抗菌塑料及其在包裝行業(yè)的應(yīng)用

彭紅芳 李畢忠*，2

（1.常州崇高納米材料有限公司；2.北京崇高納米科技有限公司）

抗菌塑料及其在包裝行業(yè)的應(yīng)用

彭紅芳1李畢忠*1，2

（1.常州崇高納米材料有限公司；2.北京崇高納米科技有限公司）

概述了抗菌塑料及其包裝的制備技術(shù)，介紹了抗菌塑料薄膜和容器的研發(fā)及其在食品、化妝品、藥品等包裝的應(yīng)用情況，并對抗菌塑料包裝的前景做了展望。

抗菌塑料 包裝 食品 化妝品 藥品

1 前言

中國2014年包裝工業(yè)總產(chǎn)值為14800億元，是2002年2500多億元的近6倍。中國已成為僅次于美國的第二包裝大國，其塑料包裝占包裝產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的1/3以上[1]。商品包裝不僅起著隔離、保護、定量、裝飾等作用，而且伴隨著商品的生產(chǎn)、流通、儲存以及使用等全過程。包裝的性能直接關(guān)系到商品質(zhì)量的優(yōu)劣。近年來，對商品特別是食品的品質(zhì)、安全和延長貨架期起到積極作用的抗菌塑料包裝已成為包裝領(lǐng)域的關(guān)注點。

2 抗菌塑料

抗菌塑料是自上世紀(jì)末迅速發(fā)展起來的新型材料，它能夠抑制和殺死與其接觸的細(xì)菌、真菌等微生物?？咕芰现破返目咕允遣牧媳旧碣x予的功能特性，是長期保有的性能。

目前幾乎所有的塑料品種都可以經(jīng)改性而具有抗菌塑料特性。

制備抗菌塑料的途徑有多種，最常見的是用抗菌劑和塑料進行混合的制備方法。該技術(shù)的關(guān)鍵和難點在于抗菌劑在樹脂中的分散性、相容性以及加工穩(wěn)定性?；旌霞夹g(shù)又細(xì)分為：直接添加法、抗菌母粒法、表面黏合法、層壓法和后加工處理法等[2]。直接添加法是將抗菌劑與樹脂摻混均勻，然后加工成型。該法操作簡單，但抗菌劑在樹脂中分散性較難保證。表面黏合法多用于注塑成型加工工藝中，抗菌物質(zhì)以薄膜或薄片等形式粘附于制品表面。層壓法是將抗菌劑與樹脂先制成抗菌薄片，通過層壓設(shè)備將其熱壓在需要處理的塑料制品表面部位。這兩種方法可有效降低抗菌劑用量，控制成本，但抗菌劑成分僅存在于制品表面，需要關(guān)注抗菌制品的長期穩(wěn)定性能。后加工處理是對成型后的塑料制品表面進行處理，目前多采用表面噴鍍法和真空濺射表面噴鍍法，此法對設(shè)備要求高[3]。抗菌母粒法是將抗菌劑和適宜的基體樹脂通過擠出造粒制得高濃縮母粒，再以一定比例的母粒與樹脂摻混，然后加工成型。經(jīng)過雙螺桿的剪切捏合和制品成型加工過程的再分散，抗菌劑在制品中的分散性以及與基體樹脂的相容性得到了顯著提高。而且在抗菌制品生產(chǎn)中，顆粒狀的抗菌母粒不會形成粉塵，對工作環(huán)境改善大為有利。

3 抗菌包裝

使用抗菌塑料制得的塑料包裝，能夠保持包裝物自身及被包裝產(chǎn)品的清潔，防止微生物污染和滋生，在食品、化妝品、藥品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用有廣闊前景。

食品安全是民生的重要問題。由于食品本身含有豐富的營養(yǎng)，在生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)中，受微生物污染的概率很大。環(huán)境中微生物種類繁多且難以控制，其危害程度為：（1）輕度、間接傳播：大腸菌群、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌；（2）中度、局部傳播：蠟樣芽胞桿菌、產(chǎn)莢膜桿菌；（3）中度、廣泛傳播：沙門氏菌、副溶血性弧菌、病原大腸桿菌；（4）重度危害：肉毒梭菌、霍亂弧菌、傷寒桿菌[4]。

一旦微生物污染了食品，在適宜的環(huán)境下食品上的微生物菌群會大量繁殖，腐敗菌及其代謝產(chǎn)物會加速食品的變質(zhì)。致病菌及其產(chǎn)生的毒素，經(jīng)食用后則會引起食物中毒。目前，控制食品中微生物的主要手段是添加化學(xué)防腐劑，防腐劑的濫用和過量使用又帶來了新的食品安全問題。

我國2012年護膚、化妝品零售規(guī)模達2000億元，已躋身全球第二大化妝品市場，預(yù)計2017年市場規(guī)模將突破4000億元[5]?；瘖y品的原料來源廣泛，種類豐富，既有天然營養(yǎng)物質(zhì)，如動植物提取物，也有合成物質(zhì)、脂類衍生物等?；瘖y品含有豐富的水分，為微生物生長繁殖提供了有利條件。化妝品被微生物污染后，微生物在酶的作用下可分解利用化妝品中的營養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物，如色素、硫化物、酸敗氣味等，使化妝品發(fā)生成分及性狀等變化。消費者使用了被有害微生物污染的化妝品，可能會發(fā)生感染或過敏，損害健康[6]?；瘖y品中微生物的危害早就引起了人們的重視。1972年，日本化妝品工業(yè)聯(lián)合會（JCIA）頒布了《防止眼部周圍用化妝品遭受細(xì)菌污染的制造管理辦法及實驗標(biāo)準(zhǔn)》。1978年，ISO/TC217的發(fā)布推進了化妝品微生物控制的國際化進程[7]。美國藥品和食品管理局（FDA）對化妝品中的微生物也有明確要求[6]。

化妝品中的微生物污染包括生產(chǎn)過程中的一次污染和使用過程中的二次污染?；瘖y品的微生物污染問題普遍存在，二次污染情況更嚴(yán)重[8,9,10]。目前，添加防腐劑是控制化妝品中微生物污染的主要方法，但近年來微生物污染化妝品的事件仍然頻繁發(fā)生[11,12]，而防腐劑的長期和高劑量使用，不僅會增強微生物的抗藥性還會對使用者的皮膚造成健康損害。

醫(yī)藥用品是特殊商品。藥品包裝物與藥品直接接觸，在流通、儲存和使用過程中對保證藥品藥效、延緩變質(zhì)起著重要的作用。有些藥品不良反應(yīng)與藥品包裝有關(guān)[13]。藥品中微生物的控制一直是臨床應(yīng)用的重要前提和必要保證。藥品在生產(chǎn)、包裝及使用多個環(huán)節(jié)均存在被微生物感染的可能。藥品及包材上攜帶的微生物可污染藥品，加速藥品變質(zhì)失效。因此，應(yīng)用具有抗菌自凈功能的藥品包裝十分重要。無菌包裝是藥品包裝未來發(fā)展趨勢之一[14]。

此外，抗菌自潔功能性塑料包材也廣泛適用于紡織品、五金交電產(chǎn)品、各種器材、服裝和日常生活用品等的包裝中。

4 抗菌塑料包材的研發(fā)及應(yīng)用

近年來“以塑代木，以塑代鋼，以塑代玻”發(fā)展較快，在塑料包裝中占較大比重的是塑料薄膜、塑料包裝箱及容器等[15]。軟塑包裝薄膜在塑料包裝材料總量中約占40%左右。

抗菌塑料薄膜是重要包裝應(yīng)用材料之一，主要用于食品，尤其是蔬菜、水果以及肉制品的抗菌保鮮包裝。為此，國內(nèi)外進行了大量研究。Be gona Panea等[16]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%和10%的ZnO-Ag復(fù)合納米粒子添加到LDPE膜中，用該抗菌膜包裝雞肉制品，并觀察儲藏21天內(nèi)的各項指標(biāo)變化，通過遷移實驗驗證了膜材的抗菌性能。李俠等[17]將玻璃載銀抗菌劑粉體加入聚丙烯薄

膜中，制得抗菌性能高效且持久的薄膜產(chǎn)品。Yu nhong Jiang等[18]制備了納米ZnO/PVC復(fù)合涂膜，研究了涂膜對納米粒子粒徑的影響，納米氧化鋅的粒徑和添加量對薄膜抗菌性能的影響以及抗菌性能的耐水性。郭韻恬[19]采用涂布法制備了PVA納米ZnO/PE和PVA納米TiO2/PE復(fù)合包裝薄膜，將其用來包裝新鮮果蔬，進行包膜保鮮效果考察。這種抗菌薄膜顯著提升了櫻桃和松茸的保質(zhì)期。

在日本，家用抗菌塑料保鮮膜、保鮮袋等產(chǎn)品已得到市場的廣泛認(rèn)可[20]。巴西科研人員近期開發(fā)的抗微生物劑的塑料薄膜，瑞典一家公司研制的IPR新型綠色包裝材料，都起到了保證食品質(zhì)量，防腐保鮮的作用[21]。德國加工廠和包裝技術(shù)協(xié)會研究人員在塑料包裝薄膜上涂覆抗菌物質(zhì)，替代了向食品中添加防腐劑[22]。在中國，各類納米抗菌塑料包裝袋，納米抗菌保鮮膜等產(chǎn)品已開始出現(xiàn)在市場上[23]。如PE/納米銀類、PP/納米TiO2類等在食品包裝工業(yè)中已開始規(guī)?；瘧?yīng)用，并取得良好的使用效果[24]。

北京崇高納米科技有限公司長期從事抗菌材料的研制和應(yīng)用，開發(fā)出了維蔬樂（Vegifre）?（果蔬）長時保鮮袋（膜）系列產(chǎn)品以及納米銀抗菌包裝材料。

維蔬樂（Vegifre）?（果蔬）長時保鮮袋（膜）通過在樹脂基體中添加無機透濕劑、抗菌劑、乙烯吸收分解劑等多種功能組分，并通過偶聯(lián)分散劑包覆技術(shù)，提高了各組分間及其與樹脂間的材料相容性和可加工性，解決了各組分間性能的互相制約問題。通過抑制和吸收催熟氣體（乙烯）、調(diào)控包裝內(nèi)O2/CO2等氣體的含量和比例，改善和調(diào)整包裝環(huán)境內(nèi)的濕度，抑制微生物引起的腐爛變質(zhì)，降低了果蔬內(nèi)源代謝速度和外源微生物引起的腐敗，顯著提高了果蔬保鮮效果。將其用于黃瓜、茄子、豆角、辣椒、柚子等包裝貯存，并通過測定可滴定酸值計算維生素C含量，光譜吸收法測定葉綠素含量以及目測果蔬變質(zhì)情況及好果率來評價保鮮效果。

從對比試驗可以看出，在7～10℃下，普通蔬果的保鮮時間可延長1～2倍，12～20℃下可保鮮7～20天以上。葉綠素?fù)p失情況區(qū)別不明顯，可能是因為普通包裝膜內(nèi)的CO2濃度較高，高CO2濃度有利于延緩果蔬葉綠素的降解。對比試驗結(jié)果見表1、表2。

常州崇高納米材料有限公司開發(fā)的納米銀抗菌包裝材料包括納米銀抗菌涂層材料和抗菌聚酯薄膜?？咕繉硬牧鲜峭ㄟ^涂布工藝，在樹脂基體上形成微米厚度的納米銀抗菌薄膜，制得抗菌涂層包裝材料。抗菌聚酯薄膜是先將納米銀單質(zhì)粉體進行包覆改性，然后制得納米銀抗菌母粒，將此母粒與聚酯切片混合，通過熔融擠出與拉伸等工序制得抗菌聚酯薄膜。以上所制得的薄膜保持高效抗菌性能，而且薄膜透明性高，具有廣闊的應(yīng)用前景。納米銀抗菌包裝材料的主要性能指標(biāo)見表3、表4。

抗菌塑料包裝箱產(chǎn)品主要有塑料周轉(zhuǎn)箱、果蔬箱、托盤等，中空容器類產(chǎn)品則涵蓋食品、家用電器、醫(yī)藥品、保健品、化妝品、文具、生活日用品等各類包裝，尤其是液態(tài)食品和飲料，藥品以及化妝品的包裝。

化妝品包裝行業(yè)“以塑代?！笔强偟内厔?。塑料包裝容器使得化妝品更便于攜帶且透明度和光澤度可與玻璃相媲美，這為抗菌塑料包裝的發(fā)展提供了機遇。例如，一種將無機金屬抗菌劑分散于吹瓶原料中經(jīng)過改進吹塑工藝生產(chǎn)的抗菌塑料瓶，受到了市場的歡迎[25]。日本一家化學(xué)工業(yè)公司用纖維化塑料和聚丙烯等合成材料與一種用于食品薄膜的抗菌劑混合制成一種抗菌塑料包裝容器，防止所盛裝的食品、化妝品或藥物變質(zhì)，大大延長了保質(zhì)期。德國科學(xué)家利用醫(yī)藥專業(yè)技術(shù)研制出抗菌塑料包裝，用于牛奶等液體飲料的包裝，是食品包裝技術(shù)領(lǐng)域的一項重要變革。

表1 維蔬樂?長時保鮮袋對蔬菜的保鮮效果Tab.1 The preservation effect of Vegifre? long-term fresh-keeping plastic bags on vegetables

表2 維蔬樂?長時保鮮袋貯藏后蔬果的營養(yǎng)成分和好果率Tab.2 The comparison of nutrient reservation and commercial-value status of fresh vegetables and fruits stored by Vegifre? and neat plastics bags

續(xù)表2

表3 納米銀抗菌涂層雙向拉伸聚酯薄膜材料的抗菌效果Tab.3 Antibacterial effect of antibacterial coating with nano-silver on BOPET film

在中國，人們可以較容易地在市場上找到食品抗菌保鮮盒的身影。國內(nèi)多個嬰幼兒用品廠家生產(chǎn)的抗菌奶瓶已得到較大范圍的推廣應(yīng)用，這是對抗菌塑料包裝材料的安全及穩(wěn)定性高度認(rèn)可。

表4 抗菌雙向拉伸聚酯薄膜的主要性能指標(biāo)Tab.4 Main performance properties of antibacterial BOPET film

抗菌包裝在藥品中的應(yīng)用報道較少。由于藥品本身的特殊性，需要進行更為謹(jǐn)慎繁雜的研究工作，存在眾多未知領(lǐng)域亟待探索，但藥品抗菌塑料包裝的應(yīng)用開發(fā)前景非常樂觀，如納米抗菌包裝等已成為藥品包裝領(lǐng)域開發(fā)的新材料[26]。

5 結(jié)語

抗菌塑料是抗菌材料中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的包裝材料?？咕芰习b能夠抑制或杜絕人與人、人與物、物與物間有害菌的傳遞蔓延，從而創(chuàng)造一個衛(wèi)生安全的環(huán)境，保護人們的健康和生命安全。

在當(dāng)下商品物資生產(chǎn)、運輸、儲存和消費等環(huán)節(jié)向多樣性和個性化發(fā)展的背景下，改善外部環(huán)境衛(wèi)生狀況，維持內(nèi)部產(chǎn)品品質(zhì)安全，運用抗菌塑料包裝顯得尤為必要。

目前，抗菌塑料包裝技術(shù)在我國的應(yīng)用尚處于起步階段，產(chǎn)品大多為高科技企業(yè)或產(chǎn)學(xué)研合作單位領(lǐng)頭研制，生產(chǎn)規(guī)模和推廣力度有限。隨著抗菌包裝應(yīng)用于中高端商品、軍用包裝或出口產(chǎn)品的發(fā)展及包裝新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，高性能、多功能、復(fù)合型綠色抗菌塑料包裝材料將會不斷涌現(xiàn)?？咕芰习b也將在食品、化妝品、藥品、生活用品、器材設(shè)備等多領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。

[1]張展達,張曉慧.淺談包裝行業(yè)現(xiàn)狀與包裝企業(yè)經(jīng)營管理[J].上海塑料,2016,(2):52-53

[2]孫振玲,劉俊龍.抗菌塑料的制備及應(yīng)用研究進展[J].塑料科技,2007,35(10):102-107

[3]張立娟.抗菌塑料的研究進展簡述[J].廣州化學(xué),20 16,41(1):76-79

[4]張新武,杜小波,徐素玲,等.食品微生物危害的分析和控制[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報,2014,5(10):3295-3299

[5]文霞,楊秀茳,謝小保,等.化妝品中腐敗微生物的抗藥性研究[J].工業(yè)微生物,2015,45(5):37-41

[6]陳倩,陳昭斌.抗微生物技術(shù)在化妝品生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國消毒學(xué)雜志,2017,34(1):65-68

[7]胡靜.國際化妝品微生物控制動向[J].日用化學(xué)品科學(xué),2012,35(11):32-38

[8]朱紫杭,周煥寧,盧嘉明.化妝品微生物二次污染研究[J].海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2006,12(2):50-51

[9]鄭萍,陳西平.化妝品微生物污染情況調(diào)查[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2009,19(10):2405-2406

[10]韓偉,謝小玨,袁辰剛,等.進出口化妝品的衛(wèi)生狀況及微生物種群分析[J].香料香精化妝品,2013,(3):37-42

[11]Furuhata K,Edagawa A,Miyamoto H,et al.Porphyrobacter c olymbi sp.nov.isolated from swimming pool water in Tokyo,Japan[J]. Journal of General&Applied Microbiology,2013,59(3):245-250

【】【】

[12]Samiah HS Al-Mijalli.Isolation of human phtho genic bacteria from baby shampoo and their susceptibili ty to common antibiotics in Riyadh,Saudi Arabia.Interna tional Conference on Medical Sciences and Chemical E ngineering Penang:ICMSCE,2013.28-29

[13]方敏,于西全,鄭笈.醫(yī)院門診藥房現(xiàn)行藥品管理模式分析[J].中國藥業(yè),2012,21(19):48-49

[14]王超.高分子材料在藥品包裝中的應(yīng)用[J].天津化工,2011,25(4):10-12

[15]寧曉琴.塑料包裝行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J].塑料包裝,2014,24(3):1-4

[16]Panea B,Ripoll G,Gonza Lez J,et al.Effect of Nano-composite Packaging Containing Different Proporti ons of ZnO and Ag on Chicken Breast Meat Quality[J]. Journal of Food Engineering,2014,123(2):104-112

[17]李俠,薛濤,何力,等.磷酸鹽玻璃載銀抗菌PP復(fù)合材料的抗菌性能研究[J].塑料,2007,36(2):19-22

[18]Jiang Yunhong,O’neill AJ,Ding Y.Zinc oxide na noparticle-coated films:Fabrication,Characterization,and a ntibacterial properties[J].Journal of nanoparticle research, 2015,17(4):2993-2996

[19]郭韻恬.PE基納米包裝材料的研制及其性能研究[D].2015,大連工業(yè)大學(xué).

[20]李畢忠,李澤國,陽文,等.食品活性包裝用抗菌材料技術(shù)進展[J].2012,26(3):10-16

[21]仝其根.食品抗菌包裝前景看好[J].中國包裝工業(yè), 2015(Z1):27

[22]郭曉沛.食品包裝薄膜的研究進展[J].塑料科技,2 016,44(3):103-106

[23]李輝,楊璽,田然,等.納米抗菌材料在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望[J].云南化工,2016,43(6):33-37

[24]孫新,黃俊彥,吳雙嶺,等.納米復(fù)合包裝材料的研究與應(yīng)用進展[J].塑料科技,2012,40(12):100-103

[26]趙麗美,韓永生.現(xiàn)代化妝品包裝材料的發(fā)展[J].塑料包裝,2009,19(4):42-44

[26]韓斐.論藥品包裝材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國包裝工業(yè),2014(10):11

Antibacterial Plastics and Its Application in Packaging Industry

Peng Hongfang1Li Bizhong*1,2
（1.Changzhou ChamGo Nanomaterials Co.,Ltd;2.Beijing ChamGo Nano-Tech Co.,Ltd)

The technology of preparing antibacterial plastics and its packaging products was summarized.New research and development with antibacterial plastic films and containers and their applications in package of food,cosmetics and medicine were discussed.The prospect of antibacterial plastic packaging was forecasted.

antibacterial plastic packaging food cosmetic medicine