食品包装抗菌膜研究简介

食品包装抗菌膜是将抗菌剂、抗氧化剂等各种活性物质添加到薄膜基材中制成的食品包装膜，可有效减少食品中致腐细菌/霉菌等微生物的繁殖和生长，从而延长食品的货架寿命。在抗菌膜中，膜是抗菌物质的载体，抗菌膜可分为有聚烯烃基材抗菌膜、可降解抗菌膜和可食用抗菌涂膜3类。

1）聚烯烃基材抗菌膜。聚烯烃基材抗菌膜主要指以聚烯烃为基材，通过加入抗菌剂制得的抗菌薄膜，目前研究较多的基材主要有聚乙烯、聚丙烯等。聚烯烃基材抗菌膜的生产加工方法主要有2种：一种是将抑菌剂（如纳米银或纳米 ZnO 等）负载于其他无机粒子（如沸石）中，然后将其与聚烯烃颗粒混合、均匀分散、吹膜制得抗菌薄膜；另一种是将抗菌单体采用接枝法负载于聚烯烃薄膜表面制备抗菌膜。

2）可降解抗菌膜。可降解抗菌膜通常指将抗菌剂与可降解成膜材料混合制备而成的抗菌薄膜。目前研究较多的可降解抗菌膜的基材主要有壳聚糖、聚乳酸（PLA）、淀粉、纤维素等，其制备方法主要有溶液浇铸法、流延法等。

3）可食用抗菌涂膜。可食用抗菌涂膜与传统意义上的包装抗菌膜有所区别， 是一层附着在食品表面很薄的抗菌膜，其成膜基材通常由生物聚合物（如多糖、蛋白质等）单独或组合制成。可食用抗菌涂膜的研究较广泛，其制备方法大多为将抗菌剂、成膜物质和各种助剂制备成具有抗菌功能、质地均匀的乳液，然后将乳液涂覆于食品表面，以延长食品的货架期。

食品包装用抗菌膜常用抗菌剂主要有无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂。

1、无机抗菌剂

无机抗菌剂有两类。一类是金属（如银、铜、锌）或者其离子负载到一些多孔材料的制剂，在金属系抗菌剂中，银离子对微生物的杀菌作用极为显著，银离子的抑菌机制研究较多。其杀菌原理是金属接触到菌体之后，会使蛋白质变性，让微生物生理功能受到破坏，从而导致菌体死亡。

另一类是被光子激活的半导体氧化物（如 TiO2，ZnO，ZrO2 等），这种抗菌剂的加入会使材料表面附着金属，可以催化活性中心激活吸附在材料表面的空气或水中的氧气，会产生很强具有氧化还原能力羟自由基和活性氧中心，破坏微生物的正常生理达到抑菌能力。研究表明，无机纳米 TiO2 粒子的加入可以大大改善膜的抑菌能力。

无机抗菌剂由于具有抗菌能力不易失效、 耐热稳定性较好等特点，被广泛应用于制备食品包装用抗菌膜，尤其适用于加工温度较高的制备工艺（如挤出吹塑等）中。

在实际应用中，也存在一些缺陷，例如无机抗菌剂的食品安全性需进行评估；抗菌剂从抗菌膜向食品中的迁移规律尚不明确；无机抗菌剂大多为接触型抗菌剂，对未直接接触部位的抗菌效果不明显。

2、有机抗菌剂

食品包装用抗菌膜常用有机抗菌剂分为低分子有机抗菌剂和高分子有机抗菌剂，低分子有机抗菌剂有季铵盐类、有机酸类、季鏻盐类、双胍类等，高分子有机抗菌剂，一般由高分子聚合物结合抗菌基团，多以均聚、共聚、接枝等方式引入制得。

在有机抗菌剂中，季铵盐类抗菌剂使用最广泛。目前，一般认为季铵盐的抑菌机制为单链和双链季铵盐均可破坏微生物的细胞壁和细胞膜的完整性，还可抑制酶的活性，并影响细胞代谢。双链季铵盐处理微生物时还可阻碍微生物核酸和蛋白质的合成。聚合季铵盐对微生物的主要作用方式是破坏细胞壁和细胞膜结构，引起细胞内物质泄漏，导致微生物细胞死亡。

有机抗菌剂具有抗菌效果较好、来源广泛、容易与成膜基材混合等优点，但也存在耐热稳定性较差、抗菌有效期不长、食品安全性不高、微生物容易对有机抗菌剂产生耐药性等缺点，以上这些因素限制了有机抗菌剂在抗菌膜产品中的应用。

3、天然抗菌剂

天然抗菌剂一般是指从植物、动物、微生物等来源获得的具有抗菌活性的成分。目前在食品包装用抗菌膜制备过程中常用的天然抗菌剂主要有植物精油和壳聚糖、溶菌酶、细菌素等。

在植物精油中，代表性抑菌活性成分主要有百里香酚、香芹酚、反式肉桂醛、丁香酚、香茅醛等。由于植物精油大多来源于食药同源的植物，普遍认为其安全性较高。由于植物精油具有优异的抑菌性能，使得它在食品包装中的研究比较广泛。

壳聚糖具有较好的成膜特性、抗菌能力和生物降解性，是一种良好的抗菌包装候选材料，目前对它的抗菌机理有2种：①壳聚糖可以成膜，让物质与外界隔离，形成一种天然的保护屏障；②壳聚糖可以浸入细胞里面，吸收细胞里面含有阴离子的物质，使细胞不能正常生理活动，从而死亡。

溶菌酶是一种碱性蛋白质，在酸性环境下，溶菌酶对热的稳定性很强，广泛存在于鸟类、家禽的蛋清中和哺乳动物的泪液、唾液、血浆、乳汁、胎盘，以及体液、组织细胞内，其中在蛋清中含量最丰富。溶菌酶的抑菌机理是通过切断细胞壁肽聚糖中的N-乙酰胞壁酸（NAG）和N-乙酰葡萄糖胺（NAM）之间的β- 1,4 糖苷键，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂，细菌裂解。

细菌素是细菌产生的抗菌肽，具有一定的杀菌和抑菌作用。细菌素的作用模式一般分2类，一类为能量依赖性的，一类为非能量依赖性的。前者可以电位吸附细菌的细胞表面，让细胞自溶死亡；后者可以使受体蛋白位于敏感菌细胞膜上并形成亲水通道，使细胞膜破裂。

天然抗菌剂具有绿色环保、对人体安全性高、抗菌效果强、抗菌谱广、来源广泛等优点，是近年来研究较多的一类抗菌剂。天然抗菌剂在加工和使用过程中也存在一些问题：部分天然抗菌剂的热稳定性较差，在较高温度的加工过程中容易分解/挥发从而导致抗菌效果下降；植物精油类抗菌膜在自然条件下由于易挥发可能会造成抗菌效果降低；此外，部分天然抗菌剂的价格相对较高。

近年来，食品包装用抗菌膜的研究取得了长足进步。由于存在技术、成本、安全等方面的问题，目前食品包装用抗菌膜距离产业化应用仍有一段距离，需广大科研工作者从技术上攻克食品包装用抗菌膜抑菌效果不够强、作用方式不够实用等问题，同时要对使用的抗菌剂和其他原辅料从食品安全角度进行风险评估，并从产业化应用方面不断改进生产工艺、降低生产成本。

参考资料：

[1]柴三中,赵亚珠.食品包装用抗菌膜研究进展[J].包装工程,2022,43(15):178-185.DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.020.

[2]成淑君,余倩,刘悦.可食性抗菌膜研究进展[J].农产品加工,2018(15):71-76.DOI:10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2018.08.023.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。