抗菌剂在食品包装领域的研究进展

白 露，李志明，周成琳，刘海洋，钟 蕊，宋雪健

（黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319）

0 引言

食品腐败变质的主要原因是由微生物引起，食用有害微生物将对人体造成不利影响。目前，对蔬菜、水果、熟食等产品的保鲜措施主要有低温冷藏、气调保鲜、涂膜保鲜、抗菌包装保鲜等。随着科技的发展和消费理念的升级，对食品包装的安全、绿色提出了更高的要求，抗菌包装材料在食品中拥有广阔的前景，绿色安全环保的抗菌包装将成为一种趋势[1]。因此，在进行抗菌包装材料制备时选用适当的抗菌剂，应具有无毒、安全、高效、廉价、广谱等特点，可以有效延长食品的货架期。抗菌剂按照性质来源一般分为天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂。从抗菌剂的性能及其在食品包装领域的应用研究出发，综述抗菌剂在食品包装领域的研究现状，旨在为食品抗菌包装材料的进一步研究提供一些理论基础。

1 天然抗菌剂

天然抗菌剂主要是指从某些动物、植物和微生物体内提取出的具有抗菌活性的物质。其抑菌作用机理根据具体种类的不同而存在差异，动物源天然抗菌剂（如壳聚糖）的抑菌机理现有2 种不同的观点：一种是壳聚糖以带负电荷的细胞膜为作用靶，吸附在细胞膜表面阻碍其正常的生理代谢活动，并改变细胞膜的通透性，从而使其致死；另一种是壳聚糖以DNA 为作用靶，在此过程中对DNA 聚合酶和RNA 的合成进行扰乱，从而起到抗菌效果。植物源天然抗菌剂（如植物精油），目前对其的研究主要认为植物精油通过损伤微生物的细胞壁、细胞膜和细胞器的质膜，导致细胞内容物逸出或细胞内外离子浓度变化，从而起到抗菌作用。微生物源天然抗菌剂（如抗生素）通过渗透方式进入微生物的细胞内，在胞内吸附其中的阴离子物质，导致细胞正常的生理代谢紊乱，从而致死细胞[2]。于金池等人[3]将不同浓度Nisin（乳酸链球菌素）加入琼脂基可食用抗菌膜中，发现该抗菌膜对金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用，而且抑菌效果随着Nisin 添加量的增加而提高。肖力源等人[4]以玉米淀粉、壳聚糖和魔芋葡甘露聚糖为成膜基质，甘油为增塑剂，吐温-80 为表面活性剂，向其中添加肉桂精油等4 种植物精油，将制成的抗菌膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌进行抑菌试验，研究表明4 种精油对这 3 种菌均有一定的抗菌效果，抗菌活性大小为肉桂精油>牛至精油>百里香精油>迷迭香精油。单一天然抗菌剂的添加较添加2 种或2 种以上天然抗菌剂的食品抗菌膜在一定程度上的抑菌效果不太理想，为了避免此类情况，充分发挥其抗菌效果，制备抗菌性更强的复合抗菌剂类食品保鲜膜逐渐成为研究热门。刘光发等人[5]制备的聚乙烯醇基肉桂柠檬草复配精油抗菌膜在其体积分数为2%时，能有效降低甜樱桃在贮藏期的腐烂率和菌落总数，维持甜樱桃的品质，延长贮藏期3～4 d。

天然抗菌剂具有来源广泛、抑菌广谱且安全性高、环保、无毒无害、生物相容性良好等优点。同时，天然抗菌剂在加工和使用过程中存在高温下容易分解失效，从而使其应用受到限制，没有发挥出最佳效果。从植物、动物和微生物上提取的纯度不高，抑菌能力有限，批量生产存在困难，针对这些问题，有待继续深入研究。

2 有机抗菌剂

有机抗菌剂是指以有机酸类、酚类、季铵盐类、苯并咪唑类等有机物为抗菌物质的抗菌剂。有机抗菌剂种类繁多，在多个领域中均有涉及，根据其用途通常可分为杀菌剂、防腐剂、防霉剂和防藻剂[6]。有机抗菌剂的抗菌机理是通过微生物细胞膜表面的阴离子结合逐渐进入细胞，或者与细胞表面的巯基等基团反应，破坏蛋白质和微生物的合成系统，进而抑制微生物的繁殖。张燕等人[7]在聚乙烯醇中添加柠檬酸后提高了苹果的保鲜效果，减少了苹果的硬度。王卉等人[8]以明胶为基质，添加抗菌剂山梨酸钾，采用溶液流延成膜法制备不同山梨酸钾含量的明胶可食性抗菌膜，对金黄色葡萄球菌进行抑菌圈试验时发现，抑菌效果随着山梨酸钾在明胶基膜的添加量的提高而提高，但出于对食品包装的安全性考虑，需控制其添加量。陆敏等人[9]使用添加了质量浓度15 mg/mL 茶多酚的抗菌纳米微球的海藻酸钠抗菌膜包装圣女果，在一定程度上能延长圣女果的保质期，且能够很好地抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长繁殖。

有机抗菌剂有应用广泛、抑菌效果显著、见效快、来源丰富的优点，但有机抗菌剂存在不耐热、有效作用时间较短、易发生水解、易迁移，同时易使菌类微生物产生一定程度的耐药性，使其应用受到较大限制。除此之外，有机抗菌剂的有效期限不长，随着时间的积累，有些抗菌剂被空气中的某些微生物降解并影响其抗菌效果。因此，对有机抗菌剂进行一定改良，运用现有性能进行优势互补，研发新型、高效的有机抗菌剂成为了当前主要研究方向。

3 无机抗菌剂

无机抗菌剂是通过抗菌成分Ag+，Cu2+，Zn2+等离子及其化合物结合无机材料而制得。汞、铅等金属离子也具有一定的杀菌效果，因其对人体有害而被放弃，现在被人们信赖、使用较多的抗菌离子主要有银和锌。

无机抗菌剂可大致分为两类：光催化型抗菌剂和溶出型抗菌剂，各类抗菌剂的作用机理不同，所针对的抗菌领域也有所差异。对于其抗菌机理，光催化型抗菌剂经光照可以发生氧化还原反应，并由此起到杀菌抑菌的作用[10]；溶出型抗菌剂杀菌机理是微量金属离子吸引带负电荷的细菌，破坏微生物合成酶的活性，并可能干扰微生物DNA 的合成，使蛋白质变性失活，从而破坏了含有蛋白质的生物组织，造成细菌丧失分裂繁殖能力而死亡[11]。

汪敏等人[12]用添加了纳米Ag 的聚乙烯薄膜对白菜进行保鲜研究发现，纳米Ag 添加量为4%的抗菌薄膜对白菜有着显著的保鲜效果，其中降低白菜的失重率、叶片黄化，抗菌率达到91.2%。曾丽萍等人[13]制备的以明胶、羧甲基纤维素钠为成膜基材，添加了无机抗菌剂纳米TiO2的抗菌膜，对枇杷进行保鲜试验时发现，2%为TiO2的最优添加量，有良好的成膜特性、机械性能和抗菌活性，在冷冻条件下，显著降低枇杷的菌落总数、腐烂率和MAD 含量，延缓枇杷的保质期，保证较好的新鲜度。

无机抗菌剂具有安全性高、耐热性好、无挥发、不产生耐药性、不易抗菌失效等特点，在较高加工温度的材料中应用广泛，能够更好地发挥抗菌活性。但无机抗菌剂价格昂贵，在应用工艺上制造困难、工艺复杂，且不同的金属在应用中也有限制性，与包装其他基材的相容性不太稳定，就目前所掌握的资料来看，其安全性能尚不能得出准确的结果，所以为研究出健康安全、无污染的无机抗菌包装材料是目前的研究方向。

4 结语

抗菌剂的使用在当今时代存在着普遍性，在食品的防腐保鲜中有着不可替代的地位，但有些抗菌剂与当今绿色发展的生态理念不相符合。有机抗菌剂、无机抗菌剂、天然抗菌剂都存在自己的优缺点，而且单一性的抗菌剂因其能力及稳定性存在明显不足，因此研究高效、广谱的复合抗菌剂是主要方向，高效的复合、环保型抗菌剂在今后的食品包装材料发展中存在着重要意义。