纖維素基抗菌復(fù)合薄膜的研究進(jìn)展

楊茜茜 馬 維

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

1 前言

纖維素是由葡萄糖構(gòu)成的大分子多糖，作為植物細(xì)胞壁的主要成分，具有來(lái)源廣、可生物降解、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是地球上存儲(chǔ)量最大的天然高分子可再生資源[1]。近年來(lái)，用于食品包裝的主要材料是高、低和極低密度聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等，但由于這些材料不能生物降解且具有一些局限性，從而影響其回收利用。纖維素因其具備可完全生物降解、生物相容性好、可改性等優(yōu)點(diǎn)在醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮、藥品包裝等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

從食品包裝的角度出發(fā)，向包裝復(fù)合膜摻入抗菌劑達(dá)到抗菌效果已成為研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。許多研究表明，利用抗菌劑對(duì)纖維素進(jìn)行改性，通過(guò)澆鑄法、流延法、真空抽濾法等成膜方法可制備出一系列的抗菌復(fù)合薄膜。如今，利用纖維素為基膜材料，并賦予其抗菌能力是天然抗菌包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)。

2 抗菌劑的種類及其抗菌機(jī)理

抗菌劑種類較多，主要分為無(wú)機(jī)類、有機(jī)類及天然抗菌劑。

無(wú)機(jī)抗菌劑根據(jù)不同的有效成分，可以分為金屬離子系（含Ag＋、Cu2+、Zn2+等金屬離子）和金屬氧化物系（具有光催化作用的ZnO、TiO2等）抗菌劑。前者主要是抗菌劑通過(guò)與細(xì)菌細(xì)胞膜、細(xì)胞壁接觸，從而破壞其結(jié)構(gòu)令細(xì)菌失去活性。后者是通過(guò)吸收可見(jiàn)光、紫外線等外界能量，激發(fā)電子躍遷，使周圍的氧氣和水分子成為活性氧O2-和氫氧自由基·OH． 它們能氧化或使細(xì)菌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、糖苷等發(fā)生反應(yīng)，破壞其正常結(jié)構(gòu)，從而使細(xì)菌死亡或喪失增殖能力。

有機(jī)抗菌劑目前常用的有季銨鹽類、雙胍類、醇類、酚類、有機(jī)金屬類、吡啶類、咪唑類、噻吩類等。它主要是通過(guò)抗菌劑進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)與核糖核酸相互作用，破壞細(xì)菌體內(nèi)RNA 轉(zhuǎn)錄到DNA 的過(guò)程，抑制細(xì)菌繁殖生長(zhǎng)，來(lái)達(dá)到殺菌效果。

天然抗菌劑主要有殼聚糖、魚(yú)精蛋白、桂皮油、羅漢柏油、竹葉揮發(fā)油、石榴皮粉和大蒜素等，大多數(shù)是從動(dòng)植物中提煉精制而成的，安全無(wú)毒，但作用持續(xù)時(shí)間短、耐熱性差，而且有加工條件的制約，不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因而使用較少，目前最常用的是殼聚糖類。

3 抗菌纖維素復(fù)合薄膜的研究

纖維素本身具有良好的成膜性，可將小分子或大分子抗菌劑通過(guò)物理或化學(xué)法引入到以纖維素為基質(zhì)的混合體系中，繼而采用合適的成膜方法，制備出具有抗菌性能的纖維素復(fù)合薄膜。構(gòu)筑抗菌復(fù)合薄膜的過(guò)程中，通常采用天然大分子、納米金屬Ag、部分半導(dǎo)體（TiO2/ZnO）等作為抗菌組分，下述內(nèi)容將為大家介紹各種抗菌纖維素薄膜的制備及發(fā)展概況。

3.1 木質(zhì)纖維素基抗菌復(fù)合膜

陳啟原使用低價(jià)的楊木木片作為原料,使用綠色環(huán)保的處理方法制得高純高聚合度纖維素，將纖維素與作為填料的抗菌劑復(fù)合得到載銀纖維素復(fù)合膜、殼聚糖季銨鹽-纖維素復(fù)合膜、季銨化改性纖維素共混纖維素復(fù)合膜。對(duì)抗菌纖維素膜的抗菌能力進(jìn)行分析，結(jié)果表明，載銀纖維素膜殺菌速度最快，而殼聚糖纖維素膜和改性纖維素膜殺菌速度相對(duì)較慢。

3.2 納米纖維素基抗菌復(fù)合膜

王利軍等以乳鏈菌肽（Nisin）作為抗菌劑，乙酰化納米纖維素（ACNF）與淀粉為基體，制備出在食品包裝方面有很大潛力的復(fù)合膜材料。測(cè)試表明，抗菌劑Nisin加入后能夠使ACNF-ST 對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌能表現(xiàn)出良好的抗菌能力。郝曉楠選擇再生納米纖維素作為原料，用高碘酸鈉還原銀離子來(lái)得到負(fù)載銀納米顆粒的纖維素基質(zhì)，再與瓜爾膠進(jìn)行混合，通過(guò)真空抽濾法制備出雙醛納米纖維素-瓜爾膠的復(fù)合薄膜，所制得的復(fù)合薄膜可以表現(xiàn)出優(yōu)良的抗菌性能。

3.3 羧甲基纖維素基抗菌復(fù)合膜

李歡以廢棄的一次性紙杯為原料提取羧甲基纖維素（CMC），銀納米顆粒（Ag NPs）作為抗菌劑，通過(guò)原位還原法成功制備了Ag NPs/CMC/SR 復(fù)合薄膜。所制備的復(fù)合薄膜不僅表現(xiàn)出優(yōu)良的機(jī)械性能，還具有良好的抗菌性能。

3.4 細(xì)菌纖維素基抗菌復(fù)合膜

周璞]以海藻酸鈉（SA）溶液與細(xì)菌纖維素（BC）溶液作為原料，將它們按一定的比例混合均勻，通過(guò)超聲波粉碎后風(fēng)干至蒸發(fā)成膜，再在膜的表面沉積多巴胺，利用多巴胺還原生成銀納米顆粒（Ag NPs），制備出具有良好抗菌性能的復(fù)合膜。該復(fù)合膜表現(xiàn)出較好的殺菌能力，擁有良好的細(xì)胞相容性，并有潛力成為新一代GBR 膜研發(fā)的良好選擇。

3.5 淀粉基抗菌復(fù)合膜

何棟等以玉米淀粉和殼聚糖為基膜，加入納米ZnO顆粒，通過(guò)流延法來(lái)制備ZnO/殼聚糖/淀粉膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZnO 作為添加劑加入并沒(méi)有影響殼聚糖/淀粉膜的相容性，與殼聚糖/淀粉膜相比，ZnO/殼聚糖/淀粉膜具有更優(yōu)良的阻隔性和抑菌活性，在食品衛(wèi)生包裝行業(yè)有較大的應(yīng)用潛力。Yuan 等采用淀粉基為成膜材料，納米纖維素為增強(qiáng)劑，聚六亞甲基雙胍（PHMB）為抗菌劑，利用流延法制備出淀粉基復(fù)合抗菌薄膜。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)抗菌劑PHMB 含量高于6%（wt%）時(shí)，淀粉-納米纖維素與PHMB（S-N-P）薄膜對(duì)大腸桿菌表現(xiàn)出顯著的抗菌能力，本研究所開(kāi)發(fā)的復(fù)合膜在食品保鮮領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

纖維素作為天然分子材料，所制出來(lái)的膜在自然環(huán)境中可以完全降解，有利于減少環(huán)境污染，是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ陌b材料。直接共混、微膠囊以及接枝改性是制備纖維素抗菌膜的常用方法。本文從食品包裝角度出發(fā)，列舉了各種抗菌纖維素復(fù)合薄膜的制備及發(fā)展概況。以纖維素為基質(zhì)，在混合體系中加入抗菌物質(zhì)采用合適的成膜方法來(lái)制備出達(dá)到一定抗菌效果的復(fù)合薄膜，但此研究也存在一些不足：（1）共混法摻入的抗菌物質(zhì)能達(dá)到較好的殺菌效果，但在膜內(nèi)不穩(wěn)定，易出現(xiàn)溶出現(xiàn)象。（2）通過(guò)接枝抗菌劑可讓纖維素獲得穩(wěn)定的抗菌性能，但是接枝過(guò)程中影響抗菌劑接枝率的因素較多，需要找尋最佳的接枝條件。在最優(yōu)的接枝條件下，纖維素復(fù)合薄膜的殺菌效果能否達(dá)到預(yù)期還是個(gè)未知數(shù)。因此，如何提高抗菌劑在膜內(nèi)的穩(wěn)定性，優(yōu)化抗菌劑的接枝條件，讓纖維素復(fù)合薄膜獲得穩(wěn)定且高效的抗菌性能，將會(huì)是以后的重點(diǎn)研究方向。