琼脂-明胶可食性抗菌膜制备及其性能研究

李晨

摘 要：可食性食品包装膜具备安全和环保的优点，是目前食品包装材料行业的研究热点之一，但鲜有以琼脂或明胶为基材的可食性包装膜的研究。为了丰富可食性包装的基材种类，以琼脂和明胶复配并添加抗菌剂Nisin制备出可食性抗菌包装膜并研究其性能。结果表明：该抗菌膜具有较好的阻隔性能和透明性，对微生物起到一定的抑制作用。随着Nisin添加量的增加，该抗菌膜的阻湿和抗菌能力有所增加，但透明性逐渐降低。

关键词：可食性抗菌膜;琼脂;明胶;乳酸链球菌素

Abstract：Edible food packaging film has the advantages of safety and environmental protection， which is one of the research hotspots in the food packaging material industry，however， there are few studies on edible packaging films based on agar or gelatin. In order to enrich the types of edible packaging base materials， the edible antibacterial packaging film was prepared by mixing agar， gelatin and nisin. The properties of the film were studied， the results showed that the antibacterial membrane had good barrier performance and transparency， and had a certain inhibitory effect on microorganisms. With the increase of nisin content， the moisture resistance and antibacterial ability of the antibacterial membrane increased， but the transparency decreased gradually.

Key words：Edible antibacterial film; Agar; Gelatin; Nisin

食品包装可以阻隔微生物、氧气等因素对食品的不利影响，有效延长食品的货架期，在行业中发挥着至关重要的作用[1]。常见的用于食品包装的材质有塑料、玻璃、陶瓷、纸、金属等，其中塑料包装因其材料来源广泛、价格低廉、性质稳定等优点而被广泛应用[2]。然而，塑料包装的使用也存在着诸多弊端，由于塑料属于难以降解的材质，对环境的污染极大[3]，且包装食品长时间放置后，塑料包装中的有害物质会逐渐向食品中迁移，使用后对人体产生伤害。此外，由于塑料包装对不利因素的阻隔效果有限，需要向食品中添加防腐剂、抗氧化剂等物质。近年来，人们对食品安全的要求日益增高，环保意识也明显增强，塑料包装的弊端逐渐凸显。因此，寻求安全、可降解的材料用于食品包装已成为重中之重，可食性包装应运而生。

可食性包装是以可食性材料復合制备而成的包装材料，具有安全、环保、可降解的优点。目前可用于可食性包装的基材分为多糖、蛋白质和脂肪3类，其中多糖和蛋白质是使用较多的基材。琼脂是一种天然海洋多糖产品，被广泛应用于食品中。研究表明，琼脂具有较好的凝胶性能，可作为可食性包装膜的理想基材，且成膜后机械性能和阻隔性能较好。明胶属于一种纤维蛋白，是多种氨基酸聚合而成的天然高分子物质，也是一种被广泛应用的天然食品添加剂，明胶也具有凝胶性能，且具有一定的澄清作用，与琼脂复配后，可获得透明度较高的可食性食品包装膜。

此外，向琼脂-明胶可食性膜中加入适量抗菌剂可有效提高该可食性膜的抗菌性，阻隔微生物对食品的危害，延长食品的保存期，也能有效减少直接向食品中添加防腐剂，保证食品的安全性。Nisin是一种天然抗菌剂，具有较强的抗菌性，也是目前得到广泛应用的一种食品添加剂。基于此，将适量Nisin加入到琼脂-明胶可食性膜中，制备出可食性抗菌膜，并对其性能进行研究，旨在制备出一种天然、可降解、可食用的食品包装，以期为食品提供保护作用，最大程度延长食品保存期，弥补传统食品包装存在的弊端。

1 材料与方法

1.1 实验材料

明胶（苏州益景食品添加剂有限公司）;琼脂粉末（海南澄迈县老城大富琼脂厂）;乳酸链球菌素（天津市福晨化学试剂厂）;氢氧化钠（天津市大茂化学试剂厂）;氯化钠（天津市大茂化学试剂厂）;蛋白胨（上海申启生物科技有限公司）;牛肉膏（山东玉宝生物科技有限公司）;丙三醇（无锡市亚太联合化工有限公司）

1.2 实验仪器

AR1140（电子天平梅特勒-托利多仪器上海有限公司）;78-1磁力加热搅拌器（金坛市医疗仪器厂）;722E型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）;J2607电热干燥箱（武汉市大江电器仪表厂）;HH-S8数显恒温水浴锅（金坛市医疗仪器厂）;游标卡尺（哈尔滨量刃具厂）。

1.3 实验方法

1.3.1 膜的制备

（1）溶解琼脂。将1 g琼脂加入盛有98 mL蒸馏水的烧杯中并加热至95 ℃以上至琼脂完全溶解，用78-1磁力加热搅拌器以600 r·min-1的转速搅拌加速琼脂的溶解，制得琼脂溶液。

（2）溶解明胶。将制得的琼脂溶液放入50 ℃的HH-S8数显恒温水浴锅，直至溶液降温至50 ℃加入1 g的明胶并不停搅拌至明胶完全溶解，制得琼脂-明胶溶液。

（3）加入抗菌剂和增塑剂。把制得的琼脂-明胶溶液放在78-1磁力加热搅拌器上，往烧杯中加入适量Nisin和0.2 g丙三醇，以1 600 r·min-1的转速使烧杯中的溶液形成均匀的琼脂-明胶抗菌性膜液。

（4）流延于模具、烘干。将上述溶液置于60 ℃J2607电热干燥箱中静置10 min后将溶液流延直径为6 cm的塑料盖上，然后置于60 ℃烘箱中5 h。

（5）揭膜。室温下冷却揭膜，得到琼脂-明胶可食性抗菌膜的样品。

1.3.2 阻湿性的测定

阻湿性能通过水蒸气透过系数表征。将琼脂-明胶可食性膜裁剪成直径为2 cm的圆形样品，密封在装有无水氯化钙的瓶中，测定24 h内的水蒸气透过量。水蒸气透过系数计算公式如下：A-膜面积，单位m2;t-测试时间，单位h;?P-测试瓶内外气压差，单位kPa。

1.3.3 透明度的测定

将膜切成10 mm×44 mm大小的样条，贴在比色皿的透明侧，置于分光光度计中，在560 nm波长处测定试样膜的吸光度，以未放置膜的比色皿作为空白对照。试样膜的透明度以不透明度间接表示，计算公式如下：

1.3.4 抗菌性的测定

以金黄色葡萄球菌为指示菌，活化后选取最佳稀释度进行培养。将琼脂-明胶可食性膜裁剪为直径6 mm的圆形样品，置于培养物中央并培养，通过游标卡尺测定抑菌圈直径，以反映膜抗菌性的大小。

2 结果与分析

2.1 阻湿性能

食品包装膜需具备良好的阻湿性能，以防止食品吸水而影响食品的感官性状。水蒸气透过系数可反映琼脂-明胶可食性膜的阻湿性能，由图1可知，随着抗菌剂Nisin添加量的增多，水蒸气透过系数逐渐降低，可见Nisin的加入提高了该可食性抗菌膜的阻湿性，这可能是因为Nisin和琼脂、明胶之间相互作用，使得膜分子结构更为紧密，阻碍了水分子的进出。

2.2 透明度

透明度可直接反映膜的外观质量，可通过O值（不透明度）表征，O值越大说明琼脂-明胶可食性抗菌膜的透明度越小。由图2可知，随着抗菌剂Nisin的加入，膜的O值逐渐增大，说明抗菌剂的加入降低了该膜的透明度。透明度下降会影响膜的外观，但也可有效阻止光的进入，减少光照对食品的不利影响。

2.3 抗菌性

抑菌圈的直径增加说明琼脂-明胶可食性抗菌膜可有效抑制金黄色葡萄球菌，且Nisin添加越多，抗菌性越强（图3）。微生物是导致食品腐败变质的最主要因素，该膜所具备的抗菌性可有效延缓食品的腐败变质，增长食品货架期。由于Nisin抗菌性较强，较少添加量即可达到理想的抗菌效果，因此对Nisin添加量的确定除了参考抗菌效果，还要考虑包装生产成本。

3 结论

以琼脂-明胶为基材，加入抗菌剂Nisin制备成琼脂-明胶可食性抗菌膜，并研究抗菌剂的加入对膜性能的影响。研究发现Nisin的添加量对膜的性能可产生影响，随着Nisin添加量由0 g增加到1 g，膜的水蒸气透过系数从4.31 mg·m/h·m2·kPa降低到3.40 mg·m/h·m2·kPa，阻湿性增大了27%，膜的O值从0.89 A·mm-1增加到3.47 A·mm-1，透明度降低了74%，随着Nisin的加入膜的抗菌性逐渐增强，抑菌圈直径由4.2 mm增加到10.4 mm，抑菌效果更加明显。琼脂-明胶可食性抗菌膜所用材料来源广泛，兼具制作成本低、安全性能高及环境友好等优点，为可食性抗菌包装的发展提供了一定的参考。

参考文献：

[1]肖 玮，孙智慧，刘 佳，等.生物降解食品包装材料的研究进展[J].食品工业，2018，39（1）：216-218.

[2]楊 逸.绿色包装设计理念在食品包装上的运用[J].北京印刷学院学报，2018，26（5）：57-59.

[3]孙宛茹，贾仕奎，孙垚垚，等.多糖类可食性膜的改性与应用研究进展[J].现代化工，2018，38（6）：52-55.