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发布时间:2021-09-09 20:11:59 阅读: 来源:复合硅酸盐板厂家

软包装行业中的抗菌技术及其应用进展

联合国世界卫生组织(WHO)提出,21世纪全球的主题是“健康与环境”,每个人的生命与健康,60%是掌握在自己手中。也就是说,除去遗传学等方面无法改变的因素外,个体所处的环境对生命与健康起着重要的作用。

细菌、病毒等致病性微生物是人类健康的主要杀手之一。据美国《WHO》杂志1996年统计,全世界1995年因细菌传染引起的死亡为1700万人,具体关于医用装备上的检测约占死亡人口1/3。1997年0-157大肠杆菌在日本流行,2000年日本、韩国、蒙古等国家纷纷闹起口蹄疫和2003我国“非典”的传播,这一系列事件都引起了全球性的恐慌。因此,近年来如何控制和消灭病菌及病毒传播引起的传染病(如:疟疾、霍乱、结核、肝炎、肺炎等)己被提上日程。由于抗菌制品能从根本上杜绝人与人、人与物、物与物之间的细菌交叉感染,所以在全世界受到了普遍欢迎。在日本以及欧美发达国家,抗菌材料己广泛应用于蔬菜、水果、乳制品、化妆品、医药等方面的包装。 勿忘国耻

广义“抗菌”的概念非常广泛,包括杀菌、抑菌、消毒和防菌等多种含义。抗菌的对象是原生生物界的细菌类、放线菌类、菌类及病毒。其目标微生物主要是致病细菌。抗菌材料则是指经过抗菌处理的,具有抗菌功能的材料。抗菌性能是通过添加抗菌剂来实现的。在实际应用中,一般并不要求抗菌材料能迅速杀灭有害微生物,而是侧重于在长期的使用过程中抑制它们的生长和繁殖,以达到保护环境的目的。

随着世界科技和经济的不断发展,人们对自身健康和环境保护越来越重视,因此对产品(日用品、食品、工业品)的包装也有了更高的要求,高性能、功能化塑料包装材料成为许多国家的开发热点,这类材料包括高阻隔性、多功能保鲜性、选择透过性、耐热性、无菌(抗菌)性以及防锈、除臭、形状记忆、能再封、易开封性等塑料包装材料,现今以抗菌性包装材料发展最为迅速,将成为21世纪初发展的重点。

目前,制备抗菌包装材料的方法有复合法、分子组装法、接枝法、表面喷涂法等。其中以复合法最为简单有效,因此被广泛应用于各种抗菌制品的研究和生产。近年来,分子组装抗菌技术也取得了较大进展,并开始投入实际应用。本文以抗菌技术和抗菌剂的分类来侧重介绍食品抗菌包装材料的技术及应用的发展现状。

1. 复合法

复合法是将抗菌剂或防腐剂掺入高分子材料中进行共混,抗菌剂或防腐剂均匀分布在材料中,通过缓慢释放抗菌或防腐成分到材料的表面,限制或防止微生物生长,使材料具备长期抗菌能力。这些材料可用于塑料液体薄膜、保鲜薄膜、纸塑复合材料等包装材料领域。由于加入的抑菌或防腐成分浓度很低,所以一般不会对人体健康产生影响。

1.1 天然抗菌剂

天然抗菌剂是利用各种天然物质特有的抗菌性能制造和使用的抗菌剂。古人都知道:许多酸性和碱性物质、香辣料、芥末、姜花、蓖麻油、椿树油、食用油等油脂、孟棕竹、山葵等植物,都对食品具有防腐保鲜功能。直至今日,人们仍大量使用天然抗菌剂保存食物、衣物及日用品,防止细菌、霉菌等危害。

天然抗菌剂品种繁多,灭菌原理也不尽相同。如酸碱性物质是通过破坏微生物的细胞壁、细胞膜,进而使细胞蛋白质凝固,实现灭菌;醇类是使细胞蛋白质变性,干扰细胞代谢,完成灭菌的;而壳聚糖的灭菌原理是本身含有氨基酸,属阳离子,而微生物细胞壁是由酸和磷脂阴离子等组成的,两者结合后,阻碍微生物的发育和繁殖。

天然抗菌剂的优点是它是从天然食物、植物中提取或直接使用的非化学制品,对人畜和环境一般不产生污染,因而受到青睐。但其抗菌功能有限,无长效广谱抗菌性,而且使用后会使食品、用品产生异味或变色,应用范围受到限制。

在食品包装材料中应用的天然抗菌剂主要有壳聚糖、鱼精蛋白、桂皮油和罗汉柏油等,大都是从动植物中提炼精制的,具有耐候性优良、毒性低、使用安全等优点,但其耐热性较差,药效持续时间短。其中以壳聚糖研究的较多,特别是在食品工业中的应用特别受到人们的关注[1]。

制造食品容器的Ginpopakku公司与Fudokarucha食品添加剂开发公司,共同开发了具有抗菌和防酸效果,并且食品鲜度保持期比原包装材料提高4倍的新包装材料,该材料采用天然盐中的提取物作为抗菌成分与塑料融合制成[2]。此外,日本还从山芋菜中提取精油由于抗菌保鲜包装薄膜材料。

近年来,包装材料造成的环境污染问题己为人们所关注,因此,对它的研究趋向于可食性涂料或膜材料。可食性涂料和膜具有很多优点:如生物降解性、可食性、好看的外观、阻隔氧及物理压力等。此外,它们也可作为可食性防腐剂的载体。Padgeu T等人将溶菌酶和乳链球菌素分别混入玉米蛋白或大豆蛋白中制成可食性包装膜,发现均能很好地抑制革兰氏阳性菌Lactobacillus plantarum(NCDO1752),添加 EDTA后,这些膜抑制革兰氏阴性菌li的效果增加[3]。

可食性抗菌膜是以天然可食性物质(如蛋白质、多糖、纤维素基衍生物,掺混少量的食品添加剂如乳化剂、塑化剂、抗氧化剂、食品色素、香料及抑菌剂等)为原料,通过不同分子间相互作用形成的具有多孔络结构的薄膜。可食性包装膜的实用性能与合成塑料包装膜一样,更有合成塑料无法比拟的优越性。它具有明GB 9685⑵016《食品安全国家标准 食品接触材料及制品中添加剂的使用标准》不但规定了添加剂使用的原则性要求显的阻水性,可延缓食品中水和油及其它成分的迁移和扩散;具有可选择的透气性和抗渗透能力,可阻止食品中风味物质的挥发;具有较好的物理机械性能,可提高食品表面机械强度,使其易于加工处理;可以作为食品色、香、味、营养强化和抗氧化物质、抗菌物质等的载体;可与被包装食品一起食用,对食品和环境无污染,如表1所示。因而在食品工业方面具有广阔的应用前景[4]。

表1. 一些可食性抗菌膜

可食性膜 食品 功能

CMC 硬奶酪,硬腊肠 抑制霉菌

海藻酸盐 肉制品 抑制微生物生长

明胶 肉制品 防腐剂载体

果胶 食品 杀菌剂、抗氧化剂载体

卡拉胶 中等湿度奶酪 减少表面微生物生长

1.2 有机抗菌剂

目前,有机抗菌剂仍是世界抗菌剂的主流产品,尤其在欧美国家。有机抗菌剂的种类很多,有胺类、季铵盐类化合物、酚类、吡啶类、咪唑类、腈类、醇类、羧酸类等。

有机抗菌剂的灭菌原理不尽相同,有的是阻碍微生物细胞的能量代谢,有的是阻碍微生物细胞的蛋白质合成(DNA合成),有的阻碍微生物细胞壁的合成等。如季铵盐类有机抗菌剂就是由于季铵盐中的氮原子产生出阳离子,吸附细胞膜表层的电子后,致使细胞膜表层的电荷处于不稳定状态,影响细胞膜的酶的代谢功能,直至破坏细胞膜,露出细胞质,使细胞死亡。

有机抗菌剂的优点是灭菌速度快,能有效杀抑细菌或霉菌,且能在材料中均匀分散,技术成熟,价格相对比较便宜。但它的化学稳定性差、不耐热、易分解、易溶出或挥发和变色,难以实现长效抗菌性。

近年来报道的食品包装中的有机抗菌剂包括:有机酸及其盐,(如山梨酸盐、丙酸盐、苯甲酸盐);抗菌素(如乳链球菌肽),酶(如溶菌酶),金属和杀真菌剂(如抑霉唑)。含抑霉唑的LDPE膜可作为胡椒和cheddar奶酪的包装材料。含抑霉唑的离子交联聚合物膜具有抗菌性能,能控制奶酪和胡椒的微生物污染。表2列出了常见的抗菌抗菌食品包装及应用。

表2. 抗菌食品包装的应用

抗菌剂 包装材料 食品

山梨醇钾 LLDPE 奶酪

淀粉/甘油 鸡脯

山梨酸钙 CMC/纸 面包

丙酸 壳聚糖 水

乙酸 壳聚糖 水

苯甲酸酐 PE 鱼片

抑霉唑 LLDPE 奶酪

葡萄糖氧化酶 海藻酸盐 鱼

抗菌剂的应用也受到许多条件的限制,如许多的抗菌物质不允许在食品中应用,抗菌物质与包装材料的相容性和其在材料挤压过程中的耐热性等因素都影响其在包装中的应用。如山梨酸可应用于天然奶酪的蜡层、包装纸上的湿蜡层以及中等湿度食品表面的可溶性蛋白膜中。研究发现山梨酸在这些包装材料中的释放不能精确控制。含有1%山梨酸的LLDPE可抑制酵母的生长。抑霉唑可以作为塑料膜中的抗菌活性物质来抑制霉菌的生长。

含有抗菌剂的包装存在着抗菌剂向食品扩散的问题。抗菌剂的安全性也是限制性的因素。一些研究表明,通过化学修饰将一些功能性基团引入并使其固定在聚合物膜的表面,可避免抗菌物质扩散到食品上,提高了食品的安全性。如用电子辐射修饰聚合物,使其产生具有抗菌作用的胺基。UV激态原子激光在空气中193nm下辐照尼龙膜,能将聚合物的酰胺基转化为具有抗菌作用的胺基,激光的波长影响膜获得的抗菌性能。在这种处理的膜上对肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)进行抗菌实验,1h内抗菌率达到99.99%[5]。

1.3无机抗菌剂

无机抗菌剂是上个世纪八十年代中期才开发成功的新型抗菌剂,它代表了抗菌剂的发展方向,有巨大的开发应用潜力和良好的发展前途。在短短的十几年的时间里,无机抗菌剂的发展经过了几个阶段:直接添加抗菌金属、使用光触媒型无机抗菌剂、接触型无机抗菌剂、溶出型无机抗菌剂等。

无机抗菌剂主要依赖金属离子的抗菌活性。这些抗菌离子是银、铜、锌和钛等,它们以离子的状态存在,通过离子交换或直接合成,以制剂的形式与无机质多孔性材料载体结合。由于银或铜等金属离子有着与细菌或霉菌的活性酶中心强有力的结合能力,而具有抗菌作用。在古代人们就知道,为了防止水和食物的腐败以及能够安全地饮用和食用,而采用银和铜为材料制成的容器。此类抗菌剂的特点是长效广谱抗菌、抗菌制品理化性能稳Nb5.19定,广泛应用于皮革、塑料、木材、涂料等,用于食品方面的要求符合食品添加剂的标准,以达到高标准安全性的要求。

无机抗菌剂应用非常广泛,几乎可以和任何高分子材料熔融共混制备抗菌材料,产品可以遍及人们生活中的各个方面,特别是在包装材料中的应用。近年来随着人们对抗菌性包装材料需求量的增大,采用无机抗菌剂制备高质量的抗菌包装材料是现今研究的重点,并

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