新型抗菌劑在塑料餐飲具中的應(yīng)用研究

陶陽(yáng) 陳啟早

【摘 要】文章在研究抗菌劑的分類及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究無(wú)機(jī)抗菌劑二氧化鈦、有機(jī)抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸鉀、稀土鑭三元配位抗菌劑及胍類高分子型抗菌劑應(yīng)用在塑料（PP；PE）餐飲具中的抗菌效果，得出稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑抗菌效果顯著，抗菌性能也較為持久，熱穩(wěn)定性好且穩(wěn)定易儲(chǔ)存，使用成本相對(duì)較低。

【關(guān)鍵詞】抗菌劑；稀土鑭；高分子型抗菌劑；餐飲具

【中圖分類號(hào)】TB484.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）01-0102-03

0 引言

自然界的病毒和微生物的存在，給人類的健康帶來(lái)影響。2003年，一種特殊的疾病——嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥（SARS）成為21世紀(jì)首例威脅人類生命健康的新型傳染病。它的發(fā)生，導(dǎo)致全球大約29個(gè)國(guó)家近萬(wàn)人患病，死亡人數(shù)比例約11%。該疾病和類似的流感病毒及2009年在墨西哥爆發(fā)的豬流感病毒，引起了世界衛(wèi)生組織的高度重視。這些病毒的出現(xiàn)引起了人們對(duì)預(yù)防流感病毒的全新研究[1]。其中，病毒傳染最重要途徑之一是通過(guò)餐飲具傳播，研究與制造抗菌餐飲具，能有效地切斷人與細(xì)菌的接觸，可以有效地?cái)嘟^細(xì)菌的“污染源”和“傳播源，減少疾病的轉(zhuǎn)播，對(duì)改善人們的生活品質(zhì)具有重大意義。因此，抗菌劑作為高分子材料添加助劑也就成為研究熱點(diǎn)。

1 抗菌劑的分類及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無(wú)機(jī)抗菌劑

無(wú)機(jī)抗菌劑具有耐熱性好、部分安全性高、無(wú)揮發(fā)性、耐藥性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在加工溫度較高的材料中，能夠發(fā)揮其良好的抗菌性能。正是因?yàn)闊o(wú)機(jī)抗菌劑的這種特性，它可以應(yīng)用在銀沸石、銀活性炭、磷酸鈦鹽、二氧化鈦等材料中。但是，銀系抗菌劑很容易變色，它在基材中的相容性較差。這種無(wú)機(jī)抗菌劑的制造工藝較為復(fù)雜，但在塑料中的使用工藝簡(jiǎn)單，難以達(dá)到食品級(jí)要求，因此難以大批量地推廣生產(chǎn)。

1.2 有機(jī)抗菌劑

有機(jī)抗菌劑在國(guó)外的應(yīng)用比較普遍，很多年前，歐美國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研制有機(jī)抗菌劑。有機(jī)抗菌劑具有殺菌速度快、抗菌能力強(qiáng)、加工也較方便、顏色穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。有機(jī)抗菌劑的熱穩(wěn)定性差，但在溶劑環(huán)境中容易析出，非常容易產(chǎn)生耐藥性，它分解出的產(chǎn)物具有毒性，會(huì)給使用者的健康帶來(lái)巨大的威脅。有機(jī)抗菌劑可以分為天然有機(jī)抗菌劑與合成有機(jī)抗菌劑2種，有機(jī)抗菌劑主要用于苯酚類、異噻吩類、苯甲酸鈉類、酚醚類、砒啶類藥物中。

1.3 天然抗菌劑

天然抗菌劑抗菌效率好，安全無(wú)毒。天然抗菌劑不宜加工，熱穩(wěn)定性差。由于這種抗菌劑的研制技術(shù)較為復(fù)雜，很難大量地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上很難見(jiàn)到這類抗菌劑藥品。天然抗菌劑主要存在于很多水果中，比如山梨中的山梨酸就是一種很好的抗菌劑，如果進(jìn)一步合成山梨酸鉀或山梨酸鈉，則抗菌效果更好。

1.4 復(fù)合抗菌劑

復(fù)合抗菌劑的抗菌能力應(yīng)用較為廣泛，它的耐熱性好，但是缺點(diǎn)是加工難度較大，不容易批量加工。比較常見(jiàn)的復(fù)合抗菌劑主要有Ag+復(fù)合抗菌劑、Cu2+復(fù)合抗菌劑、Zn2+復(fù)合抗菌劑、季磷鹽抗菌劑[2]。

1.5 高分子抗菌劑

高分子抗菌劑具有廣譜抗菌、藥效長(zhǎng)久、安全無(wú)毒、熱穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，高分子抗菌劑容易加工，便于實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)化生產(chǎn)。高分子抗菌劑在聚苯乙烯酰脲、聚吡啶、聚噻唑等藥物中的應(yīng)用比較廣泛，高分子抗菌劑的合成和應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)前抗菌劑開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)[3-4]。

2 PE、PP材料在餐飲具中的應(yīng)用

2.1 原材料

二氧化鈦：濰坊恒澤化工有限公司；苯甲酸鈉：滕州市騰龍化工有限責(zé)任公司；山梨酸鉀：鄭州天順食品添加劑有限公司；稀土鑭三元配位抗菌劑：自制；胍類高分子型抗菌劑：自制；PE（聚乙烯）牌號(hào)：222WT，沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料（原GE）；PP（聚丙烯）：H110MA，印度信誠(chéng)工業(yè)股份有限公司；微生物培養(yǎng)基：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

2.2 儀器與設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)：長(zhǎng)徑比為42∶1，螺桿直徑為75 mm，南京永騰化工裝備有限公司；注塑機(jī)：JN -55E型，海天機(jī)械有限公司；電子拉力試驗(yàn)機(jī)：TLD型，石家莊中實(shí)檢測(cè)設(shè)備有限公司；簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)：XJJ-5，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；真空干燥箱：DZF-6020，寧波江南儀器廠生產(chǎn)；壓力蒸汽滅菌器：YX-18LM，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；紫外老化箱：ZWX，溫州東誠(chéng)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司；均質(zhì)器：BILON-08，北京比朗實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；生化培養(yǎng)箱：160 A，金壇市開(kāi)發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠；霉菌培養(yǎng)箱：MJX-80，金壇市開(kāi)發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠；ATP熒光檢測(cè)儀：System Sure II，Hygiena；顯微鏡：XTB-01，產(chǎn)自英國(guó)；菌落計(jì)數(shù)器：XK-97A，上海昂尼儀器儀表有限公司。

2.3 試樣制備

本文將無(wú)機(jī)抗菌劑二氧化鈦、有機(jī)抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸、稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑分別與食品級(jí)塑料PE、PP共混改性、造粒擠出或注塑成餐飲具，對(duì)抗菌劑是否具有高效、廣譜的抗菌性能，抗菌持續(xù)性的好壞；是否具有無(wú)毒性與異味，對(duì)餐飲無(wú)污染；同餐飲具塑料的相容性、配伍的好壞，對(duì)餐具的性能有無(wú)不良影響；顏色與穩(wěn)定性在保存和使用過(guò)程中是否變色；化學(xué)穩(wěn)定性、成本高低等問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，同時(shí)考慮到PE、PP材料加工過(guò)程中受高溫、高熱、強(qiáng)剪切等苛刻條件對(duì)抗菌劑的熱穩(wěn)定性的影響。

3 結(jié)果與討論

（1）無(wú)機(jī)抗菌劑二氧化鈦：它的氧化活性較高，加工時(shí)熱穩(wěn)定性最好，能達(dá)到食品級(jí)要求，具有一定的廣譜抗菌能效，但用量大，顏色不好調(diào)。

（2）有機(jī)抗菌劑苯甲酸鈉：苯甲酸鈉親油性較大，易穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，干擾細(xì)胞膜的通透性，抑制細(xì)胞膜對(duì)氨基酸的吸收，具有廣譜抗菌能效，加工時(shí)熱穩(wěn)定性較好，但使用最大允許量為0.15%～0.25%。例如：在美國(guó)，苯甲酸鈉的最大允許量為0.1%，在英聯(lián)邦，根據(jù)1979年制定的食品防腐劑條例，苯甲酸和苯酸鹽允許量的范圍較寬，用量少效果不明顯，用量大會(huì)產(chǎn)生某些毒性，現(xiàn)在正在研究代替品。

（3）天然抗菌劑山梨酸：山梨酸鉀能抑制霉菌、酵母菌和好氧性細(xì)菌的活性，還能有效防止肉毒桿菌、葡萄 球菌、沙門氏菌等有害微生物的生長(zhǎng)和繁殖，但對(duì)厭氧性芽孢菌與嗜酸乳桿菌等有益微生物無(wú)效[5]，本品低毒，符合食品級(jí)的要求，為國(guó)際糧農(nóng)組織和衛(wèi)生組織推薦的高效安全的防腐劑，在塑料PE中用量較大才能發(fā)揮顯著效果，但成本相對(duì)較高。

（4）稀土元素：稀土化合物本身的抗菌活性有限，但是稀土化合物可以和其他抗菌物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，因此將稀土化合物與其他抗菌物質(zhì)以合適的比例共同添加到抗菌材料中，往往可以獲得更好的抗菌活性。在將樹(shù)脂與 Ce4+/ZnO復(fù)合抗菌劑結(jié)合制備出PE抗菌餐飲具，明顯提高了單獨(dú)使用納米 ZnO的抗菌能力，而且具有優(yōu)異、長(zhǎng)效的抗菌性能，對(duì)大腸桿菌（E.coli）和金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌率均達(dá)到97%以上。目前， 關(guān)于稀土的加入能夠提高無(wú)機(jī)抗菌劑抗菌性能的機(jī)理還沒(méi)有定論，有人認(rèn)為是稀土的催化作用所導(dǎo)致，也有人認(rèn)為是稀土化合物本身的抗菌活性和無(wú)機(jī)抗菌劑之間的協(xié)同作用所導(dǎo)致[6]。

（5）胍高分子型抗菌劑：本實(shí)驗(yàn)對(duì)高分子型抗菌劑在聚丙烯中的應(yīng)用的抗菌效果進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)，它的抗菌性能較好，尤其對(duì)于金黃色葡萄球菌及大腸桿菌等細(xì)菌具有較強(qiáng)的作用，能夠很好地抑制它們的繁殖。并且，這一抗菌物對(duì)于金黃色葡萄球菌的抑制效果相對(duì)小于大腸桿菌，主要原因是胍主要存在于天然產(chǎn)物之中，其穩(wěn)定的正電性可以適應(yīng)較大的pH值范圍，經(jīng)過(guò)氫鍵、靜電作用等可以產(chǎn)生相互作用，形成較強(qiáng)的生理活性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，添加量對(duì)其抗菌性能、氧指數(shù)、熔體流動(dòng)速率、拉伸強(qiáng)度等會(huì)產(chǎn)生影響，當(dāng)其含量為3%時(shí)，效果最佳[7]。

4 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)無(wú)機(jī)抗菌劑二氧化鈦、有機(jī)抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸、稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑應(yīng)用在塑料（PP、PE）餐飲具中的抗菌效果進(jìn)行研究，得到稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑的抗菌效果顯著，抗菌性能也較為持久，熱穩(wěn)定性好且穩(wěn)定易儲(chǔ)存，使用成本相對(duì)較低。當(dāng)抗菌劑添加量為3%時(shí)，可以獲得較好的抗菌能力，同時(shí)也保證了材料具有較好的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2]高艷玲，劉熙，王宗賢.納米金屬氧化物對(duì)食品污染菌的殺、抑能力研究[J].食品科學(xué)，2015（4）.

[3]孫洪，夏英，陳莉，等.國(guó)內(nèi)外抗菌劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].塑料工業(yè)，2011（9）.

[4]張昌輝，謝瑜徐旋.抗菌劑的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2011（9）.

[5]騰菲，郭桂萍，趙勇，等.革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌對(duì)山梨酸鉀的耐受差異性[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2012（31）.

[6]李風(fēng)艷，汪夔卿，陳擁軍，等.交聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)水不溶性聚季銨鹽類殺菌性能的影響[J].應(yīng)用化學(xué)，2010（5）.

[7]江山，王立，俞豪杰.新型有機(jī)高分子抗菌劑[J].高分

子通報(bào)，2002（6）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]