聚乳酸包裝材料的抗菌性分析

褚佳伊

（山西省檢驗檢測中心（山西省標準計量技術研究院)，山西太原 030032）

抗菌食品包裝材料是向包裝材料內(nèi)摻入抗菌劑，使其擁有抗菌活性。若食品包裝選擇抗菌包裝材料，包裝材料會緩慢釋放所含的抗菌成分，對微生物的滋生產(chǎn)生抑制作用。改用抗菌食品包裝方式，除了可使保質(zhì)期延長，同時可提升食品的安全性。本文主要分析聚乳酸包裝材料的抗菌性，具有十分重要的實踐意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

主要原料和試劑如表1所示。

表1 主要原料與試劑

1.2 儀器與設備

實驗所用主要儀器與設備如表2所示。

表2 實驗所用主要儀器設備及型號

1.3 試驗方法

1.3.1 聚乳酸（PLA）包裝材料及測試材料的制備

（1）選擇抗菌母料法[1]完成PLA包裝材料的制備。基于納米TiO2的含量狀況，制成8種不同配方的包裝材料，在包裝材料總質(zhì)量中，納米TiO2的含量水平分別為0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%。

（2）制備PBS（磷酸鹽）緩沖液。分別稱量8.00 g NaCl、0.20 g KCl、2.88 g Na2PO4·12H2O，0.2 g KH2PO4，皆移至潔凈燒杯內(nèi)，再添加800 mL去離子水，并進行攪拌處理，使之徹底溶解，用HCl調(diào)節(jié)溶液pH值至7.4后加去離子水定容至1 L，完成PBS緩沖液的制備。分裝后115 ℃高壓滅菌15 min，冷卻后保存于4 ℃冰箱內(nèi)備用。

（3）制備LB營養(yǎng)肉湯。稱量LB營養(yǎng)肉湯粉25 g，移至潔凈燒杯內(nèi)，再添加1 L去離子水，攪拌，使之徹底溶解，完成LB營養(yǎng)肉湯的制備，分裝后121 ℃高壓滅菌15 min，冷卻后放入冰箱備用[2]。

（4）制備LB營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基。稱取40 g LB營養(yǎng)瓊脂粉，再移至燒杯內(nèi)，接著加入去離子水1 L，經(jīng)由磁子攪拌和熱臺加熱處理，使其完全溶解，完成LB營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基的制備，分裝后121 ℃高壓滅菌15 min，備用，借助封口膜密封，最后移至冰箱內(nèi)，備用。

（5）活化與培養(yǎng)實驗用菌種。①準備1個無菌離心管，向其中添加一定量的LB營養(yǎng)肉湯，先通過封口膜密封，再振蕩搖勻，移至恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi)，振蕩1 d，如果離心管內(nèi)液體呈渾濁狀態(tài)，則表示已順利活化。②經(jīng)由接種環(huán)蘸取少許已活化菌懸液，并于LB培養(yǎng)基上劃線接種，之后放至生化培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)1 d，得到一代菌。③挑選生長狀態(tài)較好的一代菌，并借助接種環(huán)將選擇好的菌落刮取下來，移至離心管（內(nèi)含一定量LB營養(yǎng)肉湯）內(nèi)，封口，再振蕩培養(yǎng)1 d，接著經(jīng)由用所得菌懸液傳代，待進行到第三代，得到實驗所需的菌懸液[3]。

1.3.2 抗菌性能測試

（1）貼膜法測試抗菌性能。常規(guī)檢驗方法不能實現(xiàn)樣品抗菌活性的鑒定工作，而貼膜法常被用于含抑菌成分供試品微生物限度檢查，并具有較好的準確性和可信性。本試驗取稀釋好的菌液0.05 mL均勻滴在平皿中的試驗樣品和空白對照樣品上，分別用無菌的半封閉薄膜過濾器進行覆蓋（浙江寧海白石儀器廠），蓋好平皿蓋。將樣品置于（37±1）℃、相對濕度＞90%的恒溫培養(yǎng)箱中。24 h后取出樣品加入20 mL洗脫液，反復吹打樣品和覆蓋膜表面，將菌充分洗脫于洗脫液中，對活菌量進行測定，以此計算材料抗菌率[4]。待培養(yǎng)終止，將培養(yǎng)皿取出，拍照、統(tǒng)計菌落量。抗菌率計算公式為

式中，X為抗菌率，%；A為空白對照樣的菌落量均值，個；B為測試樣的菌落量均值，個。

（2）振蕩燒瓶法測試抗菌性能。振蕩燒瓶法的原理：增強細菌與試樣的接觸，通過培養(yǎng)基使得細菌快速繁殖從而明確菌落數(shù)值與空白樣品間的差值即可計算細菌減少率[5]。方法：將5種試驗樣品分別置于含有45 mL 0.03 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液的三角瓶中，并額外設置空白對照組。用定量菌懸液進行接種，振蕩接觸5 min后，將1 mL菌懸液加入培養(yǎng)基平皿內(nèi)，在37 ℃的條件下恒溫培養(yǎng)24 h，對燒瓶內(nèi)振蕩前后菌懸液的濃度展開測定，并計算材料的抗菌率，考察材料的抗菌性能。待1 d培養(yǎng)結束，拍照并統(tǒng)計培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量，抗菌率計算公式為

式中，X為抗菌率，%；A′為測試樣品未振蕩時的菌類濃度均值，個；B′所示各振蕩后的菌類濃度均值。

2結果與分析

2.1 貼膜法測試抗菌性能

經(jīng)貼膜法測試抗菌性能，發(fā)現(xiàn)包裝材料樣品中無肉眼可見的菌落存在，可能是因為常規(guī)生化培養(yǎng)箱不能提供實驗所需的濕度條件，即RH（相對濕度）≥90%，細菌最終死亡無法長出，影響實驗結果，因此在以后的實驗中更換實驗方法進行抗菌性能測試[6]。

2.2 振蕩燒瓶法測試抗菌性能

在對抗菌能力測定方面，貼膜法由于無法滿足所需濕度條件從而被淘汰，采用振蕩燒瓶法，向菌懸液內(nèi)放入樣品，振蕩、反應，再向LB培養(yǎng)基上直接接種開始培養(yǎng)。實驗全程無需考慮RH問題，基于這一優(yōu)勢故改用振蕩燒瓶法，對PLA包裝材料的抗菌能力展開重新測定[7]。

2.2.1 聚乳酸包裝材料對大腸桿菌的抗菌效果

檢測不同納米TiO2含量的PLA/納米TiO2包裝材料抵抗大腸桿菌（E.coli）的效果，各個樣品所對應的抗菌率如表3所示。由表3可知：①同空白對照組相比，純PLA的抗菌率為3.82%，可見PLA自身具有一定抗菌能力，但無明顯效果，作為抗菌包裝材料有所欠缺；②將納米TiO2添加至PLA內(nèi)，與僅PLA時的菌落量相比，培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量有明顯下降，同時隨著納米TiO2含量的上升，菌落量不斷下降；③若納米TiO2添加量各為0.3%、0.8%，在對E.coli的抗菌率方面分別升至54.19%、78.62%，同空白對照組、純PLA組的抗菌率相比，其差值遠超26%，可明顯抑制E.coli；④若納米TiO2添加量為1.0%，其包裝材料可實現(xiàn)82.52%的抗菌率，與PLA（TiO20.8%）相比，只增加了3.90%，抗菌率升幅有所下降；⑤若納米TiO2添加量分別是3.0%、5.0%時，對于E.coli，包裝材料分別可實現(xiàn)84.67%、85.71%的抗菌率，可見納米TiO2添加量的上升已無法明顯提升抗菌能力。

表3 聚乳酸/納米TiO2包裝材料對大腸桿菌的抗菌效果

2.2.2 聚乳酸包裝材料對金黃色葡萄球菌的抗菌效果

測定不同納米TiO2含量的PLA/TiO2包裝材料對金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌效果，詳見表4。從表4可知：①PLA包裝材料對S.aureus抗菌效果的變化趨勢類似于E.coli；②待將納米TiO2添加至PLA內(nèi)，同僅PLA時相比，培養(yǎng)皿內(nèi)菌落量大幅下降，且隨著納米TiO2含量的上升，菌落量不斷下降；③在納米TiO2添加量為0.3%、0.8%時，對于S.aureus，此包裝材料分別表現(xiàn)出61.31%、80.00%的抗菌率，表示可明顯抑制S.aureus；④納米TiO2添加量為1.0%，顯示為84.97%的抗菌率，與添加量為0.8%時相比提高了4.97%，抗菌率升幅有所下降；⑤在納米TiO2添加量為3.0%、5.0%時，抗菌率分別為85.71%、87.59%，即納米TiO2添加量的上升已無法明顯提升抗菌能力。

表4 聚乳酸/納米TiO2包裝材料對金黃色葡萄球菌的抗菌效果

3 結論

經(jīng)由試驗測試途徑分析了納米TiO2含量與包裝材料抗菌能力間的關系，總結出以下內(nèi)容。①經(jīng)由貼膜法對樣品抗菌能力展開測試時，只有RH在90%以上才可獲得比較理想的結果，但因缺乏相關實驗條件，故改用其他測試手段。②經(jīng)由對RH無嚴格要求的振蕩燒瓶法測定抗菌性能，發(fā)現(xiàn)當加入納米TiO2添加量是0.3%時，對于E.coli、S.aureus，包裝材料分別可實現(xiàn)55.10%、60.20%的抑菌率，抗菌效果明顯；隨著納米TiO2添加量的上升，抗菌效果增強，但若添加量＞1%，抗菌效果增幅下降。③包裝材料對S.aureus的抗菌效果較E.coli更具優(yōu)勢。

綜上所述，PLA能表現(xiàn)出良好的抗菌能力，同時此類原料具有取材廣泛、無毒安全、可再生等一系列優(yōu)點，因而在食品包裝領域應用聚乳酸，不僅能夠降低石油資源消耗量，還能避免食品包裝導致的環(huán)境污染問題，滿足包裝材料環(huán)保、綠色要求，有助于食品包裝領域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。