聚乳酸包裝材料的抗菌性分析

褚佳伊

摘 要：傳統(tǒng)食品包裝材料主要采用塑料、玻璃、陶瓷等，這類材料未含防腐抑菌成分，保質(zhì)效果的實現(xiàn)主要依賴于直接向食品內(nèi)添加防腐劑，但其添加過多會危害人體健康，抗菌食品包裝材料由此應(yīng)運而生?；诖?，本文制備了不同納米TiO2含量的聚乳酸包裝材料，分析了該類包裝材料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌性能，旨在為聚乳酸/納米TiO2包裝材料的應(yīng)用提供一定的理論數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：抗菌食品包裝材料;聚乳酸;抗菌性能

Antibacterial Analysis of Polylactic Acid Packaging Materials

CHU Jiayi

（Shanxi Inspection and Testing Center （Shanxi Institute of Standards and Measurement Technology）， Taiyuan 030032， China）

Abstract： Traditional food packaging materials are mainly plastic， glass， ceramics， etc. These materials do not contain antiseptic and bacteriostatic components. The realization of quality assurance mainly depends on the direct addition of antiseptic to food. However， excessive addition will harm human health. Therefore， antibacterial food packaging materials are applied. Based on this， polylactic acid packaging materials with different nano-TiO2 content were prepared in this paper， and the antibacterial properties of this kind of packaging materials against Escherichia coli and Staphylococcus aureus were analyzed， in order to provide some theoretical data support for the application of polylactic acid/nano-TiO2 packaging materials.

Keywords： antibacterial food packaging materials; polylactic acid; antibacterial properties

抗菌食品包裝材料是向包裝材料內(nèi)摻入抗菌劑，使其擁有抗菌活性。若食品包裝選擇抗菌包裝材料，包裝材料會緩慢釋放所含的抗菌成分，對微生物的滋生產(chǎn)生抑制作用。改用抗菌食品包裝方式，除了可使保質(zhì)期延長，同時可提升食品的安全性。本文主要分析聚乳酸包裝材料的抗菌性，具有十分重要的實踐意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

主要原料和試劑如表1所示。

1.2 儀器與設(shè)備

實驗所用主要儀器與設(shè)備如表2所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 聚乳酸（PLA）包裝材料及測試材料的制備

（1）選擇抗菌母料法[1]完成PLA包裝材料的制備?；诩{米TiO2的含量狀況，制成8種不同配方的包裝材料，在包裝材料總質(zhì)量中，納米TiO2的含量水平分別為0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%。

（2）制備PBS（磷酸鹽）緩沖液。分別稱量8.00 g?NaCl、0.20 g KCl、2.88 g Na2PO4·12H2O，0.2 g KH2PO4，皆移至潔凈燒杯內(nèi)，再添加800 mL去離子水，并進(jìn)行攪拌處理，使之徹底溶解，用HCl調(diào)節(jié)溶液pH值至7.4后加去離子水定容至1 L，完成PBS緩沖液的制備。分裝后115 ℃高壓滅菌15 min，冷卻后保存于4 ℃冰箱內(nèi)備用。

（3）制備LB營養(yǎng)肉湯。稱量LB營養(yǎng)肉湯粉25 g，移至潔凈燒杯內(nèi)，再添加1 L去離子水，攪拌，使之徹底溶解，完成LB營養(yǎng)肉湯的制備，分裝后121 ℃高壓滅菌15 min，冷卻后放入冰箱備用[2]。

（4）制備LB營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。稱取40 g LB營養(yǎng)瓊脂粉，再移至燒杯內(nèi)，接著加入去離子水1 L，經(jīng)由磁子攪拌和熱臺加熱處理，使其完全溶解，完成LB營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基的制備，分裝后121 ℃高壓滅菌15 min，備用，借助封口膜密封，最后移至冰箱內(nèi)，備用。

（5）活化與培養(yǎng)實驗用菌種。①準(zhǔn)備1個無菌離心管，向其中添加一定量的LB營養(yǎng)肉湯，先通過封口膜密封，再振蕩搖勻，移至恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)，振蕩1 d，如果離心管內(nèi)液體呈渾濁狀態(tài)，則表示已順利活化。②經(jīng)由接種環(huán)蘸取少許已活化菌懸液，并于LB培養(yǎng)基上劃線接種，之后放至生化培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)1 d，得到一代菌。③挑選生長狀態(tài)較好的一代菌，并借助接種環(huán)將選擇好的菌落刮取下來，移至離心管（內(nèi)含一定量LB營養(yǎng)肉湯）內(nèi)，封口，再振蕩培養(yǎng)1 d，接著經(jīng)由用所得菌懸液傳代，待進(jìn)行到第三代，得到實驗所需的菌懸液[3]。

1.3.2 抗菌性能測試

（1）貼膜法測試抗菌性能。常規(guī)檢驗方法不能實現(xiàn)樣品抗菌活性的鑒定工作，而貼膜法常被用于含抑菌成分供試品微生物限度檢查，并具有較好的準(zhǔn)確性和可信性。本試驗取稀釋好的菌液0.05 mL均勻滴在平皿中的試驗樣品和空白對照樣品上，分別用 無菌的半封閉薄膜過濾器進(jìn)行覆蓋（浙江寧海白石儀器廠），蓋好平皿蓋。將樣品置于（37±1）℃、相對濕度>90%的恒溫培養(yǎng)箱中。24 h后取出樣品加入20 mL洗脫液，反復(fù)吹打樣品和覆蓋膜表面，將菌充分洗脫于洗脫液中，對活菌量進(jìn)行測定，以此計算材料抗菌率[4]。待培養(yǎng)終止，將培養(yǎng)皿取出，拍照、統(tǒng)計菌落量。抗菌率計算公式為

式中，X為抗菌率，%;A為空白對照樣的菌落量均值，個;B為測試樣的菌落量均值，個。

（2）振蕩燒瓶法測試抗菌性能。振蕩燒瓶法的原理：增強細(xì)菌與試樣的接觸，通過培養(yǎng)基使得細(xì)菌快速繁殖從而明確菌落數(shù)值與空白樣品間的差值即可計算細(xì)菌減少率[5]。方法：將5種試驗樣品分別置于含有45 mL 0.03 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液的三角瓶中，并額外設(shè)置空白對照組。用定量菌懸液進(jìn)行接種，振蕩接觸5 min后，將1 mL菌懸液加入培養(yǎng)基平皿內(nèi)，在37 ℃的條件下恒溫培養(yǎng)24 h，對燒瓶內(nèi)振蕩前后菌懸液的濃度展開測定，并計算材料的抗菌率，考察材料的抗菌性能。待1 d培養(yǎng)結(jié)束，拍照并統(tǒng)計培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量，抗菌率計算公式為

式中，X為抗菌率，%;為測試樣品未振蕩時的菌類濃度均值，個;所示各振蕩后的菌類濃度均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 貼膜法測試抗菌性能

經(jīng)貼膜法測試抗菌性能，發(fā)現(xiàn)包裝材料樣品中無肉眼可見的菌落存在，可能是因為常規(guī)生化培養(yǎng)箱不能提供實驗所需的濕度條件，即RH（相對濕度）≥90%，細(xì)菌最終死亡無法長出，影響實驗結(jié)果，因此在以后的實驗中更換實驗方法進(jìn)行抗菌性能測試[6]。

2.2 振蕩燒瓶法測試抗菌性能

在對抗菌能力測定方面，貼膜法由于無法滿足所需濕度條件從而被淘汰，采用振蕩燒瓶法，向菌懸液內(nèi)放入樣品，振蕩、反應(yīng)，再向LB培養(yǎng)基上直接接種開始培養(yǎng)。實驗全程無需考慮RH問題，基于這一優(yōu)勢故改用振蕩燒瓶法，對PLA包裝材料的抗菌能力展開重新測定[7]。

2.2.1 聚乳酸包裝材料對大腸桿菌的抗菌效果

檢測不同納米TiO2含量的PLA/納米TiO2包裝材料抵抗大腸桿菌（E.coli）的效果，各個樣品所對應(yīng)的抗菌率如表3所示。由表3可知：①同空白對照組相比，純PLA的抗菌率為3.82%，可見PLA自身具有一定抗菌能力，但無明顯效果，作為抗菌包裝材料有所欠缺;②將納米TiO2添加至PLA內(nèi)，與僅PLA時的菌落量相比，培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量有明顯下降，同時隨著納米TiO2含量的上升，菌落量不斷下降;③若納米TiO2添加量各為0.3%、0.8%，在對E.coli的抗菌率方面分別升至54.19%、78.62%，同空白對照組、純PLA組的抗菌率相比，其差值遠(yuǎn)超26%，可明顯抑制E.coli;④若納米TiO2添加量為1.0%，其包裝材料可實現(xiàn)82.52%的抗菌率，與PLA（TiO2 0.8%）相比，只增加了3.90%，抗菌率升幅有所下降;⑤若納米TiO2添加量分別是3.0%、5.0%時，對于E.coli，包裝材料分別可實現(xiàn)84.67%、85.71%的抗菌率，可見納米TiO2添加量的上升已無法明顯提升抗菌能力。

2.2.2 聚乳酸包裝材料對金黃色葡萄球菌的抗菌效果

測定不同納米TiO2含量的PLA/TiO2包裝材料對金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌效果，詳見表4。從表4可知：①PLA包裝材料對S.aureus抗菌效果的變化趨勢類似于E.coli;②待將納米TiO2添加至PLA內(nèi)，同僅PLA時相比，培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量大幅下降，且隨著納米TiO2含量的上升，菌落量不斷下降;③在納米TiO2添加量為0.3%、0.8%時，對于S.aureus，此包裝材料分別表現(xiàn)出61.31%、80.00%的抗菌率，表示可明顯抑制S.aureus;④納米TiO2添加量為1.0%，顯示為84.97%的抗菌率，與添加量為0.8%時相比提高了4.97%，抗菌率升幅有所下降;⑤在納米TiO2添加量為3.0%、5.0%時，抗菌率分別為85.71%、87.59%，即納米TiO2添加量的上升已無法明顯提升抗菌能力。

3 結(jié)論

經(jīng)由試驗測試途徑分析了納米TiO2含量與包裝材料抗菌能力間的關(guān)系，總結(jié)出以下內(nèi)容。①經(jīng)由貼膜法對樣品抗菌能力展開測試時，只有RH在90%以上才可獲得比較理想的結(jié)果，但因缺乏相關(guān)實驗條件，故改用其他測試手段。②經(jīng)由對RH無嚴(yán)格要求的振蕩燒瓶法測定抗菌性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入納米TiO2添加量是0.3%時，對于E.coli、S.aureus，包裝材料分別可實現(xiàn)55.10%、60.20%的抑菌率，抗菌效果明顯;隨著納米TiO2添加量的上升，抗菌效果增強，但若添加量>1%，抗菌效果增幅下降。③包裝材料對S.aureus的抗菌效果較E.coli更具優(yōu)勢。

綜上所述，PLA能表現(xiàn)出良好的抗菌能力，同時此類原料具有取材廣泛、無毒安全、可再生等一系列優(yōu)點，因而在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)用聚乳酸，不僅能夠降低石油資源消耗量，還能避免食品包裝導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，滿足包裝材料環(huán)保、綠色要求，有助于食品包裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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