殼聚糖處理食品包裝紙的抗菌性能研究

劉喜宏 龐久寅

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們越來越青睞包裝食品，對于食品包裝紙的運用也有很大提升，不但要求所購商品包裝精致、實用，在環(huán)保方面更要達到抑菌性條件[1]。包裝紙是保護包裝內(nèi)產(chǎn)品的第一道防線，其性能及化學成分關系到消費者的身體健康，為防止微生物侵染，使用具有抑菌作用的包裝紙來包裝產(chǎn)品非常重要[2]。本文主要研究包裝紙的抗菌性能，并采用殼聚糖為抗菌劑，測定其抗菌性能。

殼聚糖是氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖通過氫鍵連接而形成的一種多用途生物聚合物，也是甲殼類、昆蟲和真菌類中最豐富的天然聚合物[3]。殼聚糖無毒，且具有良好的生物降解性和生物相容性，其突出的生物活性功能性質強，良好的成膜特性和較強的抗菌防腐保鮮能力已引起國內(nèi)外研究人員的廣泛關注和重視，殼聚糖作為天然和安全的食品防腐保鮮劑和抗菌劑已成為國內(nèi)外食品包裝紙抗菌的研究熱點[4]。

1 試驗原料和方法

1.1 試驗原料

氫氧化鈉（天津市福晨化學試劑廠）、鹽酸（天津市永達化學試劑有限公司）、甲酸（天津市永大化學試劑有限公司）、亞硫酸氫鈉（天津市永達化學試劑有限公司）、高錳酸鉀（國藥集團化學試劑有限公司）、5H2O·CuSO4。

1.2 主要試驗儀器和設備

電熱恒溫水浴鍋、電動攪拌器、分析天平、電子萬用爐、高速離心機、立式蒸汽滅菌器、細菌培養(yǎng)箱、高速多功能粉碎機、立式壓力蒸汽滅菌器。

1.3 不溶性殼聚糖提取

取一定數(shù)量的蝦、蟹殼，除去殘肉和雜質，用清水洗凈，在陽光下曬干，粉碎。用120 mL的鹽酸溶液泡制24 h，再用70 ℃清水過濾，過濾后再用120 mL的鹽酸溶液泡制24 h，再過濾，合并這兩次的鹽酸溶液，再用清水洗滌，過濾，甩干，其作用是去除殼中的鈣。除鈣后用45%氫氧化鈉浸泡，用水浴鍋加熱至沸騰，并保持沸騰4 h，趁熱過濾，過濾后用清水洗滌至中性，目的是脫蛋白。脫蛋白后用0.7%的高錳酸鉀浸泡1～2 h，過濾，然后用0.6%的亞硫酸氫鈉漂白1～2 h，過濾，日曬干燥，得到不溶性殼聚糖[5]。

1.4 可溶性殼聚糖的制備

不溶性殼聚糖為非脫乙?；暮嗵穷愇?，不溶于水，也不溶于一般有機溶劑，僅能溶于酸性水溶液，形成膠狀物，只有脫去乙?；艜蔀榭扇苄詺ぞ厶?，可溶性殼聚糖制備如下：用45%氫氧化鈉浸泡不溶性殼聚糖，水浴加熱至60 ℃，保溫攪拌8 h，冷卻至室溫，靜止8 h，過濾，用70 ℃清水洗滌兩次，過濾，甩干，再重復上述操作一次，于80 ℃真空干燥，得白色片狀殼聚糖。將可溶性殼聚糖少量用5%甲酸溶液或冰醋酸水溶液浸泡數(shù)分鐘以上，可得乳白色溶液，殼聚糖已成為可溶性[6]。

1.5 抑菌試驗

1）抗菌包裝紙的制備。

將市面上購買的普通包裝紙浸泡于配制好的濃度分別為2%、6%、10%的殼聚糖水溶液24 h，然后在60 ℃下進行干燥，制成抗菌包裝紙[7]。

2）細菌培養(yǎng)。

在大燒杯中放入0.6 g的牛肉膏、2 g蛋白胨、1 g氯化鈉，然后加200 mL的水，用筆在燒杯外做好標記，放在電磁爐上加熱[8]。待燒杯內(nèi)各組溶解后，不斷攪拌以免粘底。然后用立式自動電熱壓力蒸汽滅菌器滅菌30 min。然后植入大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h[9]。

3）抑菌試驗操作過程。

將金黃色葡萄球菌、大腸桿菌培養(yǎng)物密集均勻地涂布于整個平板，盡可能涂布得致密而均勻[10]。將有殼聚糖的抗菌包裝紙片用鑷子分別貼于平板內(nèi)部，紙和紙之間有一定的距離，目的是將抗菌包裝紙與培養(yǎng)基表面緊貼，還可以用鑷子輕輕地按壓紙片，從而使紙片和培養(yǎng)基表面牢牢貼住[11]。紙片在培養(yǎng)基上面以相互接近的距離貼若干抗菌紙片，直徑為90 mm平板可貼7～8個抗菌包裝的紙片。將制備的含有殼聚糖抗菌劑的包裝紙片放入裝有大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的平板上后，將平板放置到37 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后，觀察抑菌環(huán)是否增大。

4）包裝紙抗菌性能的測定。

分別將配置好含濃度為2%、6%、10%的殼聚糖抗菌劑的包裝紙片放入細菌中觀察抑菌環(huán)的增大情況，取出培養(yǎng)好的平板觀察抑菌效果，用游標卡尺精確測量濾紙片周圍抑菌圈直徑的大小(mm)，測3次求平均值。測完后放回恒溫箱。

2 試驗結果

2.1 殼聚糖提取正交試驗結果

選取時間（A）、溫度（B）和堿濃度（C）為正交試驗表的三個因素，并且分別進行9組試驗以確定殼聚糖提取的最佳工藝參數(shù)，殼聚糖提取正交試驗表結果如表1所示。

表1 正交試驗表Tab.1 Table of orthogonal test

通過試驗可以得出對殼聚糖提取的主次因素為：時間＞堿濃度＞溫度，為了使殼聚糖提取效果達到最佳，采用最佳工藝參數(shù)為A1B2C2，即加熱時間為4 h，加熱溫度為70 ℃，堿濃度為45%氫氧化鈉溶液，對應的殼聚糖提取率為52.00%。

2.2 包裝紙抗菌性能的測定

本試驗采用金色葡萄球菌和大腸桿菌作為測試菌體，通過抑菌環(huán)的大小來判斷殼聚糖的抑菌性能。結果如表2所示。

表2 抑菌性能測試結果Tab.2 Antimicrobial performance test results

試驗結果顯示，當抗菌劑濃度為6%時，抑菌環(huán)達到飽和狀態(tài)，而10%殼聚糖對金黃色葡萄球菌的抑制效果略高于6%濃度的殼聚糖，對大腸桿菌的抑制效果則略低于6%濃度的殼聚糖。10%濃度的殼聚糖與6%濃度的殼聚糖的效果相差無幾。考慮成本等因素，在生產(chǎn)抗菌包裝紙中應選擇濃度為6%的抗菌劑，效果最好。多則浪費成本，少則達不到最佳抑菌效果。

3 結 論

1）通過正交試驗表，可以看出：在時間、堿濃度、溫度三個影響因素中，時間對提取率的影響最大，其次為堿濃度，影響最小的是溫度，實驗室最佳工藝條件為用45%的氫氧化鈉處理，在70 ℃下保溫4 h，即可得到最佳提取率52.00%。

2）根據(jù)抑菌環(huán)的試驗效果顯示，當殼聚糖濃度達到6%時，對大腸桿菌抑制性能最佳；當殼聚糖濃度達到10%時，對金黃色葡萄球菌的抑制效果最佳。

[1]張靜. 抗菌紙的研究現(xiàn)狀及其應用[J]. 西南造紙, 2006, 35(1):14-17.

[2]曹曉瑤. 納米TiO2/羧甲基殼聚糖復合涂料的制備及其在抗菌紙中的應用[J]. 中華紙業(yè), 2015, 36(10):25-28.

[3]劉秉鉞. 殼聚糖-銅絡合物在抗菌紙上的應用[J].中華紙業(yè),2004, 25(4):43-45.

[4]CAZACU G, PASCUM C, PROFIRE L, et al. Lign in role in a complex polyolefin blend[J]. Industrial Crops and Products, 2004, 20(2):261-273.

[5]王東陽, 李永峰, 焦安英, 等. 殼聚糖的提取及應用技術[J]. 中國甜菜糖業(yè), 2008(2):38-41.

[6]索一婷, 曲琪環(huán), 于娟娟. 殼聚糖的提取來源及方法研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)c版, 2011(4):343-344.

[7]陳凌云. 羧甲基殼聚糖的結構與抗菌性能研究[J]. 武漢大學學報(自然科學版), 2000, 46(2):191-194.

[8]容敏智, 章明秋. 全植物纖維復合材料的生物降解性能研究[J]. 中國塑料, 2006, 20(8):64-68.

[9]王立元, 王建清. 淀粉和纖維在生物降解包裝材料中的應用[J]. 天津科技大學學報, 2002, 21(3):40-43.

[10]姚軍燕, 楊青芳, 范曉東, 等. 可生物降解聚合物基納米復合材料降解性能研究進展[J]. 化學推進劑與高分子材料, 2006, 10(6):1116-1119.

[11]杭志喜, 崔海麗. 稀酸降解植物纖維素的研究[J]. 安徽工程科技學院學報, 2005, 20(6):16-19.