抗菌包装(antimicrobial packaging)

抗菌包装是什么

　　抗菌包装是将包装材料和防腐剂组合，以提高食品货架期和安全性，将制约食品保藏的各种因素巧妙结合应用的综合方法。它视食品对象而异，通过必要的处理，建立一系列有效抑制微生物生长并使其遭受杀灭的重要栅(栏)障(碍)，诸如一定的水分、一定的pH值、一定的温度、一定的气体氛围等，以保持食品在保质期内的稳定性。应用现代科学手段，在明确了与食品保藏稳定性相关的关键因素的基础上，发展此项技术，有助于实现一些传统食品工业化。

抗菌包装系统的构建

　　抗菌包装体系一般由包装材料、抗菌剂和食品三部分组成。抗菌剂通常涂在包装材料上、合成于包装材料内、固定在包装材料表面或被改良成包装材料。目前，根据抗菌包装体系中抗菌剂的应用形式不同，抗菌食品包装体系主要可以分为以下五大类。

　　(1)将含有挥发性防腐剂的小包或固体片剂直接装入包装袋。最早由El本开发的一种抗菌包装体系“Ethanol vAPOr generator”是将乙醇吸附进载体材料，然后装入多聚物小袋中，通过乙醇透过选择性膜释放到包装袋顶空，来对被包装物进行杀菌；目前日本市场上出现的商品名为Ethicap(乙醇吸附进SiO。粉中)和Fretek(乙醇和乙酸吸附在纸片上)的包装袋均为此类抗菌包装体系。

　　(2)在聚合物的包装材料上涂膜或吸收一层防腐剂。由于很多抗菌剂不耐热，所以只能在包装材料成型后再进行涂膜。例如，可将Nisin-甲基纤维素涂膜于聚丙烯膜材料上，将Nisin(乳酸链球菌素)吸附于功能化硅表面以及PE、EVA、PP、PET、PVC、聚胺和聚酰胺材料上，将包含细菌素的乳清粉吸附于纤维素涂膜上，将Nisin、EDTA和柠檬酸混合溶液涂膜于PVC、NY和LI。DP膜上等。早期的抗菌包装也大多属于这一类型。例如，将混有抗菌剂的蜡涂于果蔬表面或将混有山梨酸的纤维素和蜡纸包裹香肠等，以羧甲基纤维素为载体的抗菌膜可以减少鲜切水果的水分损失、抑制氧化、延缓成熟和抑制微生物生长，用加有山梨酸钾的淀粉膜包装新鲜草莓减少有害微生物的数量，将延长储藏周期等。

　　(3)直接使用本身具有抗菌功能的聚合物包装材料。一些天然或合成的聚合物分子本身具有抗菌活性，例如，壳聚糖和聚赖氨酸等阳离子膜，其分子中所带胺离子可与细胞膜阴离子反应，引起细胞粘连泄漏。因此壳聚糖涂膜可保护新鲜蔬菜和瓜果不发生霉烂。褐藻酸钙由于CaCl。的存在可抑制牛排中病原菌的生长；由丙烯酰胺单体共聚合成的抗菌聚合物可作为包装材料用于果蔬的保鲜；此外，含有胍基的聚合物也多具抗菌性。

　　另外，通过对一些聚合物进行物理变性可以使其表面产生抗菌性。例如，聚胺膜经过UV照射后表面胺离子浓度大量增加，从而赋予其抗菌性能。

　　(4)将抗菌剂直接混入聚合物的包装材料上。这是目前开发应用最多的一类抗菌包装类型，工艺相对简单。就是直接将抗菌剂加入聚合物树脂中，通过共混成型或溶剂流延制成抗菌材料，然后依靠抗菌剂在材料中的迁移与释放，来对食品进行杀菌。

　　(5)通过化学键合方法将抗菌剂固定在聚合物包装材料上。主要的键合方法包括离子键或共价键方式，要求抗菌剂和聚合物膜分子中具有可键合基团。常用的抗菌剂有肽、酶、聚胺和有机酸等，可用的聚合物则为EVA、EMA、EAA、EMAA、NY、PVC、EVOH、PE和PS等。

　　另外，抗菌剂和聚合物的键合最好能有一个中问桥联分子，以保证抗菌分子有足够的运动空间去自由接触食品表面的微生物；可作为潜在桥联分子的有葡聚糖、聚乙烯醇、乙二胺和聚乙烯亚胺等。离子键合到聚合物上的抗菌剂可缓释到食品中，但化学键合的抗菌剂基本不具释放性，除非遇到极端环境(高酸高热引起水解)。

抗菌包装效果的影响因素

　　1)抗菌剂的化学组成

　　抗菌剂本身的结构、性能和状态是决定和影响抗菌剂抗菌性能的最主要因素。目前应用的抗菌剂品种很多，包括有机抗菌剂、无机抗菌剂、光催化抗菌剂及天然抗菌剂等许多种类，每个品种对微生物的抗菌作用机理及抗菌剂最低抑菌浓度(MIC)和最高杀菌浓度(MBC)都不尽相同，因此不同抗菌剂的抗菌性能也不一致。

　　2)抗菌剂的分散状态

　　抗菌剂在基材中的分散状态也是直接影响抗菌材料抗菌l生能的主要因素之一。抗菌剂本身的存在状态很多，可以是固体颗粒、粉末、液体、淆液、乳液甚至气体。在抗菌材料中以固体形式存在的抗菌剂的颗粒大小、分布均匀性等因素都直接影响抗菌材料的抗菌性能。一般来说，以固体颗粒形式分散在抗菌材料中的抗菌剂颗粒越小，抗菌性能越好。所以在抗菌材料加工及使用固体抗菌剂过程中应该充分考虑加工过程中抗菌剂在基材中的分散情况，尽量使抗菌剂以小粒径颗粒存在于材料中。

　　3)抗菌剂的浓度

　　抗菌剂浓度越大抗菌性能越好，这一点很好理解。但是在实际应用中抗菌剂在材料中往往不是均匀分布在基材中，而是在材料中有一定的浓度分布梯度，即在同一抗菌材料中材料各个部分的抗菌剂浓度可能是不一致的。而真正起作用的抗菌剂浓度仅仅是材料表面层的浓度，材料整体的抗菌剂浓度并不能很准确地反映材料表面的抗菌剂浓度。利用这一点可以制备表面浓度和内部浓度不一致的梯度材料，保证表面抗菌剂一定的有效浓度，通过调节内部浓度控制抗菌材料的有效抗菌作用时间，合理经济地利用抗菌剂，降低抗菌材料的制备成本。

　　1)微生物种类和生理构造

　　微生物种类极其繁多，各种微生物的生理结构都有所差异。如根据微生物的细胞结构可以明确地把生物细胞分成两个基本类型：一类称为真核细胞，其细胞中有明显的核膜包裹着细胞核，并有发达的膜系统；另一类称为原核细胞，细胞核不被核膜包围，只有核区，没有膜系统或膜系统不发达。除此之外，尚有一类微生物连细胞的基本形态和结构都不具备，称为非细胞型生物，如病毒等微生物。细菌也有很多种类，结构也不相同，如革兰氏阳性菌的细胞壁与革兰氏阴性菌就不同，革兰氏阳性菌中肽聚糖占细胞壁含量的90％，而在革兰氏阴性菌中只占5％～20％。此外，还有些细菌的细胞壁中不含肽聚糖，如产甲烷细菌、嗜盐细菌等，肽聚糖含量决定了细胞壁的坚韧性和多孔性。

　　由于抗菌剂和微生物的作用是通过抗菌剂和微生物的特定结构相互作用进行的，因此结构的差异必然会引起不同微生物对同一抗菌剂的不同反应，最具体的体现就是抗菌剂对不同的微生物有着不同的MIC和MBC，甚至部分抗菌剂对一种微生物具有优异的抑制和杀菌性能，而对另一种微生物可能完全没有作用。

　　2)微生物生理状态和变异状况

　　微生物生长过程可分为迟缓期(lag phase)、对数生长期(1oGARithmic growthphase)、稳定期(statioNARy phase)和衰亡期(decline phase)。在这4个阶段中微生物的形态和活性是不一样的。在迟缓期，微生物个体相对较大，代谢活跃，DNA合成多，微生物个体活性较高；在对数生长期，微生物生长迅速，处于分裂繁殖状态，形态、生理活性都很典型。对外界敏感，对抗菌剂也敏感；在稳定期，微生物繁殖速度下降，形态和生理可能出现变异。活性在生长期也可能出现较大差异，如有些革兰氏阳性菌的染色性可能变为革兰氏阴性特征，芽孢微生物在此阶段形成芽孢，对环境变化适应性增加；到了衰亡期，微生物繁殖速度更慢，形态显著改变，可能出现畸形或衰退型的细胞。生理代谢趋于停滞，对环境反应更加迟钝，抗菌剂作用也明显降低。变异微生物对抗菌剂的敏感性差异更是千差万别，与变异菌株特性密切相关，称为耐药性变异。原来对抗菌剂非常敏感的微生物变异后可能耐受同一抗菌剂，也可能原来对特定抗菌剂不敏感的微生物变异后对同一抗菌剂变得敏感，如对链霉菌素敏感的痢疾杆菌发生耐药性变异后可能成为链霉素耐受菌株，甚至可能变异为链霉素依赖性菌株。

　　1)温度

　　不同微生物对环境温度的要求各不一样。根据微生物适宜的生存温度可将微生物分为嗜冷菌、嗜温菌、嗜热菌3类。温度低到接近冰点、高到超过90℃都可以有微生物生长。不同温度下同一微生物的活力、对抗菌剂的敏感性不同，同一温度下不同品种或菌株的微生物的活力和对抗菌剂的敏感性也不一样。

　　2)气体环境

　　微生物的生长和周围的气体环境关系十分密切。与微生物生长、活性和对抗菌剂敏感性关系较大的主要有氧、二氧化碳、水等。如需氧菌需要利用分子氧作为最后受氢体以完成呼吸作用，而厌氧菌只能在无氧的环境中生长；二氧化碳参与微生物代谢；水则是微生物生存的必要条件之一。微生物生长的周围气体环境发生变化，微生物对抗菌剂的敏感性将会发生变化，因此将影响抗菌剂的抗菌效果。

　　3)pH

　　微生物都有自己适合的酸碱度，如果环境酸碱度和微生物适宜酸碱度不一致，微生物的活性和对抗菌剂的敏感性将同正常状态有所区别。

　　4)营养物质

　　微生物只有从外界摄取足够的营养物质才能保证自身正常的生长和繁殖，因此营养物质同微生物的活性关系也十分密切。

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参考文献

1. ↑ 徐怀德,王云阳主编.食品杀菌新技术.科学技术文献出版社,2005年07月第1版.
2. ↑ 王利兵等编著.食品包装安全学.科学出版社,2011.05.
   备注：数据仅供参考，不作为投资依据。