玉米淀粉-聚乙烯醇抗菌包裝薄膜的制備與性能研究

孟令偉，王洪江，劉 偉

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319）

抑菌包裝薄膜屬于功能性包裝薄膜的一種類型，與傳統(tǒng)的塑料包裝材料相比，具有較好的抑菌性，可直接作為食品的內(nèi)包裝，保質(zhì)、保鮮效果較好[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)抑菌包裝薄膜的研究較多，尤其注重制備工藝與性能的研究[2-4]。抑菌包裝薄膜的抑菌性突出，但也存在諸多不足之處，如機(jī)械強(qiáng)度偏低、阻水性差、耐腐蝕性差等。納他霉素（Natamycin）是一種高效、廣譜、安全的抗真菌生物食品防腐劑，可用于抑制食品中的霉菌、酵母菌生長(zhǎng)。納他霉素具有一定的耐熱性，對(duì)人體無(wú)害，因其溶解度很低，通常用于食品的表面防腐。由PVA 制得的薄膜具有無(wú)毒無(wú)味、透明度高、氣體阻隔性好、降解速度快和力學(xué)性能良好等特點(diǎn)[5]。試驗(yàn)以玉米淀粉、聚乙烯醇和甘油為原料，采用流延法制備可降解包裝薄膜。用噴涂的方式將納他霉素置于可降解包裝薄膜表面，對(duì)薄膜的透氣性、透濕性、力學(xué)性能和抑菌性進(jìn)行測(cè)定，研究抑菌劑的添加量對(duì)薄膜綜合性能的影響。

1 材料與方法

玉米淀粉，長(zhǎng)春大華淀粉有限公司提供；聚乙烯醇（PVA），鄭州市三福生物科技有限公司提供；甘油（丙三醇）分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司提供；黑曲霉菌（Aspergillus niger）、青霉菌（Penicillium）、酵母菌（Yeast），黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院提供；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA），北京奧博星生物技術(shù)有限公司提供。

JJ-1型精密電動(dòng)攪拌儀，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司產(chǎn)品；101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；螺旋測(cè)微器，長(zhǎng)春市小型儀器制造有限公司產(chǎn)品；TSY-T1L型透濕性測(cè)試儀、ZLD型電子拉力試驗(yàn)機(jī)、BTY-B1型薄膜透氣測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電有限公司產(chǎn)品；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫(yī)療器械廠產(chǎn)品；DRP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；FA25型乳化均質(zhì)機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

將6.5 g玉米淀粉，6 g聚乙烯醇，4 mL甘油混合，用蒸餾水定容至100 mL，于80 ℃水浴條件下充分?jǐn)嚢?0 min，玻璃板流延，于80 ℃下恒溫烘干3 h，室溫冷卻24 h后揭膜。

配制不同質(zhì)量濃度的納他霉素溶液（0.10，0.15，0.20，0.25，0.30） g/mL，組號(hào)分別為A，B，C，D，E，按10 mL/m2的計(jì)量均勻噴涂于薄膜的表面，于30 ℃恒溫干燥0.5 h，室溫保存?zhèn)溆谩Ｎ磭娡考{他霉素溶液的薄膜為對(duì)照組。

1.3.1 拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率

取100 mm×15 mm試樣，按GB10739對(duì)試樣進(jìn)行溫濕度預(yù)處理，用智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。

1.3.2 透氣性

取100 mm×100 mm的試樣，按GB10739對(duì)試樣進(jìn)行溫濕度預(yù)處理，用薄膜透氣測(cè)試儀測(cè)定。

1.3.3 透濕性

取100 mm×100 mm的試樣，按GB10739對(duì)試樣進(jìn)行溫濕度預(yù)處理，用透濕性測(cè)試儀測(cè)定。

1.3.4 抑菌性能

將1 mL菌落總數(shù)為1×105CFU/mL的黑曲霉菌用無(wú)菌玻璃棒均勻涂于馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基上，當(dāng)菌液完全擴(kuò)散后，用滅菌后的打孔器切下直徑為1.5 cm的薄膜放于培養(yǎng)基的中心位置（整個(gè)過(guò)程在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行）。其他菌種操作與黑曲霉菌相同。將培養(yǎng)皿倒置培養(yǎng)于37 ℃條件下恒溫培養(yǎng)24 h后，觀察膜表面菌體生長(zhǎng)現(xiàn)象及抑菌圈的直徑。

2 結(jié)果與討論

薄膜的機(jī)械性能隨納他霉素質(zhì)量濃度變化見(jiàn)表1。

由表1可知，隨著納他霉素溶液質(zhì)量濃度的逐漸增大，薄膜的拉伸強(qiáng)度也在逐漸的增大。相對(duì)于對(duì)照組，A組薄膜的拉伸強(qiáng)度變化不顯著（p＞0.05），B，C，D，E組的拉伸強(qiáng)度則顯著增大（p＜0.05），而各組薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率則無(wú)顯著變化（p＞0.05）。抗拉強(qiáng)度主要受膜體分子間氫鍵強(qiáng)弱的影響。納他霉素溶液均勻滲透至薄膜內(nèi)部，增強(qiáng)了玉米淀粉與PVA分子間的氫鍵作用力。

表1 薄膜的機(jī)械性能隨納他霉素質(zhì)量濃度變化

透氣系數(shù)和透濕量隨納他霉素質(zhì)量濃度變化見(jiàn)表2。

表2 透氣系數(shù)和透濕量隨納他霉素質(zhì)量濃度變化

由表2可知，隨著納他霉素質(zhì)量濃度的升高，薄膜對(duì)O2和CO2的透氣系數(shù)逐漸增大，即薄膜對(duì)氣體的阻隔性能逐漸下降，質(zhì)量濃度在0～0.20 g/mL時(shí)，透氣系數(shù)無(wú)顯著差異（p＞0.05）；在0.20～0.30 g/mL時(shí)，透O2系數(shù)顯著上升（p＜0.05）。噴涂不同質(zhì)量濃度的納他霉素溶液對(duì)薄膜的透濕性能無(wú)顯著影響（p＞0.05）。納塔霉素均勻滲透入薄膜內(nèi)，干擾了分子間固有的氫鍵作用力，導(dǎo)致氣體容易進(jìn)入和通過(guò)薄膜。而水分子體積較大，故薄膜對(duì)水蒸氣的阻隔性無(wú)明顯變化。

抑菌包裝薄膜對(duì)黑曲霉菌的抑菌效果見(jiàn)圖1，抑菌包裝薄膜對(duì)青霉菌的抑菌效果見(jiàn)圖2，抑菌包裝薄膜對(duì)酵母菌的抑菌效果見(jiàn)圖3，抑菌圈直徑隨納他霉素質(zhì)量濃度變化見(jiàn)圖4。

圖1 抑菌包裝薄膜對(duì)黑曲霉菌的抑菌效果

由圖1 ～圖3可知，對(duì)照組中，平皿和薄膜被黑曲霉菌完全覆蓋。當(dāng)質(zhì)量濃度為0.10 g/mL時(shí)，薄膜邊緣有少量菌絲存在；當(dāng)添加的質(zhì)量濃度為0.20 g/mL時(shí)，薄膜表面及邊緣較小范圍內(nèi)無(wú)菌絲生長(zhǎng)；當(dāng)添加質(zhì)量濃度為0.30 g/mL時(shí)，薄膜完全無(wú)菌絲生長(zhǎng)，且薄膜邊緣的菌絲也未見(jiàn)長(zhǎng)出。

圖2 抑菌包裝薄膜對(duì)青霉菌的抑菌效果

圖3 抑菌包裝薄膜對(duì)酵母菌的抑菌效果

圖4 抑菌圈直徑隨納他霉素質(zhì)量濃度變化

由圖4可知，抑菌薄膜對(duì)3個(gè)菌種的抑菌環(huán)直徑隨納他霉素質(zhì)量濃度的升高而逐漸增大。當(dāng)納他霉素溶液質(zhì)量濃度由0.20 g/mL增加至0.30 g/mL時(shí)，薄膜周圍的抑菌環(huán)越來(lái)越大，此時(shí)黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌對(duì)應(yīng)的最大抑菌環(huán)直徑分別為31.17，28.50，23.17 mm。顯然，質(zhì)量濃度為0.30 g/mL的納他霉素對(duì)應(yīng)的包裝薄膜具有更好的抑制效果。

3 結(jié)論

納他霉素能夠顯著提升玉米淀粉-聚乙烯醇包裝薄膜的抑菌性能，但對(duì)薄膜的機(jī)械性能和透氣性能也有顯著影響。隨納他霉素質(zhì)量濃度的增大，薄膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增大，而透氣性能則逐漸下降，質(zhì)量濃度較高的納他霉素溶液能夠使薄膜對(duì)黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌的抑菌能力顯著增強(qiáng)。在配比為玉米淀粉6.5%（W/V），PVA 5.5%（W/V），甘油4%（V/V） 的包裝薄膜上噴涂質(zhì)量濃度為0.30 g/mL的納他霉素溶液所得的抑菌包裝薄膜的機(jī)械性能和抑菌性能最佳，但阻隔性能下降明顯。