壳聚糖处理食品包装纸的抗菌性能研究

刘喜宏 庞久寅

随着现代社会的发展，人们越来越青睐包装食品，对于食品包装纸的运用也有很大提升，不但要求所购商品包装精致、实用，在环保方面更要达到抑菌性条件[1]。包装纸是保护包装内产品的第一道防线，其性能及化学成分关系到消费者的身体健康，为防止微生物侵染，使用具有抑菌作用的包装纸来包装产品非常重要[2]。本文主要研究包装纸的抗菌性能，并采用壳聚糖为抗菌剂，测定其抗菌性能。

壳聚糖是氨基葡萄糖和乙酰氨基葡萄糖通过氢键连接而形成的一种多用途生物聚合物，也是甲壳类、昆虫和真菌类中最丰富的天然聚合物[3]。壳聚糖无毒，且具有良好的生物降解性和生物相容性，其突出的生物活性功能性质强，良好的成膜特性和较强的抗菌防腐保鲜能力已引起国内外研究人员的广泛关注和重视，壳聚糖作为天然和安全的食品防腐保鲜剂和抗菌剂已成为国内外食品包装纸抗菌的研究热点[4]。

1 试验原料和方法

1.1 试验原料

氢氧化钠（天津市福晨化学试剂厂）、盐酸（天津市永达化学试剂有限公司）、甲酸（天津市永大化学试剂有限公司）、亚硫酸氢钠（天津市永达化学试剂有限公司）、高锰酸钾（国药集团化学试剂有限公司）、5H2O·CuSO4。

1.2 主要试验仪器和设备

电热恒温水浴锅、电动搅拌器、分析天平、电子万用炉、高速离心机、立式蒸汽灭菌器、细菌培养箱、高速多功能粉碎机、立式压力蒸汽灭菌器。

1.3 不溶性壳聚糖提取

取一定数量的虾、蟹壳，除去残肉和杂质，用清水洗净，在阳光下晒干，粉碎。用120 mL的盐酸溶液泡制24 h，再用70 ℃清水过滤，过滤后再用120 mL的盐酸溶液泡制24 h，再过滤，合并这两次的盐酸溶液，再用清水洗涤，过滤，甩干，其作用是去除壳中的钙。除钙后用45%氢氧化钠浸泡，用水浴锅加热至沸腾，并保持沸腾4 h，趁热过滤，过滤后用清水洗涤至中性，目的是脱蛋白。脱蛋白后用0.7%的高锰酸钾浸泡1～2 h，过滤，然后用0.6%的亚硫酸氢钠漂白1～2 h，过滤，日晒干燥，得到不溶性壳聚糖[5]。

1.4 可溶性壳聚糖的制备

不溶性壳聚糖为非脱乙酰基的含氮多糖类物，不溶于水，也不溶于一般有机溶剂，仅能溶于酸性水溶液，形成胶状物，只有脱去乙酰基才会成为可溶性壳聚糖，可溶性壳聚糖制备如下：用45%氢氧化钠浸泡不溶性壳聚糖，水浴加热至60 ℃，保温搅拌8 h，冷却至室温，静止8 h，过滤，用70 ℃清水洗涤两次，过滤，甩干，再重复上述操作一次，于80 ℃真空干燥，得白色片状壳聚糖。将可溶性壳聚糖少量用5%甲酸溶液或冰醋酸水溶液浸泡数分钟以上，可得乳白色溶液，壳聚糖已成为可溶性[6]。

1.5 抑菌试验

1）抗菌包装纸的制备。

将市面上购买的普通包装纸浸泡于配制好的浓度分别为2%、6%、10%的壳聚糖水溶液24 h，然后在60 ℃下进行干燥，制成抗菌包装纸[7]。

2）细菌培养。

在大烧杯中放入0.6 g的牛肉膏、2 g蛋白胨、1 g氯化钠，然后加200 mL的水，用笔在烧杯外做好标记，放在电磁炉上加热[8]。待烧杯内各组溶解后，不断搅拌以免粘底。然后用立式自动电热压力蒸汽灭菌器灭菌30 min。然后植入大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，在恒温培养箱中培养48 h[9]。

3）抑菌试验操作过程。

将金黄色葡萄球菌、大肠杆菌培养物密集均匀地涂布于整个平板，尽可能涂布得致密而均匀[10]。将有壳聚糖的抗菌包装纸片用镊子分别贴于平板内部，纸和纸之间有一定的距离，目的是将抗菌包装纸与培养基表面紧贴，还可以用镊子轻轻地按压纸片，从而使纸片和培养基表面牢牢贴住[11]。纸片在培养基上面以相互接近的距离贴若干抗菌纸片，直径为90 mm平板可贴7～8个抗菌包装的纸片。将制备的含有壳聚糖抗菌剂的包装纸片放入装有大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的平板上后，将平板放置到37 ℃的恒温培养箱中培养48 h后，观察抑菌环是否增大。

4）包装纸抗菌性能的测定。

分别将配置好含浓度为2%、6%、10%的壳聚糖抗菌剂的包装纸片放入细菌中观察抑菌环的增大情况，取出培养好的平板观察抑菌效果，用游标卡尺精确测量滤纸片周围抑菌圈直径的大小(mm)，测3次求平均值。测完后放回恒温箱。

2 试验结果

2.1 壳聚糖提取正交试验结果

选取时间（A）、温度（B）和碱浓度（C）为正交试验表的三个因素，并且分别进行9组试验以确定壳聚糖提取的最佳工艺参数，壳聚糖提取正交试验表结果如表1所示。

表1 正交试验表Tab.1 Table of orthogonal test

通过试验可以得出对壳聚糖提取的主次因素为：时间＞碱浓度＞温度，为了使壳聚糖提取效果达到最佳，采用最佳工艺参数为A1B2C2，即加热时间为4 h，加热温度为70 ℃，碱浓度为45%氢氧化钠溶液，对应的壳聚糖提取率为52.00%。

2.2 包装纸抗菌性能的测定

本试验采用金色葡萄球菌和大肠杆菌作为测试菌体，通过抑菌环的大小来判断壳聚糖的抑菌性能。结果如表2所示。

表2 抑菌性能测试结果Tab.2 Antimicrobial performance test results

试验结果显示，当抗菌剂浓度为6%时，抑菌环达到饱和状态，而10%壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑制效果略高于6%浓度的壳聚糖，对大肠杆菌的抑制效果则略低于6%浓度的壳聚糖。10%浓度的壳聚糖与6%浓度的壳聚糖的效果相差无几。考虑成本等因素，在生产抗菌包装纸中应选择浓度为6%的抗菌剂，效果最好。多则浪费成本，少则达不到最佳抑菌效果。

3 结 论

1）通过正交试验表，可以看出：在时间、碱浓度、温度三个影响因素中，时间对提取率的影响最大，其次为碱浓度，影响最小的是温度，实验室最佳工艺条件为用45%的氢氧化钠处理，在70 ℃下保温4 h，即可得到最佳提取率52.00%。

2）根据抑菌环的试验效果显示，当壳聚糖浓度达到6%时，对大肠杆菌抑制性能最佳；当壳聚糖浓度达到10%时，对金黄色葡萄球菌的抑制效果最佳。

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