v)

水：10％(v/v)。

2.根据权利要求1所述的杀菌剂，其特征在于，所述杀菌剂使用的pH值范围为≤10.0。

3.根据权利要求1所述的杀菌剂，其特征在于，所述杀菌剂的投加量为1％～5％，视养殖场所微生物滋长情况而定。

4.权利要求1所述的杀菌剂在畜禽养殖场的杀灭微生物处理中应用。 

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