抗菌劑在食品包裝領域的研究進展

白 露，李志明，周成琳，劉海洋，鐘 蕊，宋雪健

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

食品腐敗變質的主要原因是由微生物引起，食用有害微生物將對人體造成不利影響。目前，對蔬菜、水果、熟食等產品的保鮮措施主要有低溫冷藏、氣調保鮮、涂膜保鮮、抗菌包裝保鮮等。隨著科技的發展和消費理念的升級，對食品包裝的安全、綠色提出了更高的要求，抗菌包裝材料在食品中擁有廣闊的前景，綠色安全環保的抗菌包裝將成為一種趨勢[1]。因此，在進行抗菌包裝材料制備時選用適當的抗菌劑，應具有無毒、安全、高效、廉價、廣譜等特點，可以有效延長食品的貨架期。抗菌劑按照性質來源一般分為天然抗菌劑、有機抗菌劑和無機抗菌劑。從抗菌劑的性能及其在食品包裝領域的應用研究出發，綜述抗菌劑在食品包裝領域的研究現狀，旨在為食品抗菌包裝材料的進一步研究提供一些理論基礎。

1 天然抗菌劑

天然抗菌劑主要是指從某些動物、植物和微生物體內提取出的具有抗菌活性的物質。其抑菌作用機理根據具體種類的不同而存在差異，動物源天然抗菌劑（如殼聚糖）的抑菌機理現有2 種不同的觀點：一種是殼聚糖以帶負電荷的細胞膜為作用靶，吸附在細胞膜表面阻礙其正常的生理代謝活動，并改變細胞膜的通透性，從而使其致死；另一種是殼聚糖以DNA 為作用靶，在此過程中對DNA 聚合酶和RNA 的合成進行擾亂，從而起到抗菌效果。植物源天然抗菌劑（如植物精油），目前對其的研究主要認為植物精油通過損傷微生物的細胞壁、細胞膜和細胞器的質膜，導致細胞內容物逸出或細胞內外離子濃度變化，從而起到抗菌作用。微生物源天然抗菌劑（如抗生素）通過滲透方式進入微生物的細胞內，在胞內吸附其中的陰離子物質，導致細胞正常的生理代謝紊亂，從而致死細胞[2]。于金池等人[3]將不同濃度Nisin（乳酸鏈球菌素）加入瓊脂基可食用抗菌膜中，發現該抗菌膜對金黃色葡萄球菌有明顯的抑制作用，而且抑菌效果隨著Nisin 添加量的增加而提高。肖力源等人[4]以玉米淀粉、殼聚糖和魔芋葡甘露聚糖為成膜基質，甘油為增塑劑，吐溫-80 為表面活性劑，向其中添加肉桂精油等4 種植物精油，將制成的抗菌膜對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和沙門氏菌進行抑菌試驗，研究表明4 種精油對這 3 種菌均有一定的抗菌效果，抗菌活性大小為肉桂精油>牛至精油>百里香精油>迷迭香精油。單一天然抗菌劑的添加較添加2 種或2 種以上天然抗菌劑的食品抗菌膜在一定程度上的抑菌效果不太理想，為了避免此類情況，充分發揮其抗菌效果，制備抗菌性更強的復合抗菌劑類食品保鮮膜逐漸成為研究熱門。劉光發等人[5]制備的聚乙烯醇基肉桂檸檬草復配精油抗菌膜在其體積分數為2%時，能有效降低甜櫻桃在貯藏期的腐爛率和菌落總數，維持甜櫻桃的品質，延長貯藏期3～4 d。

天然抗菌劑具有來源廣泛、抑菌廣譜且安全性高、環保、無毒無害、生物相容性良好等優點。同時，天然抗菌劑在加工和使用過程中存在高溫下容易分解失效，從而使其應用受到限制，沒有發揮出最佳效果。從植物、動物和微生物上提取的純度不高，抑菌能力有限，批量生產存在困難，針對這些問題，有待繼續深入研究。

2 有機抗菌劑

有機抗菌劑是指以有機酸類、酚類、季銨鹽類、苯并咪唑類等有機物為抗菌物質的抗菌劑。有機抗菌劑種類繁多，在多個領域中均有涉及，根據其用途通常可分為殺菌劑、防腐劑、防霉劑和防藻劑[6]。有機抗菌劑的抗菌機理是通過微生物細胞膜表面的陰離子結合逐漸進入細胞，或者與細胞表面的巰基等基團反應，破壞蛋白質和微生物的合成系統，進而抑制微生物的繁殖。張燕等人[7]在聚乙烯醇中添加檸檬酸后提高了蘋果的保鮮效果，減少了蘋果的硬度。王卉等人[8]以明膠為基質，添加抗菌劑山梨酸鉀，采用溶液流延成膜法制備不同山梨酸鉀含量的明膠可食性抗菌膜，對金黃色葡萄球菌進行抑菌圈試驗時發現，抑菌效果隨著山梨酸鉀在明膠基膜的添加量的提高而提高，但出于對食品包裝的安全性考慮，需控制其添加量。陸敏等人[9]使用添加了質量濃度15 mg/mL 茶多酚的抗菌納米微球的海藻酸鈉抗菌膜包裝圣女果，在一定程度上能延長圣女果的保質期，且能夠很好地抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長繁殖。

有機抗菌劑有應用廣泛、抑菌效果顯著、見效快、來源豐富的優點，但有機抗菌劑存在不耐熱、有效作用時間較短、易發生水解、易遷移，同時易使菌類微生物產生一定程度的耐藥性，使其應用受到較大限制。除此之外，有機抗菌劑的有效期限不長，隨著時間的積累，有些抗菌劑被空氣中的某些微生物降解并影響其抗菌效果。因此，對有機抗菌劑進行一定改良，運用現有性能進行優勢互補，研發新型、高效的有機抗菌劑成為了當前主要研究方向。

3 無機抗菌劑

無機抗菌劑是通過抗菌成分Ag+，Cu2+，Zn2+等離子及其化合物結合無機材料而制得。汞、鉛等金屬離子也具有一定的殺菌效果，因其對人體有害而被放棄，現在被人們信賴、使用較多的抗菌離子主要有銀和鋅。

無機抗菌劑可大致分為兩類：光催化型抗菌劑和溶出型抗菌劑，各類抗菌劑的作用機理不同，所針對的抗菌領域也有所差異。對于其抗菌機理，光催化型抗菌劑經光照可以發生氧化還原反應，并由此起到殺菌抑菌的作用[10]；溶出型抗菌劑殺菌機理是微量金屬離子吸引帶負電荷的細菌，破壞微生物合成酶的活性，并可能干擾微生物DNA 的合成，使蛋白質變性失活，從而破壞了含有蛋白質的生物組織，造成細菌喪失分裂繁殖能力而死亡[11]。

汪敏等人[12]用添加了納米Ag 的聚乙烯薄膜對白菜進行保鮮研究發現，納米Ag 添加量為4%的抗菌薄膜對白菜有著顯著的保鮮效果，其中降低白菜的失重率、葉片黃化，抗菌率達到91.2%。曾麗萍等人[13]制備的以明膠、羧甲基纖維素鈉為成膜基材，添加了無機抗菌劑納米TiO2的抗菌膜，對枇杷進行保鮮試驗時發現，2%為TiO2的最優添加量，有良好的成膜特性、機械性能和抗菌活性，在冷凍條件下，顯著降低枇杷的菌落總數、腐爛率和MAD 含量，延緩枇杷的保質期，保證較好的新鮮度。

無機抗菌劑具有安全性高、耐熱性好、無揮發、不產生耐藥性、不易抗菌失效等特點，在較高加工溫度的材料中應用廣泛，能夠更好地發揮抗菌活性。但無機抗菌劑價格昂貴，在應用工藝上制造困難、工藝復雜，且不同的金屬在應用中也有限制性，與包裝其他基材的相容性不太穩定，就目前所掌握的資料來看，其安全性能尚不能得出準確的結果，所以為研究出健康安全、無污染的無機抗菌包裝材料是目前的研究方向。

4 結語

抗菌劑的使用在當今時代存在著普遍性，在食品的防腐保鮮中有著不可替代的地位，但有些抗菌劑與當今綠色發展的生態理念不相符合。有機抗菌劑、無機抗菌劑、天然抗菌劑都存在自己的優缺點，而且單一性的抗菌劑因其能力及穩定性存在明顯不足，因此研究高效、廣譜的復合抗菌劑是主要方向，高效的復合、環保型抗菌劑在今后的食品包裝材料發展中存在著重要意義。