纳米ZnO/HDPE膜对奶酪的抗菌保鲜性

李亚娜，贺庆辉

纳米ZnO/HDPE膜对奶酪的抗菌保鲜性

李亚娜，贺庆辉

(武汉工业学院机械工程学院，湖北 武汉 430023)

通过熔融共混法制备得到ZnO含量为0.5%纳米ZnO/高密度聚乙烯(HDPE)复合膜，对其进行表征和性能测试，并考察其对奶酪的保鲜性。结果表明，复合膜中的纳米ZnO粒子分散较均匀，相比于HDPE膜，纳米复合膜的力学性能和阻隔性能都得到一定程度的提高。该膜对奶酪包装后进行感官分值、pH值和微生物生长状况的测试发现，与纯HDPE膜所包装的奶酪相比，纳米ZnO/HDPE复合膜所包装奶酪的感官分值由66.0提高到73.0；pH值约为6.167，更接近标准样；奶酪溶液铺平板并培养48h后的菌落数(32×103CFU/mL)少于HDPE膜(82× 103CFU/mL)，这表明纳米ZnO/HDPE复合膜对奶酪上的微生物生长有很强的抑制作用，具有一定的抗菌保鲜性。

纳米ZnO；高密度聚乙烯；奶酪；抗菌性；保鲜

奶酪是牛奶经浓缩、发酵而成的奶制品，它排除了牛奶中大量的水分，保留了其中营养价值极高的部分，被誉为乳品中的“黄金”，而奶酪中的高蛋白也使其极易受到细菌的侵袭而腐败变质。目前奶酪的保鲜主要依托传统的冷藏技术，但这种保鲜方法需要设备支持，缺乏灵活性[1-2]。

近年来，纳米ZnO/聚合物复合材料的研制引起了研究者们的广泛关注。ZnO纳米微粒价格低廉，本身为白色，不分解、不变色，热稳定性好[3-4]，并且当Sawai等[5-6]于1995年发现ZnO粉体对某些细菌具有抗菌性之后，越来越多的学者开始致力于ZnO的抗菌性研究。本实验前期工作发现，将ZnO纳米粒子与聚合物在一定条件下共混后得到的纳米ZnO/聚合物复合材料不仅具有良好的力学性能、紫外吸收性，其抗菌性能也非常优异[7-8]。本研究将自制纳米ZnO含量为质量分数0.5%的纳米ZnO/HDPE复合膜对奶酪进行包装，考察抗菌膜对实物的保鲜性能，以拓展该膜在食品包装上的应用，并为奶酪的保鲜寻求一种新的技术途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE) (牌号5021d) 中海壳牌石油化工有限公司；纳米ZnO (平均粒径50nm) 山西闻喜耀星锌品厂；改性剂KH550南京曙光化工厂；全脂再制奶酪 内蒙古伊利实业集团股份有限公司；牛肉膏、琼脂条、蛋白胨、氯化钠、氢氧化钠均为分析纯 天津市北方天医化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

KQ-300DV数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；PHS-25B数字酸度计 上海大普仪器有限公司；脚踏通过式封口机 兴业机械设备有限公司；HHB11490电热恒温培养箱 天津市实验仪器厂；LS-B50L立式压力蒸汽灭菌锅 上海医用核子仪器厂；VS-1300-V超净台 苏州安泰空气技术有限公司；HZS-H水浴振荡器 哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；JSM-6380扫描电子显微镜 日本Jeol公司；CMT4503电子万能试验机 深圳新三思材料检测有限公司；GDP-C透气仪 德国Brugger Feinmechanik GmbH公司。

1.3 纳米ZnO/HDPE复合膜的制备

首先采用偶联剂KH550对纳米ZnO进行预处理，然后通过熔融共混法制备纳米复合膜(纳米ZnO含量0.5%，厚度约120μm)，制备流程见图1。

图1 纳米ZnO/HDPE复合材料的制备过程Fig.1 Preparation process for nano-ZnO/HDPE composite materials

1.4 纳米ZnO/HDPE复合膜性能测定

膜的液氮萃断面的微观形态：采用扫描电子显微镜(SEM)观察；膜的拉伸和撕裂性能：参照GB/T 16421—1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》和QB/T 1130—91《塑料直角撕裂性能试验方法》，采用电子万能试验机，实验速度均为200mm/min，实验结果为6个试样的平均值；膜的透湿性测定：参照GB 1037—88《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法》，透氧性采用透气仪测定，取3个试样的平均值为最终结果。

1.5 奶酪的包装测试

将一定量的奶酪(5g左右)在酒精中浸泡2min后，用无菌镊移入等尺寸的酒精擦拭过的HDPE或纳米ZnO/ HDPE复合膜制成的袋中密封。然后将包装袋室温放置7d后进行性能测试。

1.5.1 奶酪的感官评价

表1 奶酪样品综合评分表Table 1 Comprehensive sensory evaluation standards for cheese quality

根据表1中的各项对奶酪进行感官评价打分[9]， 5人参与评价后取平均分值作为最终结果。

1.5.2 奶酪的pH值测定

称取1.5g奶酪置于40mL去离子水中，超声波分散30min后，取上清液用酸度计测其pH值，以3次测量平均值作为最终数据。

1.5.3 奶酪中的微生物分析

参照文献[10]方法进行。

1.5.3.1 稀释液的配制

配制生理盐水(0.8g/100mL NaCl溶液)作为稀释液，然后置压力蒸汽灭菌锅中，121℃灭菌30min。

1.5.3.2 培养基配制

1000mL营养肉汤(0.5g/100mL牛肉膏、1g/100mL蛋白胨和0.5g/100mL氯化钠)中加入15g琼脂，加热熔化并调节pH值为7.0～7.2，然后置压力蒸汽灭菌器内，121℃灭菌30min。

1.5.3.3 菌数测定[10-12]

将2g奶酪置于100mL无菌三角瓶(内有适量玻璃珠)中，并加入50mL无菌生理盐水。然后将三角瓶在水浴振荡器中150r/min振摇15min后静置，取三角瓶内上清液(记为A液)进行菌数测定。具体步骤：1)取1mL A液注入9mL无菌生理盐水中，得到A液浓度的10-1倍稀释液。然后按此方法继续得到10-2、10-3的梯度稀释液；2)取1mL梯度稀释液注入无菌平皿中，然后向其内倾注15mL冷却至47℃的培养基，每个梯度铺3个平行平板；3)待平皿内培养基凝固后，翻转平板置于37℃培养箱中；4)48h后取出平皿，观察平板中微生物的生长情况，并进行平板计数[13]。

2 结果与分析

2.1 纳米ZnO/HDPE复合膜的结构和性能分析

图2 纳米ZnO/HDPE复合膜的断面SEM图Fig.2 Cross-section of nano-ZnO/HDPE composite film

与图2a相比，图2bHDPE中纳米ZnO/HDPE复合膜纳米ZnO含量为0.5%时，复合膜中未出现大面积的无机粒子的团聚颗粒，粒子较均匀的以纳米级分散于HDPE基体中。

表2 纳米ZnO/HDPE复合膜的性能Table 2 Properties of nano-ZnO/HDPE composite film

由表2可以看出，纳米ZnO含量仅为0.5%时，纳米ZnO/HDPE复合膜的力学性能及阻隔性能都得到了一定程度的提高。这是由于当加入少量纳米ZnO时，纳米ZnO在基体中的分散较好，由于纳米粒子粒径很小，比表面积很大，与HDPE基体复合后产生很强的界面相互作用，可有效地提高裂纹延伸所需断裂功，阻止裂纹增长。此外，无机纳米粒子作为刚性粒子，具有应力集中与应力辐射的平衡效应，通过吸收冲击能量与辐射能量，使聚合物无明显的应力集中现象，达到复合材料的力学平衡状态。另外，纳米复合膜阻隔性能的提高可能是由于纳米ZnO的加入使HDPE的晶粒细化。

2.2 包装奶酪的感官评价

图3 HDPE膜(a)与纳米ZnO/HDPE复合膜(b)包装的奶酪对比Fig.3 Appearance comparison between cheese samples packaged by HDPE film and nano-ZnO/HDPE composite film

表3 纳米ZnO/HDPE复合膜包装奶酪的感官评价分数Table 3 Sensory evaluation of cheese packaged by nano-ZnO/HDPE composite film

HDPE膜与纳米ZnO/HDPE复合膜包装的奶酪见图3，其放置14d后的感官评价分值见表3。从表3可见，纳米ZnO/HDPE膜包装奶酪的感官总分均大于HDPE膜包装奶酪的感官分数，这表明纳米ZnO/HDPE复合膜具有一定的保鲜作用，在包装奶酪并放置数天后，相比于未添加纳米Zno的空白膜而言，奶酪的感官性能有所提升。

2.3 包装奶酪的pH值

随着食品的腐败，其pH值发生变化。含碳水化合物多的食品，由于细菌生长使有机物发酵产酸，pH值降低，其他食品则不尽相同。腐败细菌不会使pH值完全降低，有时还会慢慢上升。但一般来说，腐败开始时食品的pH值略微降低[14]，奶酪溶液的pH值测定结果见图4。

图4 包装奶酪的pH值Fig.4 Change in pH of cheese packaged by HDPE film and nano-ZnO/ HDPE composite film with the prolongation of storage time

从图4可以看出，当用纳米ZnO/HDPE膜对奶酪包装并放置7d后，奶酪的pH值相对于标准奶酪有所下降，但下降幅度仍小于纯HDPE膜内包装的奶酪。这表明，纳米ZnO/HDPE复合膜对奶酪的保鲜效果都比纯HDPE膜要好。

2.4 包装奶酪的微生物生长状况

表4 包装奶酪稀释液中的菌落Table 4 Total viable counts of cheese ackaged by HDPE film and nano-ZnO/HDPE composite film

表4是奶酪溶液铺平板并培养48h后的菌落数，其中的阴性对照样是指未添加奶酪的无菌水铺平板的结果。从表4可以看出，相对于阴性对照样，不同包装膜包装奶酪在常温放置7d后受到微生物的污染程度有所不同：纳米ZnO/HDPE复合膜包装的奶酪所回收菌落数为32×103CFU/mL，少于HDPE膜(82×103CFU/mL)。这表明，纳米ZnO/HDPE复合膜对奶酪上的微生物生长有一定的抑制作用。资料显示[15]，纳米ZnO可以通过锌离子溶出和光催化产生活性氧两种方式产生抗菌性，因此本实验自制的纳米ZnO/HDPE复合膜对奶酪具有一定的抗菌保鲜作用。

3 结 论

通过熔融共混法制备得到纳米ZnO含量为0.5%的纳米ZnO/HDPE复合膜，纳米粒子分散较均一，且相比于HDPE膜，复合膜的力学性能和阻隔性能都得到一定程度的提高。然后将该膜对奶酪进行包装，并对包装后奶酪的感官性能、pH值、菌落数进行测定。结果发现，纳米ZnO/HDPE复合膜所包装奶酪的感官分值为73.0，高于纯HDPE膜所包装的奶酪的感官分值(66.0)；复合膜所包装奶酪的pH值约为6.167，更接近标准样；奶酪溶液铺平板并培养48h后的菌落数中，纳米ZnO/ HDPE复合膜为32×103CFU/mL，少于HDPE膜的82× 103CFU/mL，以上结果均表明所制备的纳米ZnO/HDPE复合膜对此奶酪具有一定的抗菌保鲜性。

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Antibacterial Preservative Effect of Nano-ZnO/HDPE Film on Cheese

LI Ya-na，HE Qing-hui
(School of Mechanical Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)

Nano-ZnO/high density polyethylene (HDPE) composite film was prepared by the melt blending method. The properties of nanocomposite film were characterized to explore its preservative effect on cheese. Results indicated ZnO nanoparticles had a good dispersion in HDPE matrix. An improvement of mechanical and barrier properties of the composite film was achieved after adding nano-ZnO to HDPE resin. In addition, sensory quality, pH and bacterial growth of the cheese packaged by HDPE film and nano-ZnO/HDPE composite film were evaluated. The nano-composite film revealed good antibacterial preservative effect on cheese.

nano-ZnO；high density polyethylene (HDPE)；cheese；antibacterial activity；preservation

TB484.3

A

1002-6630(2011)04-0237-04

2010-04-26

武汉工业学院引进人才科研启动项目(2010RZ19)

李亚娜(1980—)，女，讲师，博士，研究方向为抗菌保鲜材料。E-mail：myllyn@126.com