□ 范珺 濟南蘭光機電技術(shù)有限公司

精油包裝的抗菌機理和物理性能的變化分析

□ 范珺 濟南蘭光機電技術(shù)有限公司

精油的抗菌效果具有廣譜性，因此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，但膜的機械性能變化卻存在不穩(wěn)定性，制約著精油包裝的應用。

肉類、乳制品、糕點、水產(chǎn)、果蔬等常見食品中含有非常豐富的營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、脂肪等，這些也是微生物生存的最佳養(yǎng)分。在適宜的溫濕度條件下，微生物將大量繁殖，造成食品的加速腐敗，不僅會改變食品的風味、質(zhì)地，還會對食用者的健康造成威脅，因此，抗菌包裝的出現(xiàn)順應了食品工業(yè)發(fā)展的時代需求。

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，減緩微生物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，抗菌劑有無機抗菌劑（如光催化型抗菌劑）、有機抗菌劑（如酚類）以及天然抗菌劑之分。隨著人們對食品綠色、安全、環(huán)保等方面要求的提升，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用最為廣泛。

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、廣藿香油等皆具有不同程度的抑菌效果，其抑菌原理通常被認為是疏水性精油組分直接作用于微生物的疏水性細胞膜，使細胞膜的流動性增加，膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，導致細胞內(nèi)物質(zhì)滲漏和微生物的酶系統(tǒng)損傷。多項研究表明，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，具有強有力的抗氧化作用，并對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、綠膿桿菌有抑制效果；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。

精油抗菌包裝體系與作用機理，以及物理性能的變化

植物精油可應用于抗菌包裝體系，由于具有易揮發(fā)的性質(zhì)，通常將其添加到膜液中并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)生反應導致活性降低的可能。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。在精油抗菌包裝體系中，精油分子存在于包材膜中，而薄膜是具有無數(shù)微孔的材料，精油分子中具有抑菌作用的活性物質(zhì)進入薄膜材料后，通過微孔逐漸擴散至膜材表面，進而與食品接觸并發(fā)揮作用。

物理性能是包裝材料的基本性能，包括阻隔性、力學性能、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。魚、肉等新鮮肉制品非常容易受到微生物的侵入，并可快速繁殖，分解蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮物質(zhì)，使食物發(fā)生腐敗，生成有毒物質(zhì)。此外，新鮮魚類、肉制品受到氧氣、光、熱的影響也會發(fā)生酸敗反應，分解出醛、酸、酮類化合物，進而導致魚、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，水蒸氣透過包裝大量滲入容易造成內(nèi)容物的潮解和霉變，也會造成食品的品質(zhì)劣變。

力學性能是指包裝材料在不同溫濕度條件下，承受各種外加載荷時所表現(xiàn)的力學特征，包括拉伸強度、斷裂伸長率、剝離力、撕裂性能等。包裝材料力學性能的差異反映在實際應用中，表現(xiàn)為包材的柔韌性、抗硬物刺穿能力以及復合膜的層間牢度等，因而是決定包裝材料合理應用的主導因素。

當精油應用于抗菌包裝系統(tǒng)時，除了關注其抗菌效果外，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影響包裝膜材料的正常物理性能。為了更直觀了解精油的加入對包裝膜材料物理性能的影響，筆者在同一試驗條件下做了兩組水蒸氣透過率和拉伸強度試驗。第一組測試對象為同厚度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添加薰衣草精油和未添加精油的殼聚糖薄膜。

測試項目及方法

水蒸氣透過率，利用濟南蘭光紅外法水蒸氣透過率測試系統(tǒng)，參照GB/T 26253-2010進行測試，將無褶皺、折痕、針孔、厚度均勻的試樣放置于測試腔內(nèi)，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，當試驗達到穩(wěn)定狀態(tài)后，通過輸出的電信號計算試樣的水蒸氣透過率。

拉伸強度，利用XLW（EC）智能電子拉力試驗機，參照GB/T 1040-2006進行測試。將試樣裁剪為15mm×150mm長條狀夾于儀器上下夾頭上，設定測試速度為50mm/min，夾距為50mm。系統(tǒng)自動測試試樣的拉伸強度，測試結(jié)果如表1。

由表1可知，試樣1丁香精油含量為0，即未添加精油的LDPE薄膜，可視為對照試樣。隨著丁香精油質(zhì)量分數(shù)的逐漸增大，LDPE薄膜的拉伸強度發(fā)生小幅度上升，但水蒸氣透過率卻呈現(xiàn)下降趨勢。出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能是因為丁香精油中的活性物質(zhì)加強了薄膜分子間的作用力，使其拉伸強度有所提升。同時，分子鏈間接合更加緊密，在一定程度上增加了水分子通過的難度。

由表2可知，試樣1薰衣草精油含量為0，即未添加精油的殼聚糖薄膜，可視為對照試樣。隨著薰衣草精油質(zhì)量分數(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，與第一組丁香精油薄膜試驗結(jié)果不同的是，殼聚糖薄膜的拉伸強度也出現(xiàn)了下降趨勢。根據(jù)相關研究結(jié)果分析，這可能是精油加入后膜中的一部分氫鍵消失，膜的拉伸強度遭到弱化造成的。

總結(jié)

精油的抗菌效果已經(jīng)過大量的科學實驗證實，因此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可得到提升，但膜的機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用，應成為未來精油包裝研究的重點之一。

表1 LDPE薄膜水蒸氣透過率和拉伸強度

表2 殼聚糖薄膜水蒸氣透過率和拉伸強度