菠萝叶纤维抗菌复合膜工艺研究

魏晓奕+唐冰+向佳晴

摘 要 以菠萝叶纤维膜为研究对象，分别添加丁香油、壳聚糖、肉桂油、海藻酸钠等4种天然抗菌剂，成功制备了抗菌纤维复合膜，并验证其抗菌效果。结果表明：抗菌性能最佳的纤维膜是丁香油复合膜，添加浓度为1 %，此时，复合膜的拉伸强度为6.27 MPa.

关键词 萝叶纤维 ；复合抗菌膜 ；丁香油

中图分类号 S668.3

Abstract Antimicrobial composite fiber film was prepared by adding clove oil，chitosan，cinnamon oil，and sodium alginate，respectively，and the antibacterial effects were verified. Results showed that the antibacterial performance was clove oil antibacterial film，with the concentration of 1%，and the tensile strength of the film was 6.27 MPa.

Key words pineapple leaf fiber ；composite antibacterial film ；clove oil

近年來，天然纤维的高效利用备受重视[1-3]。将天然纤维制备成纤维膜，赋予其功能性，在工业、食品等领域，具有极大的应用前景[4-5]。

笔者以菠萝叶纤维膜为研究对象，在前期研究的基础上，在膜中添加海藻酸钠、壳聚糖、丁香油、肉桂油等4种天然抗菌剂，赋予菠萝叶纤维膜功能性，考察抗菌剂的种类和添加的浓度对复合膜抗菌性能的影响，以期制出具有良好抗菌性能的菠萝叶纤维抗菌复合膜。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菠萝叶纤维

菠萝叶纤维中国热带农业科学院农业机械研究所提供；PE膜经超市购得；丁香油、肉桂油、壳聚糖、海藻酸钠、营养琼脂、营养肉汤（分析纯）均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器

振摇器MS-3 digital（德国IKA公司）；超净台ZHJH-C1115B（上海智城分析仪器制造有限公司）；培养箱MIX（宁波江南仪器厂）；高压灭菌锅HG-50（宁波江南仪器厂）。

1.2 方法

1.2.1 菠萝叶纤维抗菌复合膜的制备

按照文献[6]制备菠萝叶纤维膜，将4种天然抗菌剂：丁香油、肉桂油、壳聚糖和海藻酸钠按照相同比例添加进膜液中，制备复合抗菌膜。

1.2.2 抗菌剂筛选

将4种抗菌剂按照相同比例添加进膜液中，制备含有抗菌剂的复合抗菌膜，根据QB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》中的测定方法，将从已经腐败的猪肉上洗脱的菌悬液0.2 mL分别滴加在4种抗菌纤维膜上，用灭菌覆盖膜覆盖抗菌膜，使菌液均匀接触抗菌膜，在灭菌平皿中，37 ℃下，相对湿度大于90 %条件下培养24 h后，按照GB 47892-2010《食品微生物学检验菌落总数测定》中的测定方法检测菌落总数，而未添加抗菌剂的纤维膜作为对照组，检验对比4种抗菌纤维膜的抗菌性。

1.2.3 抗菌剂浓度选择

将抗菌剂按照不同浓度加入膜液，选择的浓度为0.5 %、1 %、2 %、3 %、4 %，抗菌膜抗菌性能的测定方法同1.2.2，结合添加抗菌剂后抗菌纤维膜的力学性能，选择抗菌效果和力学性能兼佳的添加浓度。

2 结果与分析

2.1 不同抗菌剂抗菌效果的研究

含抗菌剂培养基接种大肠杆菌见图1，含抗菌剂培养基接种金黄色葡萄球菌见图2。由图1和2可看出，添加等量肉桂油和丁香油的培养基，表面光滑，几乎无菌生长，而添加了壳聚糖和海藻酸钠的培养基对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用明显较弱。说明肉桂油和丁香油抗菌效果强于海藻酸钠和壳聚糖。

2.2 不同抗菌剂对纤维膜抗菌效果的研究

由于海藻酸钠固体物质较多，且无法溶于离子液体，不能制备成纤维膜，故未进行分析。通过对抗菌复合膜抗菌性能的分析可知，残余的菌落总数越多，抗菌纤维膜的抗菌率越低。添加不同抗菌剂的抗菌膜抗菌效果见图3。由图3可知，未添加抗菌剂的纤维膜组，抗菌率最低，添加壳聚糖的复合膜具备一定的抗菌能力，但添加丁香油和肉桂油的2个实验组，抗菌效果大大优于前2组。说明添加丁香油和肉桂油的实验组，无论是自身的抗菌效果还是添加进纤维膜后的抗菌效果，均优于海藻酸钠和壳聚糖。对比丁香油和肉桂油2种抗菌剂，丁香油抗菌效果略高于肉桂油，而相对于肉桂油来说，丁香油气味较为温和，无强烈刺激性，且添加后纤维膜透明度较好。综合感官表现和抗菌效果，选择丁香油作为抗菌复合膜的添加剂。

2.3 抗菌剂浓度的选择

实验设置的丁香油浓度分别为0.5 %、1 %、2 %、3 %、4 %，对应的实验结果分别是27、5、2、0、0 cfu/mL。从实验结果可以看出，丁香油浓度越高，复合抗菌膜的抗菌率越高，且当浓度大于1 %时，菌落总数小于10 cfu/mL，根据GB 47892-2010《食品微生物学检验菌落总数测定》，凡是菌落数小于10或者没有菌生长的平皿，均报告为<10 cfu/mL，因此，当丁香油浓度为1 %时，已经具备了最优的抗菌效果。

从复合膜的力学性能来分析（图4），丁香油浓度跟复合膜的拉伸强度呈现反相关，而断裂伸长率则先升高后降。整体看，丁香油1 %和2 %力学性能较好，从感官性能考虑，丁香油是香辛料精油，具有轻微刺激性味道，浓度越大，味道越重，且添加量多，会提高生产成本。综合各方面因素，选择浓度为1 %为最适添加浓度。

3 小结

本实验对4种天然抗菌剂海藻酸钠、壳聚糖、丁香油、肉桂油进行筛选，考察抗菌剂的种类和添加的浓度对复合膜抗菌性能的影响。结果表明：丁香油的抗菌效果无论是自身抗菌能力还是添加后复合膜的抗菌效果均为最佳，因此可选择丁香油作为复合膜抗菌添加剂；且当丁香油浓度为1 %时，复合膜抗菌效果和感官效果则最佳。

参考文献

[1] 李银环，黄茂芳，谭海生. 菠萝叶纤维的化学表面改性及其应用[J]. 华南热带农业大学学报，2004，10（2）：21-24.

[2] 刘维锦，林志浩. 纤维素/壳聚糖可生物降解膜的制备及力学性能[J]. 塑料工业，2003，31（12）：44-46.

[3] 刘恩平，郭安平，郭运玲，等. 菠萝叶纤维的开发与应用现状及前景[J]. 纺织导报，2006（2）：32-32.

[4] 王 刚，李 明，王金丽，等. 热带农业废弃物资源利用现状与分析——菠萝废弃物综合利用[J]. 广东农业科学，2011，38（1）：23-26.

[5] 史清源，夏兆鹏. 菠萝叶纤维精细化处理及其应用技术研究进展[J]. 轻纺工业与技术，2011，40（4）：95-97.

[6] 魏晓奕，杨 琴，祝 晓，等. 菠萝叶纤维素膜制备工艺优化[J]. 南方农业学报，2016（1）：101-106.