抗菌包裝

抗菌包裝體系一般由包裝材料、抗菌劑和食品三部分組成。抗菌劑通常塗在包裝材料上、合成於包裝材料內、固定在包裝材料表面或被改良成包裝材料。目前，根據抗菌包裝體系中抗菌劑的應用形式不同，抗菌食品包裝體系主要可以分為以下五大類。

(1)將含有揮發性防腐劑的小包或固體片劑直接裝入包裝袋。最早由El本開發的一種抗菌包裝體系“Ethanol vapor generator”是將乙醇吸附進載體材料，然後裝入多聚物小袋中，通過乙醇透過選擇性膜釋放到包裝袋頂空，來對被包裝物進行殺菌；目前日本市場上出現的商品名為Ethicap(乙醇吸附進SiO。粉中)和Fretek(乙醇和乙酸吸附在紙片上)的包裝袋均為此類抗菌包裝體系。

(2)在聚合物的包裝材料上塗膜或吸收一層防腐劑。由於很多抗菌劑不耐熱，所以只能在包裝材料成型后再進行塗膜。例如，可將Nisin-甲基纖維素塗膜於聚丙烯膜材料上，將Nisin(乳酸鏈球菌素)吸附於功能化硅表面以及PE、EVA、PP、PET、PVC、聚胺和聚醯胺材料上，將包含細菌素的乳清粉吸附於纖維素塗膜上，將Nisin、EDTA和檸檬酸混合溶液塗膜於PVC、NY和LI。DP膜上等。早期的抗菌包裝也大多屬於這一類型。例如，將混有抗菌劑的蠟塗於果蔬表面或將混有山梨酸的纖維素和蠟紙包裹香腸等，以羧甲基纖維素為載體的抗菌膜可以減少鮮切水果的水分損失、抑制氧化、延緩成熟和抑制微生物生長，用加有山梨酸鉀的澱粉膜包裝新鮮草莓減少有害微生物的數量，將延長儲藏周期等。

(3)直接使用本身具有抗菌功能的聚合物包裝材料。一些天然或合成的聚合物分子本身具有抗菌活性，例如，殼聚糖和聚賴氨酸等陽離子膜，其分子中所帶胺離子可與細胞膜陰離子反應，引起細胞粘連泄漏。因此殼聚糖塗膜可保護新鮮蔬菜和瓜果不發生霉爛。褐藻酸鈣由於CaCl。的存在可抑制牛排中病原菌的生長；由丙烯醯胺單體共聚合成的抗菌聚合物可作為包裝材料用於果蔬的保鮮；此外，含有胍基的聚合物也多具抗菌性。

另外，通過對一些聚合物進行物理變性可以使其表面產生抗菌性。例如，聚胺膜經過UV照射后表面胺離子濃度大量增加，從而賦予其抗菌性能。

(4)將抗菌劑直接混入聚合物的包裝材料上。這是目前開發應用最多的一類抗菌包裝類型，工藝相對簡單。就是直接將抗菌劑加入聚合物樹脂中，通過共混成型或溶劑流延製成抗菌材料，然後依靠抗菌劑在材料中的遷移與釋放，來對食品進行殺菌。

(5)通過化學鍵合方法將抗菌劑固定在聚合物包裝材料上。主要的鍵合方法包括離子鍵或共價鍵方式，要求抗菌劑和聚合物膜分子中具有可鍵合基團。常用的抗菌劑有肽、酶、聚胺和有機酸等，可用的聚合物則為EVA、EMA、EAA、EMAA、NY、PVC、EVOH、PE和PS等。

另外，抗菌劑和聚合物的鍵合最好能有一個中問橋聯分子，以保證抗菌分子有足夠的運動空間去自由接觸食品表面的微生物；可作為潛在橋聯分子的有葡聚糖、聚乙烯醇、乙二胺和聚乙烯亞胺等。離子鍵合到聚合物上的抗菌劑可緩釋到食品中，但化學鍵合的抗菌劑基本不具釋放性，除非遇到極端環境(高酸高熱引起水解)。

1．抗菌劑

1)抗菌劑的化學組成

抗菌劑本身的結構、性能和狀態是決定和影響抗菌劑抗菌性能的最主要因素。目前應用的抗菌劑品種很多，包括有機抗菌劑、無機抗菌劑、光催化抗菌劑及天然抗菌劑等許多種類，每個品種對微生物的抗菌作用機理及抗菌劑最低抑菌濃度(MIC)和最高殺菌濃度(MBC)都不盡相同，因此不同抗菌劑的抗菌性能也不一致。

2)抗菌劑的分散狀態

抗菌劑在基材中的分散狀態也是直接影響抗菌材料抗菌l生能的主要因素之一。抗菌劑本身的存在狀態很多，可以是固體顆粒、粉末、液體、淆液、乳液甚至氣體。在抗菌材料中以固體形式存在的抗菌劑的顆粒大小、分佈均勻性等因素都直接影響抗菌材料的抗菌性能。一般來說，以固體顆粒形式分散在抗菌材料中的抗菌劑顆粒越小，抗菌性能越好。所以在抗菌材料加工及使用固體抗菌劑過程中應該充分考慮加工過程中抗菌劑在基材中的分散情況，盡量使抗菌劑以小粒徑顆粒存在於材料中。

3)抗菌劑的濃度

抗菌劑濃度越大抗菌性能越好，這一點很好理解。但是在實際應用中抗菌劑在材料中往往不是均勻分佈在基材中，而是在材料中有一定的濃度分佈梯度，即在同一抗菌材料中材料各個部分的抗菌劑濃度可能是不一致的。而真正起作用的抗菌劑濃度僅僅是材料表面層的濃度，材料整體的抗菌劑濃度並不能很準確地反映材料表面的抗菌劑濃度。利用這一點可以製備表面濃度和內部濃度不一致的梯度材料，保證表面抗菌劑一定的有效濃度，通過調節內部濃度控制抗菌材料的有效抗菌作用時間，合理經濟地利用抗菌劑，降低抗菌材料的製備成本。

2．微生物

1)微生物種類和生理構造

微生物種類極其繁多，各種微生物的生理結構都有所差異。如根據微生物的細胞結構可以明確地把生物細胞分成兩個基本類型：一類稱為真核細胞，其細胞中有明顯的核膜包裹著細胞核，並有發達的膜系統；另一類稱為原核細胞，細胞核不被核膜包圍，只有核區，沒有膜系統或膜系統不發達。除此之外，尚有一類微生物連細胞的基本形態和結構都不具備，稱為非細胞型生物，如病毒等微生物。細菌也有很多種類，結構也不相同，如革蘭氏陽性菌的細胞壁與革蘭氏陰性菌就不同，革蘭氏陽性菌中肽聚糖占細胞壁含量的90%，而在革蘭氏陰性菌中只佔5%～20%。此外，還有些細菌的細胞壁中不含肽聚糖，如產甲烷細菌、嗜鹽細菌等，肽聚糖含量決定了細胞壁的堅韌性和多孔性。

由於抗菌劑和微生物的作用是通過抗菌劑和微生物的特定結構相互作用進行的，因此結構的差異必然會引起不同微生物對同一抗菌劑的不同反應，最具體的體現就是抗菌劑對不同的微生物有著不同的MIC和MBC，甚至部分抗菌劑對一種微生物具有優異的抑制和殺菌性能，而對另一種微生物可能完全沒有作用。

2)微生物生理狀態和變異狀況

微生物生長過程可分為遲緩期(lag phase)、對數生長期(1ogarithmic growthphase)、穩定期(stationary phase)和衰亡期(decline phase)。在這4個階段中微生物的形態和活性是不一樣的。在遲緩期，微生物個體相對較大，代謝活躍，DNA合成多，微生物個體活性較高；在對數生長期，微生物生長迅速，處於分裂繁殖狀態，形態、生理活性都很典型。對外界敏感，對抗菌劑也敏感；在穩定期，微生物繁殖速度下降，形態和生理可能出現變異。活性在生長期也可能出現較大差異，如有些革蘭氏陽性菌的染色性可能變為革蘭氏陰性特徵，芽孢微生物在此階段形成芽孢，對環境變化適應性增加；到了衰亡期，微生物繁殖速度更慢，形態顯著改變，可能出現畸形或衰退型的細胞。生理代謝趨於停滯，對環境反應更加遲鈍，抗菌劑作用也明顯降低。變異微生物對抗菌劑的敏感性差異更是千差萬別，與變異菌株特性密切相關，稱為耐藥性變異。原來對抗菌劑非常敏感的微生物變異后可能耐受同一抗菌劑，也可能原來對特定抗菌劑不敏感的微生物變異后對同一抗菌劑變得敏感，如對鏈黴菌素敏感的痢疾桿菌發生耐藥性變異后可能成為鏈黴素耐受菌株，甚至可能變異為鏈黴素依賴性菌株。

3．環境因素

1)溫度

不同微生物對環境溫度的要求各不一樣。根據微生物適宜的生存溫度可將微生物分為嗜冷菌、嗜溫菌、嗜熱菌3類。溫度低到接近冰點、高到超過90℃都可以有微生物生長。不同溫度下同一微生物的活力、對抗菌劑的敏感性不同，同一溫度下不同品種或菌株的微生物的活力和對抗菌劑的敏感性也不一樣。

2)氣體環境

微生物的生長和周圍的氣體環境關係十分密切。與微生物生長、活性和對抗菌劑敏感性關係較大的主要有氧、二氧化碳、水等。如需氧菌需要利用分子氧作為最後受氫體以完成呼吸作用，而厭氧菌只能在無氧的環境中生長；二氧化碳參與微生物代謝；水則是微生物生存的必要條件之一。微生物生長的周圍氣體環境發生變化，微生物對抗菌劑的敏感性將會發生變化，因此將影響抗菌劑的抗菌效果。

3)pH

微生物都有自己適合的酸鹼度，如果環境酸鹼度和微生物適宜酸鹼度不一致，微生物的活性和對抗菌劑的敏感性將同正常狀態有所區別。

4)營養物質

微生物只有從外界攝取足夠的營養物質才能保證自身正常的生長和繁殖，因此營養物質同微生物的活性關係也十分密切。