李志明，周成琳，鐘 蕊，劉海洋，宋雪健

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

塑料制品在食品包裝領(lǐng)域中的廣泛使用，不僅污染環(huán)境，還會(huì)危及人類(lèi)及動(dòng)物的生存，由于食品腐敗變質(zhì)是由微生物所導(dǎo)致，因此研究開(kāi)發(fā)可降解、無(wú)毒、抗菌的包裝材料極為重要。目前，對(duì)可降解包裝膜基材的研究可以分為多糖、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等，而蛋白質(zhì)基膜與其他成膜基材相比，具有機(jī)械特性和較好的阻氣性，可以防止食品的脂肪氧化及揮發(fā)性成分揮發(fā)[1]。作為天然生物高分子材料之一的明膠，也是一種蛋白質(zhì)，其主要組成為氨基酸組成相同而分子量分布很寬的多肽分子混合物，具有良好的生物相容性，并且在自然環(huán)境下可降解，是一種理想的成膜基材[2]。

天然生物抗菌劑納他霉素具有無(wú)毒、無(wú)害、高效的特點(diǎn)，能有效抑制霉菌、真菌的滋生，被廣泛應(yīng)用于食品保鮮當(dāng)中。王君等人[3]采用2%殼聚糖，1%甘油，0.3%CaCl2和0.01%納他霉素制備的殼聚糖抗菌膜具有良好的性能。納米氧化鎂價(jià)格低廉，能有效抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門(mén)氏菌等細(xì)菌，并且對(duì)人體沒(méi)有毒副作用，被作為食品的防腐劑、調(diào)理劑[4]。目前，對(duì)抗菌膜的研究多數(shù)集中在對(duì)細(xì)菌或者真菌的單一種類(lèi)方面，而試驗(yàn)采用明膠作為成膜基材、納他霉素作為真菌抗菌劑、納米氧化鎂作為細(xì)菌抗菌劑制備明膠基抗菌膜，使其具備抑制細(xì)菌及真菌的特性，旨在拓寬抗菌膜的研究種類(lèi)，為食品包裝領(lǐng)域的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

明膠、卡拉膠（生化級(jí)），上海源葉生物科技有限公司提供；羧甲基纖維素鈉（分析純），天津市大茂化學(xué)試劑廠提供；無(wú)水氯化鈣（分析純），天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司提供；丙三醇（分析純），天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所提供；馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）、LB肉湯，青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司提供；納他霉素（生化級(jí)），南京森貝伽生物科技有限公司提供；納米氧化鎂（50 nm），阿拉丁化學(xué)試劑有限公司提供。

HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；JJ-1型精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器，江蘇金壇市榮華儀器廠產(chǎn)品；DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；TU-1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普板通用有限責(zé)任公司產(chǎn)品；XLW型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)、TSY-T1H型透濕性測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)品；FMJ-450型雙面加熱塑料封口機(jī)，杭州佑天元包裝機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品；DMN型光澤度儀，天津市其立科技有限公司產(chǎn)品；WGT-S型透光率/霧度測(cè)定儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抗菌膜的制備

試驗(yàn)選取0.97%（質(zhì)量比，下同）明膠作為成膜基材，0.24%卡拉膠作為增彈劑，0.73%甘油作為增塑劑，0.24%羧甲基纖維素鈉作為增稠劑，0.24%無(wú)水氯化鈣作為交聯(lián)劑，0.24%納米氧化鎂作為細(xì)菌抑制劑，0.02%納他霉素作為真菌抑制劑，在100℃條件下將上述試劑分別溶于200 mL蒸餾水中，待其全部溶解后，將成膜液傾倒于20 cm×20 cm的玻璃板上，冷卻，并在40℃條件下干燥8 h，揭膜，待用。未加抗菌劑的膜作為對(duì)照組。

1.2.2 抗菌性能的研究

（1）菌種的活化。試驗(yàn)以真菌界酵母菌、細(xì)菌界沙門(mén)氏菌作為研究對(duì)象，將菌種分別接種于PDA馬鈴薯培養(yǎng)基和LB肉湯培養(yǎng)基中，并于28℃和37℃下培養(yǎng)3代。

（2）抗菌性的測(cè)定。將活化好的菌種采用梯度稀釋的方式分別將酵母菌、沙門(mén)氏菌稀釋到102CFU/g和106CFU/g。吸取1 mL酵母菌菌液于PDA培養(yǎng)基上，用涂布器涂膜均勻，將抗菌膜裁剪成6 mm的圓圈，置于平皿中央，于28℃條件下培養(yǎng)48 h，并用游標(biāo)卡尺對(duì)抑菌圈進(jìn)行測(cè)定。吸取1 mL沙門(mén)氏菌菌液與裝有LB肉湯培養(yǎng)基的錐形瓶中，將抗菌膜裁剪成6 cm×6 cm的正方形，剪碎，將錐形瓶置于37℃條件下進(jìn)行培養(yǎng)，分別在0，2，4，6，8，10，12 h取樣，于波長(zhǎng)600 nm處測(cè)定吸光度，并通過(guò)吸光度表示菌落總數(shù)[5]。

1.2.3 膜厚度的測(cè)試

采取5點(diǎn)測(cè)試法，采用螺旋測(cè)微器對(duì)膜的厚度進(jìn)行測(cè)試（精度為0.01 mm）。

1.2.4 機(jī)械性能的測(cè)試

參考薄塑和薄片的拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法（GB/T 1040.3—2006）對(duì)膜的機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，稍作改動(dòng)，膜的有效測(cè)試長(zhǎng)度為8 cm，寬度為2 cm，牽引速度為25 mm/min。測(cè)3次取均值。

1.2.5 熱風(fēng)強(qiáng)度的測(cè)試

參考塑料薄膜包裝袋熱合強(qiáng)度試驗(yàn)方法（QB/T 2358—1998），略作改動(dòng)，設(shè)置有效測(cè)試長(zhǎng)度為8 cm，寬為2cm，并將其中的一端用封口機(jī)封合，牽引速率為50 mm/min。測(cè)3次取均值。

1.2.6 透濕量的測(cè)試

參考包裝材料試驗(yàn)方法、透濕率（GB/T 16928—1997）的標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)膜的透濕量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)3次取均值。

1.2.7 透光率及霧度的測(cè)試

參考透明塑料透光率和霧度的測(cè)試方法（GB/T 2410-80—2008），對(duì)膜的透光率及霧度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)3次取均值。

1.2.8 光澤度的測(cè)試

參考紙和紙板鏡面光澤度的測(cè)定的測(cè)試方法GB/T 8941—2007，專(zhuān)用型探頭為75°，測(cè)3次取均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗菌膜的抗菌效果分析

明膠基膜對(duì)酵母菌的抗菌效果見(jiàn)圖1，明膠基膜對(duì)沙門(mén)氏菌的抗菌效果見(jiàn)圖2。

圖1 明膠基膜對(duì)酵母菌的抗菌效果

圖2 明膠基膜對(duì)沙門(mén)氏菌的抗菌效果

研究發(fā)現(xiàn)，抗菌膜能有效抑制酵母菌的滋生，其抑菌直徑為31±0.76 mm，如圖1所示。抗菌膜對(duì)沙門(mén)氏菌的滋生有一定的抑制作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，雖然菌落數(shù)在不斷增大，但抗菌膜組要明顯優(yōu)于對(duì)照組，如圖2所示。試驗(yàn)制備的明膠基抗菌膜與王贏[6]采用殼聚糖和0.075%的納他霉素制備的抗菌膜對(duì)酵母菌的抑制效果較為接近。與李化嶸[7]采用納米氧化鎂對(duì)沙門(mén)氏菌進(jìn)行抗菌效果研究取得的結(jié)果相一致。

2.2 明膠基膜物理指標(biāo)分析

膜的測(cè)試指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 膜的測(cè)試指標(biāo)

研究發(fā)現(xiàn)，隨著抗菌劑的加入，其膜的厚度增大。由于納米氧化鎂及納他霉素抗菌劑粒子的存在，導(dǎo)致成膜基材分子之間的作用力降低，易于發(fā)生形變，故明膠基抗菌膜的抗拉強(qiáng)度低于明膠基膜，斷裂伸長(zhǎng)率高于明膠基膜，同時(shí)熱封強(qiáng)度也有所下降。明膠基抗菌膜的透濕量為453.77±25.24 g/m2·d，明膠基膜的透濕量為426.72±20.6 g/m2·d，是由于抗菌劑粒子的存在增大了成膜基材分子間的“空隙”，提高了水分的透過(guò)量。由于納米氧化鎂及納他霉素均為白色粉末狀固體，導(dǎo)致制備的明膠基抗菌膜呈現(xiàn)白色，而明膠基膜接近為無(wú)色，故明膠基抗菌膜的透光率低于明膠基膜，且霧度較大。同時(shí)由于抗菌劑粒子分散與明膠基膜的表面及內(nèi)部，導(dǎo)致其光澤度為9.8±0.1 Gs，明顯低于明膠基膜。李海朝等人[8]采用明膠及不同濃度的納米微晶纖維素制備的復(fù)合膜，其抗拉強(qiáng)度為2.3～14.8 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為55%～13%，試驗(yàn)制備的抗菌膜的抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率參數(shù)在上述范圍內(nèi)。與王卉等人[9]采用5% （W/V）明膠、3%甘油（W/W明膠）、0.4%戊二醛（W/W明膠）及山梨酸鉀制備的抗菌膜在透光性及霧度指標(biāo)研究中，取得的結(jié)果相一致，即隨著抗菌劑的添加，膜的透光性被弱化，霧度增大。

3 結(jié)論

采用0.97%明膠，0.24%卡拉膠，0.73%甘油，0.24%羧甲基纖維素鈉，0.24%無(wú)水氯化鈣，0.24%納米氧化鎂，0.02%納他霉素，制備的明膠基抗菌膜，對(duì)酵母菌的抑菌直徑為31±0.76 mm，同時(shí)還能有效抑制沙門(mén)氏菌的滋生，由于抗菌劑的加入，改變明膠基膜的機(jī)械性能、光學(xué)性能及阻隔性能。試驗(yàn)更好地應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域的研究提供了理論參考。