聚乳酸包装材料的抗菌性分析

褚佳伊

摘 要：传统食品包装材料主要采用塑料、玻璃、陶瓷等，这类材料未含防腐抑菌成分，保质效果的实现主要依赖于直接向食品内添加防腐剂，但其添加过多会危害人体健康，抗菌食品包装材料由此应运而生。基于此，本文制备了不同纳米TiO2含量的聚乳酸包装材料，分析了该类包装材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌性能，旨在为聚乳酸/纳米TiO2包装材料的应用提供一定的理论数据支撑。

关键词：抗菌食品包装材料;聚乳酸;抗菌性能

Antibacterial Analysis of Polylactic Acid Packaging Materials

CHU Jiayi

（Shanxi Inspection and Testing Center （Shanxi Institute of Standards and Measurement Technology）， Taiyuan 030032， China）

Abstract： Traditional food packaging materials are mainly plastic， glass， ceramics， etc. These materials do not contain antiseptic and bacteriostatic components. The realization of quality assurance mainly depends on the direct addition of antiseptic to food. However， excessive addition will harm human health. Therefore， antibacterial food packaging materials are applied. Based on this， polylactic acid packaging materials with different nano-TiO2 content were prepared in this paper， and the antibacterial properties of this kind of packaging materials against Escherichia coli and Staphylococcus aureus were analyzed， in order to provide some theoretical data support for the application of polylactic acid/nano-TiO2 packaging materials.

Keywords： antibacterial food packaging materials; polylactic acid; antibacterial properties

抗菌食品包装材料是向包装材料内掺入抗菌劑，使其拥有抗菌活性。若食品包装选择抗菌包装材料，包装材料会缓慢释放所含的抗菌成分，对微生物的滋生产生抑制作用。改用抗菌食品包装方式，除了可使保质期延长，同时可提升食品的安全性。本文主要分析聚乳酸包装材料的抗菌性，具有十分重要的实践意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

主要原料和试剂如表1所示。

1.2 仪器与设备

实验所用主要仪器与设备如表2所示。

1.3 试验方法

1.3.1 聚乳酸（PLA）包装材料及测试材料的制备

（1）选择抗菌母料法[1]完成PLA包装材料的制备。基于纳米TiO2的含量状况，制成8种不同配方的包装材料，在包装材料总质量中，纳米TiO2的含量水平分别为0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%。

（2）制备PBS（磷酸盐）缓冲液。分别称量8.00 g NaCl、0.20 g KCl、2.88 g Na2PO4·12H2O，0.2 g KH2PO4，皆移至洁净烧杯内，再添加800 mL去离子水，并进行搅拌处理，使之彻底溶解，用HCl调节溶液pH值至7.4后加去离子水定容至1 L，完成PBS缓冲液的制备。分装后115 ℃高压灭菌15 min，冷却后保存于4 ℃冰箱内备用。

（3）制备LB营养肉汤。称量LB营养肉汤粉25 g，移至洁净烧杯内，再添加1 L去离子水，搅拌，使之彻底溶解，完成LB营养肉汤的制备，分装后121 ℃高压灭菌15 min，冷却后放入冰箱备用[2]。

（4）制备LB营养琼脂培养基。称取40 g LB营养琼脂粉，再移至烧杯内，接着加入去离子水1 L，经由磁子搅拌和热台加热处理，使其完全溶解，完成LB营养琼脂培养基的制备，分装后121 ℃高压灭菌15 min，备用，借助封口膜密封，最后移至冰箱内，备用。

（5）活化与培养实验用菌种。①准备1个无菌离心管，向其中添加一定量的LB营养肉汤，先通过封口膜密封，再振荡摇匀，移至恒温振荡培养箱内，振荡1 d，如果离心管内液体呈浑浊状态，则表示已顺利活化。②经由接种环蘸取少许已活化菌悬液，并于LB培养基上划线接种，之后放至生化培养箱内培养1 d，得到一代菌。③挑选生长状态较好的一代菌，并借助接种环将选择好的菌落刮取下来，移至离心管（内含一定量LB营养肉汤）内，封口，再振荡培养1 d，接着经由用所得菌悬液传代，待进行到第三代，得到实验所需的菌悬液[3]。

1.3.2 抗菌性能测试

（1）贴膜法测试抗菌性能。常规检验方法不能实现样品抗菌活性的鉴定工作，而贴膜法常被用于含抑菌成分供试品微生物限度检查，并具有较好的准确性和可信性。本试验取稀释好的菌液0.05 mL均匀滴在平皿中的试验样品和空白对照样品上，分别用 无菌的半封闭薄膜过滤器进行覆盖（浙江宁海白石仪器厂），盖好平皿盖。将样品置于（37±1）℃、相对湿度>90%的恒温培养箱中。24 h后取出样品加入20 mL洗脱液，反复吹打样品和覆盖膜表面，将菌充分洗脱于洗脱液中，对活菌量进行测定，以此计算材料抗菌率[4]。待培养终止，将培养皿取出，拍照、统计菌落量。抗菌率计算公式为

式中，X为抗菌率，%;A为空白对照样的菌落量均值，个;B为测试样的菌落量均值，个。

（2）振荡烧瓶法测试抗菌性能。振荡烧瓶法的原理：增强细菌与试样的接触，通过培养基使得细菌快速繁殖从而明确菌落数值与空白样品间的差值即可计算细菌减少率[5]。方法：将5种试验样品分别置于含有45 mL 0.03 mol·L-1磷酸盐缓冲溶液的三角瓶中，并额外设置空白对照组。用定量菌悬液进行接种，振荡接触5 min后，将1 mL菌悬液加入培养基平皿内，在37 ℃的条件下恒温培养24 h，对烧瓶内振荡前后菌悬液的浓度展开测定，并计算材料的抗菌率，考察材料的抗菌性能。待1 d培养结束，拍照并统计培养皿内菌落量，抗菌率计算公式为

式中，X为抗菌率，%;为测试样品未振荡时的菌类浓度均值，个;所示各振荡后的菌类浓度均值。

2 结果与分析

2.1 贴膜法测试抗菌性能

经贴膜法测试抗菌性能，发现包装材料样品中无肉眼可见的菌落存在，可能是因为常规生化培养箱不能提供实验所需的湿度条件，即RH（相对湿度）≥90%，细菌最终死亡无法长出，影响实验结果，因此在以后的实验中更换实验方法进行抗菌性能测试[6]。

2.2 振荡烧瓶法测试抗菌性能

在对抗菌能力测定方面，贴膜法由于无法满足所需湿度条件从而被淘汰，采用振荡烧瓶法，向菌悬液内放入样品，振荡、反应，再向LB培养基上直接接种开始培养。实验全程无需考虑RH问题，基于这一优势故改用振荡烧瓶法，对PLA包装材料的抗菌能力展开重新测定[7]。

2.2.1 聚乳酸包装材料对大肠杆菌的抗菌效果

检测不同纳米TiO2含量的PLA/纳米TiO2包装材料抵抗大肠杆菌（E.coli）的效果，各个样品所对应的抗菌率如表3所示。由表3可知：①同空白对照组相比，纯PLA的抗菌率为3.82%，可见PLA自身具有一定抗菌能力，但无明显效果，作为抗菌包装材料有所欠缺;②将纳米TiO2添加至PLA内，与仅PLA时的菌落量相比，培养皿内菌落量有明显下降，同时随着纳米TiO2含量的上升，菌落量不断下降;③若纳米TiO2添加量各为0.3%、0.8%，在对E.coli的抗菌率方面分别升至54.19%、78.62%，同空白对照组、纯PLA组的抗菌率相比，其差值远超26%，可明显抑制E.coli;④若纳米TiO2添加量为1.0%，其包装材料可实现82.52%的抗菌率，与PLA（TiO2 0.8%）相比，只增加了3.90%，抗菌率升幅有所下降;⑤若纳米TiO2添加量分别是3.0%、5.0%时，对于E.coli，包装材料分别可实现84.67%、85.71%的抗菌率，可见纳米TiO2添加量的上升已无法明显提升抗菌能力。

2.2.2 聚乳酸包装材料对金黄色葡萄球菌的抗菌效果

測定不同纳米TiO2含量的PLA/TiO2包装材料对金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌效果，详见表4。从表4可知：①PLA包装材料对S.aureus抗菌效果的变化趋势类似于E.coli;②待将纳米TiO2添加至PLA内，同仅PLA时相比，培养皿内菌落量大幅下降，且随着纳米TiO2含量的上升，菌落量不断下降;③在纳米TiO2添加量为0.3%、0.8%时，对于S.aureus，此包装材料分别表现出61.31%、80.00%的抗菌率，表示可明显抑制S.aureus;④纳米TiO2添加量为1.0%，显示为84.97%的抗菌率，与添加量为0.8%时相比提高了4.97%，抗菌率升幅有所下降;⑤在纳米TiO2添加量为3.0%、5.0%时，抗菌率分别为85.71%、87.59%，即纳米TiO2添加量的上升已无法明显提升抗菌能力。

3 结论

经由试验测试途径分析了纳米TiO2含量与包装材料抗菌能力间的关系，总结出以下内容。①经由贴膜法对样品抗菌能力展开测试时，只有RH在90%以上才可获得比较理想的结果，但因缺乏相关实验条件，故改用其他测试手段。②经由对RH无严格要求的振荡烧瓶法测定抗菌性能，发现当加入纳米TiO2添加量是0.3%时，对于E.coli、S.aureus，包装材料分别可实现55.10%、60.20%的抑菌率，抗菌效果明显;随着纳米TiO2添加量的上升，抗菌效果增强，但若添加量>1%，抗菌效果增幅下降。③包装材料对S.aureus的抗菌效果较E.coli更具优势。

综上所述，PLA能表现出良好的抗菌能力，同时此类原料具有取材广泛、无毒安全、可再生等一系列优点，因而在食品包装领域应用聚乳酸，不仅能够降低石油资源消耗量，还能避免食品包装导致的环境污染问题，满足包装材料环保、绿色要求，有助于食品包装领域实现可持续发展。

参考文献

[1]邹萍萍.聚乳酸/纳米纤维素可降解食品包装材料的制备与发泡研究[D].杭州：浙江大学，2013.

[2]陈玉华，乔金莲，许乐.聚乳酸基纤维素纳米晶体抗菌包装材料的制备及其性能研究[J].塑料科技，2022，50（1）：74-77.

[3]刘文龙，晏宸然，危梦，等.不同聚乳酸膜的抗菌性比较[J].现代食品科技，2020，36（3）：175-179.

[4]李旭飞，车阳丽，吕艳，等.壳聚糖/无机物纳米复合材料在抗菌方面的研究进展[J].材料导报，2018，32（21）：3823-3830.

[5]郑丽莎.罗布麻纤维抗菌性能及机理研究[D].青岛：青岛大学，2004.

[6]余江泳，厉亚纳.纳米二氧化硅改性聚乳酸复合膜的制备与表征[J].山西化工，2021，41（4）：5-9.

[7]戴璐，张子怡，薛雯，等.聚乳酸/牛至精油抗氧化活性包装膜的制备及性能研究[J].湖北农业科学，2021，60（9）：110-112.