抗菌膜在食品包裝中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

姜楠楠 陳小亮（河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校機(jī)電工程系 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校汽車工程系）

抗菌膜在食品包裝中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

姜楠楠 陳小亮（河南機(jī)電高等專科學(xué)校機(jī)電工程系 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校汽車工程系）

抗菌膜由于其良好的功能特性，近年來作為食品保鮮包裝材料在各類食品的包裝中已有大量的研究與應(yīng)用。該文章在對抗菌膜的制備技術(shù)與抗菌原理總結(jié)的基礎(chǔ)上，對近年來抗菌膜在食品包裝中的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對抗菌薄膜在食品包裝中的未來發(fā)展趨勢與方向進(jìn)行了展望。

抗菌膜 食品 功能性 塑料包裝

引 言

近年來，隨著人們生活水平的提高，食品安全問題也越來越受到人們的重視。而在食品生產(chǎn)加工乃至運(yùn)輸?shù)倪^程中，包裝材料的抗菌保鮮性能往往對食品的質(zhì)量安全有著很大的影響。圍繞抗菌包裝薄膜的研究也隨之進(jìn)入高潮。在我國現(xiàn)有的包裝膜中，絕大多數(shù)是由PE、PP、PET等材料直接加工而成，這些包裝材料質(zhì)量輕，無毒無味，成本低，但缺乏主動抗菌性能，無法對內(nèi)裝物進(jìn)行積極的防護(hù)和延長貨架壽命。因此，使用抗菌保鮮膜來保護(hù)產(chǎn)品免受到微生物污染和延長貨架期顯得非常重要。圍繞抗菌膜的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)已成為當(dāng)前塑料包裝材料科學(xué)發(fā)展的前沿和熱點(diǎn)。

一、抗菌膜制備技術(shù)

抗菌保鮮膜指的是將抗菌劑添加到成膜材料中而制成的涂層與膜。

目前，抗菌保鮮膜的制備主要有兩種方法。第一種方法為表面處理法，它是在塑料薄膜制備完成之后，將塑料薄膜的表面進(jìn)行處理，采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或者表面噴鍍等方式在已成型的薄膜上固定一層抗菌層。第二種方法為混煉法，這種方法主要針對能夠承受高溫的抗菌劑，將抗菌劑與樹脂用一定的方式方法進(jìn)行混合，充分混合均勻后成型加工，制備得到相應(yīng)的抗菌塑料薄膜。

1、表面處理法

目前，國內(nèi)外關(guān)于抗菌膜的表面處理法研究，以涂覆法居多。這種方法為直接將抗菌劑吸附、涂抹在聚合物材料膜的表面制成抗菌膜，或者直接將具有成膜能力的抗菌劑涂覆在食品表面成膜。在水果的保鮮包裝中，采用噴涂或浸漬方法涂于果蔬表面， 可以延長水果的貯藏期。表面處理法的優(yōu)勢為制備工藝簡單、使用方便。對于一些耐熱性差，無法通過混煉法制膜的抗菌劑往往可以選擇此種方法制膜。并且，采用直接接觸的方式，既可以有效保持水分，又可以使活性物質(zhì)有效而長期的與產(chǎn)品直接進(jìn)行接觸。但這種方法在實(shí)際應(yīng)用過程中，抗菌劑在短時間內(nèi)遷移或者揮發(fā)至產(chǎn)品的劑量較高，長效緩釋抑菌效果較差。

2、混煉法

抗菌劑以輔料的形式直接混入聚酯基體中，利用共混熔融和流延方式成型的抗菌膜制備方法稱為直接添加混煉法。這種抗菌膜添加方法優(yōu)點(diǎn)為操作也較為簡單，抗菌劑劑量可以準(zhǔn)確控制。其缺點(diǎn)為抗菌劑在抗菌膜中往往會以一定的團(tuán)聚體分布在薄膜基材中，分散性較差，主要原因是因?yàn)榭咕鷦┰诒∧せ闹械奈⒂^均勻性受到材料與抗菌劑相容性及加工工藝的限制。這也決定了此類直接添加抗菌劑混煉法制成的抗菌膜相對抗菌性能較差。目前在混煉法中運(yùn)用最多的制膜方式為母粒法，此種方法為將抗菌劑與基材樹脂通過雙螺桿擠出機(jī)擠出制備抗菌膜的濃縮母粒。在這個過程中，首先要對抗菌劑進(jìn)行處理，然后載體樹脂與母粒狀的抗菌劑經(jīng)過雙螺桿的剪切和捏合，再進(jìn)行成膜。具體加工方式見圖一。這種方法大大提高了抗菌劑在抗菌薄膜中的分散性?？咕鷦哪噶顟B(tài)直接成膜，減少了生產(chǎn)過程中膜的污染或者浪費(fèi)。因此抗菌劑母?；缓笾苽淇咕破烦蔀榱四壳翱咕破纷钪饕纳a(chǎn)方法。

混煉法最大的局限性是在使用的抗菌劑一般需要可耐高溫，對成型過程沒有特殊的要求。對于不耐高溫的抑菌劑，需要考慮引入環(huán)糊精包合技術(shù)，改善不利因素，制備抗菌能力強(qiáng)、機(jī)械性能較好的抗菌薄膜。

圖一 抗菌膜母粒制備方法Fig.1 Masterbatch production method for antibacterial film

二、抗菌膜在食品包裝中的應(yīng)用

盡管食品的生產(chǎn)和保存不斷推陳出新，食品安全仍然是一個日益嚴(yán)重的公共健康問題。食品中的微生物生存繁殖，從而導(dǎo)致食品質(zhì)量的腐敗變質(zhì)和惡化，或引起感染和疾病。目前，面對越來越多的消費(fèi)者對食品的安全和新鮮的需求，抗菌膜已經(jīng)越來越多的應(yīng)用在食品包裝中。

1、直接接觸抗菌包裝

抗菌膜直接與食品相接觸，例如熟肉制品、牛奶制品以及真空包裝的食品。食品與外包裝之間沒有頂部空間，在此包裝體系中，抗菌劑抑菌原理為依靠抗菌劑從抗菌膜中逐漸析出，釋放到食品表面發(fā)揮抑菌作用。主要缺陷為可能會涉及到抗菌劑會遷移到食品中，對食品安全可能會有一定的影響。并且抗菌劑的加入會影響薄膜的透明度。

2、氣調(diào)抗菌包裝

氣調(diào)抗菌包裝是指包裝薄膜當(dāng)中的抗菌劑具有揮發(fā)性，在薄膜與食品不接觸的情況下，抗菌劑緩慢在包裝內(nèi)揮發(fā)出來，用具有抗菌性能的混合氣體置換食品包裝袋內(nèi)的空氣，通過抑制微生物生長繁殖、減少脂肪腐敗等作用，保持商品的新鮮度。延長食品保鮮期的包裝方法。

這種包裝方法的優(yōu)勢為不僅可以阻止食品與空氣、抗菌膜直接接觸，提高食品的安全性，而且可以在食品表面細(xì)菌大幅度增長前將抗菌劑完全釋放出來產(chǎn)生作用，從而達(dá)到延長食品貨架期的效果。這種包裝亟待解決的問題為解決包裝薄膜的選擇透過性，使得空氣可以被緩慢置換，而抗菌劑揮發(fā)氣體需保留在包裝內(nèi)部。

三、發(fā)展趨勢及前景

隨著新鮮、安全食品日益成為大眾消費(fèi)的主要訴求，延長產(chǎn)品貨架壽命已是目前食品包裝的主流，盡管食品保鮮包裝技術(shù)多種多樣并不斷的推陳出新，抗菌膜包裝依靠其可在食品貨架期內(nèi)不斷釋放抗菌劑抑制微生物生長的特點(diǎn)成為目前食品活性包裝中最有前途的研究方向。從發(fā)展趨勢上看，抗菌食品保鮮膜的發(fā)展正迎來它的黃金時期，對它的研究與開發(fā)必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社會效益。歸納起來，抗菌食品保鮮膜發(fā)展趨勢的有以下幾個方向。

1、復(fù)合抑菌技術(shù)的使用

食品防腐中值得注意的一個重要現(xiàn)象是微生物的內(nèi)平衡。內(nèi)平衡是微生物處在正常狀態(tài)下內(nèi)部環(huán)境的統(tǒng)一和穩(wěn)定。例如，無論是對高等細(xì)菌或一般微生物，將內(nèi)部環(huán)境pH值自我調(diào)節(jié)使之處在相對小的變動范圍是保持其活性的先決條件。如果其內(nèi)環(huán)境，即內(nèi)部平衡被食品中防腐因子所破壞，微生物就會失去生長繁殖能力，微生物將處于停滯期，甚至死亡。復(fù)合抑菌劑應(yīng)用于抗菌保鮮膜，其可能性不僅是根據(jù)不同抑菌劑所發(fā)揮的累加抑菌作用在食品保鮮中的應(yīng)用，更進(jìn)一步是這些抑菌劑的交互效應(yīng)。如果某一食品內(nèi)的不同抑菌劑防護(hù)是有效針對微生物細(xì)胞內(nèi)不同目標(biāo)，即不同靶子，如針對細(xì)胞膜、DNA酶系統(tǒng)、pH、AW或Eh，從數(shù)方面打破其內(nèi)環(huán)境平衡，則可實(shí)現(xiàn)有效的復(fù)合交互作用，即我們所說的協(xié)同作用。因此在食品內(nèi)應(yīng)用不同強(qiáng)度和緩的防腐抑菌效果，通過這些抑菌劑的互效性使食品微生物達(dá)到穩(wěn)定性，此應(yīng)用單一抑菌劑更為有效，更益于食品防腐保質(zhì)。因而，抗菌膜中針對微生物細(xì)胞內(nèi)不同目標(biāo)所產(chǎn)生共效作用的復(fù)合抑菌技術(shù)，可望成為大有前途的研究領(lǐng)域。

2、抗菌劑穩(wěn)定性與安全性的提高

未來的可食性降解抗菌保鮮膜在提高抗菌作用的同時， 也要加強(qiáng)研究抗菌劑在保鮮膜中的穩(wěn)定性和安全性問題。主要原因是因?yàn)橛行┛咕鷦┚哂羞w移性， 能緩慢地遷移至食品中，從而可能會造成對人體的危害。基于此，不少學(xué)者開始關(guān)注非遷移型、天然抗菌劑的相關(guān)研究。天然抗菌劑不但呼應(yīng)了“降低食品中化學(xué)添加劑廣泛使用”的要求，而且具有抑菌和促進(jìn)人體健康的功效，被看做是利于食品質(zhì)量和安全的一種有效物質(zhì)，更多的吸引人們的注意力。而非遷移型抗菌劑的使用其原理主要是通過物理、化學(xué)等手段對高分子聚合物進(jìn)行改性，引入具有抗氧化、抗菌等特性的基團(tuán)，即可在食品中無需添加對應(yīng)添加劑的前提下，在獲得優(yōu)良持久的保鮮保藏性能，同時也避免了添加劑的使用及安全問題。

3、抗菌膜功能多樣化

多功能化主要是指賦予抗菌膜除抑菌外更多的功能性。例如針對目前我國保鮮膜在自然界中降解緩慢的現(xiàn)象，開發(fā)可降解抗菌膜以降低普通抗菌膜對環(huán)境造成的不利影響。眾所周知，薄膜的微孔結(jié)構(gòu)是氣調(diào)保鮮技術(shù)的基礎(chǔ)。抗菌劑的加入可能會影響薄膜本身的微孔結(jié)構(gòu)與機(jī)械性能。因此，近些年來，提高抗菌膜的機(jī)械性能，研制高機(jī)械強(qiáng)度的抗菌膜或者將抗菌膜與氣調(diào)技術(shù)相結(jié)合也成為了研究的熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢。實(shí)現(xiàn)抗菌、機(jī)械強(qiáng)度、氣調(diào)、可降解等多種功能的結(jié)合是目前學(xué)者研究的重點(diǎn)，更是抗菌膜今后主流的發(fā)展方向。

4、由小規(guī)模生產(chǎn)向大型自動化生產(chǎn)規(guī)模發(fā)展

目前，我國用于包裝的抗菌薄膜大多數(shù)局限于高校機(jī)構(gòu)或者相關(guān)研究所實(shí)驗(yàn)室的小規(guī)模生產(chǎn)研究，而針對抗菌膜大規(guī)模自動化生產(chǎn)卻相對較少。缺乏大型自動化生產(chǎn)規(guī)模， 這種現(xiàn)狀大大制約了用于食品包裝的抗菌膜發(fā)展。隨著包裝行業(yè)對抗菌膜的需求量的不斷增大， 抗菌保鮮膜的大規(guī)模自動化生產(chǎn)將是未來的發(fā)展趨勢。

結(jié) 論

隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對于食品的保鮮性安全性要求也隨之提高，這為抗菌膜運(yùn)用于食品包裝行業(yè)的開發(fā)與應(yīng)用提供了更廣闊的發(fā)展空間和平臺。

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抗菌膜保鮮包裝在我國食品包裝中的研究應(yīng)用剛剛興起，隨著人們越來越重視食品品質(zhì)與食品安全的形勢下，抗菌膜保鮮包裝將在今后的食品包裝市場中具有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。

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Application and Development of Antimicrobial films in Food packaging

Jiang Nan-nan Chen Xiao-liang

（Henan Mechanical and Electrical Engineering College）

Due to the antibacterial film’s good features，it has been a lot of research and application in recent years as a food packaging materials. This article summarizes the preparation of antibacterial film and antibacterial principle，summarizes the study and application of antibacterial film in food packaging.looks ahead the future trends and directions of anti-bacterial films in food packaging.

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