瓊脂-明膠可食性抗菌膜制備及其性能研究

李晨

摘 要：可食性食品包裝膜具備安全和環保的優點，是目前食品包裝材料行業的研究熱點之一，但鮮有以瓊脂或明膠為基材的可食性包裝膜的研究。為了豐富可食性包裝的基材種類，以瓊脂和明膠復配并添加抗菌劑Nisin制備出可食性抗菌包裝膜并研究其性能。結果表明：該抗菌膜具有較好的阻隔性能和透明性，對微生物起到一定的抑制作用。隨著Nisin添加量的增加，該抗菌膜的阻濕和抗菌能力有所增加，但透明性逐漸降低。

關鍵詞：可食性抗菌膜;瓊脂;明膠;乳酸鏈球菌素

Abstract：Edible food packaging film has the advantages of safety and environmental protection， which is one of the research hotspots in the food packaging material industry，however， there are few studies on edible packaging films based on agar or gelatin. In order to enrich the types of edible packaging base materials， the edible antibacterial packaging film was prepared by mixing agar， gelatin and nisin. The properties of the film were studied， the results showed that the antibacterial membrane had good barrier performance and transparency， and had a certain inhibitory effect on microorganisms. With the increase of nisin content， the moisture resistance and antibacterial ability of the antibacterial membrane increased， but the transparency decreased gradually.

Key words：Edible antibacterial film; Agar; Gelatin; Nisin

食品包裝可以阻隔微生物、氧氣等因素對食品的不利影響，有效延長食品的貨架期，在行業中發揮著至關重要的作用[1]。常見的用于食品包裝的材質有塑料、玻璃、陶瓷、紙、金屬等，其中塑料包裝因其材料來源廣泛、價格低廉、性質穩定等優點而被廣泛應用[2]。然而，塑料包裝的使用也存在著諸多弊端，由于塑料屬于難以降解的材質，對環境的污染極大[3]，且包裝食品長時間放置后，塑料包裝中的有害物質會逐漸向食品中遷移，使用后對人體產生傷害。此外，由于塑料包裝對不利因素的阻隔效果有限，需要向食品中添加防腐劑、抗氧化劑等物質。近年來，人們對食品安全的要求日益增高，環保意識也明顯增強，塑料包裝的弊端逐漸凸顯。因此，尋求安全、可降解的材料用于食品包裝已成為重中之重，可食性包裝應運而生。

可食性包裝是以可食性材料復合制備而成的包裝材料，具有安全、環保、可降解的優點。目前可用于可食性包裝的基材分為多糖、蛋白質和脂肪3類，其中多糖和蛋白質是使用較多的基材。瓊脂是一種天然海洋多糖產品，被廣泛應用于食品中。研究表明，瓊脂具有較好的凝膠性能，可作為可食性包裝膜的理想基材，且成膜后機械性能和阻隔性能較好。明膠屬于一種纖維蛋白，是多種氨基酸聚合而成的天然高分子物質，也是一種被廣泛應用的天然食品添加劑，明膠也具有凝膠性能，且具有一定的澄清作用，與瓊脂復配后，可獲得透明度較高的可食性食品包裝膜。

此外，向瓊脂-明膠可食性膜中加入適量抗菌劑可有效提高該可食性膜的抗菌性，阻隔微生物對食品的危害，延長食品的保存期，也能有效減少直接向食品中添加防腐劑，保證食品的安全性。Nisin是一種天然抗菌劑，具有較強的抗菌性，也是目前得到廣泛應用的一種食品添加劑。基于此，將適量Nisin加入到瓊脂-明膠可食性膜中，制備出可食性抗菌膜，并對其性能進行研究，旨在制備出一種天然、可降解、可食用的食品包裝，以期為食品提供保護作用，最大程度延長食品保存期，彌補傳統食品包裝存在的弊端。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

明膠（蘇州益景食品添加劑有限公司）;瓊脂粉末（海南澄邁縣老城大富瓊脂廠）;乳酸鏈球菌素（天津市福晨化學試劑廠）;氫氧化鈉（天津市大茂化學試劑廠）;氯化鈉（天津市大茂化學試劑廠）;蛋白胨（上海申啟生物科技有限公司）;牛肉膏（山東玉寶生物科技有限公司）;丙三醇（無錫市亞太聯合化工有限公司）

1.2 實驗儀器

AR1140（電子天平梅特勒-托利多儀器上海有限公司）;78-1磁力加熱攪拌器（金壇市醫療儀器廠）;722E型可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）;J2607電熱干燥箱（武漢市大江電器儀表廠）;HH-S8數顯恒溫水浴鍋（金壇市醫療儀器廠）;游標卡尺（哈爾濱量刃具廠）。

1.3 實驗方法

1.3.1 膜的制備

（1）溶解瓊脂。將1 g瓊脂加入盛有98 mL蒸餾水的燒杯中并加熱至95 ℃以上至瓊脂完全溶解，用78-1磁力加熱攪拌器以600 r·min-1的轉速攪拌加速瓊脂的溶解，制得瓊脂溶液。

（2）溶解明膠。將制得的瓊脂溶液放入50 ℃的HH-S8數顯恒溫水浴鍋，直至溶液降溫至50 ℃加入1 g的明膠并不停攪拌至明膠完全溶解，制得瓊脂-明膠溶液。

（3）加入抗菌劑和增塑劑。把制得的瓊脂-明膠溶液放在78-1磁力加熱攪拌器上，往燒杯中加入適量Nisin和0.2 g丙三醇，以1 600 r·min-1的轉速使燒杯中的溶液形成均勻的瓊脂-明膠抗菌性膜液。

（4）流延于模具、烘干。將上述溶液置于60 ℃J2607電熱干燥箱中靜置10 min后將溶液流延直徑為6 cm的塑料蓋上，然后置于60 ℃烘箱中5 h。

（5）揭膜。室溫下冷卻揭膜，得到瓊脂-明膠可食性抗菌膜的樣品。

1.3.2 阻濕性的測定

阻濕性能通過水蒸氣透過系數表征。將瓊脂-明膠可食性膜裁剪成直徑為2 cm的圓形樣品，密封在裝有無水氯化鈣的瓶中，測定24 h內的水蒸氣透過量。水蒸氣透過系數計算公式如下：A-膜面積，單位m2;t-測試時間，單位h;?P-測試瓶內外氣壓差，單位kPa。

1.3.3 透明度的測定

將膜切成10 mm×44 mm大小的樣條，貼在比色皿的透明側，置于分光光度計中，在560 nm波長處測定試樣膜的吸光度，以未放置膜的比色皿作為空白對照。試樣膜的透明度以不透明度間接表示，計算公式如下：

1.3.4 抗菌性的測定

以金黃色葡萄球菌為指示菌，活化后選取最佳稀釋度進行培養。將瓊脂-明膠可食性膜裁剪為直徑6 mm的圓形樣品，置于培養物中央并培養，通過游標卡尺測定抑菌圈直徑，以反映膜抗菌性的大小。

2 結果與分析

2.1 阻濕性能

食品包裝膜需具備良好的阻濕性能，以防止食品吸水而影響食品的感官性狀。水蒸氣透過系數可反映瓊脂-明膠可食性膜的阻濕性能，由圖1可知，隨著抗菌劑Nisin添加量的增多，水蒸氣透過系數逐漸降低，可見Nisin的加入提高了該可食性抗菌膜的阻濕性，這可能是因為Nisin和瓊脂、明膠之間相互作用，使得膜分子結構更為緊密，阻礙了水分子的進出。

2.2 透明度

透明度可直接反映膜的外觀質量，可通過O值（不透明度）表征，O值越大說明瓊脂-明膠可食性抗菌膜的透明度越小。由圖2可知，隨著抗菌劑Nisin的加入，膜的O值逐漸增大，說明抗菌劑的加入降低了該膜的透明度。透明度下降會影響膜的外觀，但也可有效阻止光的進入，減少光照對食品的不利影響。

2.3 抗菌性

抑菌圈的直徑增加說明瓊脂-明膠可食性抗菌膜可有效抑制金黃色葡萄球菌，且Nisin添加越多，抗菌性越強（圖3）。微生物是導致食品腐敗變質的最主要因素，該膜所具備的抗菌性可有效延緩食品的腐敗變質，增長食品貨架期。由于Nisin抗菌性較強，較少添加量即可達到理想的抗菌效果，因此對Nisin添加量的確定除了參考抗菌效果，還要考慮包裝生產成本。

3 結論

以瓊脂-明膠為基材，加入抗菌劑Nisin制備成瓊脂-明膠可食性抗菌膜，并研究抗菌劑的加入對膜性能的影響。研究發現Nisin的添加量對膜的性能可產生影響，隨著Nisin添加量由0 g增加到1 g，膜的水蒸氣透過系數從4.31 mg·m/h·m2·kPa降低到3.40 mg·m/h·m2·kPa，阻濕性增大了27%，膜的O值從0.89 A·mm-1增加到3.47 A·mm-1，透明度降低了74%，隨著Nisin的加入膜的抗菌性逐漸增強，抑菌圈直徑由4.2 mm增加到10.4 mm，抑菌效果更加明顯。瓊脂-明膠可食性抗菌膜所用材料來源廣泛，兼具制作成本低、安全性能高及環境友好等優點，為可食性抗菌包裝的發展提供了一定的參考。

參考文獻：

[1]肖 瑋，孫智慧，劉 佳，等.生物降解食品包裝材料的研究進展[J].食品工業，2018，39（1）：216-218.

[2]楊 逸.綠色包裝設計理念在食品包裝上的運用[J].北京印刷學院學報，2018，26（5）：57-59.

[3]孫宛茹，賈仕奎，孫垚垚，等.多糖類可食性膜的改性與應用研究進展[J].現代化工，2018，38（6）：52-55.