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食品用抗菌包装的制造应用技术
北京崇高纳米科技有限公司 李毕忠
食品用抗菌包装的技术开发
由于受抗菌剂种类和阻止微生物在食品上的生长的双重限定,用于食品包装的抗菌塑料的制备技术具有与以往其它用途的抗菌塑料的生产技术有很大区别。
首先,目前安全使用在食品包装的抗菌剂,大多是小分子或天然抗菌剂,化学合成抗菌剂很少。因此,按照常规技术,如熔融共混加工来生产抗菌塑料,试图将抗菌剂熔合在塑料中,在绝大多数抗菌剂的使用场合是不可能的。小分子抗菌剂或天然抗菌剂,挥发温度低,热稳定性差,不能经历塑料熔体加工过程。目前耐高温的食品包装用抗菌剂,含银锌无机抗菌剂,银、铜金属抗菌剂,是仅有的几种,在日本得到广泛应用,并在美国和欧洲登记。我国也有该品种的抗菌剂。
固定型抗菌塑料包装—耐高温无机抗菌剂的应用
这种包装材料中混合了抗菌剂,特别是无机抗菌剂,抗菌剂是被固定在塑料中的。这种类型的抗菌塑料容易制成各种包装产品,如薄膜、容器、餐具。固定型抗菌塑料薄膜可以分为两种类型:一种是抗菌剂可以迁移到食品表面,另一种只是防止薄膜上微生物的生长。固定型抗菌塑料包装在日本已得到市场的广泛接受,如抗菌型的家用保鲜膜、保鲜袋等,但在其它地区似乎还没有形成商业习惯。固定型抗菌塑料包装的优点是这种使用方式的安全性最高。
2011年5月-8月,欧洲爆发豆芽菜携带的大肠杆菌导致食物中毒事件,仅3个月间德国就死亡31人。西班牙Derprosa公司最新推出共挤出生产的抗菌流延薄膜,作为蔬菜包装材料,以阻止病菌的传播。这类抗菌薄膜产品也许会逐步在欧美市场得到应用。
释放型和冲刷型的抗菌塑料包装
释放型的抗菌包装所用的抗菌剂二氧化硫,弥漫在在包装内空间,防止食品表面的霉菌生长。例如,在柑橘和莓果类水果常见有贵腐菌(Botrytis cinerea)、青霉菌(Penicillium)、根霉(Rhizopus)、曲霉(Aspergillus)。贵腐菌是一种可以在特定的天气条件下(通常要晴天和雾气交替)侵染葡萄的一种细菌。通常情况下如果葡萄成熟了没有采摘就有被细菌侵染。黄曲霉群的一种常见腐生真菌,多见于发霉的粮食、粮制品及其它霉腐的有机物上,菌落生长较快。二氧化硫是防止葡萄腐败的非常好的处理方式,比辐照和热处理还好。但这种方法的缺点是有漂白褪色作用,还有二氧化硫残留问题。
另一种具有抗菌作用的挥发性化合物是异硫氰酸烷基酯,是黑芥、芥末中的刺激性物质。将它放在密闭阻隔包装中使用,低浓度下对所包装的牛肉只有很微弱的气味。经该物质冲洗后的塑料包装袋,对鲜牛肉、腌制猪肉、生金枪鱼片、奶酪、鸡蛋三明治、面条、意大利通心粉等,均能延长货架期。

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抗菌涂层包装
使用适当的涂层,也可以获得抗菌效果。例如,使用细菌素与溶解在异丙醇和正丙醇混合溶剂中聚酰胺混合,涂覆在聚乙烯薄膜上,该薄膜对黄色微球菌(Micrococcus flavus)有抗菌效果。还可以用乳酸链球菌素(Nissin)与甲基纤维素(MC)/ 羟丙基甲基纤维素(HPMC)的混合物进行涂覆在聚乙烯薄膜。由于亲水性的乳酸链球菌素和疏水性的聚乙烯薄膜有互相排斥作用,乳酸链球菌素会形成液滴,使得抗菌作用不均匀,食品的部分区域没有抗菌效果。乳酸链球菌素也加入琼脂制成的薄膜中,作为抗菌薄膜使用。
直接加入抗菌剂的塑料包装薄膜
山梨酸钾可以直接加入到低密度聚乙烯(LDPE)薄膜中,厚度为0.4mm的含1%山梨酸钾的LDPE膜,与普通0.1mm厚的LDPE膜对照比较,有显著延缓长霉的作用。含有苯甲酸、山梨酸、苯甲酸酐的薄膜也表现出抗菌性,但苯甲酸酐必须用在多层复合膜的非食品接触层。除了有机酸和酸酐,抑霉唑也有这方面的研究。
如前所述,在日本,银和铜的抗菌剂(如银沸石)被普遍用于加入型的抗菌薄膜的制造,加入抗菌剂的量一般为1-3%,添加多了会影响透明度和热合性能。将来也可以尝试用涂层的方法,这样可能会体现更好效果。三氯生作为抗菌剂在欧美用得比较多,如美国、瑞士的一些公司,但近年来对其长期使用的安全性一直有争论。天然产物的微胶囊包覆抗菌剂,也可以加入到聚乙烯薄膜中。
除了聚乙烯作为薄膜基材以外,聚醋酸乙烯(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(PEMA)、可食性聚合物薄膜等也是加入抗菌剂的基材树脂。
表面固定抗菌剂的塑料薄膜
细菌素等可以通过化学反应固定在塑料薄膜的表面。溶菌酶可以共价结合在三醋酸纤维素薄膜上。
表面改性的抗菌塑料薄膜
在塑料表面还可以通过化学反应生成抗菌功能基团。例如,尼龙-66通过辐射技术接枝氨基,反应生成离聚物,反应接枝壳聚糖。
制造抗菌塑料薄膜的关键技术因素
在开发抗菌包装产品时,根据包装体系来筛选薄膜所用的基材和抗菌剂,是十分重要的。同时,抗菌剂加入到薄膜中,对薄膜的机械性能、外观质量等也带来不利的影响。成功开发抗菌塑料包装,需要考虑以下因素。
各种过程条件和抗菌性能
薄膜的加工、分销和储运都会影响抗菌薄膜的性能。例如,薄膜挤出加工中的温度、剪切应力、压力等,后道工序如薄膜复合条件、印刷油墨等都会影响抗菌剂的抗菌性能保持的效果。有些挥发性抗菌剂在储存中还会损失。因此,要根据各过程情况,酌情控制和使用。
抗菌剂特性和食品
各种微生物有特定的生长机理。而各种食品有其特定的生物和其它特性,必须在其特有的环境条件下保存。这样,反过来,也限定了该食品保存环境中特定的微生物菌群。例如,好氧性的细菌,依赖包装内空间的氧气来生长。食品中的pH值是影响微生物的重要因素,也是影响抗菌剂的重要因素。因此,要根据食品的特点,选择相适用的抗菌包装。
抗菌剂和膜基材的化学作用
抗菌剂与膜的相容性,对抗菌剂的效果、析出特性、时效性等有显著影响。例如,在海藻酸钙薄膜中,抗坏血酸的扩散速率比抗坏血酸钠的扩散速率快,这主要是电荷作用的结果。
储存温度
高温可使抗菌包装失效。储存温度越高,抗菌剂的扩散和流失越快。含苯甲酸酐的LDPE中如果在冰箱中包装食品,其苯甲酸酐的含量可以比在常温下使用的抗菌薄膜中的含量低。
质量转移模型
抗菌包装中抗菌剂向食品中扩散,可以用扩散模型来描述,比如扩散系数、扩散的质量比。了解这种关系,可以为包装产品的设计提供依据。
包装材料的物理性能
使用抗菌剂后,对薄膜的物理机械强度、透气透氧性、热封性能,均会带来影响。
成本因素
由于抗菌剂的加入,抗菌包装材料成本必然高于未使用抗菌剂的同类产品。因此,对有较高附加值的食品,使用抗菌包装才具有商业价值。
食品接触的法规要求
各国对食品接触的物质,均有限制和规定。因此,在包装材料、抗菌剂、使用方法的选择上必须符合相应的法律法规要求。
抗菌包装是一个快速发展的技术领域。由于食品生产、运输和储存的多样性,为满足消费者对食品新鲜、方便、卫生等方面的要求,抗菌包装的发展前景十分广阔。
用于食品包装的抗菌材料及其包装制品,是富有挑战性的新产品,需要从材料、食品、微生物、包装的研究、制造加工、市场需求、卫生安全管理法规等多方面的要求进行综合开发。下表列出可应用的食品抗菌包装技术。 12/28/2012


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