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随着人们对环境污染关注程度的日益加强和对生活质量要求的不断提高,抗菌包装得到了人们的高度重视和广泛研究。目前应用于包装行业的抗菌材料主要有抗菌塑料、抗菌玻璃和陶瓷包装材抗菌纸和箱板纸、抗菌金属包装材料及近几年新开发的纳米抗菌包装材料等。
1、抗菌塑料
抗菌塑料在包装领域的应用十分广泛,是一类具备抑菌和杀菌性能的新型材料,通常是在塑料中添加一种或几种特定的抗菌剂而制得。正因为塑料本身被赋予了抗菌性,使用抗菌塑料制成的各种制品具有卫生自洁功能,它可以使微生物包括细菌、真菌、酵母菌、藻类的生长和繁殖保持在必要的水平之下,尤其对大肠杆菌、黄曲霉、土曲霉等有害微生物均具有强抑制作用。我国第一批可用于食品、化妆品、药品等多种包装领域的抗菌塑料瓶,在石家庄神威包装有限公司研制成功。据介绍,这种塑料瓶采用了当今世界上最先进的分子组装抗菌技术,能有效地防止细菌的污染和交叉污染,在包装领域尤其是食品和药品的包装上具有很好的应用前景。
抗菌包装薄膜是抗菌塑料的重要应用领域之一。在我国,抗菌薄膜包装袋、抗菌包装保鲜膜,尤其是用于新鲜蔬菜包装、鲜肉包装的抗菌保鲜膜材料在市场上已经屡见不鲜。广东顺德市德冠双轴拉伸薄膜有限公司,研发的BOPP抗菌防霉包装薄膜已投入生产。该产品具有优异的抗菌防霉功效,对金黄色葡萄菌及大肠杆菌的抑菌率均超过99.9%,防霉等级达一级。优良的使用安全性、无毒无刺激性,加上良好的薄膜阻隔性能,使之将逐步取代饼干、月饼、蛋糕等食品现有的传统包装,并逐步推广到医院、医疗器械和妇婴保键卫生产品等方面。
抗菌包装保鲜膜的研究成果也层出不穷。黄巍等通过真空镀膜的技术将Ag蒸镀在PET、CPP、PE、PA薄膜上,然后用于包装鲜牛肉,以此延长鲜牛肉的货价寿命。实验结果表明经这种材料包装后的鲜牛肉的挥发性盐基氮(TVB-N)明显下降,感观品质提高;该抗菌薄膜的杀菌率达到99%以上,与未经过包装的鲜牛肉相比,该材料使鲜牛肉的货架寿命延长了3倍。张宇瑶等以NMMO法制备了抗菌保鲜纤维素包装膜,用抑菌圈法测定了所选用的抗菌保鲜膜对于大肠杆菌的抑菌性,并在冷藏条件下研究了几种膜对鲜猪肉的保鲜效果。结果表明:涂膜抗菌保鲜纤维素膜、有机含氯抗菌保鲜纤维素膜和无机抗菌保鲜纤维素膜3种抗菌保鲜纤维素膜对大肠杆菌均为中度敏感,并能够有效延长鲜猪肉的保鲜期,尤其是涂膜抗菌保鲜纤维素膜使其保鲜期延长了36 h。
2、抗菌玻璃和陶瓷包装材料
抗菌性玻璃和陶瓷材料是在这些无机材料中加入含有抗菌作用的各类抗菌剂,使材料具备抗菌、杀菌作用。无机抗菌玻璃和陶瓷是保护生态环境的功能材料,既保持了材料原有的使用功能和装饰效果,同时又增加了消毒、杀毒、除臭等功能,使用安全,对人体无害;钛系抗菌陶瓷和玻璃材料还可以分解油污,除去异味,净化环境。它不仅用于生产抗菌玻璃、陶瓷制品,还可以制成粉末,喷涂在普通玻璃、陶瓷容器内壁,经高温固化形成抗菌薄膜,使容器具有新颖的抗菌性能,因而广泛应用于食品及化妆品的包装和医疗器材的包装,另外在医疗、卫生、塑料、橡胶、涂料、纤维、建材等行业也有广泛的应用。
3、抗菌纸或箱纸板
纸和纸板在各种包装材料中已成为用量最大、品种最多、最具广阔发展前景的包装材料,占发达国家整个包装材料的50%以上。纸是人们生活中不可缺少的日常用品,抗菌纸的研究具有重要的意义,尤其是流通包装用纸,例如用于包装和长期储存水果、蔬菜、禽蛋和其它食品的包装纸或箱纸板。包装纸或箱纸板若能抗菌,会令被包装的食品、果蔬等延长使用期而不变质。
具有抗菌防霉功能的纸张称为抗菌纸,是指各种具有抑制细菌、霉菌及危害纸品的蠹虫能力的功能性纸张。赋予纸张抗菌功能的途径有两种:一种是在纸的表面涂布或喷洒抗菌剂。以纸张作为杀菌剂载体,利用杀菌剂的杀菌作用灭除微生物,与其他杀菌物品相比,具有很多优点,如重量轻、易保存、使用方便等,现已比较广泛的应用于食品包装和日常生活中。使用杀菌剂生产抗菌纸加工方便,可供选择的杀菌剂范围很广,然而其缺点是抗菌效果的耐久性不理想,且通常使用的杀菌处理剂都不可避免毒性,对皮肤、眼睛也有刺激,经水洗后抗菌作用会下降,细菌还易产生耐药性。此外,利用杀菌剂对纸张或纤维进行处理过程中产生的残留物容易造成环境污染;另一种便是使用抗菌纤维技术。随着化纤工业的发展,人们开始尝试把纸张抗菌处理,转向纤维改性以获取具有持久抗菌效果的纸张,然而与合成纤维共混改性所使用的抗菌剂部分,存在对人体的毒性问题和抗菌谱不广的缺陷。近年来,世界工业发达国家正在积极开发利用甲壳素及其衍生物纤维,甲壳素及其衍生物作为天然抗菌剂通过纺丝而制得的纤维具有优良的抗菌性和生物活性,无静电且天然无毒,可生物降解,符合新世纪绿色纤维应用的发展趋势。采用甲壳素纤维作为抗菌材料以赋予纸张抗菌性,对于综合高效利用自然资源、保护环境、加强人们日常生活卫生保健都具有现实意义。
4、抗菌金属材料
利用具有杀菌力的金属离子可赋予金属材料以抗菌的功能,具有稳定抗菌性能的金属材料称为抗菌金属材料。日本率先研制抗菌金属材料,有些抗菌功能化材料已获实用。具有高度实用性的抗菌性金属材料大致可分为3大类:添加铜或银的抗菌性不锈钢;氧化钛系光触媒材料;包括表面涂敷含有银系抗菌剂和防霉剂的聚酯漆的钢板,表面涂含有抗菌剂的润滑涂层不锈钢板等。
日本大同钢板公司开发出了一种在表面上涂覆含有抗菌物质的无色涂层的抗菌钢板,可供食品公司制作食品包装盒(罐)和医疗单位制作医疗器械。这种抗菌钢板,在表面上涂覆了一层4~6μm厚的含抗菌剂的涂层,即使在高温条件下,对附着于钢板表面上的细菌,也有很强的抑制作用,而且一部分抗菌涂层微粒,会跑到薄膜外侧,直接接触细菌,使抗菌效果增强。经确认,若是120万个大肠杆菌附着在这种抗菌钢板的表面,经6h之后,便被抑制到10个以下。它除了可抑制细菌外,对霉菌也可发挥抑制作用。
日本在抗菌金属材料开发方面居世界领先地位,据报道,韩国、美国及加拿大等国也在积极开发抗菌不锈钢材料,而我国在这方面的研究比较滞后。因此‚应根据我国国情,开发出抗菌时间持久、能够大规模生产的对多种细菌和真菌具有良好抗菌性的金属材料。
5、纳米抗菌包装材料
纳米抗菌包装材料已成为热门话题。对于液体、饮料等食品需要无菌包装,过去采用在食品包装材料中加入单纯以银、铜、锌等金属离子作为抗菌活性成分起抗菌作用,但这种方法的抗菌效果一般不很明显。将纳米技术与无机抗菌剂结合形成纳米复合抗菌剂,这是目前抗菌材料研究开发的热点。
纳米无机抗菌剂分两类:一类是本身具有抗菌活性的金属纳米氧化物,以TiO2、ZnO为代表,它们在紫外线照射下,在水和空气中产生活性氧,具有很强的化学活性,能与多种有机物发生反应,从而把大多数病菌和病毒杀死。因而可将它们应用于制作抗菌纤维、抗菌塑料、抗菌玻璃、抗菌陶瓷、抗菌建筑材料等;另一类是以银锌的复合为主抗菌体,以细TiO2和SiO2等为载体,由于超细纳米级粉体的颗粒特殊效应,大大提高了整体的抗菌效果,使耐湿性、粉体细度、分散性和功能效应都得到了充分发挥。
我国的纳米无机抗菌剂的生产加工和使用技术在国内外属领先水平,其特点:
抗菌能力长效;抗菌性能广谱、杀抑优异;抗菌剂对人畜安全;抗菌制品理化性能稳定;抗菌剂成本低,可在许多产品中应用。
纯天然的基础材料在纳米技术的改造下,能够发挥出惊人的杀菌效果。同样,若在包装材料中加入纳米微粒,还能起到除异味、杀菌消毒的作用。也可将纳米微粒加入纸、塑及复合材料中用于包装食品,以提高食品的货架寿命。例如MOD系列纳米高性能无机抗菌剂的应用。该抗菌剂是以MOD活性基因及无机纳米银化合物为主要抗菌成份,以各种无机材料为载体而制成的无机抗菌粉体。该抗菌材料采用高科技纳米技术制备而成,改变了单纯以银、铜、锌等金属离子为抗菌活性成份的传统抗菌剂生产工艺,抗菌机理为金属离子作用和光催化作用‚具有强力的长效抗菌功能,抗菌率可达99.9%。彻底解决了无机抗菌材料在应用中变色的世界性难题。该抗菌剂是一种特效无毒的广谱抗菌剂,可广泛应用于生产液体奶、饮料无菌复合包装产品。
随着抗菌技术及包装工业的不断发展,抗菌材料在包装行业中的应用必然会逐步扩大。食品、化妆品、医药包装等行业均有了抗菌包装产品,并已有成熟的技术逐渐得到推广。这对于提高包装产品的质量和卫生性能,提高包装产品的档次,改善人们的生活质量具有重大的社会效益和经济效益。随着分子组装、纳米等高新技术的发展,高效广谱、安全和环保的新型抗菌包装功能材料将会不断涌现。