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食品抗菌包装薄膜的研究进展

2021-07-23 来源:嘉兴机械信息网

食品抗菌包装薄膜的研究进展

食品抗菌包装薄膜是当今食品包装新的研究热点。随着社会的进步,人们生活水平的提高,消费者对于方便、快捷、新鲜的食品需要量不断增大,食品安全和食品质量也就成了人们最关注的问题。

现在,为了解决食品在物理、生物化学和有害微生物等因素的作用下腐烂变质,甚至产生有毒物质,严重影响消费者身体健康的问题,在食品包装材料中加入一定量的抗菌剂制成的抗菌包装材料,可分为抗菌薄膜、抗菌中空容器、抗菌包以及抗菌周转箱等,其中食品抗菌包装薄膜是应用最为广泛的。

对包装薄膜基材的要求

制备食品抗菌包装薄膜有很多种方法。一种是将抗菌剂制成抗菌母粒,通过抗菌剂或抗菌母粒和树脂单层挤出或流涎制备而得,也可以通过作为表面层和别的层共同挤出形成抗菌复合膜。还有一种是通过将抗菌剂涂敷或者蒸镀在树脂薄膜上而得。

对于抗菌母粒制得的抗菌薄膜来说,由于膜本身厚度薄,因此要求抗菌粒子的粒径较小,并由比较窄的粒径分布或采用能够溶解在树脂中的有机抗菌剂。一般抗菌剂或抗菌母粒的加入对薄膜力学性能影响不是很明显,对薄膜的印刷性能也无不利影响。但对部分薄膜的阻隔性能有一定的影响,所以选择抗菌剂和抗菌母粒时要注意抗菌剂和抗菌母粒的加入对薄膜的性能的影响状况,选择合适的抗菌剂,以保证包装的性能符合使用要求。一般选用的包装材料有 LDPE、LLDPE、EVA、纤维素膜、可食用薄膜等。

对于将抗菌剂涂敷或蒸镀到薄膜上的方法来说,不同的塑料自身阻隔性能差距很大,如果涂敷和镀膜过程中基材未受到破坏的话,它仍能影响最终产品的质量。塑料薄膜表面的表面性能、表现极性、表面粗糙度、表面含氧、氮原子的百分比会影响薄膜与抗菌剂的粘结强度,从而影响抗菌性能。另外,在将抗菌剂涂敷或蒸镀到薄膜上之前,应该预先对薄膜基材表面进行预处理,改善其表面性能,提高结合力。用于涂敷或蒸镀的包装薄膜基材一般有 PET、PA、PVC、BOPP、LDPE 等。

食品抗菌包装薄膜除了满足商品包装本身需要的力学性能、印刷性能、展示性能等包装材料必须具有的性能外,世界各国对用于食品类物品包装材料的卫生性能都有很高的要求。我国国家标准 GB-9687 规定了用于食品包装材料的卫生要求,要求材料色泽正常、无异味、无异嗅、无异物,并在蒸发残渣、高锰酸钾消耗量、重金属含量、脱色实验等方面符合相应要求。美国 FDA就食品包装材料的组成、添加剂规格、使用条件、溶出要求、食品包装材料溶出物慢性毒性实验要求、亚慢性毒性实验要求等也做出了具体的规定。

不同类型的食品抗菌包装薄膜

1.无机抗菌剂薄膜

无机抗菌剂是利用银、铜、锌、钛等金属及其离子的杀菌和抑菌能力制得的抗菌剂。上世纪80 年代初,日本科学家开始将银化合物直接添加到树脂中,首次用无机抗菌剂制成了抗菌塑料薄膜。

抗菌机理:由于无机抗菌剂属于溶出接触型抗菌剂,因此无机抗菌剂薄膜的抗菌作用是被动的。目前对金属离子的抗菌作用机理有两种解释。

一种是接触反应机理。无机抗菌剂薄膜中的金属离子接触到微生物,使微生物蛋白质结构破坏,造成微生物死亡或产生功能障碍。

一种是活性氧机理。无机抗菌剂薄膜表面分布的微金属离子能够吸收环境中的能量,激活吸附在包装膜表面的空气和水中的氧,产生羟自由基和活性氧离子,它们具有很强的氧化还原能力,能够破坏细菌细胞的繁殖能力,抑制或杀灭细菌,产生抗菌效果。

无机抗菌剂薄膜的应用。目前,用于食品包装薄膜的无机抗菌剂不多,据报道,美国 SangeGroup 研制生产的 APACIAER 抗菌剂是一种载银羟基磷灰石,被广泛月于食品包装。此外,由于银具有很好的杀菌能力,将氧化银或银通过真空镀膜镀在 PET 膜上,用来作为食品的包装材料。

2.有机抗菌剂薄膜

抗菌机理:有机抗菌剂的主要作用机理是通过和微生物细胞膜表面阴离子结合逐渐进入细胞,或与细胞表面的巯基等集团反应,破坏蛋白质和细胞膜的合成系统,抑制微生物的繁殖。有机抗菌剂薄膜的应用。目前,美国迈克公司生产的 TBZ(2-苯并咪唑)、Akcros Chemical公司生产的 OBPA、Ciba 公司生产的 IR-GAGUARD 等都通过了美国 FDA 认证,用于食品包装的有机抗菌剂,可添加到树脂中制成食品抗菌包装薄膜。

3.光催化型无机抗菌剂薄膜

抗菌机理:目前的光催化型抗菌剂主要是 TiO2,在光作用下在表面可以产生大量的羟基自由基和氧自由基,这两种自由基具有很强的化学活性,能使各种微生物发生有机分解,因而具有抗菌性能。

光催化型无机抗菌剂薄膜的应用。自从 1995 年光催化制剂首次在日本面市,目前的一个广泛应用领域就是食品包装。

4.天然和高分子抗菌剂薄膜

其他的抗菌剂薄膜还有天然抗菌剂薄膜和高分子抗菌剂薄膜。它们的抗菌机理都是通过分子链上的电荷与微生物作用,从而抑制微生物繁殖,起到抗菌作用。目前用于食品包装的主要有壳聚糖、山梨酸、姜黄根醇。

5.复合化抗菌剂薄膜

复合化抗菌剂薄膜的效果主要体现在以下方面:延长抗菌周期;低浓度时即可产生抗菌性能;拓宽抗菌谱,比任何单一抗菌剂薄膜抑制更多的微生物。

目前用于食品包装的复合化抗菌剂还没有报道,但在日本市场上出现了有机抗菌剂三嗪类防霉剂与吡啶类抗菌剂复合而成的复合抗菌剂三嗪类抗菌剂,它的抗菌作用提高了 3-4 倍。国内海尔科化工程塑料国家工程研究中心开发的有机抗菌剂和无机抗菌剂复合的抗菌剂,克服了KFHS 系列抗菌剂功能单一的问题。另外,在食品包装薄膜中可以将纳米 TiO2 添加到无机银系抗菌剂中,解决银系抗菌剂抗菌效果缓慢的问题。

各种抗菌薄膜都有它们的优缺点,文后附表总结了它们的特点。

食品抗菌包装薄膜展望

食品抗菌包装是食品活性包装中最有前途的一部分。一些食品经杀菌进行无菌包装或者真空包装后,在运输过程中食品的包装破损或者是开封后再储藏,就很难达到原有的无菌效果了。在这种情况下,选择抗菌薄膜包装是最有益的,它能不断释放抗菌剂来抑制微生物的生长,保证食品的安全,延长食品的货架寿命。

食品抗菌包装薄膜正处于发展初期,仍存在一些值得关注的问题:

1.食品抗菌包装薄膜的安全性。在应用之前,应该通过试验看其抗菌剂是否会转移到食品中。目前出现了一些新的技术,例如对包装薄膜材料进行 UV 激态原子激光辐射处理、对基材树脂分子链进行修饰、抗菌剂功能团等。这些技术都可能解决抗菌包装薄膜的安全问题,有极为广泛的应用前景。

2.食品抗菌包装薄膜的多功能性。开发一些既可以抗菌,又可以改善食品色、香、味的包装,或者是一些指示性包装。解决这些问题,将会为食品包装材料开辟一个更为广阔的领域。

来源:中国抗菌专业网

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