玉米淀粉-聚乙烯醇抗菌包装薄膜的制备与性能研究

孟令伟，王洪江，刘 伟

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江大庆 163319）

抑菌包装薄膜属于功能性包装薄膜的一种类型，与传统的塑料包装材料相比，具有较好的抑菌性，可直接作为食品的内包装，保质、保鲜效果较好[1]。国内外学者对抑菌包装薄膜的研究较多，尤其注重制备工艺与性能的研究[2-4]。抑菌包装薄膜的抑菌性突出，但也存在诸多不足之处，如机械强度偏低、阻水性差、耐腐蚀性差等。纳他霉素（Natamycin）是一种高效、广谱、安全的抗真菌生物食品防腐剂，可用于抑制食品中的霉菌、酵母菌生长。纳他霉素具有一定的耐热性，对人体无害，因其溶解度很低，通常用于食品的表面防腐。由PVA 制得的薄膜具有无毒无味、透明度高、气体阻隔性好、降解速度快和力学性能良好等特点[5]。试验以玉米淀粉、聚乙烯醇和甘油为原料，采用流延法制备可降解包装薄膜。用喷涂的方式将纳他霉素置于可降解包装薄膜表面，对薄膜的透气性、透湿性、力学性能和抑菌性进行测定，研究抑菌剂的添加量对薄膜综合性能的影响。

1 材料与方法

玉米淀粉，长春大华淀粉有限公司提供；聚乙烯醇（PVA），郑州市三福生物科技有限公司提供；甘油（丙三醇）分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司提供；黑曲霉菌（Aspergillus niger）、青霉菌（Penicillium）、酵母菌（Yeast），黑龙江八一农垦大学食品学院提供；马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA），北京奥博星生物技术有限公司提供。

JJ-1型精密电动搅拌仪，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品；HWS24型电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司产品；101-2A型电热鼓风干燥箱，天津泰斯特仪器有限公司产品；螺旋测微器，长春市小型仪器制造有限公司产品；TSY-T1L型透湿性测试仪、ZLD型电子拉力试验机、BTY-B1型薄膜透气测试仪，济南兰光机电有限公司产品；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂产品；DRP-9082型电热恒温培养箱，上海森信实验仪器有限公司产品；FA25型乳化均质机，上海弗鲁克科技发展有限公司产品。

将6.5 g玉米淀粉，6 g聚乙烯醇，4 mL甘油混合，用蒸馏水定容至100 mL，于80 ℃水浴条件下充分搅拌40 min，玻璃板流延，于80 ℃下恒温烘干3 h，室温冷却24 h后揭膜。

配制不同质量浓度的纳他霉素溶液（0.10，0.15，0.20，0.25，0.30） g/mL，组号分别为A，B，C，D，E，按10 mL/m2的计量均匀喷涂于薄膜的表面，于30 ℃恒温干燥0.5 h，室温保存备用。未喷涂纳他霉素溶液的薄膜为对照组。

1.3.1 拉伸强度与断裂伸长率

取100 mm×15 mm试样，按GB10739对试样进行温湿度预处理，用智能电子拉力试验机测定。

1.3.2 透气性

取100 mm×100 mm的试样，按GB10739对试样进行温湿度预处理，用薄膜透气测试仪测定。

1.3.3 透湿性

取100 mm×100 mm的试样，按GB10739对试样进行温湿度预处理，用透湿性测试仪测定。

1.3.4 抑菌性能

将1 mL菌落总数为1×105CFU/mL的黑曲霉菌用无菌玻璃棒均匀涂于马铃薯葡萄糖琼脂培养基上，当菌液完全扩散后，用灭菌后的打孔器切下直径为1.5 cm的薄膜放于培养基的中心位置（整个过程在无菌环境下进行）。其他菌种操作与黑曲霉菌相同。将培养皿倒置培养于37 ℃条件下恒温培养24 h后，观察膜表面菌体生长现象及抑菌圈的直径。

2 结果与讨论

薄膜的机械性能随纳他霉素质量浓度变化见表1。

由表1可知，随着纳他霉素溶液质量浓度的逐渐增大，薄膜的拉伸强度也在逐渐的增大。相对于对照组，A组薄膜的拉伸强度变化不显著（p＞0.05），B，C，D，E组的拉伸强度则显著增大（p＜0.05），而各组薄膜的断裂伸长率则无显著变化（p＞0.05）。抗拉强度主要受膜体分子间氢键强弱的影响。纳他霉素溶液均匀渗透至薄膜内部，增强了玉米淀粉与PVA分子间的氢键作用力。

表1 薄膜的机械性能随纳他霉素质量浓度变化

透气系数和透湿量随纳他霉素质量浓度变化见表2。

表2 透气系数和透湿量随纳他霉素质量浓度变化

由表2可知，随着纳他霉素质量浓度的升高，薄膜对O2和CO2的透气系数逐渐增大，即薄膜对气体的阻隔性能逐渐下降，质量浓度在0～0.20 g/mL时，透气系数无显著差异（p＞0.05）；在0.20～0.30 g/mL时，透O2系数显著上升（p＜0.05）。喷涂不同质量浓度的纳他霉素溶液对薄膜的透湿性能无显著影响（p＞0.05）。纳塔霉素均匀渗透入薄膜内，干扰了分子间固有的氢键作用力，导致气体容易进入和通过薄膜。而水分子体积较大，故薄膜对水蒸气的阻隔性无明显变化。

抑菌包装薄膜对黑曲霉菌的抑菌效果见图1，抑菌包装薄膜对青霉菌的抑菌效果见图2，抑菌包装薄膜对酵母菌的抑菌效果见图3，抑菌圈直径随纳他霉素质量浓度变化见图4。

图1 抑菌包装薄膜对黑曲霉菌的抑菌效果

由图1 ～图3可知，对照组中，平皿和薄膜被黑曲霉菌完全覆盖。当质量浓度为0.10 g/mL时，薄膜边缘有少量菌丝存在；当添加的质量浓度为0.20 g/mL时，薄膜表面及边缘较小范围内无菌丝生长；当添加质量浓度为0.30 g/mL时，薄膜完全无菌丝生长，且薄膜边缘的菌丝也未见长出。

图2 抑菌包装薄膜对青霉菌的抑菌效果

图3 抑菌包装薄膜对酵母菌的抑菌效果

图4 抑菌圈直径随纳他霉素质量浓度变化

由图4可知，抑菌薄膜对3个菌种的抑菌环直径随纳他霉素质量浓度的升高而逐渐增大。当纳他霉素溶液质量浓度由0.20 g/mL增加至0.30 g/mL时，薄膜周围的抑菌环越来越大，此时黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌对应的最大抑菌环直径分别为31.17，28.50，23.17 mm。显然，质量浓度为0.30 g/mL的纳他霉素对应的包装薄膜具有更好的抑制效果。

3 结论

纳他霉素能够显著提升玉米淀粉-聚乙烯醇包装薄膜的抑菌性能，但对薄膜的机械性能和透气性能也有显著影响。随纳他霉素质量浓度的增大，薄膜的拉伸强度逐渐增大，而透气性能则逐渐下降，质量浓度较高的纳他霉素溶液能够使薄膜对黑曲霉菌、青霉菌和酵母菌的抑菌能力显著增强。在配比为玉米淀粉6.5%（W/V），PVA 5.5%（W/V），甘油4%（V/V） 的包装薄膜上喷涂质量浓度为0.30 g/mL的纳他霉素溶液所得的抑菌包装薄膜的机械性能和抑菌性能最佳，但阻隔性能下降明显。