抗菌色母粒在食品包裝材料中的研究進(jìn)展

俞誠(chéng) 白繪宇

（江南大學(xué)，合成與生物膠體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)與材料工程學(xué)院）

隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)食品安全越來越重視。食品包裝材料在食品儲(chǔ)存方面應(yīng)用廣泛，其在阻隔、抗菌等方面的要求也越來越高。具有優(yōu)良抗菌性能的包裝材料，能夠有效地減少包裝內(nèi)細(xì)菌的滋生，從而延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，防止食品變質(zhì)。在抗菌包裝材料發(fā)展的過程中人們發(fā)現(xiàn)，相比于直接加入抗菌劑，預(yù)先將抗菌劑與基體混合制成抗菌色母粒，再制備食品包裝材料，會(huì)使得食品包裝材料具有更好的抗菌性。這對(duì)保證食品的安全性具有重要意義。

1. 抗菌色母粒的特點(diǎn)

抗菌色母粒，一般指由抗菌劑和基體樹脂組成的，在高分子材料加工過程中加入的，賦予材料抗菌能力的一種添加劑。其優(yōu)點(diǎn)與著色用色母粒類似：1）由于抗菌色母粒的載體與基體一致，因此能夠在基體中均勻分散，使得包裝材料表面均具良好的抗菌性能；2）在共混過程中，色母粒與基體材料之間均相過程只需要很小的力就能達(dá)到很好的共混效果，且制得的產(chǎn)品品質(zhì)也比直接加入抗菌劑的優(yōu)良；3）在制備母料時(shí)已經(jīng)將抗菌劑均勻分散在載體中，在加料共混過程中無(wú)需進(jìn)一步分散，縮短了加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率[1]。

總之，抗菌色母粒一方面提高了抗菌劑在基體中的分散性和相容性，提高了材料整體的抗菌能力；另一方面優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，簡(jiǎn)化了材料在加工共混中的工序，提高了生產(chǎn)效率[2]。

2. 抗菌色母粒的分類

按照抗菌色母粒中抗菌劑種類的不同，可將抗菌劑大致分為三類：無(wú)機(jī)抗菌色母粒、有機(jī)抗菌色母粒和天然抗菌色母粒。其中，應(yīng)用最多、最廣泛的是無(wú)機(jī)抗菌色母粒。

2.1 無(wú)機(jī)抗菌色母粒

無(wú)機(jī)抗菌劑相比于有機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑，其具有耐藥性強(qiáng)、長(zhǎng)效、無(wú)毒副作用、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)[3]。根據(jù)抗菌劑成分的不同，無(wú)機(jī)抗菌色母?？煞譃榻饘兕悷o(wú)機(jī)抗菌色母粒和氧化物催化類無(wú)機(jī)抗菌色母粒[4]。而在這幾種無(wú)機(jī)抗菌色母粒中，金屬類中的銀系抗菌色母粒研究應(yīng)用最多。黃靈閣等[5]將含有銀離子的無(wú)機(jī)抗菌母料Antim-PP 與聚丙烯（PP）共混擠出造粒，接著將粒料制備成標(biāo)準(zhǔn)試樣，對(duì)其進(jìn)行抗菌測(cè)試；隨著抗菌母粒的添加量增加，殺菌率也隨之增加，當(dāng)抗菌母粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4%時(shí)，抗菌率達(dá)到99.1%。

2.2 有機(jī)抗菌色母粒

有機(jī)抗菌色母粒按照有機(jī)抗菌劑種類的不同可分為天然有機(jī)抗菌色母粒、低分子有機(jī)抗菌色母粒和高分子有機(jī)抗菌色母粒[6]。有機(jī)抗菌劑生效快，對(duì)特定霉菌具有優(yōu)異的殺菌效果，但其毒性較大，耐熱性差，使用中易于析出、易揮發(fā)，研究人員對(duì)其進(jìn)行了大量的改性研究[7]。段婷婷等[8]使用三丁基膦和對(duì)氯甲基苯乙烯合成了具有抗菌活性的乙烯基芐基三丁基氯化磷，再將其溶解于乙醇中和低密度聚乙烯（LDPE）共混造粒，得到抗菌LDPE 母粒；當(dāng)乙烯基芐基三丁基氯化磷在母粒中占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.2%時(shí)，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率均高于99%以上。

2.3 天然抗菌色母粒

天然抗菌色母粒是指在載體中加入天然提取物、酶類或細(xì)菌素類物質(zhì)共混造粒后制得的抗菌母粒。丁清景等[9]將改性的淀粉抗菌劑與聚丙烯（PP）共混造粒，得到的抗菌色母粒，其對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率最高達(dá)到99%以上。盡管天然抗菌色母粒由于其存在天然的抗菌劑，安全性好，但大多數(shù)天然抗菌劑對(duì)環(huán)境因素敏感，化學(xué)穩(wěn)定性差，造粒時(shí)容易失去抗菌活性，因此適用性較差[10,11]。

3. 抗菌色母粒的制備及應(yīng)用

3.1 抗菌色母粒的制備

在連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)上，抗菌色母粒一般利用研磨機(jī)、高速混合機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)和造粒機(jī)等設(shè)備進(jìn)行制備。一般是將抗菌劑、載體和其他添加劑經(jīng)過研磨機(jī)、高速混合機(jī)等機(jī)器使得所有物料共混均勻后，加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混擠出，接著冷卻干燥，再通過造粒機(jī)進(jìn)行造粒得到抗菌色母粒[12～14]。

3.2 抗菌色母粒的應(yīng)用

抗菌色母粒發(fā)展到如今，由于無(wú)機(jī)抗菌色母粒相比于有機(jī)和天然抗菌色母粒具有耐熱、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，其在食品包裝材料方面的研究與應(yīng)用最多、最廣泛。陸漓等[15]將有機(jī)化改性的納米載銀沸石和PP 通過熔融共混，造粒，制得抗菌母粒；研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)母粒載銀量在1.3%時(shí)，對(duì)大腸桿菌的殺菌率達(dá)到100%，對(duì)金黃色葡萄球菌的殺菌率達(dá)到了91.5%。

Aryou Emamifar 等[16]在研究如何延長(zhǎng)橙汁保質(zhì)期時(shí)，等將含有銀納米粒子（Ag）和氧化鋅納米粒子（ZnO）的抗菌劑與低密度聚乙烯（LDPE）直接混合，通過雙螺桿擠出機(jī)制備抗菌色母粒；用這種抗菌色母粒制備的食品包裝材料能夠有效抑制橙汁中真菌和細(xì)菌的生成，具有優(yōu)異的抗菌作用，在4℃下能夠有效延長(zhǎng)橙汁的保質(zhì)期。

Yimin Zhu 等[17]將改性的納米氫氧化鎂與對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）共混制備了抗菌對(duì)苯二甲酸乙二醇酯母粒（APM）；隨著改性氫氧化鎂的含量增多，APM 對(duì)大腸桿菌的抗菌性能越強(qiáng)，但改性納米氫氧化鎂含量過多時(shí)易團(tuán)聚，母料容易發(fā)生斷裂；作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)改性納米氫氧化鎂含量在30%時(shí)，抗菌母粒對(duì)大腸桿菌具有良好的抗菌性能，且易于造粒。

除了抗菌作用外，一些抗菌色母粒還能夠同時(shí)提升材料的機(jī)械強(qiáng)度、阻隔、熱穩(wěn)定等其它性能。張華集等[18]以硼酸酯、稀土/鋁酸酯、硬酯酸單甘油酯為改性劑，分別對(duì)載銀玻璃進(jìn)行改性，隨后分別與粉狀PP 共混擠出造粒，得到改性載銀玻璃含量為15%的抗菌母粒；研究表明，當(dāng)改性劑為硼酸酯，用量為1.0%時(shí)，改性效果最好，且與PP 的相容性最佳，此時(shí)，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率分別達(dá)到 99.12%和92.30%；研究還表明，抗菌母粒加入量占PP 的4%時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有增加。

Shiv Shankar 等[19]將氧化鋅納米粒子（ZnONP）、黑色素納米粒子（Mel）、葡萄籽提取物（GSE）、分散劑和低密度聚乙烯（LDPE）共混造粒得到抗菌色母粒，接著將抗菌母粒與基體LDPE 共混制得抗菌包裝材料；制備的包裝材料在對(duì)大腸桿菌和單核細(xì)胞增生李斯特菌均有優(yōu)異的抗菌活性的同時(shí)，還具有強(qiáng)的紫外線阻隔性能，并且由于納米粒子的存在，其熱穩(wěn)定性上升。

Weijun Yang 等[20]將使用甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）改性的聚乳酸（PLA）與各種含量的木質(zhì)素納米顆粒（LNP）和纖維素納米晶體（CNC）共混制備抗菌色母粒；用該母粒制備的二元和三元納米復(fù)合包裝膜不僅對(duì)番茄細(xì)菌植物病原體具有良好的殺菌活性，而且由于LNP 和CNC 的協(xié)同作用，使其具有優(yōu)良的透明性和紫外阻隔性能。

Aline A. Becaro 等[21]分別將銀納米粒子（AgNPs）嵌在二氧化硅（TiO2）和二氧化鈦（TiO2）上，記為MS 和MT，然后將其分別與LDPE 共混造粒得到兩種不同的抗菌母粒，用于胡蘿卜包裝材料之中；作者表明兩種不同的抗菌色母粒在包裝材料中均有良好的抗菌活性，特別是含有MT 的包裝材料中，其不僅抗菌活性好，還具有維持抗壞血酸酸含量等其他優(yōu)良的特性。

4. 總結(jié)和展望

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的食品安全意識(shí)越來越強(qiáng)，這對(duì)于食品包裝材料的阻隔性能、抗菌性能等方面也提出了更高的要求。利用抗菌色母粒一方面能夠有效提高抗菌劑對(duì)基體材料的相容性，從而使抗菌劑在基體中分散均勻，從而提高食品包裝材料的抗菌能力；另一方面，也簡(jiǎn)化了高分子材料的成型加工步驟，提高了生產(chǎn)效率?？咕噶８鶕?jù)抗菌劑的不同可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和天然抗菌色母粒，其中無(wú)機(jī)抗菌色母粒在食品包裝材料中應(yīng)用最為廣泛。

隨著研究的進(jìn)一步深入，對(duì)抗菌色母粒中的抗菌劑進(jìn)行改性或者加入其他物質(zhì)，不僅僅可以使包裝材料具有抗菌性能，還能顯著提高食品包裝材料的機(jī)械強(qiáng)度、阻隔性能、熱穩(wěn)定性能和透明性等。盡管如此，抗菌色母粒仍存在抗菌劑遷移、多種色母粒共混相容性變差等問題，這既是抗菌色母粒的挑戰(zhàn)，也是其發(fā)展的機(jī)遇，值得進(jìn)一步研究與探索。