負載納米氧化鎂的食品包裝材料研究進展

◎ 于金哲，文昌典，魏甜甜

（黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江 大慶 163319）

食品的腐敗變質主要是由微生物導致的，因此在食品加工、運輸、儲藏過程中對微生物的控制極為重要?？咕鷦┠苡行б种莆⑸锏淖躺?，抗菌劑分為天然生物抗菌劑（如細菌素、納他霉素、大蒜素等）、有機抗菌劑（如酚類物質、有機酸類物質、季銨鹽類物質和苯并咪唑類物質）、無機抗菌劑（如Cu2＋、Ag+、Zn2＋等離子及納米材料）。目前，在對食品的保鮮研究中無機抗菌劑的應用較為廣泛，有一種新型的抗菌劑是將無機抗菌劑制備成在三維空間中至少有一維處于納米尺寸（直徑在1～100 nm范圍內）或者由它們作為基本單元構成的納米材料。納米無機抗菌劑具有廣譜抗菌功能、耐久的抑制能力、無毒安全等特點，如納米銀對細菌、真菌等微生物有較強的抑制功能[1]，納米TiO2能有效地延長圣女果的貨架期[2]。納米氧化鎂（Magnesium oxide）與其他納米材料相比具有擺脫對紫外光的依賴、克服光催化導致抗菌材料產生的生物毒性、生產成本低和抗菌條件要求簡單等特點，是一種安全的抗菌劑[3-4]，其抑菌效果與粒徑及表面形態(tài)有關，納米氧化鎂還具有不導電、耐高溫、熱傳導性的特點，被廣泛應用于化工、醫(yī)療、食品行業(yè)中。

1 納米氧化鎂的制備

納米氧化鎂是一種白色固體粉末，難溶于水，能溶于銨鹽或者酸溶液。目前，納米氧化鎂的制備方法主要有沉淀法、溶膠凝膠法、氣相法、固相法、水熱法、前驅體法、生物法和靜電紡絲法等。

1.1 沉淀法

在納米氧化鎂的制備工藝中采用的沉淀法多指均相沉淀法，得到的納米氧化鎂純度較高、粒徑均勻，其主要是采用改變沉淀劑的形成速率來影響溶液的濃度。齊曉霞[5]以硝酸鎂、尿素、石墨烯為原料，利用均相水熱沉淀法成功制備多級結構介孔的納米氧化鎂。

1.2 固相法

采用固相法生產納米氧化鎂時，具有得率高、顆粒不團聚、無需溶劑的優(yōu)點，但其粒徑的均勻性差異較大，適用于大型工業(yè)化生產。有學者以Mg (AC)2·4H2O和H2C2O4·2H2O為鎂源，采用微波結合固相法制備的納米氧化鎂粒度較為均勻，尺寸為14.33 nm[6]。

1.3 生物法

生物法根據添加成分不同可分為微生物法和植物法。DAS等[7]采用紫荊葉的提取液和MgCl2經過反應、干燥、煅燒和研磨，得到納米氧化鎂。HAMIMED等[8]將從含有酵母的橄欖磨坊廢水中提取的酚類物質和乙醇進行1∶10混合后，加入到Mg（ACO）2·4H2O的水溶液中，經過干燥、煅燒和研磨，得到納米氧化鎂。

1.4 前驅體法

與其他制備方法相比，前驅體法制備的納米氧化鎂具有產品得率高、操作過程易控制等優(yōu)點。趙愛東等[9]以廉價的堿式氯化鎂晶須為前驅體，經過1 000 ℃燒結后，得到了直徑約為500 nm的納米氧化鎂。

2 納米氧化鎂的抑菌機理

目前，納米氧化鎂的抑菌機理主要分為活性氧氧化損傷、吸附作用及非自由基介導損傷[10]。

2.1 活性氧氧化損傷

納米氧化鎂和氧氣通過氧化還原反應產生過氧根離子，過氧根離子可以破壞細菌細胞膜壁蛋白肽鏈，導致微生物裂解凋亡，在pH值較高的堿性條件下，過氧根離子對微生物的殺滅能力變強。

2.2 吸附作用

吸附作用引發(fā)的機械損傷是指納米氧化鎂表面含有活性位點（如Mg2+lewis酸、游離羥基等），可與細菌發(fā)生吸附作用，導致細胞變形、裂解死亡。納米氧化鎂的粒徑越小對微生物的抑制效果越顯著。

2.3 非自由基介導損傷

非自由基介導的細胞膜損傷是指納米氧化鎂與水分子發(fā)生水合作用，產生的OH-帶有正電荷，通過作用力與細胞膜上帶負電荷的脂類多糖物質結合，改變了脂類物質和蛋白正常表達，使細胞處于紊亂狀態(tài)，進而裂解凋亡。

3 納米氧化鎂在食品包裝材料上的應用

為了延長食品的貯藏期，抗菌包裝應運而生，抗菌包裝是在食品的包裝材料中加入抗菌劑從而具有抑菌功能[11]，最理想的抗菌包裝材料應具有無毒、無害、高效、廣譜和生物相容性好等特點。納米氧化鎂不僅可作為食品防腐劑，還可與成膜基材進行復合，制備抗菌包裝材料。ZHANG等[12]利用殼聚糖/藻酸鹽包埋納米氧化鎂制備合成的納米氧化鎂控釋微球的粒徑為0.98～1.20 mm，具有很強的抑菌效果。吳朝凌等[13]取6.0 mg的納米氧化鎂，加入到200 mL的殼聚糖溶液（質量分數為1.5%）和0.6 mL的甘油成膜液中制備復合膜，發(fā)現在以殼聚糖為主要的成膜基材中添加納米氧化鎂，不僅賦予納米氧化鎂殼聚糖涂膜的抗菌性能，還改善了其機械性能和阻隔性能。為了拓寬納米氧化鎂的抑菌性能及應用價值，可以將納米氧化鎂與其他抗菌劑進行復配使用。MIRHOSSEINI等[14]研究發(fā)現，納米氧化鎂與乳酸鏈球菌素的協(xié)同作用可以有效抑制牛奶中金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的滋生，有利于延長牛奶的保質期。李志明等[15]將質量分數為0.97%的明膠、0.24%的卡拉膠、0.73%的甘油、0.24%的羧甲基纖維素鈉和0.24%的無水氯化鈣共混制備包裝材料，并添加0.24%的納米氧化鎂和0.02%納他霉素作為抗細菌和真菌劑，制備具有廣譜抑菌功能的可降解復合材料，結果表明，該復合膜對沙門氏菌和酵母菌的滋生有一定的抑制作用，可用于食品的保鮮研究。此外，也有學者將納米氧化鎂與鹵素進行復合提升納米氧化鎂的抗菌效果。

4 結語

納米抗菌劑的研究與其在食品保鮮領域的使用備受關注。納米氧化鎂是一種無毒、無害、穩(wěn)定性強及抑菌效果好無機抗菌劑，被廣泛應用于食品的保鮮研究中，在制備可降解包裝材料時，不僅賦予了包裝膜抑菌功能，還改善了包裝膜的綜合指標。納米氧化鎂在食品包裝材料上的應用拓寬了納米材料的研究領域，豐富了包裝材料的種類，同時也為食品的保鮮研究提供參考。未來可對納米氧化鎂與其他抗菌劑的協(xié)同抑菌作用、納米氧化鎂從包材中的遷移機制及抑菌機理、納米氧化鎂的結構和抗菌活性的關系等方面進行深入研究。