突破水治理难题：天然防腐剂延长迷迭香阻垢剂保质期的创新研究

研究人员为解决天然提取物用于水处理时易生物降解和微生物腐败问题，研究用生物防腐剂延长其保质期，发现迷迭香提取物 - 壳聚糖混合物效果佳，为水处理提供绿色方案。

　　# 天然防腐剂延长迷迭香阻垢剂保质期的研究解读
在工业生产和日常生活中，水的使用无处不在，但水中的水垢问题却让人头疼不已。水垢，简单来说，就是水中的一些难溶性无机盐，如碳酸钙（CaCO3?）等，在水系统和设备中不断积累形成的沉积物。这些水垢不仅会堵塞管道，影响水流，还会降低设备的传热效率，造成能源浪费，甚至可能引发安全事故。

目前，常用的阻垢剂中，含磷化合物虽然效果不错，但缺点也很明显。它们在水中降解缓慢，会导致水体富营养化，而且很多含磷化合物有毒且成本高。随着环保意识的增强和排放法规的日益严格，开发环保型阻垢剂迫在眉睫。植物提取物作为一种环保的阻垢剂来源，受到了广泛关注。然而，植物提取物的生物降解性使得它们在储存和长期使用过程中容易受到微生物的分解，这大大限制了其应用。

为了解决这些问题，来自埃及多个研究机构（包括亚历山大大学、埃及国家海洋学和渔业研究所等）的研究人员 E. Khamis、D. E. Abd - El - Khalek 等人开展了一项关于利用生物防腐剂延长天然阻垢剂保质期的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为水治理领域带来了新的希望。

研究人员在实验过程中运用了多种技术方法。通过电化学测量（包括计时电流法和电化学阻抗谱技术）来研究碳酸钙层的积累情况；利用电导率测试监测阻垢材料的性能；采用扫描电子显微镜（SEM）观察CaCO3?垢的形态和晶格；运用 X 射线粉末衍射仪（XRD）分析CaCO3?垢的结晶度；使用傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）检测提取物的化学成分；通过平板计数琼脂法和特定病原菌及真菌分析进行微生物检测。

研究结果

1. 迷迭香提取物的阻垢性能
   • FT - IR 分析：研究人员对迷迭香提取物进行 FT - IR 分析，发现其含有羟基（O - H）、羧基（COOH）和烷氧基（C - O）等官能团。这些官能团可能与阳离子（Ca2+）结合，抑制CaCO3?晶体的正常形成，从而发挥阻垢作用。
   • 电化学测量：计时电流法测量显示，在有迷迭香提取物存在时，电流密度下降缓慢，且残留电流密度随提取物浓度增加而增加，表明其能有效抑制CaCO3?晶体在钢表面的沉淀。阻抗测量结果表明，随着迷迭香提取物浓度增加，电荷转移电阻Rct?减小，CaCO3?垢的抑制率提高，在 100ppm 浓度时，最大抑制率约为 62%。
   • 电导率测量：电导率测试发现，加入迷迭香提取物可延迟碳酸钙沉淀的过饱和点，抑制碳酸钙沉淀。当提取物浓度增加到 200ppm 时，抑制效率提高到 78.3%，之后浓度再增加，抑制率无明显变化。
   • CaCO?沉淀的表征：SEM 图像显示，没有迷迭香提取物时，CaCO3?晶体呈标准立方结构；有提取物时，晶体变得不规则且扭曲。XRD 分析表明，加入抑制剂后，CaCO3?的典型峰减弱，结晶度降低。这说明迷迭香提取物改变了CaCO3?晶体的形态和结构，有效抑制了其形成。
   
   
2. 生物防腐剂的阻垢及保鲜性能
   • 生物防腐剂的阻垢效果：研究人员测试了鼠李糖脂和壳聚糖两种绿色生物防腐剂作为CaCO3?阻垢剂的有效性。结果显示，壳聚糖和鼠李糖脂的阻垢效率分别为 80% 和 47%。
   • 对迷迭香提取物保质期的影响：研究选取 200ppm 的迷迭香提取物，分别添加不同浓度的鼠李糖脂和壳聚糖，考察它们对提取物保质期的影响。结果表明，添加 10ppm 壳聚糖可增强迷迭香提取物的阻垢性能，24 周后抑制率仍可达 74.2%；添加 100ppm 壳聚糖可使阻垢性能在 24 周后达到 80%。而鼠李糖脂对提取物阻垢性能的提升效果不如壳聚糖明显。
   
   
3. 微生物检测结果
   • 定量评估：通过平板计数琼脂测试进行定量评估，结果显示，添加壳聚糖的迷迭香提取物在微生物检测中表现最佳，其总细菌数（TBC）在各个检测时间点都显著低于其他处理组。这表明壳聚糖能有效抑制细菌生长，增强提取物的抗菌性能。
   • 特定病原菌和真菌鉴定：在特定病原菌和真菌鉴定实验中，添加壳聚糖的迷迭香提取物在整个实验期间都未检测到微生物生长，而其他处理组则出现了如黑曲霉、烟曲霉和表皮葡萄球菌等微生物。这进一步证明了壳聚糖在抑制微生物生长方面的优越性。
   
   

研究结论与意义

综合上述研究，该研究表明迷迭香提取物能够有效抑制碳酸钙结垢，其作用机制与提取物中含有的羧酸盐、羟基等官能团有关，这些官能团可以作为晶体胚胎的吸附位点，扭曲晶体结构，阻止其生长。壳聚糖和鼠李糖脂作为生物防腐剂，其中壳聚糖与迷迭香提取物按 2:1 的比例混合，表现出了优异的性能。这种混合物不仅是一种高效的绿色阻垢剂，在初始测量时对CaCO3?垢的抑制效率可达 82%，在 6 个月后仍能保持 80% 的抑制率，而且能有效减少致病细菌和真菌的生长。

该研究为延长天然水处理产品的保质期提供了新的方法，为水处理领域提供了一种绿色、可持续的解决方案。同时，也为生物防腐剂在天然水处理产品中的应用提供了理论依据和实践指导，有望推动相关领域的进一步发展。