釋放型抗菌包裝抗菌原理分析及功能安全性問題

　　摘要：在食品滅菌技術(shù)相當成熟的今天，采用抗菌包裝與之結(jié)合，能獲得更好的抗菌效果。在抗菌包裝的諸多種類中，釋放型抗菌包裝較其他方式殺菌更*，但因尚處于起步階段，在抗菌氣體生成速率、對包材的滲透速率，氣體濃度和安全性方面仍需深入研究。

　　關(guān)鍵詞：釋放型抗菌包裝、氣態(tài)型抗菌劑、滲透速度、氣體濃度

　　如今，人們對食品健康與安全的要求不斷提高，食品保鮮與防腐已成為現(xiàn)代食品工業(yè)的重點發(fā)展方向。在這一需要驅(qū)動下，抗菌包裝技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在延長食品貨架期、保證食品質(zhì)量和感官品質(zhì)方面*。

抗菌包裝簡介

　　抗菌包裝作為活性包裝的重要分支，是將抗菌物質(zhì)添加至包裝中形成的一種新的包裝系統(tǒng)。二者結(jié)合方式多樣靈活，如可將抗菌劑直接加入包裝材料中，或在包裝表面包覆或吸附抗菌劑、或采用本身具有抗菌作用的包裝材料，或通過離子鍵/共價鍵將抗菌劑固化在包材表面，或采用抗菌獨立小包等形式，都能達到延長微生物停滯期、減緩微生物生長速度、減少微生物成活數(shù)量的抑菌防腐作用。抗菌包裝的發(fā)展，為食品保鮮提供了新的方法，在一定程度上降低了對食品防腐劑的依賴。

　　抗菌劑是抗菌包裝系統(tǒng)的核心。根據(jù)性質(zhì)種類，可分為無機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑三種。在實際應(yīng)用中，抗菌包裝的作用機理也因抗菌劑的不同而有所差異：吸收型抗菌包裝利用氧氣吸收劑抑制微生物繁殖的；固化型抗菌包裝將抗菌劑固化在包材表面通過與食物結(jié)接觸滅菌；釋放型抗菌包裝利用抗菌氣體防腐。相比之下，第三種抗菌包裝形式憑借氣體的揮發(fā)逸散性能實現(xiàn)包裝內(nèi)各角落的滅菌，其抗菌效果的*性明顯優(yōu)于前兩種形式。

三種氣態(tài)抗菌劑抗菌原理及效果分析

　　釋放型抗菌包裝是將抗菌氣體生成劑加入包裝材料中或制成獨立香囊/襯墊置入密封包裝內(nèi)部的一種抗菌包裝形式，乙醇、二氧化硫、二氧化氯是常用的氣態(tài)抗菌劑。

　　早在20世紀70年代，日本已經(jīng)開始使用乙醇作為食品抗菌劑應(yīng)用于醬油、調(diào)料、腌菜等，發(fā)展至今，乙醇憑借其較強的滲透力和殺菌力成為一種非常理想的食品抗菌劑。其抗菌機理主要表現(xiàn)在三個層面：（1）乙醇分子會與菌體的細胞膜相互作用，弱化其對細胞質(zhì)的滲透作用，導(dǎo)致細胞質(zhì)的滲透與泄漏不平衡，引起細菌的新陳代謝障礙；（2）乙醇分子與菌體蛋白質(zhì)分子的肽鏈環(huán)節(jié)反應(yīng)，使其變性；（3）乙醇的溶菌作用，濃度越高其毒性越大。

　　SO₂是一種酸性氧化物，遇水生成亞硫酸，這種二元中強酸分子進入微生物細胞內(nèi)，改變了微生物原生質(zhì)的PH值，造成原生質(zhì)與核酸分解而使微生物致死，因而SO₂也是一種強烈的殺菌劑。當SO₂作為抗菌包裝的殺菌劑使用時，既可將SO₂發(fā)生劑（如焦亞硫酸鈉等）添加到包裝材料之中制成控釋抗菌包裝，也可做成獨立小包置入密封包裝中。需要注意的是，二氧化硫氣體具有刺激的化學(xué)氣味，

　　二氧化氯為*為光譜的殺菌劑，在抗菌包裝體系中，主要采用合成樹脂、吸水性強的樹脂聚丙烯酸等材料吸附二氧化氯水溶液制成固體二氧化氯發(fā)生劑，封裝為獨立小袋中置入密封包裝內(nèi)，在緩慢釋放低濃度二氧化氯(分隔符)氣體的過程中實現(xiàn)滅菌效果。其滅菌作用來源于其強大的氧化能力，能迅速氧化、破壞病毒蛋白質(zhì)衣殼中的酪氨酸，使細菌微生物蛋白質(zhì)的部分氨基酸氧化還原分解，控制其蛋白質(zhì)的合成，促進其加速死亡。采用二氧化氯的滅菌包裝相對與其他傳統(tǒng)殺菌方式，具有很多*的優(yōu)勢：固體二氧化氯發(fā)生劑經(jīng)特殊制備，其釋放速率可控，加之二氧化氯(分隔符)氣體擴散能力強，能實現(xiàn)至少一個月以上的包裝內(nèi)部無縫滅菌。而且二氧化氯(分隔符)氣體本身無色、無味，避免了食品氣味的改變。

釋放型抗菌包裝應(yīng)用的功能性與安全性問題

　　根據(jù)上文介紹，釋放型抗菌包裝依抗菌劑的不同其滅菌原理也有所差異，但其抗菌的*性和長期性具有其他抗菌方式不可比擬的優(yōu)勢。就目前的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，這種抗菌包裝形式仍處于起步階段，如何平衡其滅菌速率和滅菌效果的關(guān)系，以及如何保障其安全性等許多問題需要深入探討。

　　氣態(tài)抗菌劑對包裝材料物理性能的影響。一部分釋放型抗菌包裝是將抗菌劑本身或抗菌氣體發(fā)生劑添加于包裝材料之中制得的，過程中抗菌劑填滿材料內(nèi)部的孔隙，所以這種方式通常會對包材的拉伸強度、破裂強度和韌性等機械加工性能以及氣體透過性、水蒸氣透過性、水分吸收性、耐油性和光澤度等帶來細微的變化。建議在此類包裝的研發(fā)過程中，增加對包材基礎(chǔ)物理性能的監(jiān)測，達到抗菌效果與包裝效果的平衡統(tǒng)一。

　　抗菌氣體的生成速率和滲透速率關(guān)系。對于另一部分釋放型抗菌包裝，則是采用將氣體發(fā)生劑封裝在獨立小袋中，再將其置入食品包裝中從而制成抗菌包裝，通過氣體發(fā)生劑自行揮發(fā)或與水蒸氣反應(yīng)緩慢釋放出抗菌氣體，實現(xiàn)殺菌目的。這一過程中，抗菌氣體以恰當?shù)乃俣?ldquo;緩慢釋放”是決定抗菌效果持續(xù)性的關(guān)鍵點，其根源在于水蒸氣滲入抗菌劑包裝材料的速率以及該氣體滲透出抗菌劑包裝材料的速率。以乙醇氣體為例，筆者利用蘭光包裝安全中心的OR2/410有機氣體透過率測試系統(tǒng)和W3/060水蒸氣透過率測試系統(tǒng)對PC、AL、PET、PE四種材料測試了乙醇氣體和水蒸氣的透過率，結(jié)果見表1。

表1 四種包裝材料乙醇和水蒸氣透過率數(shù)據(jù)

　　通過上述測試數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，每種材料的水蒸氣透過率和乙醇透過率有很大的差別，據(jù)此可以作為研究抗菌氣體產(chǎn)生、滲透、擴散速率的變化規(guī)律的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，表中數(shù)據(jù)綜合反映了彼此之間阻隔性的差異趨勢基本是一致的，因此可以簡單用材料的水蒸氣阻隔性來大致估測材料的有機氣體阻隔性。但是有機氣體的種類以及材料的特性都會對終數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。因此，這種估測方法所產(chǎn)生的誤差將成為抗菌包裝系統(tǒng)失效的一個重要因素，需慎重對待。

　　抗菌氣體濃度的控制。氣體濃度的控制主要與氣體發(fā)生劑的產(chǎn)生速率和滲透速率有關(guān)，不同種類的抗菌氣體在滅菌時需要的濃度各有不同。例如，采用乙醇滅菌，低水分活度的食品需要2%-4%質(zhì)量分數(shù)的較低濃度的乙醇抑菌即可，而高水分活度的食品則需要乙醇用量為0.002-0.004mL/cm²。應(yīng)盡量避免采用過高濃度的乙醇氣體抑菌，以免影響食品的天然風味。對于二氧化氯(分隔符)氣體來說，若濃度小于50mg/m³，基本上無明顯的殺菌作用，若濃度高于10%則會有爆炸的危險。因此，有效的控制抗菌氣體生成量和滲透量既能保證殺菌效果，又能保證食品和周圍環(huán)境的安全性。

　　抗菌氣體對環(huán)境的安全問題。雖然在抗菌包裝體系中使用的抗菌氣體如乙醇、二氧化氯等多為低濃度，但仍不能忽視其自身易燃易爆的危險性。因而，無論抗菌劑與外包裝材料采用何種結(jié)合方式，還需要考慮抗菌氣體對外包裝材料的滲透性，以避免因抗菌氣體滲透出包裝系統(tǒng)帶來的安全風險，同時也減少了抗菌包裝系統(tǒng)失效的幾率。

總結(jié)

　　抗菌，一直是食品防腐工程的重點。在食品滅菌技術(shù)相當成熟的今天，采用抗菌包裝與之結(jié)合，能獲得更好的抗菌效果。在抗菌包裝的諸多種類中，釋放型抗菌包裝較其他方式殺菌更*，但因尚處于起步階段，在抗菌氣體生成速率、對包材的滲透速率，氣體濃度和安全性方面仍需深入研究，為釋放型抗菌包裝開拓更寬廣的發(fā)展空間。