精油包裝的抗菌機(jī)理和物理性能的變化分析

　　摘要：精油的抗菌效果具有廣譜性，因此通過將精油添加至包裝系統(tǒng)中是現(xiàn)代抗菌包裝的重要發(fā)展形式。但從包裝的物理性能角度來看，加入精油的包裝薄膜，其水蒸氣阻隔性在一定程度上得到提升，但膜的機(jī)械性能變化卻存在不穩(wěn)定性，這些因素制約著精油包裝的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：精油包裝，抗菌，水蒸氣透過率，拉伸強(qiáng)度

　　肉類、乳制品、糕點(diǎn)、水產(chǎn)、果蔬等常見食品種類含有非常豐富的營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、脂肪等。這些也成為微生物生存的蕞佳養(yǎng)分。在適宜的溫濕度條件下，微生物將會(huì)大量繁殖，造成食品的加速腐敗，不僅改變食品的風(fēng)味、質(zhì)地，還會(huì)造成食用者的健康威脅。因此，抗菌包裝的出現(xiàn)順應(yīng)了食品工業(yè)發(fā)展的時(shí)代要求。

精油抗菌包裝

　　抗菌包裝是在原有包裝體系中加入抗菌劑，通過延長微生物增長的遲緩期，減緩生長速度或減少微生物成活數(shù)量，或者抑制腐敗菌的繁殖來保障食品的品質(zhì)和貨架期。其中，抗菌劑有無機(jī)抗菌劑如光催化型抗菌劑，有機(jī)抗菌劑如酚類，以及天然抗菌劑之分。隨著食品綠色、安全、環(huán)保要求的提升，以植物提取物為代表的天然抗菌劑受到越來越多的重視與研究，其中植物精油的研究與應(yīng)用蕞為廣泛。

　　在眾多植物精油種類中，丁香精油、迷迭香精油、葡萄籽精油、大蒜油、孜然籽油、草果油、肉桂油、廣藿香油皆具有不同程度的抑菌效果，其抑菌原理通常被認(rèn)為是疏水性精油組分直接作用于微生物的疏水性細(xì)胞膜，使細(xì)胞膜的流動(dòng)性增加，破壞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)滲漏和微生物的酶系統(tǒng)損傷。多項(xiàng)研究表明，丁香精油對革蘭氏陰性菌如大腸桿菌、沙門氏菌、宋內(nèi)氏志賀氏菌，以及革蘭氏陽性菌如枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌、蠟樣芽孢桿菌的抑菌圈直徑均在20mm以上，可見，丁香精油對多種微生物具有較強(qiáng)的抑制作用。除此之外，葡萄籽油，一種由葡萄籽提煉分離制成的天然植物精油制品——具有強(qiáng)有力的抗氧化能力和對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、綠膿桿菌的抑制效果；迷迭香精油對枯草芽孢桿菌、金黃葡萄球菌、沙門氏菌也表現(xiàn)出有效的抑制生長作用。

精油抗菌包裝體系及作用機(jī)理

　　植物精油應(yīng)用于抗菌包裝體系中，由于其易揮發(fā)的性質(zhì)，通常將其添加到膜液中通過流延或共擠制成抗菌薄膜，如此既可以避免高溫對精油的影響，亦可降低精油與食品自身發(fā)生反應(yīng)降低活性的可能。成膜材料的選用目前多集中在EVOH、PVA、LDPE等高分子聚合物材料，未來可降解環(huán)保性的天然聚合物材料也將成為一大主力。精油抗菌包裝體系中，精油分子存在于包材膜中，薄膜是具有無數(shù)微孔的材料，精油分子中具有抑菌作用的活性物質(zhì)進(jìn)入薄膜材料中，通過微孔逐漸擴(kuò)散至膜材表面，進(jìn)而與食品接觸發(fā)揮作用。

精油抗菌包裝物理性能的變化

　　物理性能，是包裝材料的基本性能，包括阻隔性、力學(xué)性能、厚度等，是保障包裝系統(tǒng)正常發(fā)揮保藏、保質(zhì)、抗菌等效果的前提。

　　阻隔性，即包裝材料阻隔氣體、水蒸氣的能力。對于魚、肉等新鮮肉制品食品，非常容易受到微生物的侵入和繁殖，分解蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮物質(zhì)，發(fā)生腐敗，生成有毒物質(zhì)。此外，新鮮魚、肉制品受到氧氣、光、熱的影響，會(huì)發(fā)生酸敗反應(yīng)，分解出醛、酸、酮類化合物，進(jìn)而導(dǎo)致魚、肉品質(zhì)的變化，因此氧氣也是是魚、肉變質(zhì)的重要誘因。對于焙烤類食品或干制果蔬，水蒸氣透過包裝過量滲入容易造成內(nèi)容物的潮解和霉變，也會(huì)造成食品的品質(zhì)劣變。力學(xué)性能，是包裝材料在不同溫濕度條件下，承受各種外加載荷時(shí)所表現(xiàn)的力學(xué)特征，包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、剝離力、撕裂性能等。包裝材料力學(xué)性能的差異反映在實(shí)際應(yīng)用中，表現(xiàn)為包材的柔韌性、抗硬物刺穿能力以及復(fù)合膜的層間牢度等，因而是決定包裝材料合理應(yīng)用的主導(dǎo)因素。

　　而當(dāng)精油應(yīng)用于抗菌包裝系統(tǒng)時(shí)，除了關(guān)注其抗菌效果外，首要面對的是精油與包裝膜材料的相容性問題，即精油的添加是否會(huì)影響包裝膜材料的正常物理性能。否則，包裝系統(tǒng)將會(huì)面臨破損、泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。為了更為直觀的了解精油的加入對包裝膜材料物理性能的影響，筆者在同一試驗(yàn)條件下做了兩組水蒸氣透過率和拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。第(分隔符)一組測試對象為同厚度的添加丁香精油和未添加精油的LDPE薄膜，第二組測試對象為同厚度的添加薰衣草精油和未添加精油的殼聚糖薄膜。具體如下：

測試項(xiàng)目及方法：

　　水蒸氣透過率，利用濟(jì)南蘭光紅外法水蒸氣透過率測試系統(tǒng)，參照GB/T 26253-2010進(jìn)行測試。將無褶皺、折痕、針孔、厚度均勻的試樣放置于測試腔，將其隔為兩腔，一側(cè)為低濕腔，另一側(cè)置有一定蒸餾水，為高濕腔。由于存在一定的濕度差，水蒸氣從高濕腔通過試樣滲透到低濕腔，由載氣傳送到紅外傳感器產(chǎn)生一定量的電信號，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，通過輸出的電信號計(jì)算試樣的水蒸氣透過率。

　　拉伸強(qiáng)度，利用XLW（EC）智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，參照GB/T 1040-2006進(jìn)行測試。將試樣裁剪為15mm X 150mm長條狀?yuàn)A于儀器上下夾頭上，參設(shè)定測試速度為50mm/min，夾距為_50mm。系統(tǒng)自動(dòng)測試試樣的拉伸強(qiáng)度。

測試結(jié)果:

表1. LDPE薄膜水蒸氣透過率和拉伸強(qiáng)度

　　表1中，試樣1丁香精油含量為0，即為未添加精油的LDPE薄膜，可視為對照試樣。隨著丁香精油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增大，LDPE薄膜的拉伸強(qiáng)度發(fā)生了小幅度的上升，但水蒸氣透過率卻呈現(xiàn)了下降趨勢。這一現(xiàn)象可能是由于丁香精油中的活性物質(zhì)加強(qiáng)了薄膜分子間的作用力，使其拉伸強(qiáng)度有所提升。同時(shí)，分子鏈間更加緊密，在一定程度上增加了水分子通過的難度。

表2. 殼聚糖薄膜水蒸氣透過率和拉伸強(qiáng)度

　　表2中，試樣1薰衣草精油含量為0，即為未添加精油的殼聚糖薄膜，可視為對照試樣。隨著薰衣草精油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，薄膜的水蒸氣透過率仍呈現(xiàn)下降趨勢，意味著薄膜對水蒸氣的阻隔性能有所提升。但是，與第(分隔符)一組丁香精油薄膜試驗(yàn)結(jié)果不同的是，殼聚糖薄膜的拉伸強(qiáng)度也出現(xiàn)了下降趨勢。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，這可能是由于精油加入后膜中的一部分氫鍵消失，膜的拉伸強(qiáng)度遭到弱化。

總結(jié)

　　精油的抗菌效果已經(jīng)過大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，因此通過將精油添加至包裝系統(tǒng)中是現(xiàn)代抗菌包裝的重要發(fā)展形式。但從包裝的物理性能角度來看，加入精油的包裝薄膜，其水蒸氣阻隔性在一定程度上得到提升，但膜的機(jī)械性能變化卻存在不穩(wěn)定性，這些因素制約著精油包裝的應(yīng)用，應(yīng)成為未來精油包裝研究的重點(diǎn)之一。