新型抗菌劑在塑料餐飲具中的應用研究

陶陽 陳啟早

【摘 要】文章在研究抗菌劑的分類及國內外發展現狀的基礎上，研究無機抗菌劑二氧化鈦、有機抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸鉀、稀土鑭三元配位抗菌劑及胍類高分子型抗菌劑應用在塑料（PP；PE）餐飲具中的抗菌效果，得出稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑抗菌效果顯著，抗菌性能也較為持久，熱穩定性好且穩定易儲存，使用成本相對較低。

【關鍵詞】抗菌劑；稀土鑭；高分子型抗菌劑；餐飲具

【中圖分類號】TB484.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）01-0102-03

0 引言

自然界的病毒和微生物的存在，給人類的健康帶來影響。2003年，一種特殊的疾病——嚴重急性呼吸道綜合癥（SARS）成為21世紀首例威脅人類生命健康的新型傳染病。它的發生，導致全球大約29個國家近萬人患病，死亡人數比例約11%。該疾病和類似的流感病毒及2009年在墨西哥爆發的豬流感病毒，引起了世界衛生組織的高度重視。這些病毒的出現引起了人們對預防流感病毒的全新研究[1]。其中，病毒傳染最重要途徑之一是通過餐飲具傳播，研究與制造抗菌餐飲具，能有效地切斷人與細菌的接觸，可以有效地斷絕細菌的“污染源”和“傳播源，減少疾病的轉播，對改善人們的生活品質具有重大意義。因此，抗菌劑作為高分子材料添加助劑也就成為研究熱點。

1 抗菌劑的分類及國內外發展現狀

1.1 無機抗菌劑

無機抗菌劑具有耐熱性好、部分安全性高、無揮發性、耐藥性強的優點，在加工溫度較高的材料中，能夠發揮其良好的抗菌性能。正是因為無機抗菌劑的這種特性，它可以應用在銀沸石、銀活性炭、磷酸鈦鹽、二氧化鈦等材料中。但是，銀系抗菌劑很容易變色，它在基材中的相容性較差。這種無機抗菌劑的制造工藝較為復雜，但在塑料中的使用工藝簡單，難以達到食品級要求，因此難以大批量地推廣生產。

1.2 有機抗菌劑

有機抗菌劑在國外的應用比較普遍，很多年前，歐美國家已經開始研制有機抗菌劑。有機抗菌劑具有殺菌速度快、抗菌能力強、加工也較方便、顏色穩定性好的特點。有機抗菌劑的熱穩定性差，但在溶劑環境中容易析出，非常容易產生耐藥性，它分解出的產物具有毒性，會給使用者的健康帶來巨大的威脅。有機抗菌劑可以分為天然有機抗菌劑與合成有機抗菌劑2種，有機抗菌劑主要用于苯酚類、異噻吩類、苯甲酸鈉類、酚醚類、砒啶類藥物中。

1.3 天然抗菌劑

天然抗菌劑抗菌效率好，安全無毒。天然抗菌劑不宜加工，熱穩定性差。由于這種抗菌劑的研制技術較為復雜，很難大量地進行工業化生產，所以市場上很難見到這類抗菌劑藥品。天然抗菌劑主要存在于很多水果中，比如山梨中的山梨酸就是一種很好的抗菌劑，如果進一步合成山梨酸鉀或山梨酸鈉，則抗菌效果更好。

1.4 復合抗菌劑

復合抗菌劑的抗菌能力應用較為廣泛，它的耐熱性好，但是缺點是加工難度較大，不容易批量加工。比較常見的復合抗菌劑主要有Ag+復合抗菌劑、Cu2+復合抗菌劑、Zn2+復合抗菌劑、季磷鹽抗菌劑[2]。

1.5 高分子抗菌劑

高分子抗菌劑具有廣譜抗菌、藥效長久、安全無毒、熱穩定性強等特點，高分子抗菌劑容易加工，便于實現大批量工業化生產。高分子抗菌劑在聚苯乙烯酰脲、聚吡啶、聚噻唑等藥物中的應用比較廣泛，高分子抗菌劑的合成和應用已經成為當前抗菌劑開發的熱點[3-4]。

2 PE、PP材料在餐飲具中的應用

2.1 原材料

二氧化鈦：濰坊恒澤化工有限公司；苯甲酸鈉：滕州市騰龍化工有限責任公司；山梨酸鉀：鄭州天順食品添加劑有限公司；稀土鑭三元配位抗菌劑：自制；胍類高分子型抗菌劑：自制；PE（聚乙烯）牌號：222WT，沙伯基礎創新塑料（原GE）；PP（聚丙烯）：H110MA，印度信誠工業股份有限公司；微生物培養基：廣東環凱微生物科技有限公司。

2.2 儀器與設備

雙螺桿擠出機：長徑比為42∶1，螺桿直徑為75 mm，南京永騰化工裝備有限公司；注塑機：JN -55E型，海天機械有限公司；電子拉力試驗機：TLD型，石家莊中實檢測設備有限公司；簡支梁沖擊實驗機：XJJ-5，承德市金建檢測儀器有限公司；真空干燥箱：DZF-6020，寧波江南儀器廠生產；壓力蒸汽滅菌器：YX-18LM，江陰濱江醫療設備有限公司；紫外老化箱：ZWX，溫州東誠環境試驗設備有限公司；均質器：BILON-08，北京比朗實驗設備有限公司；生化培養箱：160 A，金壇市開發區吉特實驗儀器廠；霉菌培養箱：MJX-80，金壇市開發區吉特實驗儀器廠；ATP熒光檢測儀：System Sure II，Hygiena；顯微鏡：XTB-01，產自英國；菌落計數器：XK-97A，上海昂尼儀器儀表有限公司。

2.3 試樣制備

本文將無機抗菌劑二氧化鈦、有機抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸、稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑分別與食品級塑料PE、PP共混改性、造粒擠出或注塑成餐飲具，對抗菌劑是否具有高效、廣譜的抗菌性能，抗菌持續性的好壞；是否具有無毒性與異味，對餐飲無污染；同餐飲具塑料的相容性、配伍的好壞，對餐具的性能有無不良影響；顏色與穩定性在保存和使用過程中是否變色；化學穩定性、成本高低等問題進行實驗和研究，同時考慮到PE、PP材料加工過程中受高溫、高熱、強剪切等苛刻條件對抗菌劑的熱穩定性的影響。

3 結果與討論

（1）無機抗菌劑二氧化鈦：它的氧化活性較高，加工時熱穩定性最好，能達到食品級要求，具有一定的廣譜抗菌能效，但用量大，顏色不好調。

（2）有機抗菌劑苯甲酸鈉：苯甲酸鈉親油性較大，易穿透細胞膜進入細胞體內，干擾細胞膜的通透性，抑制細胞膜對氨基酸的吸收，具有廣譜抗菌能效，加工時熱穩定性較好，但使用最大允許量為0.15%～0.25%。例如：在美國，苯甲酸鈉的最大允許量為0.1%，在英聯邦，根據1979年制定的食品防腐劑條例，苯甲酸和苯酸鹽允許量的范圍較寬，用量少效果不明顯，用量大會產生某些毒性，現在正在研究代替品。

（3）天然抗菌劑山梨酸：山梨酸鉀能抑制霉菌、酵母菌和好氧性細菌的活性，還能有效防止肉毒桿菌、葡萄 球菌、沙門氏菌等有害微生物的生長和繁殖，但對厭氧性芽孢菌與嗜酸乳桿菌等有益微生物無效[5]，本品低毒，符合食品級的要求，為國際糧農組織和衛生組織推薦的高效安全的防腐劑，在塑料PE中用量較大才能發揮顯著效果，但成本相對較高。

（4）稀土元素：稀土化合物本身的抗菌活性有限，但是稀土化合物可以和其他抗菌物質產生協同效應，因此將稀土化合物與其他抗菌物質以合適的比例共同添加到抗菌材料中，往往可以獲得更好的抗菌活性。在將樹脂與 Ce4+/ZnO復合抗菌劑結合制備出PE抗菌餐飲具，明顯提高了單獨使用納米 ZnO的抗菌能力，而且具有優異、長效的抗菌性能，對大腸桿菌（E.coli）和金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌率均達到97%以上。目前， 關于稀土的加入能夠提高無機抗菌劑抗菌性能的機理還沒有定論，有人認為是稀土的催化作用所導致，也有人認為是稀土化合物本身的抗菌活性和無機抗菌劑之間的協同作用所導致[6]。

（5）胍高分子型抗菌劑：本實驗對高分子型抗菌劑在聚丙烯中的應用的抗菌效果進行研究，研究發現，它的抗菌性能較好，尤其對于金黃色葡萄球菌及大腸桿菌等細菌具有較強的作用，能夠很好地抑制它們的繁殖。并且，這一抗菌物對于金黃色葡萄球菌的抑制效果相對小于大腸桿菌，主要原因是胍主要存在于天然產物之中，其穩定的正電性可以適應較大的pH值范圍，經過氫鍵、靜電作用等可以產生相互作用，形成較強的生理活性。經實驗，添加量對其抗菌性能、氧指數、熔體流動速率、拉伸強度等會產生影響，當其含量為3%時，效果最佳[7]。

4 結論

綜上所述，本文對無機抗菌劑二氧化鈦、有機抗菌劑苯甲酸鈉、天然抗菌劑山梨酸、稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑應用在塑料（PP、PE）餐飲具中的抗菌效果進行研究，得到稀土鑭三元配位抗菌劑和胍類高分子型抗菌劑的抗菌效果顯著，抗菌性能也較為持久，熱穩定性好且穩定易儲存，使用成本相對較低。當抗菌劑添加量為3%時，可以獲得較好的抗菌能力，同時也保證了材料具有較好的強度和韌性等力學性能。

參 考 文 獻

[1]徐瑞芬，張鵬，胡偉康.納米TiO2在塑料中的抗菌性能研究[J].上海塑料，2012（2）.

[2]高艷玲，劉熙，王宗賢.納米金屬氧化物對食品污染菌的殺、抑能力研究[J].食品科學，2015（4）.

[3]孫洪，夏英，陳莉，等.國內外抗菌劑的研究現狀及發展趨勢[J].塑料工業，2011（9）.

[4]張昌輝，謝瑜徐旋.抗菌劑的研究進展[J].化工進展，2011（9）.

[5]騰菲，郭桂萍，趙勇，等.革蘭氏陽性菌和陰性菌對山梨酸鉀的耐受差異性[J].食品與生物技術學報，2012（31）.

[6]李風艷，汪夔卿，陳擁軍，等.交聯結構對水不溶性聚季銨鹽類殺菌性能的影響[J].應用化學，2010（5）.

[7]江山，王立，俞豪杰.新型有機高分子抗菌劑[J].高分

子通報，2002（6）.

[責任編輯：陳澤琦]