纤维素基抗菌复合薄膜的研究进展

杨茜茜 马 维

（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）

1 前言

纤维素是由葡萄糖构成的大分子多糖，作为植物细胞壁的主要成分，具有来源广、可生物降解、价格便宜等优点，是地球上存储量最大的天然高分子可再生资源[1]。近年来，用于食品包装的主要材料是高、低和极低密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等，但由于这些材料不能生物降解且具有一些局限性，从而影响其回收利用。纤维素因其具备可完全生物降解、生物相容性好、可改性等优点在医疗卫生、食品保鲜、药品包装等领域具有广阔的应用前景。

从食品包装的角度出发，向包装复合膜掺入抗菌剂达到抗菌效果已成为研究热点和重点。许多研究表明，利用抗菌剂对纤维素进行改性，通过浇铸法、流延法、真空抽滤法等成膜方法可制备出一系列的抗菌复合薄膜。如今，利用纤维素为基膜材料，并赋予其抗菌能力是天然抗菌包装材料的发展趋势。

2 抗菌剂的种类及其抗菌机理

抗菌剂种类较多，主要分为无机类、有机类及天然抗菌剂。

无机抗菌剂根据不同的有效成分，可以分为金属离子系（含Ag＋、Cu2+、Zn2+等金属离子）和金属氧化物系（具有光催化作用的ZnO、TiO2等）抗菌剂。前者主要是抗菌剂通过与细菌细胞膜、细胞壁接触，从而破坏其结构令细菌失去活性。后者是通过吸收可见光、紫外线等外界能量，激发电子跃迁，使周围的氧气和水分子成为活性氧O2-和氢氧自由基·OH． 它们能氧化或使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸、糖苷等发生反应，破坏其正常结构，从而使细菌死亡或丧失增殖能力。

有机抗菌剂目前常用的有季铵盐类、双胍类、醇类、酚类、有机金属类、吡啶类、咪唑类、噻吩类等。它主要是通过抗菌剂进入细菌内与核糖核酸相互作用，破坏细菌体内RNA 转录到DNA 的过程，抑制细菌繁殖生长，来达到杀菌效果。

天然抗菌剂主要有壳聚糖、鱼精蛋白、桂皮油、罗汉柏油、竹叶挥发油、石榴皮粉和大蒜素等，大多数是从动植物中提炼精制而成的，安全无毒，但作用持续时间短、耐热性差，而且有加工条件的制约，不能实现大规模生产，因而使用较少，目前最常用的是壳聚糖类。

3 抗菌纤维素复合薄膜的研究

纤维素本身具有良好的成膜性，可将小分子或大分子抗菌剂通过物理或化学法引入到以纤维素为基质的混合体系中，继而采用合适的成膜方法，制备出具有抗菌性能的纤维素复合薄膜。构筑抗菌复合薄膜的过程中，通常采用天然大分子、纳米金属Ag、部分半导体（TiO2/ZnO）等作为抗菌组分，下述内容将为大家介绍各种抗菌纤维素薄膜的制备及发展概况。

3.1 木质纤维素基抗菌复合膜

陈啟原使用低价的杨木木片作为原料,使用绿色环保的处理方法制得高纯高聚合度纤维素，将纤维素与作为填料的抗菌剂复合得到载银纤维素复合膜、壳聚糖季铵盐-纤维素复合膜、季铵化改性纤维素共混纤维素复合膜。对抗菌纤维素膜的抗菌能力进行分析，结果表明，载银纤维素膜杀菌速度最快，而壳聚糖纤维素膜和改性纤维素膜杀菌速度相对较慢。

3.2 纳米纤维素基抗菌复合膜

王利军等以乳链菌肽（Nisin）作为抗菌剂，乙酰化纳米纤维素（ACNF）与淀粉为基体，制备出在食品包装方面有很大潜力的复合膜材料。测试表明，抗菌剂Nisin加入后能够使ACNF-ST 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌能表现出良好的抗菌能力。郝晓楠选择再生纳米纤维素作为原料，用高碘酸钠还原银离子来得到负载银纳米颗粒的纤维素基质，再与瓜尔胶进行混合，通过真空抽滤法制备出双醛纳米纤维素-瓜尔胶的复合薄膜，所制得的复合薄膜可以表现出优良的抗菌性能。

3.3 羧甲基纤维素基抗菌复合膜

李欢以废弃的一次性纸杯为原料提取羧甲基纤维素（CMC），银纳米颗粒（Ag NPs）作为抗菌剂，通过原位还原法成功制备了Ag NPs/CMC/SR 复合薄膜。所制备的复合薄膜不仅表现出优良的机械性能，还具有良好的抗菌性能。

3.4 细菌纤维素基抗菌复合膜

周璞]以海藻酸钠（SA）溶液与细菌纤维素（BC）溶液作为原料，将它们按一定的比例混合均匀，通过超声波粉碎后风干至蒸发成膜，再在膜的表面沉积多巴胺，利用多巴胺还原生成银纳米颗粒（Ag NPs），制备出具有良好抗菌性能的复合膜。该复合膜表现出较好的杀菌能力，拥有良好的细胞相容性，并有潜力成为新一代GBR 膜研发的良好选择。

3.5 淀粉基抗菌复合膜

何栋等以玉米淀粉和壳聚糖为基膜，加入纳米ZnO颗粒，通过流延法来制备ZnO/壳聚糖/淀粉膜。实验结果表明，ZnO 作为添加剂加入并没有影响壳聚糖/淀粉膜的相容性，与壳聚糖/淀粉膜相比，ZnO/壳聚糖/淀粉膜具有更优良的阻隔性和抑菌活性，在食品卫生包装行业有较大的应用潜力。Yuan 等采用淀粉基为成膜材料，纳米纤维素为增强剂，聚六亚甲基双胍（PHMB）为抗菌剂，利用流延法制备出淀粉基复合抗菌薄膜。实验研究表明，当抗菌剂PHMB 含量高于6%（wt%）时，淀粉-纳米纤维素与PHMB（S-N-P）薄膜对大肠杆菌表现出显著的抗菌能力，本研究所开发的复合膜在食品保鲜领域有着广阔的应用前景。

4 结语

纤维素作为天然分子材料，所制出来的膜在自然环境中可以完全降解，有利于减少环境污染，是非常具有发展潜力的包装材料。直接共混、微胶囊以及接枝改性是制备纤维素抗菌膜的常用方法。本文从食品包装角度出发，列举了各种抗菌纤维素复合薄膜的制备及发展概况。以纤维素为基质，在混合体系中加入抗菌物质采用合适的成膜方法来制备出达到一定抗菌效果的复合薄膜，但此研究也存在一些不足：（1）共混法掺入的抗菌物质能达到较好的杀菌效果，但在膜内不稳定，易出现溶出现象。（2）通过接枝抗菌剂可让纤维素获得稳定的抗菌性能，但是接枝过程中影响抗菌剂接枝率的因素较多，需要找寻最佳的接枝条件。在最优的接枝条件下，纤维素复合薄膜的杀菌效果能否达到预期还是个未知数。因此，如何提高抗菌剂在膜内的稳定性，优化抗菌剂的接枝条件，让纤维素复合薄膜获得稳定且高效的抗菌性能，将会是以后的重点研究方向。