高紅芳

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南714026）

納米無機(jī)抗菌劑是一種新型抗菌劑，與有機(jī)抗菌劑相比，具有廣譜、耐久、安全的特點(diǎn)。在無機(jī)抗菌劑中，納米銀因其毒性低、抗菌活性高、抗菌譜廣等特點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用。納米銀對(duì)細(xì)菌、酵母菌、真菌等都具有較強(qiáng)的抗菌性。其抗菌機(jī)理為納米銀表面高活性的銀或銀離子可使菌體的蛋白酶失活，破壞細(xì)胞膜的滲透性，導(dǎo)致細(xì)胞凋零死亡[1]。

納米銀作為食品抗菌包裝材料在很多國(guó)家已經(jīng)商業(yè)化，并開始使用。近年來，納米銀聚合物復(fù)合膜作為食品抗菌包裝材料的一種，其研究備受關(guān)注。納米銀粒子的添加可以改善包裝膜材料的機(jī)械性能、阻隔性能、熱穩(wěn)定性、光學(xué)特性以及增強(qiáng)膜的抗菌性，在食品保藏中取得了良好的效果。但是，納米銀在促進(jìn)食品包裝業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也存在著安全隱患。目前，對(duì)納米材料的生物效應(yīng)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，對(duì)其作用方式也不清楚，各個(gè)科研院所對(duì)這方面的研究也從未停止過。一些體外研究結(jié)果表明，納米銀粒子對(duì)皮膚、肝、肺、腦、血管系統(tǒng)以及生殖器官細(xì)胞毒性具有一定的誘導(dǎo)作用[2]。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)食品的新鮮度及安全性要求不斷提高，納米銀抗菌包裝膜在食品保藏方面的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，但是其安全性也受到挑戰(zhàn)。本文綜述了近年來納米銀抗菌包裝膜的制備方法、抗菌膜在食品保藏方面的應(yīng)用以及膜中銀的遷移特性，以期為納米銀抗菌包裝膜在食品保藏中的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

1 納米銀抗菌膜的制備方法

納米銀抗菌包裝膜是將納米銀粒子添加至天然或人工合成的高分子聚合物基質(zhì)中制備的一種復(fù)合膜材料。常用的成膜基質(zhì)有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等不可降解高分子材料，聚乙烯醇、聚乳酸等人工合成的可降解高分子化合物以及淀粉、多糖、果膠等天然高分子化合物。根據(jù)納米銀向膜中的添加方式，納米銀抗菌膜的制備方法可分為共混法和原位還原法。不同的制備方法對(duì)納米銀粒子復(fù)合膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能、水蒸氣阻隔性能、膜的抗菌性以及納米粒子在膜中的分散性產(chǎn)生不同的影響。

1.1 共混法制備抗菌膜

共混法是將納米銀粒子直接添加至成膜基質(zhì)中制備抗菌膜，是一種較為簡(jiǎn)單的制備納米銀復(fù)合膜的方法，但制備過程中納米銀粒子極易團(tuán)聚，導(dǎo)致納米銀粒子失去應(yīng)有的物性和功能。薄艷娜等[3]將粒徑為20 nm的銀粉添加至聚乙烯中制備抗菌膜，通過掃描電鏡觀察到納米銀在膜中分布不均勻，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，這種團(tuán)聚現(xiàn)象使得膜的水蒸氣透過率變大。

由于共混法制備抗菌膜過程中納米銀粒子極易團(tuán)聚，常常需要對(duì)納米銀粒子進(jìn)行一定的修飾來增強(qiáng)其在膜中的分散性。彭中川等[4]用巰基封端的低相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯改性納米銀顆粒，減小了復(fù)合材料中納米銀顆粒與成膜基質(zhì)的界面能，可使納米銀顆粒均勻地分散在聚合物基體中。王翠英等[5]制備了以二氧化硅為載體的納米銀粒子，將其添加至塑料中，掃描電鏡觀察到納米粒子在塑料中分散均勻。該研究指出，納米銀粒子添加至成膜基質(zhì)中時(shí)，銀粒子荷載于其他無機(jī)粒子上，無機(jī)粒子對(duì)銀粒子具有一定的吸附作用，可防止銀粒子的聚集。同時(shí)，銀粒子能與其他具有抗菌性的無機(jī)粒子之間產(chǎn)生協(xié)同抗菌作用，增強(qiáng)膜的抗菌性。

1.2 原位還原法制備抗菌膜

1.2.1 化學(xué)原位還原法

化學(xué)原位還原法一般是以高分子成膜基質(zhì)為分散劑，通過化學(xué)還原劑水合肼、硼氫化鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖、抗環(huán)血酸等將前驅(qū)體硝酸銀中的銀離子還原為納米銀。在成膜基質(zhì)中原位還原制備納米銀溶膠，利用該溶膠制備抗菌膜，可使納米銀粒子均勻地分散在膜材料中。孔杰[6]采用抗壞血酸原位還原法在殼聚糖水凝膠中制備了粒徑為30 nm的納米銀溶膠。高向華等[7]以葡萄糖為還原劑，以淀粉為分散劑，制備了粒徑為20 nm左右的納米銀-淀粉溶膠。李貴安等[8]以硼氫化鈉作為還原劑在明膠溶液中還原納米銀粒子，從而制備了納米銀-明膠抗菌膜?；瘜W(xué)原位還原法制備納米銀抗菌膜的優(yōu)勢(shì)在于能在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的納米銀粒子，并可對(duì)銀粒子的尺寸分布進(jìn)行較好的控制。但是，該方法中大多數(shù)還原劑是有毒有害的，使用該方法制備的抗菌膜用于食品保藏時(shí)可能會(huì)存在一定的安全隱患。

1.2.2 植物提取液原位還原法

近年來，采用植物提取液作為納米銀粒子的還原劑，在成膜基質(zhì)中原位還原制備納米銀粒子，從而制備納米銀抗菌膜的研究報(bào)道較多。植物提取液含有酚類以及醛類化合物，這些物質(zhì)都具有一定的還原性，可將銀離子還原為納米銀。植物提取液不僅可作為還原劑，提取液中的一些化學(xué)基團(tuán)可與納米銀之間發(fā)生絡(luò)合作用。這種作用不僅起到了穩(wěn)定納米銀粒子的作用，而且阻止了成膜過程中納米銀的團(tuán)聚，使納米銀粒子在膜中呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)。Orsuwan等[9]用香蕉粉作為穩(wěn)定劑和還原劑制備香蕉粉納米粒子復(fù)合膜，當(dāng)銀含量為1.0 mmol/L時(shí)，膜具有最高的抗張強(qiáng)度和最低的水蒸氣透過系數(shù)，并且表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌性。Kumar等[10]使用積雪草提取物還原納米銀粒子并制備納米銀復(fù)合膜，掃描電子顯微鏡觀察到納米粒子在膜中分布均勻。Bhoir等[11]以聚乙烯醇水溶液作為模板，使用薄荷提取物還原納米銀粒子，從而制備殼聚糖-明膠復(fù)合膜，納米銀的添加提高了膜的機(jī)械性能以及水蒸氣透過率，而對(duì)氧氣透過率無顯著的影響。Roy等[12]以黑色素作為還原劑，在卡拉膠水溶液中原位還原納米銀溶膠制備抗菌膜，納米銀粒子提高了膜的力學(xué)性能，該膜對(duì)大腸桿菌和李斯特菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌作用。

1.2.3 光介導(dǎo)原位還原法

紫外光的照射使溶液產(chǎn)生水化電子和還原性的自由基團(tuán)，水化電子和自由基團(tuán)可將溶液中的銀離子還原為銀，制備過程不需要引入其他還原劑。魏濤等[13]通過紫外光輻照法制備了聚乳酸-納米銀復(fù)合膜，在該反應(yīng)體系中，有機(jī)溶劑自身在紫外光作用下產(chǎn)生自由基，可使銀離子還原為納米銀。同時(shí)，由于有機(jī)物分子鏈的阻礙作用，納米銀粒子在有機(jī)網(wǎng)絡(luò)中難以運(yùn)動(dòng)，不易形成更大的粒子，從而有效地控制了納米銀粒子的聚集，提高了膜的熱穩(wěn)定性。Yu等[14]在纖維素納米纖絲中利用紫外光合成納米銀粒子，從而制備抗菌膜，該膜對(duì)大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌具有很好的抗菌效果。該研究推測(cè)了納米銀的兩種合成機(jī)理：一是纖維素吸收紫外線，紫外線會(huì)引起纖維素活性位點(diǎn)的斷裂（葡萄糖環(huán)之間的氧鍵）形成醛基，醛基將銀離子還原為銀；二是當(dāng)水分子暴露在紫外燈下會(huì)產(chǎn)生溶劑化電子，這些電子會(huì)將銀離子還原為銀。

2 膜材料中銀的遷移特性

2.1 銀向食品模擬液中的遷移

毒理學(xué)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，納米銀粒子一旦進(jìn)入人體，便會(huì)在人體內(nèi)循環(huán)，它們很可能與血漿蛋白、凝血因子、血小板、紅細(xì)胞及白細(xì)胞相互作用，滲透到血細(xì)胞中并刺激溶血，影響細(xì)胞活力，還可能引起細(xì)胞膜增殖和血栓栓塞問題[15]。因此，納米銀用于食品保藏時(shí)其安全性受到質(zhì)疑。目前，納米銀抗菌膜材料在食品保藏中的安全性研究大多停留在銀向食品模擬液及真實(shí)食品的遷移的研究。

通常借助食品模擬液代替真實(shí)食品來研究抗菌膜中銀的遷移特性。研究結(jié)果表明，銀的遷移與聚合物基質(zhì)種類有關(guān)，這是由于不同聚合物基質(zhì)制備的膜密度、黏度、溶解度、機(jī)械阻力、溶脹性以及銀粒子在膜中的分散性不同。Mackevica等[16]的研究結(jié)果表明，高密度聚乙烯膜中銀向食品模擬液的遷移率較高，而聚乙烯膜中銀的遷移率相對(duì)較低，這與膜本身的性質(zhì)有關(guān)。納米銀的遷移會(huì)受到溫度的影響，在較低溫度條件下，銀的遷移相對(duì)較慢，而高溫則有利于銀的遷移。Song等[17]使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)定了在不同溫度下聚乙烯醇膜中銀向3%乙酸的遷移情況，結(jié)果表明，在20、40、70℃的條件下，銀的遷移率分別為1.70%、3.00%、5.60%。

銀的遷移與模擬液的性質(zhì)有關(guān)。Artiaga等[18]的研究結(jié)果表明，銀在3%乙酸和水中的遷移率分別為15μg/kg和10μg/kg，可見銀在乙酸溶液中的遷移率相對(duì)較高。這是由于銀釋放的本質(zhì)是銀表面被氧化而釋放可溶性銀離子，而乙酸可以誘導(dǎo)這種氧化作用[19]。膜中的添加劑也會(huì)對(duì)銀向食品模擬液中的遷移行為產(chǎn)生影響。田海嬌等[20]研究了納米銀-聚乙烯復(fù)合包裝膜中兩種抗氧化劑與兩種光穩(wěn)定劑對(duì)銀在乙酸溶液以及乙醇溶液中的遷移特性的影響。結(jié)果表明，遷移試驗(yàn)的前8 h內(nèi)，膜中的添加劑會(huì)促進(jìn)銀向兩種食品模擬液的遷移，待遷移達(dá)到平衡后，膜中的添加劑反而阻礙銀向這兩種模擬液中的遷移。這可能是由于銀鑲嵌或粘合在添加劑大分子中間從而被阻礙進(jìn)入溶液中，使銀的遷移量減少。

植物提取液作為還原劑制備納米銀抗菌膜，納米銀與植物還原劑中一些成分的官能團(tuán)之間存在著鍵合作用，這種作用對(duì)銀的遷移也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。Marrez等[21]使用五倍子提取液及蓮子心提取物制備的納米銀-醋酸纖維素抗菌膜在蒸餾水中浸泡72 h后，并未檢測(cè)到銀，而用蘆丁及槲皮素提取物制備的納米銀-醋酸纖維素中銀在蒸餾水中的遷移率分別為0.05 mg/L與0.027 mg/L。

2.2 銀向食品中的遷移

由于食品體系的復(fù)雜性，銀向食品模擬液中的遷移特性并不能完全等同于向食品中的遷移。因此，抗菌膜用于食品保藏時(shí)，評(píng)價(jià)銀向真實(shí)食品中的遷移顯得尤為重要。Li等[22]利用等離子發(fā)射光譜技術(shù)測(cè)定了在37℃，70%濕度下儲(chǔ)藏35 d的大米中銀的含量，研究結(jié)果表明，大米中的銀平均每周增加0.000 7 mg/kg（最初大米中銀的含量為0.003 mg/kg），存儲(chǔ)結(jié)束后，大米中銀的含量遠(yuǎn)低于歐洲食品安全局（EFSA）規(guī)定的銀向食品中的最大遷移量（0.05 mgAg+/kg）[23]。Gallocchio等[24]用從市場(chǎng)上購(gòu)買的納米銀粒子包裝袋儲(chǔ)藏雞肉，并在不同的溫度（-18℃、5℃、12℃）下儲(chǔ)藏7 d，在雞肉丸中未檢測(cè)到銀。Becaro等[25]研究了載銀二氧化鈦-低密度聚乙烯膜中銀向鮮切胡蘿卜的遷移。研究結(jié)果顯示，在胡蘿卜中未檢測(cè)到銀，表明該包裝用于鮮切胡蘿卜的貯藏是安全的。

以上研究通過測(cè)定食品儲(chǔ)藏期間銀向食品中的遷移量來評(píng)價(jià)納米銀應(yīng)用于食品保藏的安全性。然而，包裝材料中銀向食品表面或者內(nèi)部遷移時(shí)，銀粒子表面可能被修飾，由于聚集、類聚等原因可能引起食品中銀的形態(tài)和大小發(fā)生變化，而納米銀的毒性與這些因素都有關(guān)[26]。因此，為了更加準(zhǔn)確地評(píng)估包裝膜材料在食品保藏中的安全性，不僅應(yīng)該研究銀向食品及食品模擬液中的遷移量，還應(yīng)對(duì)銀在食品中的存在形態(tài)以及粒徑大小進(jìn)行研究。

3 納米銀抗菌膜在食品保藏中的應(yīng)用

3.1 納米銀抗菌膜在肉制品保藏中的應(yīng)用

納米銀抗菌包裝膜具有阻隔外部細(xì)菌和空氣的作用，能抑制肉制品中微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)肉制品的保藏時(shí)間。Mathew等[27]制備了聚醋酸乙烯-納米銀抗菌膜，該膜通過抑制雞肉腸中微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)了雞肉香腸的保藏時(shí)間。Azlin-Hasim等[28]通過共混方式制備了聚氯乙烯抗菌膜，并將該膜應(yīng)用于雞胸肉片的保藏，降低了肉中脂肪氧化程度，延長(zhǎng)了肉片的保藏時(shí)間。楊斌等[29]使用含有納米銀的酯化淀粉膜包裹牛肉，再裝入聚乙烯包裝袋中抽真空包裝，并在4℃下儲(chǔ)藏，可使鮮牛肉的儲(chǔ)藏期延長(zhǎng)至24 d，較對(duì)照組（不進(jìn)行任何處理直接裝入聚乙烯袋抽真空在4℃下儲(chǔ)藏）延長(zhǎng)了9 d。羅晨等[30]制備了含有納米銀粒子的低密度聚乙烯膜，該膜具有較強(qiáng)的抑菌性和抗脂質(zhì)氧化能力，將該膜用于蝦仁的儲(chǔ)藏，可使蝦仁貨架期延長(zhǎng)2 d。

3.2 納米銀抗菌膜在果蔬貯藏中的應(yīng)用

納米銀抗菌膜在果蔬貯藏方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。這是由于納米銀對(duì)乙烯氧化起到一定的催化作用，可加快乙烯的氧化速度，使膜材料具有更好的保鮮效果。同時(shí)納米銀抗菌膜也有控制水分和氧氣、保留果蔬風(fēng)味的作用。Singh等[31]研究結(jié)果表明，納米銀抗菌包裝膜保持了西紅柿、白菜中的水分，延長(zhǎng)了貯藏時(shí)間。Mohammed Fayaz等[32]將納米銀-海藻酸鈉膜用于胡蘿卜和梨的貯藏，取得了很好的效果。Peyro等[33]用含有5 wt%納米銀的聚乙烯膜包裝鮮棗，在4℃貯藏53 d后，鮮棗仍然保持較好的感官品質(zhì)及可食用性。Fang等[34]制備了納米銀-納米二氧化硅-納米二氧化鈦復(fù)合抗菌膜，該膜具有調(diào)節(jié)氧氣和二氧化碳、消除乙烯、抑制微生物生長(zhǎng)的作用，延長(zhǎng)了蘑菇的貯藏時(shí)間。尹敏等[35]制備了載銀二氧化鈦-聚乳酸抗菌膜，該膜可抑制雙孢蘑菇中微生物的生長(zhǎng)與呼吸速率，降低還原糖以及VC含量的損失，使雙孢蘑菇在4℃下貯藏16 d后仍然保持較好的品質(zhì)。

3.3 納米銀抗菌膜在其他食品保藏中的應(yīng)用

納米銀抗菌膜可用于堅(jiān)果類食品的保藏，一方面，納米銀具有抗菌性，可抑制堅(jiān)果中霉菌的生長(zhǎng)；另一方面，納米銀粒子的添加使膜具有很好的阻隔性，阻止了氧氣、二氧化碳以及水分進(jìn)入包裝內(nèi)，從而延長(zhǎng)堅(jiān)果類食品的保藏時(shí)間。Tavakoli等[36]使用納米銀-聚乙烯膜對(duì)堅(jiān)果進(jìn)行儲(chǔ)藏試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，該膜降低了堅(jiān)果中的霉菌數(shù)量，在堅(jiān)果存儲(chǔ)期間沒有檢測(cè)到黃曲霉毒素，可使開心果、杏仁、榛子和核桃四種堅(jiān)果的儲(chǔ)藏時(shí)間分別延長(zhǎng)至20、19、18、18個(gè)月，而無納米銀的對(duì)照組僅使堅(jiān)果最長(zhǎng)保存13個(gè)月。納米銀抗菌膜在其他食品保藏中也顯示出其優(yōu)越性。Ortega等[37]制備了含有納米銀粒子的淀粉抗菌膜，銀離子抑制了奶酪中微生物的生長(zhǎng)，保持了產(chǎn)品原有的感官品質(zhì)，可使奶酪的保質(zhì)期延長(zhǎng)至21 d。Emamifar等[38]將含有納米銀的低密度聚乙烯膜用于鮮橙汁的保藏時(shí)，使鮮橙汁的保質(zhì)期延長(zhǎng)至28 d。

4 結(jié)語

納米銀粒子在食品領(lǐng)域的應(yīng)用與普及必然會(huì)增加人類暴露于納米材料中的風(fēng)險(xiǎn)。但是，納米粒子的特殊性使納米銀抗菌膜產(chǎn)生了多種普通包裝材料無法比擬的優(yōu)異特性，這些特性給食品包裝行業(yè)帶來更多機(jī)遇。隨著食品行業(yè)的不斷發(fā)展，納米銀抗菌包裝膜將會(huì)在食品儲(chǔ)藏保鮮領(lǐng)域得到更廣泛的關(guān)注。

但是，由于納米銀粒子對(duì)人體具有一定的危害性，在納米銀抗菌膜的研究中應(yīng)盡快建立起合理的安全性評(píng)價(jià)方法體系，這對(duì)納米銀在食品包裝領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要。同時(shí)，納米銀包裝膜還存在一些問題有待進(jìn)一步研究：食品抗菌包裝膜中納米銀本身的穩(wěn)定性、抗菌膜在使用環(huán)境中其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的穩(wěn)定性、納米銀在與食品接觸時(shí)其與食品之間的相互作用關(guān)系等。這些問題的研究和解決將會(huì)促進(jìn)納米銀在食品保藏方面的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展。