纖維素基抗菌復合薄膜的研究進展

楊茜茜 馬 維

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

1 前言

纖維素是由葡萄糖構成的大分子多糖，作為植物細胞壁的主要成分，具有來源廣、可生物降解、價格便宜等優點，是地球上存儲量最大的天然高分子可再生資源[1]。近年來，用于食品包裝的主要材料是高、低和極低密度聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等，但由于這些材料不能生物降解且具有一些局限性，從而影響其回收利用。纖維素因其具備可完全生物降解、生物相容性好、可改性等優點在醫療衛生、食品保鮮、藥品包裝等領域具有廣闊的應用前景。

從食品包裝的角度出發，向包裝復合膜摻入抗菌劑達到抗菌效果已成為研究熱點和重點。許多研究表明，利用抗菌劑對纖維素進行改性，通過澆鑄法、流延法、真空抽濾法等成膜方法可制備出一系列的抗菌復合薄膜。如今，利用纖維素為基膜材料，并賦予其抗菌能力是天然抗菌包裝材料的發展趨勢。

2 抗菌劑的種類及其抗菌機理

抗菌劑種類較多，主要分為無機類、有機類及天然抗菌劑。

無機抗菌劑根據不同的有效成分，可以分為金屬離子系（含Ag＋、Cu2+、Zn2+等金屬離子）和金屬氧化物系（具有光催化作用的ZnO、TiO2等）抗菌劑。前者主要是抗菌劑通過與細菌細胞膜、細胞壁接觸，從而破壞其結構令細菌失去活性。后者是通過吸收可見光、紫外線等外界能量，激發電子躍遷，使周圍的氧氣和水分子成為活性氧O2-和氫氧自由基·OH． 它們能氧化或使細菌細胞中的蛋白質、不飽和脂肪酸、糖苷等發生反應，破壞其正常結構，從而使細菌死亡或喪失增殖能力。

有機抗菌劑目前常用的有季銨鹽類、雙胍類、醇類、酚類、有機金屬類、吡啶類、咪唑類、噻吩類等。它主要是通過抗菌劑進入細菌內與核糖核酸相互作用，破壞細菌體內RNA 轉錄到DNA 的過程，抑制細菌繁殖生長，來達到殺菌效果。

天然抗菌劑主要有殼聚糖、魚精蛋白、桂皮油、羅漢柏油、竹葉揮發油、石榴皮粉和大蒜素等，大多數是從動植物中提煉精制而成的，安全無毒，但作用持續時間短、耐熱性差，而且有加工條件的制約，不能實現大規模生產，因而使用較少，目前最常用的是殼聚糖類。

3 抗菌纖維素復合薄膜的研究

纖維素本身具有良好的成膜性，可將小分子或大分子抗菌劑通過物理或化學法引入到以纖維素為基質的混合體系中，繼而采用合適的成膜方法，制備出具有抗菌性能的纖維素復合薄膜。構筑抗菌復合薄膜的過程中，通常采用天然大分子、納米金屬Ag、部分半導體（TiO2/ZnO）等作為抗菌組分，下述內容將為大家介紹各種抗菌纖維素薄膜的制備及發展概況。

3.1 木質纖維素基抗菌復合膜

陳啟原使用低價的楊木木片作為原料,使用綠色環保的處理方法制得高純高聚合度纖維素，將纖維素與作為填料的抗菌劑復合得到載銀纖維素復合膜、殼聚糖季銨鹽-纖維素復合膜、季銨化改性纖維素共混纖維素復合膜。對抗菌纖維素膜的抗菌能力進行分析，結果表明，載銀纖維素膜殺菌速度最快，而殼聚糖纖維素膜和改性纖維素膜殺菌速度相對較慢。

3.2 納米纖維素基抗菌復合膜

王利軍等以乳鏈菌肽（Nisin）作為抗菌劑，乙酰化納米纖維素（ACNF）與淀粉為基體，制備出在食品包裝方面有很大潛力的復合膜材料。測試表明，抗菌劑Nisin加入后能夠使ACNF-ST 對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌能表現出良好的抗菌能力。郝曉楠選擇再生納米纖維素作為原料，用高碘酸鈉還原銀離子來得到負載銀納米顆粒的纖維素基質，再與瓜爾膠進行混合，通過真空抽濾法制備出雙醛納米纖維素-瓜爾膠的復合薄膜，所制得的復合薄膜可以表現出優良的抗菌性能。

3.3 羧甲基纖維素基抗菌復合膜

李歡以廢棄的一次性紙杯為原料提取羧甲基纖維素（CMC），銀納米顆粒（Ag NPs）作為抗菌劑，通過原位還原法成功制備了Ag NPs/CMC/SR 復合薄膜。所制備的復合薄膜不僅表現出優良的機械性能，還具有良好的抗菌性能。

3.4 細菌纖維素基抗菌復合膜

周璞]以海藻酸鈉（SA）溶液與細菌纖維素（BC）溶液作為原料，將它們按一定的比例混合均勻，通過超聲波粉碎后風干至蒸發成膜，再在膜的表面沉積多巴胺，利用多巴胺還原生成銀納米顆粒（Ag NPs），制備出具有良好抗菌性能的復合膜。該復合膜表現出較好的殺菌能力，擁有良好的細胞相容性，并有潛力成為新一代GBR 膜研發的良好選擇。

3.5 淀粉基抗菌復合膜

何棟等以玉米淀粉和殼聚糖為基膜，加入納米ZnO顆粒，通過流延法來制備ZnO/殼聚糖/淀粉膜。實驗結果表明，ZnO 作為添加劑加入并沒有影響殼聚糖/淀粉膜的相容性，與殼聚糖/淀粉膜相比，ZnO/殼聚糖/淀粉膜具有更優良的阻隔性和抑菌活性，在食品衛生包裝行業有較大的應用潛力。Yuan 等采用淀粉基為成膜材料，納米纖維素為增強劑，聚六亞甲基雙胍（PHMB）為抗菌劑，利用流延法制備出淀粉基復合抗菌薄膜。實驗研究表明，當抗菌劑PHMB 含量高于6%（wt%）時，淀粉-納米纖維素與PHMB（S-N-P）薄膜對大腸桿菌表現出顯著的抗菌能力，本研究所開發的復合膜在食品保鮮領域有著廣闊的應用前景。

4 結語

纖維素作為天然分子材料，所制出來的膜在自然環境中可以完全降解，有利于減少環境污染，是非常具有發展潛力的包裝材料。直接共混、微膠囊以及接枝改性是制備纖維素抗菌膜的常用方法。本文從食品包裝角度出發，列舉了各種抗菌纖維素復合薄膜的制備及發展概況。以纖維素為基質，在混合體系中加入抗菌物質采用合適的成膜方法來制備出達到一定抗菌效果的復合薄膜，但此研究也存在一些不足：（1）共混法摻入的抗菌物質能達到較好的殺菌效果，但在膜內不穩定，易出現溶出現象。（2）通過接枝抗菌劑可讓纖維素獲得穩定的抗菌性能，但是接枝過程中影響抗菌劑接枝率的因素較多，需要找尋最佳的接枝條件。在最優的接枝條件下，纖維素復合薄膜的殺菌效果能否達到預期還是個未知數。因此，如何提高抗菌劑在膜內的穩定性，優化抗菌劑的接枝條件，讓纖維素復合薄膜獲得穩定且高效的抗菌性能，將會是以后的重點研究方向。