抗菌材料在食品包裝中的研究進(jìn)展

束浩淵，潘磊慶，屠康，*，趙葵兒，蔣星儀，陳繼昆，梅為云

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京210095；2.云南省綠色食品發(fā)展中心，云南昆明650034；3.石林綠汀甜柿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司，云南石林652200）

抗菌材料在食品包裝中的研究進(jìn)展

束浩淵1，潘磊慶1，屠康1，*，趙葵兒1，蔣星儀1，陳繼昆2，梅為云3

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京210095；2.云南省綠色食品發(fā)展中心，云南昆明650034；3.石林綠汀甜柿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司，云南石林652200）

食品抗菌包裝可以有效抑制被包裝食品所處環(huán)境中微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)食品的貨架期，保證食品品質(zhì)，在食品領(lǐng)域的地位越發(fā)重要。本文闡述了抗菌材料作用機(jī)理，介紹了常用的有機(jī)抗菌劑、無(wú)機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑，并對(duì)食品抗菌包裝的5種實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了比較。對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來(lái)抗菌材料的研究進(jìn)展，特別是對(duì)天然抗菌劑的應(yīng)用做了詳細(xì)說(shuō)明。最后，結(jié)合目前抗菌包裝膜和抗菌紙的生產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)食品抗菌包裝的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和研究重點(diǎn)進(jìn)行展望。

抗菌材料；食品；包裝；貨架期；抗菌劑

食品中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，在較適宜的溫度和濕度條件下，微生物可大量生長(zhǎng)繁殖。而良好的食品包裝可以保障食品品質(zhì)，防止食品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯藏、銷售等過(guò)程中受到微生物或其他物質(zhì)污染，減少食品氧化等反應(yīng)發(fā)生率，延長(zhǎng)貨架期。同時(shí)也起到了裝飾宣傳、美化外觀以及增值等作用［1-2］。

近年來(lái)，食品包裝新材料和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與日俱增，人們對(duì)食品包裝的要求也隨之提高［3］。消費(fèi)者普遍希望購(gòu)買到口感良好、品質(zhì)安全且不含防腐劑的食品，因此，抗菌包裝材料的作用顯得尤為重要。一方面，抗菌材料可以保障食品品質(zhì)，減少微生物污染；另一方面則可以有效減少食品中防腐劑的添加，滿足消費(fèi)者的購(gòu)買需求［4］。

1　抗菌材料及抗菌劑作用機(jī)理

抗菌材料是指在包裝材料內(nèi)部或表面添加抗菌劑，使材料自身具有抑制、延緩食品表面微生物生長(zhǎng)繁殖作用的新型材料，如抗菌塑料、抗菌膜、抗菌紙等。它具有衛(wèi)生自潔功能，并能有效地防止細(xì)菌交叉感染，因其抗菌周期與包裝在使用期間同步，因此在食品包裝行業(yè)中具有廣泛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景［5-6］。

包裝材料的抗菌功能目前主要是通過(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)的：1）直接抗菌，包裝材料中的抗菌劑與食品直接接觸，實(shí)現(xiàn)抗菌目的；2）間接抗菌，在包裝材料中添加可以改變包裝內(nèi)微環(huán)境的物質(zhì)，或者利用載體的選擇透過(guò)性等特殊性能來(lái)抑制微生物的發(fā)育繁殖［7］。

抗菌劑是抗菌材料的核心物質(zhì)，它可以抑制食品中存在的特定微生物的生長(zhǎng)繁殖。食品包裝中添加的抗菌劑應(yīng)與包裝基材具有良好的相容性，同時(shí)不可使用具有毒副作用、刺激性大、異味較大以及會(huì)明顯影響食品品質(zhì)的抗菌劑［8］。抗菌劑種類很多，常見(jiàn)抗菌劑可分為如下3種。

1.1無(wú)機(jī)抗菌劑

無(wú)機(jī)抗菌劑是利用諸如Cu、Ag、Ti等金屬、金屬離子或金屬氧化物的抗菌性能所制成的抗菌劑，通?？梢苑譃楣獯呋团c溶出型兩大類。

光催化型抗菌劑是指由光照射（主要為UV照射）和催化劑引發(fā)，并促進(jìn)光催化反應(yīng)的抗菌劑，催化劑多為N型半導(dǎo)體材料（如TiO2、ZnO、ZrO2等）。在一定條件下，光催化型抗菌劑經(jīng)光照可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并由此起到殺菌抑菌的作用［9］。TiO2是目前最常見(jiàn)的光催化型抗菌劑，特別是銳鈦型TiO2，具有安全性高等優(yōu)點(diǎn)［10］。

溶出型抗菌劑是通過(guò)離子交換或物理吸附等方法將Cu、Ag、Ti等金屬或金屬離子添加到無(wú)機(jī)載體上而制得，可用沸石、活性炭、硅膠、磷酸鋯鹽和磷酸鈦鹽等作為其主要載體?？咕鷻C(jī)理分為含金屬氧化物抗菌劑的活性氧抗菌和含金屬離子抗菌劑的接觸反應(yīng)抗菌?；钚匝蹩咕硎且苑植荚诨谋砻娴奈⒘拷饘僭刈鳛榛钚灾行?，通過(guò)吸收環(huán)境中的能量來(lái)激活材料表面的水或空氣中的氧產(chǎn)生活性氧自由基和羥自由基，同時(shí)與溶出金屬離子殺菌和堿性抗菌另外兩種機(jī)制協(xié)同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)抗菌目的［11］。

接觸反應(yīng)抗菌的原理則與之不同。由于微動(dòng)力效應(yīng)，金屬離子在接觸微生物時(shí)會(huì)滲透其細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部與蛋白質(zhì)結(jié)合使之變性，進(jìn)而使微生物代謝紊亂并產(chǎn)生功能障礙，從而抑制其生長(zhǎng)和繁殖，發(fā)揮抗菌作用。微生物死亡后，其體內(nèi)的金屬離子便會(huì)溶出，可以發(fā)揮長(zhǎng)期殺菌作用［12］。金屬離子抗菌活性從強(qiáng)到弱的順序依次為：Ag、Hg、Cu、Cd、Cr、Ni、Pb、Co、Zn和Fe。由于Cr、Pb、Hg等的毒性較大，所以目前只有Ag、Cu、Zn等被主要用作金屬殺菌材料［13］。

與其他類型的抗菌劑相比，無(wú)機(jī)抗菌劑的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好、抗菌廣譜、抗菌持久性和安全性較高、毒性低、不產(chǎn)生耐藥性，缺點(diǎn)是制造困難，工藝復(fù)雜，且不同的金屬在應(yīng)用中也有限制性，如銅系抗菌劑顏色較深，銀系抗菌劑易氧化變色且價(jià)格昂貴，鋅及其他金屬抗菌效果則相對(duì)較差［5］。

1.2有機(jī)抗菌劑

有機(jī)抗菌劑較無(wú)機(jī)抗菌劑有著更長(zhǎng)久的應(yīng)用歷史。目前，合成的有機(jī)抗菌劑已有500多種，但其中只有幾十種較為常用。常用的有機(jī)抗菌劑種類有：醇類、酚類、季胺鹽類、鹵化物類、噻吩類、雙胍類、二苯醚類、吡啶類、咪唑類、有機(jī)金屬和有機(jī)氮類化合物等。有機(jī)抗菌劑可以逐漸與微生物細(xì)胞膜表面陰離子結(jié)合并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，使蛋白質(zhì)變性并阻礙細(xì)胞膜的合成，微生物的正常代謝繁殖便因此受阻［14］。

有機(jī)抗菌劑的優(yōu)點(diǎn)較為突出，例如來(lái)源范圍廣、殺菌速率快、加工較便捷、顏色穩(wěn)定性好等，同時(shí)，有機(jī)抗菌劑生產(chǎn)成本較低，在生產(chǎn)添加過(guò)程中的可操作性較好，并具有一定的特異性。缺點(diǎn)是耐熱性較差，易在溶劑環(huán)境中析出，同時(shí)易揮發(fā)分解并生成有毒產(chǎn)物，而且在長(zhǎng)時(shí)間使用后也容易產(chǎn)生耐藥性［15］?；诖?，通過(guò)有機(jī)-無(wú)機(jī)抗菌劑連用而生產(chǎn)的抗菌材料開(kāi)始逐漸進(jìn)入人們的視野，其同時(shí)具有有機(jī)抗菌劑的高效、持續(xù)特點(diǎn)及無(wú)機(jī)抗菌劑的安全、耐熱性能［16］，同時(shí)發(fā)揮了兩者的長(zhǎng)處，并規(guī)避了各自缺點(diǎn)。

1.3天然抗菌劑

在歷史上，天然抗菌劑是最早使用的抗菌劑［15］，雖然天然抗菌劑大多是有機(jī)物，但其與有機(jī)抗菌劑具有顯著差異。天然抗菌劑主要是從動(dòng)、植物體內(nèi)提取或經(jīng)由微生物合成而制得，優(yōu)點(diǎn)十分突出：抗菌范圍廣且安全性高，無(wú)毒、無(wú)害、環(huán)保，具有良好的生物相容性，資源豐富；缺點(diǎn)是耐熱性能較差，藥效期較短且生產(chǎn)條件及設(shè)備受制約［16-17］。天然抗菌劑主要有包括殼聚糖、細(xì)菌素、溶菌酶、植物精油及其提取物等。

1.3.1殼聚糖

目前，對(duì)殼聚糖的抗菌機(jī)理有2種觀點(diǎn)。一是以帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜為作用靶的抗菌機(jī)理：Young等［18］認(rèn)為，帶有氨基正離子的殼聚糖可以吸附在大部分帶有負(fù)電荷的微生物的表面，形成一層高分子膜，阻礙了細(xì)胞正常代謝所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，同時(shí)，也可能是改變了細(xì)胞膜的選擇通透性，導(dǎo)致了質(zhì)壁分離現(xiàn)象，使細(xì)胞質(zhì)流失從而起到抗菌作用。另一種觀點(diǎn)是以DNA為作用靶的抗菌機(jī)理：Muzzarelli等［19］認(rèn)為，殼聚糖進(jìn)入細(xì)胞后，可與帶負(fù)電荷的細(xì)胞質(zhì)產(chǎn)生絮凝作用，并與DNA反應(yīng)形成穩(wěn)定的復(fù)合物，擾亂了DNA聚合酶或RNA的合成，從而起到抗菌作用。

1.3.2細(xì)菌素

細(xì)菌素是細(xì)菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一種多肽、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物，具有抑菌活性。其優(yōu)點(diǎn)為高效、無(wú)毒、耐高溫、無(wú)殘留和無(wú)抗藥性。常見(jiàn)細(xì)菌素主要有：乳酸鏈球菌素（Nisin，也稱尼生素）、乳酸片球菌素（Pediocin）、乳鏈球菌素（Lacticin）、丙酸桿菌素（Propionicin）和腸道菌素（Enterocin），均具有較強(qiáng)的廣譜殺菌性。在眾多的細(xì)菌素中，Nisin有著較長(zhǎng)的安全應(yīng)用歷史，并且對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抑制作用較為顯著，因而成為了目前商業(yè)應(yīng)用中最主要的細(xì)菌素［20］。許多研究證實(shí)，Nisin能夠抑制鼠傷寒沙門氏菌（S. typhimurium）［21］、單增李斯特菌（L. monocytogenes）、金黃色葡萄球菌（S. aureus）［22］和熱殺索氏菌（B. thermosph）［23］。大量實(shí)驗(yàn)表明Nisin與不同的物質(zhì)混合后具有不同抗菌作用，例如Nisin和Lacticin在聚酰胺/低密度聚乙烯（low density polyethylene，LDPE）中抑制L. monocytogenes［24］和黃色微球菌（M. flavus）［25］，此外，Nisin還可以與Pediocin［26］、月桂酸［27］、檸檬酸［21］等混用起到殺菌作用。

1.3.3溶菌酶

溶菌酶是一種堿性水解酶，它可以水解細(xì)胞壁主要成分之一的黏多糖，其作用機(jī)理主要是通過(guò)切斷位于細(xì)胞壁中的β-1，4糖苷鍵，破壞細(xì)胞壁的基本骨架結(jié)構(gòu)，從而使細(xì)胞壁中的不溶性多糖分解成可溶性糖肽，細(xì)胞結(jié)構(gòu)因此失去支撐，其內(nèi)容物在內(nèi)部滲透壓的作用下逸出而最終達(dá)到溶菌目的［28］。溶菌酶可以直接水解革蘭氏陽(yáng)性菌，但對(duì)革蘭氏陰性菌和真菌的抗菌效果相對(duì)較弱［29］。

1.3.4植物精油

植物精油屬于植物體內(nèi)的次生代謝物質(zhì)，由芳香族、脂肪族、萜烯類和少量的含氮、含硫化合物組成，是一類能隨水蒸氣蒸餾，可在常溫下?lián)]發(fā)且具有一定芳香氣味的油狀物質(zhì)總稱［30-32］。人們對(duì)于植物精油抗菌機(jī)理的研究尚不夠深入，目前主要認(rèn)為植物精油通過(guò)損傷微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞器的質(zhì)膜，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物逸出或細(xì)胞內(nèi)外離子濃度變化，從而起到抗菌作用［33］。Knoblonch等［34］發(fā)現(xiàn)植物精油可損傷真菌的細(xì)胞膜，抑制其呼吸作用等正常代謝功能；Bard等［35］證實(shí)了香葉醇可以擾亂細(xì)胞膜的選擇通透性和流動(dòng)性，導(dǎo)致K+大量滲透，還能降低細(xì)胞膜脂質(zhì)層的相變溫度，而檸檬醛可與一些酶通過(guò)其不飽和鍵結(jié)合，使微生物代謝紊亂；Cox等［36］實(shí)驗(yàn)證明茶樹(shù)精油可以改變細(xì)胞膜的通透性，提高K+的滲透性，使細(xì)胞膜化學(xué)滲透控制功能喪失，同時(shí)抑制呼吸作用從而導(dǎo)致微生物死亡；Carson等［37］的研究也認(rèn)為茶樹(shù)精油是通過(guò)損傷細(xì)胞膜來(lái)達(dá)到抑菌作用的。

2　食品抗菌包裝的實(shí)現(xiàn)方式

目前，食品抗菌包裝的實(shí)現(xiàn)方式主要可分為5種類型。

2.1揮發(fā)型的抗菌包裝

目前，最成功的商業(yè)化應(yīng)用是在包裝中添加含有揮發(fā)性抗菌物質(zhì)的小袋，如香囊、襯墊等。常見(jiàn)的主要有濕氣吸收劑、氧氣吸收劑和乙醇發(fā)生器（乙醇?xì)忉尫艅?種類型［38］。濕氣吸收劑和氧氣吸收劑最初應(yīng)用于方便面、焙烤產(chǎn)品和肉類的包裝中，以減少氧化和水分的聚集。濕氣吸收劑可以降低環(huán)境中的水分活度，從而抑制微生物的正常代謝；而氧氣吸收劑雖然本身并不具備抗菌作用，但它能夠通過(guò)減少包裝環(huán)境中的氧氣來(lái)抑制需氧菌，尤其是霉菌的生長(zhǎng)［39］；乙醇發(fā)生器在載體中或在包裝袋中通常以膠囊的形式存在，它通過(guò)釋放乙醇來(lái)抑制細(xì)菌生長(zhǎng)［40］。目前，乙醇發(fā)生器主要應(yīng)用于延緩焙烤產(chǎn)品和海鮮干貨產(chǎn)品中霉菌的生長(zhǎng)，如日本市場(chǎng)上出現(xiàn)的Fretek（乙醇和乙酸浸泡的聚烯烴膜）和Ethicap（二氧化硅微膠囊化乙醇），它們通過(guò)使細(xì)菌蛋白質(zhì)變性，擾亂正常代謝功能而實(shí)現(xiàn)抗菌。此外，還有ClO2、SO2、CO2和異硫氰酸烯丙酯揮發(fā)性抗菌體系，理論上，它們可以滲入食物而不必直接接觸食品，其釋放反應(yīng)與所處環(huán)境的溫濕度密切相關(guān)。例如，澳大利亞CSIRO開(kāi)發(fā)的能逐步釋放SO2的偏重亞硫酸鈉墊片材料，可用于葡萄的保鮮。然而SO2的過(guò)度釋放會(huì)產(chǎn)生漂白作用；同時(shí)，食品吸收SO2后可能帶來(lái)安全隱患。此外，當(dāng)異硫氰酸烯丙酯存在時(shí)，如何除臭和控制氣體釋放速率，是該釋放技術(shù)的關(guān)鍵所在［41-43］。

2.2直接添加抗菌劑的包裝材料

目前，在食品包裝材料中直接添加抗菌劑以及多種抗菌劑協(xié)同作用抑菌的研究逐漸增多。這類包裝材料是通過(guò)溶解或熔融的方法添加抗菌劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制微生物生長(zhǎng)繁殖的目的［40］，生產(chǎn)制作時(shí)主要通過(guò)以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：1）直接混煉法。先在塑料基材中添加抗菌劑，混勻后直接加工成型，制得抗菌塑料產(chǎn)品。這種方法操作簡(jiǎn)單，抗菌劑可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件不同而精確調(diào)整添加量，但抗菌劑聚集分布在基材中，分散性能差，所以抗菌性能相對(duì)較差；2）抗菌劑母?；ā４朔▽⒒臉?shù)脂或和基材樹(shù)脂具有良好相容性的樹(shù)脂與抗菌劑通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)制成濃縮母粒，之后再加入到包裝材料中制作成型。該方法很好地解決了宏觀、微觀分散的均勻性問(wèn)題，是抗菌產(chǎn)品的主要制作方法之一［5］。

2.3包覆或吸附型的抗菌包裝

耐高溫性不強(qiáng)的抗菌劑可采取此方法進(jìn)行添加制作。生產(chǎn)方法為先將包裝基材制作成所需形式，如薄膜等，之后對(duì)其進(jìn)行表面處理以提高吸附能力，最后將抗菌劑包覆或吸附在基材的表面，使其具有抗菌性能［40］。例如，利用壓縮空氣槍產(chǎn)生高強(qiáng)度壓縮空氣，它可以將抗菌劑噴射成微粒并分散嵌入到塑料表面上，形成抗菌劑層，通常50～300μm的抗菌層就能發(fā)揮明顯的抗菌作用［5］。而B(niǎo)ower等［44］的研究證明，硅藻土在吸附Nisin后，可有效抑制L. monocytogenes的生長(zhǎng)。

2.4化學(xué)鍵合型的抗菌包裝

該類型包裝制作時(shí)需首先遴選出抗菌范圍廣譜、無(wú)毒副作用且穩(wěn)定性高的抗菌官能團(tuán)，并將其以離子鍵或共價(jià)鍵的形式連接在包裝材料上。因?yàn)榭咕倌軋F(tuán)是通過(guò)化學(xué)鍵的形式與包裝材料結(jié)合的，所以這種包裝克服了普通有機(jī)抗菌劑與包裝材料相容性差、耐熱性差和易分解析出等缺點(diǎn)［5］。實(shí)現(xiàn)這種類型的抗菌包裝需要抗菌劑的結(jié)構(gòu)中有專門的官能團(tuán)可與包裝材料相結(jié)合。此外，因?yàn)榭咕鷦┩ㄟ^(guò)化學(xué)鍵與包裝材料結(jié)合后，其抗菌活性會(huì)降低，所以在制作過(guò)程中要注意保護(hù)其活性位點(diǎn)并相應(yīng)地增加其與包裝材料結(jié)合的表面積。在結(jié)合方式上，經(jīng)由離子鍵固定的抗菌劑可逐步析出到食品中，而通過(guò)共價(jià)鍵固定在包裝材料上的抗菌劑則較為牢固，只有在高溫或高酸條件下才會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)［15，40］。鄭安吶等［45］通過(guò)該方式制備的抗菌母粒以不超過(guò)200nm的尺寸均勻地分散在基體樹(shù)脂中，耐熱性和相容性均較為良好，并且由于抗菌母粒起到了成核劑的作用，材料的結(jié)晶速率大大加快，力學(xué)性能也得到了改善。該技術(shù)制得的材料性能較為優(yōu)越，屬于新一代抗菌功能材料。

2.5本身具有抗菌作用的包裝材料

自然界中存在著一些可食用的天然抗菌材料，不僅安全無(wú)毒，而且本身的抗菌效果優(yōu)異，可直接用于食品的抗菌包裝，如殼聚糖、聚-L-賴氨酸和山梨酸等。例如，聚酰胺薄膜通過(guò)UV照射后表面可產(chǎn)生胺離子，而胺離子能提高微生物細(xì)胞的黏附性，薄膜便具備了抗菌作用［46］。殼聚糖具有良好的成膜性，并且由于其透氣性能和抗菌性能俱佳，已經(jīng)作為涂膜保鮮劑被廣泛應(yīng)用在果蔬和肉類的保鮮上。目前，殼聚糖與其他物質(zhì)（如聚乙烯醇、淀粉等）的共混改性已成為包裝材料研究的新方向［15］。

3　國(guó)內(nèi)外抗菌包裝材料的應(yīng)用實(shí)例

3.1抗菌包裝膜

抗菌包裝膜是將抗菌劑加入包裝基材中制得的薄膜。其中抗菌劑可直接加入或制作成母粒再添加在包裝材料內(nèi)，也可經(jīng)處理后涂抹在包裝材料表面，還可以與高分子物質(zhì)進(jìn)行共混加工［47］。

在眾多食品抗菌包裝膜當(dāng)中，其中一部分的工作機(jī)理是依靠抗菌劑從包裝材料中逐漸析出，釋放到食品表面上來(lái)發(fā)揮抗菌作用。Gutiérrez等［48］以肉桂精油為抗菌劑，將其固定在厚度為30 μm的微孔聚丙烯薄膜上，將焙烤食品的貨架期延長(zhǎng)了3～10d。Miltz等［49］以皮隔膜蛋白K4K20-S4與玉米淀粉的共混物作為抗菌劑，涂抹在80μm厚的聚乙烯熱收縮膜上，研究證明其對(duì)好氧菌和真菌的發(fā)育和繁殖有著很好的抑制作用，可用于包裝保存新鮮黃瓜。

在抑制真菌的應(yīng)用方面，Han等［50］研制了復(fù)合質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的山梨酸鉀的LDPE膜，酵母的生長(zhǎng)速率在其影響下顯著降低，真菌生長(zhǎng)的遲緩期也被延長(zhǎng)。Chung等［51］研究表明Styrene-acrylates（苯乙烯丙稀酸鹽）能夠抑制釀酒酵母（S. cerevisiae）的活性。Ming等［52］通過(guò)研究得出抑霉唑可以作為塑料膜中的抗菌劑主要成分，它可以抑制霉菌的發(fā)育與繁殖。日本昭和公司研制出了以載銀磷酸鋯系為抗菌劑的殺菌效果較強(qiáng)的聚苯乙烯（polystyrene，PS）膜，并廣泛應(yīng)用在了食品包裝上［53］。

殼聚糖及其衍生物因自身特性，已經(jīng)作為優(yōu)秀的抗菌劑被廣泛使用在抗菌膜的生產(chǎn)上。在殼聚糖抗菌膜對(duì)水果的保存實(shí)驗(yàn)中，Sangsuwan等［54］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖/甲基纖維素膜中加入香蘭素之后，鮮切菠蘿的乙醇產(chǎn)生量和呼吸速率被明顯抑制，并且對(duì)E. coli（大腸桿菌）和S. cerevisiae產(chǎn)生了明顯的抑菌作用。與此同時(shí)，這種抗菌膜的保濕和護(hù)色效果也較好，但會(huì)使菠蘿中VC含量明顯降低。Duan等［55］以溶菌酶和殼聚糖作為抗菌劑研發(fā)出一種抗菌膜，它對(duì)E. coli、L. monocytogenes和熒光假單胞菌（P. fl uorescens）均有良好的抑制作用。

納米抗菌食品級(jí)塑料包裝材料是一種新產(chǎn)品，邱竟［56］添加了一定量的納米無(wú)機(jī)抗菌劑到多層共擠包裝材料中，使其具備了抗菌功能且安全無(wú)毒，可延長(zhǎng)食品貨架期。高艷玲等［57］以LDPE作為包裝基材，以納米級(jí)ZnO作為抗菌劑添加到包裝基材中，制得納米改性聚烯烴復(fù)合材料，具有較強(qiáng)的、廣譜的抗菌能力，可廣泛應(yīng)用于食品抗菌包裝。

3.2抗菌紙

抗菌紙是指具有抑制和殺滅微生物能力，并能延長(zhǎng)被包裝食品貨架期的功能性紙張。目前，各種抗菌劑大多是通過(guò)濕部添加法、表面加工法和纖維抄造法3種方法添加到紙張當(dāng)中的［9-10］。

在銀系抗菌紙的研究中，Tankhiwale等［58］發(fā)現(xiàn)，在最佳引發(fā)時(shí)間15min和最佳反應(yīng)溫度30℃條件下，將硝酸鈰銨和丙烯酰胺與纖維素濾紙接枝共聚，再加載納米銀離子便可制得環(huán)保型食品抗菌紙。此法在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需添加有機(jī)溶劑，并且反應(yīng)條件要求較低，并且對(duì)E. coli的殺菌效果特別好。楊飛等［59］通過(guò)離子交換法制得了載銀量高達(dá)5.38%的抗菌紙，其抗菌效果較好，紙張強(qiáng)度基本不變，但白度略微降低。

在生產(chǎn)抗菌劑為Nisin的抗菌紙研制過(guò)程中，Kim等［60］將Nisin分別與聚丙烯酸和醋酸鹽-乙烯聚合物混合后涂布在紙上，檢測(cè)Nisin涂層的抗菌效果和遷移情況后發(fā)現(xiàn)，Nisin與醋酸鹽-乙烯聚合物混合后能更快地遷移到食物所含的水溶液中，抑制金黃色葡萄球菌ATCC10240的能力也較為良好；而在水中添加鹽、糖和檸檬酸后，Nisin在聚丙烯酸中的擴(kuò)散程度明顯減弱。在10℃條件下將Nisin混合涂層與巴氏牛奶和橘子汁接觸，發(fā)現(xiàn)其對(duì)好氧菌的抑制作用較為明顯，對(duì)酵母菌則沒(méi)有顯著的抑制作用。在另一項(xiàng)研究中，Lee等［61］用醋酸鹽-乙烯聚合物作為媒介，將Nisin和殼聚糖分別以3%的添加量涂抹于紙上，制得抗菌紙，發(fā)現(xiàn)Nisin能更有效地抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng)，如L. monocytogenes，但后者更能有效地抑制E. coli的生長(zhǎng)，而將Nisin和殼聚糖混合在紙上涂布則能加強(qiáng)對(duì)上述兩種細(xì)菌的抗菌能力，并能增強(qiáng)牛奶和橘子汁在10℃貯藏的穩(wěn)定性。

在天然抗菌劑方面，Rodríguez等［62］分別檢測(cè)了抗菌劑為肉桂、丁香和牛至天然精油的果蔬包裝抗菌紙抗菌活性，發(fā)現(xiàn)富含肉桂醛的肉桂精油抗菌性和耐久性最好，使被包裝食品的保質(zhì)期得以延長(zhǎng)。韓國(guó)化學(xué)工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究協(xié)會(huì)則從5種天然芳香型植物中提取了抗菌物質(zhì)并確定了其安全性，用其抄造的抗菌食品包裝紙有很強(qiáng)的防治霉菌和其他微生物生長(zhǎng)的功能［63］。

在國(guó)內(nèi)，陳慧文等［64］制得了一種具有較好抗菌性能的光觸媒食品包裝紙，并研究了TiO2納米粒子的選擇、分散、加工工藝、測(cè)試方法及抗菌性能。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，采用抗菌技術(shù)進(jìn)行包裝的食品在市場(chǎng)上所占比例也在不斷提高。發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)展了抗菌包裝的應(yīng)用研究，尤其是歐美和日本，在20世紀(jì)80年代后已將抗菌包裝的研究成果應(yīng)用到了商業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中。我國(guó)雖然在20世紀(jì)90年代中后期才開(kāi)始進(jìn)行抗菌材料的產(chǎn)業(yè)化研究，起步較晚，但正朝著健康、高效、便捷、廉價(jià)的方向快速發(fā)展。雖然抗菌包裝的發(fā)展也面臨著生產(chǎn)成本高、操作較復(fù)雜等問(wèn)題，而且很多包裝技術(shù)及配套生產(chǎn)設(shè)備仍處在實(shí)驗(yàn)階段，但抗菌包裝因具有減少或防止食品遭受微生物污染并延長(zhǎng)保質(zhì)期等多重優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)中已經(jīng)具備了普通包裝不可替代的作用，并引起了學(xué)術(shù)界與工商業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究尚停留在實(shí)驗(yàn)室階段，雖然取得了一些令人鼓舞的實(shí)驗(yàn)成果，但距離工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)仍有許多問(wèn)題需要解決。

在這些問(wèn)題當(dāng)中，尋找新型抗菌劑一直是研究的熱點(diǎn)方向?？咕鷦┑暮侠硎褂每梢杂行У販p少由微生物引起的食品變質(zhì)腐敗，提高食品的質(zhì)量，保證被包裝食品的安全，并進(jìn)一步減少由變質(zhì)食品引起的疾病發(fā)病率。特別是將天然活性物質(zhì)（如植物精油等）運(yùn)用于抗菌包裝以及多種抗菌方法的聯(lián)用，已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。然而新型抗菌劑的生產(chǎn)成本普遍較高，如何改善配套生產(chǎn)工藝來(lái)降低新型抗菌劑的添加應(yīng)用成本是亟需解決的重要課題。同時(shí)，抗菌劑自身的透明度、色澤和氣味等物理性質(zhì)，抗菌劑與載體包裝材料之間的相容性、熱穩(wěn)定性等安全性能，以及抗菌劑及材料基質(zhì)是否會(huì)和食品本身或其含有的其他添加劑發(fā)生反應(yīng)，亦是生產(chǎn)過(guò)程中所必須注意的關(guān)鍵點(diǎn)。此外，抗菌劑由食品包裝材料向食物中擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程等問(wèn)題，也都需要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)來(lái)尋找規(guī)律。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，只是簡(jiǎn)單從食品包裝的角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究是比較狹隘的，應(yīng)該將微生物學(xué)、工程和材料學(xué)等多學(xué)科與之結(jié)合，由各行業(yè)的專家共同協(xié)作來(lái)促進(jìn)抗菌包裝的研究與發(fā)展。同時(shí)，抗菌包裝的設(shè)計(jì)研制也應(yīng)符合國(guó)內(nèi)外相關(guān)食品法規(guī)，嚴(yán)格遵守審查機(jī)制，并最終擴(kuò)大形成一個(gè)完整的抗菌包裝科研產(chǎn)業(yè)鏈。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，食品抗菌包裝必將在食品工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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Advances in Research on Antibacterial Materials in Food Packaging

SHU Haoyuan1，PAN Leiqing1，TU Kang1，*，ZHAO Kuier1，JIANG Xingyi1，CHEN Jikun2，MEI Weiyun3
（1.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing210095，China；2.Center of Green Food Development of Yunnan Province，Kunming650034，China；3.Shilin Luting Sweet Persimmon Product Development Co.Ltd.，Shilin652200，China）

Antimicrobial food packaging can effectively inhibit the growth of microorganisms in the food-packaging environment and prolong the shelf life of the foods.It is becoming increasingly important in the food industry.In this paper，the mechanisms of action of antimicrobial materials and the common antimicrobials including inorganic，organic and natural antimicrobials are described.Five practical methods of antimicrobial food packaging are compared.Recent progresses in recent years，particularly in the application of natural antibacterial materials are summarized in detail.To conclude this paper，considering the current production status of antimicrobial packaging film and paper，the future trends and research focuses of antimicrobial food packaging are discussed.

antibacterial materials；food；packaging；shelf life；antimicrobials

TS206

A

1002-6630（2015）05-0260-06

10.7506/spkx1002-6630-201505047

2014-04-15

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303088）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD28B01）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（BE2014399）；江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310307009Y）

束浩淵（1991—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称饭こ?。E-mail：2013808098@njau.edu.cn

屠康（1968—），男，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)、貯藏與加工。E-mail：kangtu@njau.edu.cn