明膠基抗菌膜的制備及性質研究

李志明，周成琳，鐘 蕊，劉海洋，宋雪健

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319）

0 引言

塑料制品在食品包裝領域中的廣泛使用，不僅污染環境，還會危及人類及動物的生存，由于食品腐敗變質是由微生物所導致，因此研究開發可降解、無毒、抗菌的包裝材料極為重要。目前，對可降解包裝膜基材的研究可以分為多糖、蛋白質、脂類等，而蛋白質基膜與其他成膜基材相比，具有機械特性和較好的阻氣性，可以防止食品的脂肪氧化及揮發性成分揮發[1]。作為天然生物高分子材料之一的明膠，也是一種蛋白質，其主要組成為氨基酸組成相同而分子量分布很寬的多肽分子混合物，具有良好的生物相容性，并且在自然環境下可降解，是一種理想的成膜基材[2]。

天然生物抗菌劑納他霉素具有無毒、無害、高效的特點，能有效抑制霉菌、真菌的滋生，被廣泛應用于食品保鮮當中。王君等人[3]采用2%殼聚糖，1%甘油，0.3%CaCl2和0.01%納他霉素制備的殼聚糖抗菌膜具有良好的性能。納米氧化鎂價格低廉，能有效抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等細菌，并且對人體沒有毒副作用，被作為食品的防腐劑、調理劑[4]。目前，對抗菌膜的研究多數集中在對細菌或者真菌的單一種類方面，而試驗采用明膠作為成膜基材、納他霉素作為真菌抗菌劑、納米氧化鎂作為細菌抗菌劑制備明膠基抗菌膜，使其具備抑制細菌及真菌的特性，旨在拓寬抗菌膜的研究種類，為食品包裝領域的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與設備

明膠、卡拉膠（生化級），上海源葉生物科技有限公司提供；羧甲基纖維素鈉（分析純），天津市大茂化學試劑廠提供；無水氯化鈣（分析純），天津市恒興化學試劑制造有限公司提供；丙三醇（分析純），天津市光復精細化工研究所提供；馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）、LB肉湯，青島高科技工業園海博生物技術有限公司提供；納他霉素（生化級），南京森貝伽生物科技有限公司提供；納米氧化鎂（50 nm），阿拉丁化學試劑有限公司提供。

HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司產品；JJ-1型精密定時電動攪拌器，江蘇金壇市榮華儀器廠產品；DGG-9140B型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器廠產品；TU-1810型紫外可見分光光度計，北京普板通用有限責任公司產品；XLW型智能電子拉力試驗機、TSY-T1H型透濕性測試儀，濟南蘭光機電技術有限公司產品；FMJ-450型雙面加熱塑料封口機，杭州佑天元包裝機械制造有限公司產品；DMN型光澤度儀，天津市其立科技有限公司產品；WGT-S型透光率/霧度測定儀，上海儀電物理光學儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 抗菌膜的制備

試驗選取0.97%（質量比，下同）明膠作為成膜基材，0.24%卡拉膠作為增彈劑，0.73%甘油作為增塑劑，0.24%羧甲基纖維素鈉作為增稠劑，0.24%無水氯化鈣作為交聯劑，0.24%納米氧化鎂作為細菌抑制劑，0.02%納他霉素作為真菌抑制劑，在100℃條件下將上述試劑分別溶于200 mL蒸餾水中，待其全部溶解后，將成膜液傾倒于20 cm×20 cm的玻璃板上，冷卻，并在40℃條件下干燥8 h，揭膜，待用。未加抗菌劑的膜作為對照組。

1.2.2 抗菌性能的研究

（1）菌種的活化。試驗以真菌界酵母菌、細菌界沙門氏菌作為研究對象，將菌種分別接種于PDA馬鈴薯培養基和LB肉湯培養基中，并于28℃和37℃下培養3代。

（2）抗菌性的測定。將活化好的菌種采用梯度稀釋的方式分別將酵母菌、沙門氏菌稀釋到102CFU/g和106CFU/g。吸取1 mL酵母菌菌液于PDA培養基上，用涂布器涂膜均勻，將抗菌膜裁剪成6 mm的圓圈，置于平皿中央，于28℃條件下培養48 h，并用游標卡尺對抑菌圈進行測定。吸取1 mL沙門氏菌菌液與裝有LB肉湯培養基的錐形瓶中，將抗菌膜裁剪成6 cm×6 cm的正方形，剪碎，將錐形瓶置于37℃條件下進行培養，分別在0，2，4，6，8，10，12 h取樣，于波長600 nm處測定吸光度，并通過吸光度表示菌落總數[5]。

1.2.3 膜厚度的測試

采取5點測試法，采用螺旋測微器對膜的厚度進行測試（精度為0.01 mm）。

1.2.4 機械性能的測試

參考薄塑和薄片的拉伸性能測試標準方法（GB/T 1040.3—2006）對膜的機械性能進行測試，稍作改動，膜的有效測試長度為8 cm，寬度為2 cm，牽引速度為25 mm/min。測3次取均值。

1.2.5 熱風強度的測試

參考塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法（QB/T 2358—1998），略作改動，設置有效測試長度為8 cm，寬為2cm，并將其中的一端用封口機封合，牽引速率為50 mm/min。測3次取均值。

1.2.6 透濕量的測試

參考包裝材料試驗方法、透濕率（GB/T 16928—1997）的標準方法，對膜的透濕量進行測定，測3次取均值。

1.2.7 透光率及霧度的測試

參考透明塑料透光率和霧度的測試方法（GB/T 2410-80—2008），對膜的透光率及霧度進行測試，測3次取均值。

1.2.8 光澤度的測試

參考紙和紙板鏡面光澤度的測定的測試方法GB/T 8941—2007，專用型探頭為75°，測3次取均值。

2 結果與分析

2.1 抗菌膜的抗菌效果分析

明膠基膜對酵母菌的抗菌效果見圖1，明膠基膜對沙門氏菌的抗菌效果見圖2。

圖1 明膠基膜對酵母菌的抗菌效果

圖2 明膠基膜對沙門氏菌的抗菌效果

研究發現，抗菌膜能有效抑制酵母菌的滋生，其抑菌直徑為31±0.76 mm，如圖1所示?？咕ι抽T氏菌的滋生有一定的抑制作用，隨著時間的延長，雖然菌落數在不斷增大，但抗菌膜組要明顯優于對照組，如圖2所示。試驗制備的明膠基抗菌膜與王贏[6]采用殼聚糖和0.075%的納他霉素制備的抗菌膜對酵母菌的抑制效果較為接近。與李化嶸[7]采用納米氧化鎂對沙門氏菌進行抗菌效果研究取得的結果相一致。

2.2 明膠基膜物理指標分析

膜的測試指標見表1。

表1 膜的測試指標

研究發現，隨著抗菌劑的加入，其膜的厚度增大。由于納米氧化鎂及納他霉素抗菌劑粒子的存在，導致成膜基材分子之間的作用力降低，易于發生形變，故明膠基抗菌膜的抗拉強度低于明膠基膜，斷裂伸長率高于明膠基膜，同時熱封強度也有所下降。明膠基抗菌膜的透濕量為453.77±25.24 g/m2·d，明膠基膜的透濕量為426.72±20.6 g/m2·d，是由于抗菌劑粒子的存在增大了成膜基材分子間的“空隙”，提高了水分的透過量。由于納米氧化鎂及納他霉素均為白色粉末狀固體，導致制備的明膠基抗菌膜呈現白色，而明膠基膜接近為無色，故明膠基抗菌膜的透光率低于明膠基膜，且霧度較大。同時由于抗菌劑粒子分散與明膠基膜的表面及內部，導致其光澤度為9.8±0.1 Gs，明顯低于明膠基膜。李海朝等人[8]采用明膠及不同濃度的納米微晶纖維素制備的復合膜，其抗拉強度為2.3～14.8 MPa，斷裂伸長率為55%～13%，試驗制備的抗菌膜的抗拉強度與斷裂伸長率參數在上述范圍內。與王卉等人[9]采用5% （W/V）明膠、3%甘油（W/W明膠）、0.4%戊二醛（W/W明膠）及山梨酸鉀制備的抗菌膜在透光性及霧度指標研究中，取得的結果相一致，即隨著抗菌劑的添加，膜的透光性被弱化，霧度增大。

3 結論

采用0.97%明膠，0.24%卡拉膠，0.73%甘油，0.24%羧甲基纖維素鈉，0.24%無水氯化鈣，0.24%納米氧化鎂，0.02%納他霉素，制備的明膠基抗菌膜，對酵母菌的抑菌直徑為31±0.76 mm，同時還能有效抑制沙門氏菌的滋生，由于抗菌劑的加入，改變明膠基膜的機械性能、光學性能及阻隔性能。試驗更好地應用于食品包裝領域的研究提供了理論參考。