玉米淀粉-聚乙烯醇抗菌包裝薄膜的制備與性能研究

孟令偉，王洪江，劉 偉

（黑龍江八一農墾大學，黑龍江大慶 163319）

抑菌包裝薄膜屬于功能性包裝薄膜的一種類型，與傳統的塑料包裝材料相比，具有較好的抑菌性，可直接作為食品的內包裝，保質、保鮮效果較好[1]。國內外學者對抑菌包裝薄膜的研究較多，尤其注重制備工藝與性能的研究[2-4]。抑菌包裝薄膜的抑菌性突出，但也存在諸多不足之處，如機械強度偏低、阻水性差、耐腐蝕性差等。納他霉素（Natamycin）是一種高效、廣譜、安全的抗真菌生物食品防腐劑，可用于抑制食品中的霉菌、酵母菌生長。納他霉素具有一定的耐熱性，對人體無害，因其溶解度很低，通常用于食品的表面防腐。由PVA 制得的薄膜具有無毒無味、透明度高、氣體阻隔性好、降解速度快和力學性能良好等特點[5]。試驗以玉米淀粉、聚乙烯醇和甘油為原料，采用流延法制備可降解包裝薄膜。用噴涂的方式將納他霉素置于可降解包裝薄膜表面，對薄膜的透氣性、透濕性、力學性能和抑菌性進行測定，研究抑菌劑的添加量對薄膜綜合性能的影響。

1 材料與方法

玉米淀粉，長春大華淀粉有限公司提供；聚乙烯醇（PVA），鄭州市三福生物科技有限公司提供；甘油（丙三醇）分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司提供；黑曲霉菌（Aspergillus niger）、青霉菌（Penicillium）、酵母菌（Yeast），黑龍江八一農墾大學食品學院提供；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基（PDA），北京奧博星生物技術有限公司提供。

JJ-1型精密電動攪拌儀，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產品；HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司產品；101-2A型電熱鼓風干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司產品；螺旋測微器，長春市小型儀器制造有限公司產品；TSY-T1L型透濕性測試儀、ZLD型電子拉力試驗機、BTY-B1型薄膜透氣測試儀，濟南蘭光機電有限公司產品；LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械廠產品；DRP-9082型電熱恒溫培養箱，上海森信實驗儀器有限公司產品；FA25型乳化均質機，上海弗魯克科技發展有限公司產品。

將6.5 g玉米淀粉，6 g聚乙烯醇，4 mL甘油混合，用蒸餾水定容至100 mL，于80 ℃水浴條件下充分攪拌40 min，玻璃板流延，于80 ℃下恒溫烘干3 h，室溫冷卻24 h后揭膜。

配制不同質量濃度的納他霉素溶液（0.10，0.15，0.20，0.25，0.30） g/mL，組號分別為A，B，C，D，E，按10 mL/m2的計量均勻噴涂于薄膜的表面，于30 ℃恒溫干燥0.5 h，室溫保存備用。未噴涂納他霉素溶液的薄膜為對照組。

1.3.1 拉伸強度與斷裂伸長率

取100 mm×15 mm試樣，按GB10739對試樣進行溫濕度預處理，用智能電子拉力試驗機測定。

1.3.2 透氣性

取100 mm×100 mm的試樣，按GB10739對試樣進行溫濕度預處理，用薄膜透氣測試儀測定。

1.3.3 透濕性

取100 mm×100 mm的試樣，按GB10739對試樣進行溫濕度預處理，用透濕性測試儀測定。

1.3.4 抑菌性能

將1 mL菌落總數為1×105CFU/mL的黑曲霉菌用無菌玻璃棒均勻涂于馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基上，當菌液完全擴散后，用滅菌后的打孔器切下直徑為1.5 cm的薄膜放于培養基的中心位置（整個過程在無菌環境下進行）。其他菌種操作與黑曲霉菌相同。將培養皿倒置培養于37 ℃條件下恒溫培養24 h后，觀察膜表面菌體生長現象及抑菌圈的直徑。

2 結果與討論

薄膜的機械性能隨納他霉素質量濃度變化見表1。

由表1可知，隨著納他霉素溶液質量濃度的逐漸增大，薄膜的拉伸強度也在逐漸的增大。相對于對照組，A組薄膜的拉伸強度變化不顯著（p＞0.05），B，C，D，E組的拉伸強度則顯著增大（p＜0.05），而各組薄膜的斷裂伸長率則無顯著變化（p＞0.05）。抗拉強度主要受膜體分子間氫鍵強弱的影響。納他霉素溶液均勻滲透至薄膜內部，增強了玉米淀粉與PVA分子間的氫鍵作用力。

表1 薄膜的機械性能隨納他霉素質量濃度變化

透氣系數和透濕量隨納他霉素質量濃度變化見表2。

表2 透氣系數和透濕量隨納他霉素質量濃度變化

由表2可知，隨著納他霉素質量濃度的升高，薄膜對O2和CO2的透氣系數逐漸增大，即薄膜對氣體的阻隔性能逐漸下降，質量濃度在0～0.20 g/mL時，透氣系數無顯著差異（p＞0.05）；在0.20～0.30 g/mL時，透O2系數顯著上升（p＜0.05）。噴涂不同質量濃度的納他霉素溶液對薄膜的透濕性能無顯著影響（p＞0.05）。納塔霉素均勻滲透入薄膜內，干擾了分子間固有的氫鍵作用力，導致氣體容易進入和通過薄膜。而水分子體積較大，故薄膜對水蒸氣的阻隔性無明顯變化。

抑菌包裝薄膜對黑曲霉菌的抑菌效果見圖1，抑菌包裝薄膜對青霉菌的抑菌效果見圖2，抑菌包裝薄膜對酵母菌的抑菌效果見圖3，抑菌圈直徑隨納他霉素質量濃度變化見圖4。

圖1 抑菌包裝薄膜對黑曲霉菌的抑菌效果

由圖1 ～圖3可知，對照組中，平皿和薄膜被黑曲霉菌完全覆蓋。當質量濃度為0.10 g/mL時，薄膜邊緣有少量菌絲存在；當添加的質量濃度為0.20 g/mL時，薄膜表面及邊緣較小范圍內無菌絲生長；當添加質量濃度為0.30 g/mL時，薄膜完全無菌絲生長，且薄膜邊緣的菌絲也未見長出。

圖2 抑菌包裝薄膜對青霉菌的抑菌效果

圖3 抑菌包裝薄膜對酵母菌的抑菌效果

圖4 抑菌圈直徑隨納他霉素質量濃度變化

由圖4可知，抑菌薄膜對3個菌種的抑菌環直徑隨納他霉素質量濃度的升高而逐漸增大。當納他霉素溶液質量濃度由0.20 g/mL增加至0.30 g/mL時，薄膜周圍的抑菌環越來越大，此時黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌對應的最大抑菌環直徑分別為31.17，28.50，23.17 mm。顯然，質量濃度為0.30 g/mL的納他霉素對應的包裝薄膜具有更好的抑制效果。

3 結論

納他霉素能夠顯著提升玉米淀粉-聚乙烯醇包裝薄膜的抑菌性能，但對薄膜的機械性能和透氣性能也有顯著影響。隨納他霉素質量濃度的增大，薄膜的拉伸強度逐漸增大，而透氣性能則逐漸下降，質量濃度較高的納他霉素溶液能夠使薄膜對黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌的抑菌能力顯著增強。在配比為玉米淀粉6.5%（W/V），PVA 5.5%（W/V），甘油4%（V/V） 的包裝薄膜上噴涂質量濃度為0.30 g/mL的納他霉素溶液所得的抑菌包裝薄膜的機械性能和抑菌性能最佳，但阻隔性能下降明顯。