抗菌包裝-PPT幻燈片

當(dāng)前食品包裝常用抗菌方法食品防腐抗菌最廣泛使用的方法是巴氏殺菌和添加防腐抗菌劑。但巴氏殺菌無(wú)法徹底殺滅食品中的所有微生物，而防腐劑的加入，一方面會(huì)改變食品品質(zhì)，同時(shí)一些防腐劑存在誘癌、致癌、致畸和易引起食物中毒等問(wèn)題，反而又造成食品安全的隱患。例如2009年國(guó)家質(zhì)檢總局檢出的不合格肉制品主要是防腐劑或菌落總數(shù)超標(biāo)。其他常用的抗菌及保藏食品的方法還有輻射殺菌、干燥、冷凍、冷藏、真空和氣調(diào)保鮮、以及加入鹽類物質(zhì)等，但這些方法也具有一定的局限性，或是殺菌不徹底，或是抑菌活性容易失去，或是會(huì)改變食品品質(zhì)，對(duì)一些食品，尤其是高水分活度食品并不適用。此外，由于微生物的滋生是從食品表面開(kāi)始，也常在食品表面噴灑或涂抹適量抗菌物質(zhì)來(lái)提高其安全性，抑制微生物滋生。但由于抗菌物質(zhì)容易與食品組分相互作用而失去抗菌活性，抗菌活性不持久，因此也沒(méi)有廣泛應(yīng)用?？咕b需滿足需求首先必須衛(wèi)生安全，應(yīng)完全殺滅致病菌，最大程度的減少微生物的數(shù)量，防止腐敗菌滋生，保障消費(fèi)者的身體健康其次必須保證良好的品質(zhì)，在加工和滅菌保藏的過(guò)程中，應(yīng)盡量采用溫和的方法，以保持原有口感和品質(zhì)第三應(yīng)具有長(zhǎng)的貨架期，以適應(yīng)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和遠(yuǎn)程物流配送體系的要求但目前的食品防腐抗菌方法不能充分滿足這些需求需要進(jìn)一步發(fā)展食品的抗菌保藏方法，消除食品安全隱患?？咕钚园b抗菌活性包裝是將抗菌劑混入高聚物包裝材料中，使其具有抗菌活性的包裝方法?？咕钚园b可以緩慢的釋放出抗菌劑，在包裝內(nèi)部維持長(zhǎng)期穩(wěn)定的抗菌劑濃度，達(dá)到抗菌防腐的目的，以逐漸減少或代替向食品中加入的防腐劑?？咕钚园b替代了傳統(tǒng)的向食品中添加抗菌劑的食品保藏方法，能長(zhǎng)時(shí)間保持食品的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味，延長(zhǎng)貨架期，提高安全性，能夠有效解決高水分活度食品的抗菌防腐難題。高水分活度食品的防腐抗菌方法

加熱殺菌：有殘存桿菌、細(xì)菌低溫冷藏：成本高真空和氣調(diào)包裝輻射殺菌添加防腐劑和噴灑涂抹抗菌劑抗菌材料制備方法Siragusa等人（1999）將尼生素以液體的形式涂抹在聚乙烯塑料表面，然后真空包裝牛肉，貯藏20天后發(fā)現(xiàn)，牛肉表面的微生物低于直接用尼生素溶液浸泡過(guò)的牛肉。Scannell等人（2000）將尼生素通過(guò)共價(jià)鍵固定到聚乙烯/聚酰胺材料上，用于包裝火腿，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在冷藏還是室溫下，三個(gè)月后仍可維持抗菌活性不變，有效抑制了火腿表面乳酸菌的生長(zhǎng)。Ha等人（2001）指出將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~1%的葡萄柚子提取物（GFSE）通過(guò)共混擠出法加入到多層聚乙烯薄膜中，用于包裝牛肉，在3°C下貯藏后發(fā)現(xiàn)，可以顯著減少牛肉中的好氧菌和大腸桿菌的數(shù)量，貯藏期延長(zhǎng)至18天。Seydim等人（2006）將牛至精油和大蒜精油加到以乳清蛋白為基材的薄膜內(nèi)，用于牛肉和乳酪包裝，在4°C的儲(chǔ)藏環(huán)境中可有效抑制病原菌及腐敗菌的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)保質(zhì)期。Vargas等人（2006）將殼聚糖膜用于草莓的包裝，在低溫冷藏環(huán)境中對(duì)草莓的品質(zhì)沒(méi)有影響，同時(shí)又能夠抑制真菌的滋生。Marcos等人（2007）將細(xì)菌素加入到以海藻酸鈉、玉米蛋白或聚乙烯醇為基材的薄膜中，發(fā)現(xiàn)在6°C的貯藏條件下，含有2000IU/cm2細(xì)菌素的海藻酸鈉真空包裝是火腿有效的防腐抗菌方法。Salleh等人（2007將月桂酸、殼聚糖和淀粉共混，利用流涎法制膜，發(fā)現(xiàn)薄膜對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌都具有良好的抗菌活性，且淀粉/殼聚糖的比例為9:1時(shí)活性最高，可以用來(lái)延長(zhǎng)液體和半固體食品的貨架期。Millette等人（2008）將細(xì)菌素添加到棕櫚?；Ｔ逅徕c材料中，用來(lái)包裝新鮮牛肉，發(fā)現(xiàn)包埋在材料內(nèi)部的細(xì)菌素可以緩慢釋放出來(lái)，有效避免了牛肉中活性成分對(duì)細(xì)菌素抗菌活性的影響，含106IU/L細(xì)菌素的棕櫚?；Ｔ逅徕c薄膜使貯藏7天的牛排中的金黃色葡萄球菌減少了1.86logCFU/cm2。Jin等人（2008）將細(xì)菌素加入到聚乳酸材料中制備食品抗菌包裝材料，并在培養(yǎng)基、液體果汁和蛋清液中檢驗(yàn)了其對(duì)李斯特菌、大腸桿菌和沙門氏菌的抗菌活性，結(jié)果表明，抗菌材料對(duì)三種微生物的抗菌活性分別達(dá)到4.5logCFU/mL，2logCFU/mL，3.5logCFU/mL，具有顯著抗菌活性。Beverly等人（2008）將殼聚糖溶解在醋酸和乳酸中制膜，用于即食型牛肉制品的包裝，發(fā)現(xiàn)在4°C的環(huán)境中儲(chǔ)存28天后，肉制品表面李斯特菌的數(shù)量由高于10logCFU/g降低至2~3logCFU/g。Vasconez等人（2009）將殼聚糖和山梨酸鉀分別加入到木薯淀粉中，流涎法制膜，并用于鮮鮭魚(yú)片的包裝，發(fā)現(xiàn)在冷藏環(huán)境中，能夠顯著抑制乳酸菌和酵母菌的滋生，將品質(zhì)保證期延長(zhǎng)至6天?？咕钚园b材料的抗菌機(jī)理

Veronique（2008）將目前應(yīng)用于肉制品的抗菌活性包裝分為兩類：（1）將抗菌劑包埋在基材內(nèi)部或直接涂抹在表面，通過(guò)向食品表面釋放抗菌劑實(shí)現(xiàn)抗菌活性，同時(shí)又通過(guò)控制抗菌劑的遷移溶出速率，實(shí)現(xiàn)抗菌的持續(xù)性；（2）將抗菌劑分子與基材通過(guò)化學(xué)鍵等方式結(jié)合，固定在基材表面，使其不溶出，通過(guò)材料與食品的緊密接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)抗菌活性，并阻止環(huán)境中微生物對(duì)食品的侵蝕，抗菌活性能夠長(zhǎng)期保持。兩種抗菌材料比較而言，由于前者能夠更好的實(shí)現(xiàn)抗菌活性，因此對(duì)其的研究和使用最為廣泛。

抗菌活性包裝材料的設(shè)計(jì)與制備根據(jù)Han（2000）的綜述，食品抗菌活性包裝材料的制備方法主要有四種：一種是直接將抗菌劑噴涂在包裝材料的表面，但由于抗菌劑容易釋放，長(zhǎng)效抗菌活性不強(qiáng)；第二種是將抗菌劑加入到擠出機(jī)中和塑料母粒共混擠出，由于抗菌劑的添加量不大，因此對(duì)塑料母粒的熔融性質(zhì)影響不大，制備工藝簡(jiǎn)單；第三種方法是將抗菌劑與基材通過(guò)離子鍵或共價(jià)鍵相連，制備成結(jié)構(gòu)均一的抗菌活性包裝系統(tǒng)，抗菌劑不釋放，抗菌活性能夠長(zhǎng)時(shí)間維持，可以阻止環(huán)境中微生物對(duì)食品的侵蝕，但對(duì)食品本身微生物的抗菌活性不高。第四種是將抗菌活性包裝材料制備成多層復(fù)合材料，抗菌劑分散于其中的一層，從而對(duì)抗菌劑的溶出釋放進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)抗菌的實(shí)效性和持續(xù)性?？紤]因素抗菌劑的熱穩(wěn)定性.擠出加工后抗菌劑的抗菌活性.食品組分對(duì)抗菌活性的影響食品的保藏溫度抗菌劑的釋放動(dòng)力學(xué)包裝材料的物理性能

基材的性質(zhì)是決定抗菌劑遷移溶出的關(guān)鍵，也是抗菌材料實(shí)現(xiàn)抗菌活性的關(guān)鍵。Weng等人（1993）[37]的研究表明，將山梨酸鉀加入到聚烯塑料中后，由于聚乙烯的疏水性，山梨酸鉀在水中以及乳酪中的遷移速率有限，抗菌活性無(wú)法顯現(xiàn)。而將山梨酸加入到厚度0.008~0.010mm的聚乙烯異丁烯酸（PEMA）共聚膜中，由于薄膜厚度薄，抗菌劑能夠溶出（55mg/g），因此對(duì)真菌的生長(zhǎng)具有顯著抑制活性[42]。An等人（2000）[43]的研究表明，將細(xì)菌素加入到聚乙烯材料中，細(xì)菌素的遷移速率低，無(wú)法對(duì)瓊脂培養(yǎng)基上的微生物產(chǎn)生抑菌活性。Natrajan等人（2000）[44]研究了細(xì)菌素在聚氯乙烯膜（PVC）、線性低密度聚乙烯膜（LLDPE）和尼龍材料中的遷移情況，發(fā)現(xiàn)由于LLDPE疏水性最強(qiáng)，細(xì)菌素的遷移速率最慢，直接影響了材料的抗菌活性。Mucha等人（2005）[45]將殼聚糖與聚乙烯醇（PVOH）共混成膜，發(fā)現(xiàn)兩者可以通過(guò)氫鍵增加相容性，不同的比例會(huì)影響水分子的遷移擴(kuò)散，并進(jìn)一步影響殼聚糖的溶出。Liu等人（2007）[46]將一些多肽和細(xì)菌素加入到聚乳酸（PLA）材料中，并在聚乳酸中加入了親水性的果膠，通過(guò)在瓊脂培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基中的抗菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果膠的存在有助于細(xì)菌素的溶出遷移。Tripathi等人（2008）[47]分別在瓊脂培養(yǎng)基上檢測(cè)了粉/殼聚糖溶液、淀粉/殼聚糖共混薄膜的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)溶液的抗菌活性非常明顯，清晰的觀察到抑菌圈，相比之下，薄膜周圍的抑菌圈很微弱。殼聚糖抗菌劑

殼聚糖是甲殼素（Chitin）脫乙?；蟮难苌铮▍⒁?jiàn)圖1-3），是自然界中唯一帶正電荷的氨基多糖，化學(xué)名稱為(1,4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。殼聚糖（甲殼素）在自然界中含量豐富，且制備工藝簡(jiǎn)單，具有良好的生理活性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化工、食品、化妝品、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域殼聚糖的制備1979年，Allan首次發(fā)現(xiàn)殼聚糖具有廣譜抗菌活性[63]，之后人們對(duì)其抗菌活性進(jìn)行了廣泛的研究[53,64-66]，發(fā)現(xiàn)在液體培養(yǎng)中，殼聚糖對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度（MIC）為20mg/Kg，對(duì)霉菌的MIC為100mg/Kg。Prashanth等人（2007）[62]和Chung等人（2008）[67]對(duì)殼聚糖的抗菌機(jī)理進(jìn)行了闡述，指出殼聚糖C2位帶正電的質(zhì)子化銨-NH3+是其抗菌的主要活性部位。另一方面，研究者也對(duì)其抗菌活性的影響因素進(jìn)行了研究。Yang等人（2005）[68]研究指出，殼聚糖的抗菌活性隨著脫乙酰度的提高而提高。Zheng等人（2003）[69]研究指出，由于殼聚糖對(duì)微生物的抑菌機(jī)理不同，對(duì)于革蘭氏陽(yáng)性菌（金黃色葡萄球菌），殼聚糖分子量越大，抗菌活性越大；而對(duì)于革蘭氏陰性菌（大腸桿菌），其抗菌活性隨著殼聚糖分子量的增大而減弱。Tokura等人（1994）[70]研究指出，分子量在10,000到100,000之間的殼聚糖能夠抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)繁殖，而分子量為2200的殼寡糖會(huì)促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖。此外殼聚糖還具有良好的成膜特性，但力學(xué)性能不強(qiáng)，Park等人（2002）[71]將殼聚糖在四種有機(jī)酸溶劑中流涎成膜，發(fā)現(xiàn)在乙酸溶液中成膜時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度最大（150.2MPa），斷裂伸長(zhǎng)率為4.1%，水蒸氣透過(guò)率為0.310-9g?m/m2?s?Pa。殼聚糖的耐熱性不高，分解溫度為180°C。

Li等人（2002）[73]將殼聚糖經(jīng)羧甲基化改性后，與纖維素共混制膜，發(fā)現(xiàn)羧甲基后殼聚糖的水溶性增強(qiáng)，在液體培養(yǎng)基中檢驗(yàn)其抗菌活性，發(fā)現(xiàn)材料中含有2%的羧甲基殼聚糖即能顯著抑制大腸桿菌的滋生。Moller等人（2004）[74]將殼聚糖與羥丙基甲基纖維素共混制膜，發(fā)現(xiàn)能夠顯著抑制李斯特菌的生長(zhǎng)，但是將兩者交聯(lián)后，抗菌活性消失。Pranoto等人（2005）[75]利用殼聚糖做基材，向其中加入香精油、山梨酸鉀和細(xì)菌素來(lái)加強(qiáng)其抗菌活性，發(fā)現(xiàn)由于殼聚糖基材的抗菌活性不高，而加入其他抗菌劑后，可以顯著提高抗菌活性，且對(duì)殼聚糖薄膜各項(xiàng)性能的影響不大。Li等人（2006）[76]將葡甘露聚糖和細(xì)菌素加入到殼聚糖材中，利用瓊脂培養(yǎng)基法研究其抗菌活性，發(fā)現(xiàn)材料對(duì)常見(jiàn)的食品微生物具有良好的抗菌活性，抑菌圈非常明顯。Kanatt等人（2008）[77]將殼聚糖與葡萄糖共混制膜，用于包裝羊肉制品，發(fā)現(xiàn)其對(duì)微生物的抑菌活性很高，可以將保質(zhì)期提高到28天。Joerger等人（2009）[78]將殼聚糖涂膜在表面改性的乙烯基共聚材料上，用于包裝火雞肉，在4°C環(huán)境中儲(chǔ)藏12天后，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的數(shù)量降低5logCFU/mL，李斯特菌的數(shù)量降低2~3ogCFU/mL。Tripathi等人（2010）[79]利用殼聚糖/聚乙烯醇/果膠共混制備三層復(fù)合材料，研究了抗菌活性，發(fā)現(xiàn)其對(duì)食品中的致病菌，如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽胞桿菌等均有良好的抗菌活性。淀粉/殼聚糖抗菌活性包裝材料

Zhai等人（2004）[83]利用熱壓成型法制備淀粉/殼聚糖共混材料，結(jié)果表明淀粉和殼聚糖分子之間可以通過(guò)氫鍵相互作用，增加相容性，但微相分離仍不可避免；加入20%殼聚糖后，材料的拉伸強(qiáng)度提高了20%，達(dá)到42MPa；而加入5%殼聚糖后，共混材料即具備顯著抗菌活性。Suzuki等人（2005）[84]將殼聚糖與直鏈淀粉共混流涎制膜，發(fā)現(xiàn)殼聚糖在10%的添加量下，由于淀粉與殼聚糖分子間氫鍵的作用，共混薄膜的力學(xué)性能和抗菌活性均高于各自單獨(dú)成膜。Xu等人（2005）[85]以殼聚糖為基材，向其中加入蠟玉米淀粉和普通玉米淀粉，發(fā)現(xiàn)加入普通玉米淀粉后薄膜的拉伸強(qiáng)度（42.25MPa）高于蠟玉米淀粉（33.69MPa），這是因?yàn)榍罢咧泻墟湢畹闹辨湹矸?，能與殼聚糖形成更多的氫鍵。Durango等人（2006）[86]將殼聚糖和山藥淀粉共混鋪膜，研究了薄膜的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)共混薄膜的抗菌活性不如純殼聚糖膜，但添加5%的殼聚糖后，共混薄膜的抗菌活性和純殼聚糖膜相差不大。Bangyekan等人（2006）[87]將殼聚糖涂膜在木薯淀粉薄膜的表面，發(fā)現(xiàn)殼聚糖會(huì)與淀粉分子以氫鍵結(jié)合，使淀粉的結(jié)晶發(fā)生改變，同時(shí)也會(huì)增加拉伸模量至750MPa，而殼聚糖疏水性的乙酰基又降低淀粉膜的透濕性。

Chillo等人（2008）[51]將殼聚糖和甘油加入到木薯淀粉可食性膜中，對(duì)比兩種物質(zhì)對(duì)材料力學(xué)性能和阻隔性能的影響，發(fā)現(xiàn)殼聚糖能夠提高淀粉膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提高薄膜的阻水性能，而甘油具有相反的效應(yīng)。在加入1%的殼聚糖和0.5%的甘油后，薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高（67°C），拉伸強(qiáng)度為192MPa。Mathew等人（2008）[88]將阿魏酸加入到淀粉/殼聚糖共混薄膜中，制備可食性膜或包覆膜，在最適添加量下材料的拉伸強(qiáng)度為62.71MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為21.6%，阻氧性能也隨著阿魏酸的加入而提高。國(guó)內(nèi)的學(xué)者也對(duì)淀粉/殼聚糖共混抗菌材料進(jìn)行了研究。聶柳慧（2005）[89]、鐘秋平（2006）[90]、薛瓊（2009）[91]等研究了淀粉/殼聚糖共混材料的界面性能、機(jī)械性能和阻隔性能，研究表明，增加殼聚糖添加量會(huì)提高材料的拉伸強(qiáng)度，這是因?yàn)闅ぞ厶潜旧砭哂幸欢ǖ恼扯?，與淀粉分子鏈之間有充分的物理交聯(lián)，而且殼聚糖分子中有許多游離的氨基、羥基，能與淀粉分子中的羥基形成氫鍵，增加共混材料的力學(xué)性能。此外，田春美等（2008）[92]研究了原淀粉/殼聚糖共混膜的抗菌性，表明材料具有一