添加天然抗菌剂可食性抗菌膜的研究进展

闫倩倩 董海洲 孔青 续飞 张倩

摘 要：天然抗菌剂因具有天然、安全性高等优点成为可食性抗菌膜中常用的抗菌剂之一。本文从国内外研究现状出发，介绍天然抗菌剂在可食性膜中的应用。重点阐述可食性抗菌膜中的天然抗菌剂控制释放的方式，并分析添加天然抗菌剂的可食性抗菌膜可能存在的问题及其发展趋势。

关键词：天然抗菌剂；可食性抗菌膜；应用；缓释

中图分类号：TS206.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0208-02

可食性抗菌膜是将抗菌剂添加到可食性膜中，制备成的具有抗菌和保鲜作用的功能性包装膜，它已经成为可食性膜在抑菌领域的发展趋势[1]。天然抗菌剂与人工合成抗菌剂相比，具有天然、安全性高等多种优点，是可食性抗菌膜中重要的研究方向之一。

1 天然抗菌剂在可食性膜中的应用

1.1 微生物源天然抗菌剂在可食性膜中的应用

微生物源天然抗菌剂主要有纳他霉素、Nisin、赖氨酸、乳酸菌，其中对添加Nisin的抗菌膜研究与应用最多。Carolina等人研究发现，在储藏期间，添加了纳他霉素和Nisin的木薯淀粉膜可以控制奶酪表面的李斯特菌和酿酒酵母的生长[2]。Liming Zhang等人研究了添加不同量的ε-聚赖氨酸的玉米淀粉膜的物理性质、力学性能和抗菌性能。结果表明该复合膜可以有效的抑制大肠杆菌和枯草芽孢杆菌[3]。

1.2 植物源天然抗菌剂在可食性膜中的应用

植物源天然抗菌剂主要有精油、茶多酚、迷迭香提取物等，植物精油是研究最多的一类。植物精油中有大量的酚、醛和萜类物质等生物活性化合物。它们沸点较低，具有强挥发性、抗氧化性及抗菌特性[4]。目前将植物精油添加到可食性膜中制备可食性抗菌膜已经成为一个研究热点。程欣等人将丁香精油加入到壳聚糖基材中，研制可食性抗菌膜，当壳聚糖质量浓度为20mg/mL，甘油和丁香精油质量分数均为1.0%时，丁香精油壳聚糖抗菌包装膜的机械性能和抑菌性能最佳[5]。马中苏将不同浓度的肉桂醛添加到浓缩乳清蛋白/壳聚糖复合膜中，制备出了一种既具有高效的抗菌性又具有优良成膜性及理化性质的复合可食膜[6]。

除了植物精油外添加其他形式的植物提取物也是重点研究方向之一。郭丛珊等人制备了添加有天然抗菌剂、抗氧化剂茶多酚的大豆分离蛋白抗菌膜。将所制成的涂膜液用于圣女果保鲜效果研究，室温下储藏12d后，涂含茶多酚大豆分离蛋白膜组保鲜效果显著优于未涂膜组[7]。Qianqian Yan等人将迷迭香提取物添加到氧化酯化玉米淀粉中制备抗菌膜，当迷迭香提取物的添加量大于等于0.3%时，制备的抗菌膜对大肠杆菌有抑制作用[8]。

1.3 动物源天然抗菌剂在可食性膜中的应用

动物源天然抗菌剂主要有乳铁蛋白酶、壳聚糖、蜂胶等，其中对添加壳聚糖的抗菌膜的研究最为广泛。Nowzari等人在明胶膜中加人壳聚糖制成双分子层膜，用于冷虹鳟鱼时减少了细菌的污染，阻止了脂质的氧化，大大延长了储存时间[9]。Grace等在木薯淀粉中添加蜂胶乙醇提取物（EPE），制备成抗菌膜，并对其性能进行研究。结果表明在浓度较低的情况下，复合抗菌膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌仍然具有较强的抗菌活性，这是因为EPE中含有酚类化合物[10]。

2 可食性抗菌膜中天然抗菌剂控制释放的方式

抗菌剂长期持续的从可食性抗菌膜中缓慢释放到食品表面，使抗菌剂长期保持抑制微生物生长的浓度，从而防止食品腐败变质，达到维持食品的安全性和品质的目的。结合释放动力学的研究，目前可食性抗菌膜中天然抗菌剂主要的控制释放的方法有以下几种。

2.1 通过成膜材料的化学结构及组成进行控释

成膜材料的极性、亲水性、分子量及与抗菌剂的相互关系等因素都会直接影响到释放速度，并可以进行控释。李鹏等人在可食性花生分离蛋白膜中添加牛至精油，通过精油从膜中释放出来使可食性膜具有抗菌性，而精油的缓释是因为膜材料对精油的阻隔效应[11]。

2.2 通过微胶囊技术进行控释

微胶囊技术是一种利用成膜材料把固体、液体或气体包埋成具有功能性核壳结构包合物的技术[12]。微胶囊由壁材和芯材构成。在缓释包装中，微胶囊的芯材通过壁材上的微孔、裂缝或半透膜进行扩散，从而释放出芯材物质[13]。当把微胶囊和包装材料结合在一起后，芯材物质先从微胶囊中缓慢释放到包装材料中，再从包装材料中迁移到达被包装食品表面，从而起到功能性作用。闫丹丹采用微胶囊技术将丁香精油包埋在天然高分子材料β-环糊精中，从而赋予了微胶囊抗菌性，再将微胶囊添加到淀粉膜中，制成抗菌淀粉膜，用于冷鲜肉的包装时具有良好的抗菌效果和较长的抗菌时效性[14]。

2.3 通过纳米技术进行控释

三维尺寸均在1nm到100nm的材料，它所具有的特有性质及其应用的一种技术，被称为纳米技术[15，16]。利用纳米技术，可以通过一定的扩散机制，较为稳定的控制抗菌剂的释放。张欣蕊在最优条件下制得的壳聚糖/海藻酸钠纳米微球的基础上，通过吸附载药的方法来制备载茶多酚纳米微球，茶多酚前期扩散是通过载体材料的溶胀及Fickian 扩散的共同控制来实现的[17]。

3 问题与发展趋势

添加天然抗菌剂的可食性抗菌膜具有较大的发展前景，在多种食品的贮藏保鲜中应用广阔，但我国对此研究起步较晚，仍然存在着问题：（1）部分天然抗菌剂只对特定菌种有抑制作用，稳定性差，应用时要主要考虑对目标微生物的有效性和稳定性。（2）天然抗菌剂缓慢释放的动态变化规律还有待进一步研究。（3）添加天然抗菌剂的可食性抗菌膜的力学性能及阻隔性能与实际应用要求之间还有一定差距。

針对这些问题，以后的研究趋向于膜材料和抗菌剂向复合型发展；将纳米技术和微胶囊技术应用到添加天然抗菌剂可食性抗菌膜的制备中，提高对抗菌剂释放的控制及稳定性；加强天然抗菌剂释放的动态变化规律研究等。

参考文献

[1]王丹，周才琼.植物精油在可食性抗菌膜中的应用[J].食品工业科技，2014，35（1）：349-354，274.

[2]Resa C P O， Gerschenson L N， Jagus R J. Natamycin and nisin supported on starch edible films for controlling mixed culture growth on model systems and Port Salut cheese[J].Food Control，2014，44：146-151.

[3]Zhang L，Li R，Dong F，et al. Physical，mechanical and antimicrobial properties of starch films incorporated withε-poly-L-lysine[J].Food Chemistry，2015，166：107-114.

[4]Altiok D，Altiok E， Tihminlioglu F. Physical， antibacterial and antioxidant properties of chitosan films incorporated with thyme oil for potential wound healing applications[J].Journal of Materials Science：Materials in Medicine，2010，21（7）：2227-2236.

[5]程欣，余平，王淑娟，等.丁香精油食品抗菌包裝材料的制备及性能研究[J].包装工程，2015，36（7）：11-15.

[6]马中苏，隋思瑶，张宁，等.肉桂醛浓度对浓缩乳清蛋白/壳聚糖复合膜性能的影响[J].现代食品科技，2015，31（2）：113-118.

[7]郭丛珊，张丽叶.含茶多酚大豆分离蛋白抗菌膜的制备及其性能和保鲜效果[J].北京化工大学学报（自然科学版），2011，38（4）：104-109.

[8]Yan Q， Zhang J， Dong H， et al. Properties and Antimicrobial Activities of Starch–Sodium Alginate Composite Films Incorporated with Sodium Dehydroacetate or Rosemary Extract[J].Journal of Applied Polymer Science，2013，127（3）：1951-1958.

[9] Nowzari F， Shabanpour B， Ojagh S M. Comparison of chitosan-gelatin composite and bilayer coating and film effect on the quality of refrigerated rainbow trout[J].Food Chemistry，2013，141（3）：1667-1672.

[10] Araújo G K P， Souza S J，Silva M V， et al. Physical， antimicrobial and antioxidant properties of starch-based film containing ethanolic propolis extract[J]. International Journal of Food Science and Technology，2015，50：2080-2087.

[11]李鹏，孙杰，杨伟强.添加牛至精油对可食性花生分离蛋白膜性能的影响[J].食品科技，2014，39（10）：279-284.

[12]刘晓伟，王利强，廖祝胜，等.微胶囊技术在食品包装中的研究进展[J].包装工程，2017，38（1）：149-155.

[13]李光水，雍国平，肖凌.香味微胶囊的释放模型及机理探讨[J].食品工业科技，1998，（2）：7-8.

[14]闫丹丹.基于微胶囊技术的淀粉基抗菌膜制备及性能研究[D].无锡：江南大学，2016.

[15]韩永霞.纳米技术及其在食品工业中的应用[J].科技创新与应用，2014，（6）：295.

[16]李敏.纳米技术在包装领域的应用[J].印刷质量与标准化，2014，（3）：8-11.

[17]张欣蕊.抗菌壳聚糖/海藻酸钠微球的制备及在淀粉膜中的应用[D].沈阳：沈阳工业大学，2016：22-38.