CN101537892B - 使用聚合物膜包装活体微生物菌剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用聚合物膜包装活体微生物菌剂的方法。所述的包装膜是经过双氧水灭菌或γ-射线灭菌、且氧气透过量为20-3000cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为≤15g/(m2·24h)的聚乙烯膜、聚丙烯膜等。可将该包装膜制成包装袋在无菌条件下进行手工包装，或制成卷材在自动包装机上进行包装。采用所述包装膜能够保证内容物中的活体微生物对氧气的需求，确保菌体存活，并能防止杂菌污染，延长产品保存期。
Description
【技术领域】
本发明涉及液体制剂包装材料，更具体地，本发明涉及用于活体微生物菌剂的包装膜及其使用方法。
【背景技术】
以液体深层发酵法生产的各种农用微生物菌剂含有大量的活体微生物，例如根瘤菌、固氮螺菌、荧光假单胞杆菌、胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等，应用这些微生物菌剂时，微生物活体在田间与农作物建立密切联系，例如结瘤、固氮、产生植物生长刺激素、在根际定殖、对其他植物病原微生物产生拮抗性、降解土壤中的矿质元素等，起到促进作物生长、抗病、增产、恢复土壤微生态平衡的作用。因此，活体微生物菌剂产品中活体微生物的存活数量是产品质量的重要指标，也是直接影响产品应用效果的主要因素。
为了向产品中的活体微生物提供一定的氧气供给，所以选择合适的透气包装材料对活体生物菌剂的产品质量具有重要的意义。
例如中国专利申请CN 200710189785.1公开了一种食品包装膜，包括中间层及其内、外两侧的粘合剂层及与它们结合为一体的内层和外层所组成，中间层为聚偏二氯乙烯，粘合剂层为EVA粘合树脂，内层为聚乙烯，外层为聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺的其中一种。但是，该申请并没有公开所述包装膜的透气性，因此无法判断所述包装膜是否适用于包装活体微生物菌剂。
目前大部分液体农用活体微生物菌剂(如液体根瘤菌剂等)所采用的包装是塑料瓶或玻璃瓶，然而采用瓶装包装存在以下明显缺点：
1、一般塑料瓶、玻璃瓶等包装透气性差，不利于微生物菌剂中活体微生物的存活；
2、包装瓶灭菌方法繁琐，作为液体根瘤菌剂等液体农用微生物菌剂的包装瓶必须经过灭菌才能使用，对包装瓶进行灭菌的方式主要是高压蒸汽灭菌，或采用甲醛、硫磺、环氧乙烷等化学药剂进行熏蒸灭菌；高压蒸汽灭菌彻底、效果好，但能耗高、繁琐，需要有专门的高压蒸汽灭菌设备；化学药剂熏蒸对环境有污染、对人体有伤害，而且需要有专门密闭的空间；
3、采用包装瓶进行自动无菌灌装，灌装线占用空间大、用工较多，包装流程繁琐，一般包括包装瓶灭菌、包装瓶冷却、上瓶、理瓶、灌装、(先上盖)压盖、贴标、装箱等工序；
4、采用包装瓶进行自动无菌灌装，需要对整个灌装区域进行无菌环境控制(百级洁净要求)才能做到无菌灌装，无菌环境控制对生产设施要求高，由于灌装线占用空间大，因此生产消耗大；
5、采用瓶装包装，原材料消耗多，成本高，且玻璃瓶包装易碎，包装瓶占用空间大，保存、运输成本较高。
因此，对产品包装进行更新是提高产品质量、延长保存期、降低活体微生物菌剂生产成本的有效途径。
中国发明专利申请CN 200710150795.4公开了一种能够调节包装内部的气体成分的包装膜，其原料制成为：聚合物基材75-98％，分子筛1.5-20％，增塑剂0.5-5％。但是由于没有公开透气性和透水性能，因此依然不能判断是否适用于包装活体微生物制剂。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是为了确保活体微生物菌剂产品中活体微生物在保存期内的存活，提供一种使用具有适当氧气和水蒸气透过量的聚合物膜包装活体微生物菌剂，特别是农用活体微生物菌剂的方法。
[技术方案]
为了实现上述目的，本发明提供一种使用聚合物膜包装活体微生物菌剂的方法，其中该方法步骤如下：
选择氧气透过量为20-3000cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为≤15g/(m2·24h)的聚合物膜；
对所述聚合物膜进行灭菌，然后；
在无菌环境下使用所述聚合物膜包装活体微生物菌剂。
优选地，所述聚合物膜是聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯-聚丙烯、尼龙-聚丙烯或尼龙-聚乙烯复合膜
在本发明中，所述的聚乙烯膜是目前市场上销售的产品，例如杭州鑫辉塑料制品有限公司以商品名LDPE塑料包装膜销售的聚乙烯膜。
所述的聚丙烯膜是目前市场上销售的产品，例如中国浙江大东南集团公司以商品名功能性BOPP薄膜——珠光膜销售的聚丙烯膜。
所述的聚乙烯-聚丙烯复合膜是目前市场上销售的产品，例如河北天衣软包装有限公司以商品名双向拉伸聚丙烯(BOPP)/低密度聚乙烯(LDPE)复合膜销售的聚乙烯-聚丙烯复合膜。所述的尼龙-聚丙烯复合膜是目前市场上销售的产品，例如杭州新光塑料有限公司以商品名共挤流延聚丙烯(CPP)薄膜销售的尼龙-聚丙烯复合膜。
所述的尼龙-聚乙烯复合膜是目前市场上销售的产品，例如哈尔滨兴达包装制品有限公司以商品名双向拉伸尼龙(BOPA)/低密度聚乙烯(LDPE)复合膜销售的尼龙-聚乙烯复合膜。
在本发明范围内，所述氧气透过量的测定方法是依据GB/T1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》的方法；所述水蒸气透过量的测定方法是依据GB/T1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸汽性能试验方法杯式法》的方法。
在本发明范围内，其中包括聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯-聚丙烯复合膜等在内的包装膜的厚度不是特别关键的，现有的液体制剂包装膜厚度通常为0.06-0.20mm，这些包装膜在满足本发明提出的氧气透过量和蒸气透过量要求下均可用于本发明包装活体微生物菌剂。
由于农用微生物菌剂的发酵及后处理生产是在无菌条件下进行的，所以只有在无菌条件下才能得到纯培养发酵菌液，纯培养发酵菌液只有在无菌条件下进行浓缩、添加保护剂，利用灭菌包装材料进行无菌包装才能生产出纯培养、无杂菌的微生物菌剂产品。本技术领域的技术人员都知道防止杂菌污染是农用微生物菌剂生产成败的关键，也是产品质量控制的重要因素。因此，选择适当的包装材料灭菌方法和无菌包装方式对于农用微生物菌剂是至关重要的。
在本发明中，所述包装膜的灭菌采用本领域技术人员通常使用的灭菌技术，优选地采用双氧水灭菌或γ-射线灭菌。其中，双氧水灭菌一般是在箱式包装机的膜灭菌系统中进行，包装膜首先由供膜机构摆式储膜辊进入双氧水槽浸泡、灭菌，然后通过硅胶刮刀去除该包装膜上附着的双氧水，最后，在拉膜辊的作用下这种膜进入紫外灯箱系统，去除这种膜上残存的双氧水。双氧水槽中的双氧水浓度优选地控制为33％～35重量％，双氧水浓度低于32重量％时，应该更换双氧水，灭菌温度为30-38℃，最佳灭菌温度为35℃。经灭菌后的包装膜在包装系统中完成全自动液体包装或制袋过程。
γ-射线灭菌通常是在装有钴源的辐照室内进行的。将包装材料装入砣箱(进入辐照室的包装)，根据装载密度设计装载模式，在砣箱最低检测点放置照射剂量检测探头，然后进行辐照灭菌，辐照剂量控制为6～35kGy。当仪器检测辐射剂量达到规定的数值时，将砣箱运出辐照室，完成辐照灭菌过程。其辐照时间应根据钴源活度不同而不同。
根据本发明，按照上述要求经过双氧水灭菌或γ-射线灭菌的包装膜都可以满足活体微生物制剂无菌包装要求。
采用上述具有恰当氧气透过量和水蒸气透过量的包装膜包装活体微生物菌剂可以为内容物中的活体微生物提供氧气，有利于活体微生物的存活。
在本发明范围中，“活体微生物菌剂”是指在好氧菌制剂或兼性好氧菌制剂，其中兼性好氧菌是指在有氧气或无氧条件下都可以存活，有氧时通过呼吸产能，无氧时通过发酵或无氧呼吸产能。本发明的“活体微生物菌剂”包括但不限于非芽孢菌剂和芽孢菌剂，其中非芽孢菌剂包括但不限于根瘤菌剂、荧光假单胞杆菌剂、巴西固氮螺菌剂、粪产碱菌菌剂、阴沟肠杆菌菌剂、日沟维肠杆菌菌剂、产酸克雷伯菌菌剂或光合细菌剂；芽孢菌剂包括但不限于苏云金芽孢杆菌剂、胶质芽孢杆菌剂、多黏芽孢杆菌菌剂、环状芽孢杆菌菌剂、枯草芽孢杆菌菌剂、蜡状芽孢杆菌菌剂、地衣芽孢杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂或巨大芽孢杆菌菌剂。
本发明所述包装膜的使用方法是本技术领域的技术人员熟知的常规方法，例如将所述包装膜制成卷材，安装在自动无菌液体包装机上进行包装；也可以将所述包装膜制成包装袋在无菌条件下进行手动或机器包装。
在本发明中，所述全自动无菌液体包装机为现有的箱式包装机，这类设备一般包括装膜系统、包装膜双氧水灭菌系统、无菌包装系统、主控系统、灯箱系统等部分，可自动完成包装膜的双氧水灭菌、烘干，在无菌状态下完成制袋、灌装、计量、日期打印、成品输出等全过程，其包装简要流程见图8。所述包装机主要特征是采用双氧水对包装膜进行灭菌，灌装过程在无菌、正压的包装系统中进行，全部包装流程均在箱式设备中完成，包装设备置于普通的室内环境中即可满足无菌包装要求。
上述包装机例如选用河北世创食品机械科技有限公司销售的SYBW-3000、YBW-6000型、广州乐惠包装机械有限公司销售的LP6CA02型、石家庄6411工厂销售的YWG-1B型、哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II、SWYB-I型、香港建技销售的DJ-2A型设备。
也可将本发明所述包装膜制成包装袋，将包装膜进行γ-射线辐照灭菌或双氧水灭菌后，在无菌条件下进行手动灌装或机器灌装。
[有益效果]
通过使用本发明的透气包装膜，液体制剂包装全过程均在箱式全自动无菌液体包装机设备中完成，包装设备置于普通的室内环境即可。这样包装的液体菌剂可有效防止杂菌污染，有利于菌剂中的活性微生物对氧气的需求和存活，延长菌剂的保存期。而且通过上述包装方法获得产品体积较瓶装产品体积小，明显便于运输。
【说明书附图】
图1为实施例2的花生根瘤菌保存试验结果图；
图2为实施例3的苜蓿根瘤菌保存试验结果图；
图3为实施例4紫云英根瘤菌保存试验结果图；
图4为实施例5荧光假单胞杆菌保存试验结果图；
图5为实施例6巴西固氮螺菌保存试验结果图；
图6为实施例7聚乙烯包装膜保存巴西固氮螺菌试验结果图；
图7为实施例8聚丙烯膜保存苏云金芽孢杆菌试验结果图；
图8为实施例9低密度聚乙烯包装膜保存慢生大豆根瘤菌试验结果图；
图9为实施例10聚乙烯与聚丙烯复合膜保存大豆根瘤菌试验结果图；
图10为液体袋装根瘤菌剂无菌包装方法流程图。
【具体实施方式】
下述实施例只是用于让人们更清楚地理解本发明，而不限制本发明的保护范围。
实施例1
选用氧气透过量为34cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.45g/(m2·24h)的尼龙与聚丙烯的复合塑料卷材包装膜包装慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)菌液，采用放置在室内环境中的哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II型全自动无菌液体包装机进行包装，包装过程如图10所示。包装膜灭菌方式为包装机内双氧水灭菌，和先采用γ-射线灭菌再进行双氧水灭菌。机内双氧水灭菌双氧水槽中的双氧水浓度为34％，灭菌温度为35℃；γ-射线灭菌的照射剂量为10kGy。经过这两种灭菌方式的包装膜分别灌装同一批次发酵培养生产的慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobiumjaponicum)菌液。产品在20～22℃下保存7d，依据GB20287-2006《农用微生物菌剂》标准检测产品活菌数和杂菌率，7天后的检测结果见表1。
表1
从表1可以看出，经过两种灭菌方式处理后的包装膜灌装大豆根瘤菌菌液，经过7天的保存后，大豆根瘤菌的活菌数与灌装菌液初始活菌数相比没有降低，说明两种包装膜灭菌方式及灌装方式对大豆根瘤菌的存活没有明显影响。而且产品中未检出杂菌，说明经过这两种灭菌方法处理过的包装膜对于包装大豆根瘤菌菌液是有效、可行的。
实施例2
选用氧气透过量为30cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.5g/(m2·24h)的低密度聚乙烯与尼龙的复合包装膜制作成包装袋，对包装袋进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为6kGy，然后用灭菌的包装袋在无菌环境下人工手动灌装花生根瘤菌(Bradyrhizobium vigna)液体。产品在20～22℃下分别保存15d、30d、60d、90d、150d、180d，依据GB20287-2006标准检测产品活菌数、杂菌率。多次检验结果显示，均未有杂菌被检出，活菌平板计数结果趋势见图1。
如图1所示，选用氧气透过量为30cm3/(m2·24h·0.1Mpa)，水蒸气透过量为2.5g/(m2·24h)的聚乙烯与尼龙的复合材料包装膜在包装液体花生根瘤菌剂，保存180天后产品仍具有20亿/ml的活菌数，表现出高质量的产品水平。说明所选用的聚乙烯与尼龙的复合材料包装膜适合花生根瘤菌的保存，所采用的包装袋灭菌方式和无菌手动灌装方式是有效的，控制了杂菌污染。
实施例3
选用氧气透过量为30cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.5g/(m2·24h)的低密度聚乙烯(LDPB)与尼龙的复合塑料卷材包装膜，包装液体苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)菌液，采用放置在室内环境中的哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II型全自动无菌液体包装机进行包装，机内双氧水灭菌双氧水槽中的双氧水浓度为33％，灭菌温度为33℃；同时在无菌条件下利用无菌具塞玻璃瓶(无菌滴流瓶)手动灌装同一批次苜蓿根瘤菌液体，装满菌液，盖好瓶塞后用石蜡密封。产品在10℃下分别保存，在15d、30d、60d、90d、180d、240d、360d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数，结果见图2。
如图2所示，两种包装的保存效果存在很大的差异，本发明选用的透气包装膜使产品活菌数下降缓慢，保持在相对稳定的水平，而密闭不透气的包装瓶导致产品活菌数呈显著下降的趋势，表明具备适当透氧性的包装膜有利于苜蓿根瘤菌的存活。
实施例4：
选用氧气透过量为1600cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.8g/(m2·24h)的聚乙烯塑料卷材包装膜包装紫云英根瘤菌菌液，先将包装膜进行γ-射线辐照灭菌，再采用放置在室内环境中的哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II型全自动无菌液体包装机进行包装，机内双氧水灭菌双氧水槽中的双氧水浓度为35％，灭菌温度为37℃。产品在20～22℃下保存，分别在15d、30d、60d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果趋势见图3。
从图3显示的趋势看出，所采用的包装膜和包装方式2个月内使紫云英根瘤菌保持在较高的菌数，对紫云英根瘤菌菌剂是可行的包装方法。
实施例5：
选用氧气透过量为2100cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为4.1g/(m2·24h)的聚乙烯塑料卷材包装膜，包装荧光假单胞杆菌菌液，采用放置在室内环境中哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II型全自动无菌液体包装机进行包装，机内双氧水灭菌双氧水槽中的双氧水浓度为33％，灭菌温度为31℃。产品在20～22℃下保存，分别在15d、30d、60d、90d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果趋势见图4。
从图4可以看出，所采用的包装膜和包装方式3个月内使荧光假单胞杆菌保持在较高的菌数，是荧光假单胞杆菌可行的一种包装方法。
实施例6
利用氧气透过量为34cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.45g/(m2·24h)的尼龙与聚丙烯的复合包装膜，包装巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)菌液；先将包装膜制成袋，进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为15kGy，在无菌环境下人工手动灌装巴西固氮螺菌(Azospirillumbrasilense)菌液，产品在室温(20～28℃)下保存，分别在15d、30d、60d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果见图5。
从图中显示的结果看出，所采用的包装膜和包装膜灭菌方式2个月内使巴西固氮螺菌保持在较高的菌数(＞10亿/ml)。
实施例7
利用氧气透过量为80cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸汽透过量为12g/(m2·24h)的双向拉伸聚丙烯BOPP珠光膜，包装巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)菌液；先将包装膜制成袋，进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为30kGy，在无菌环境下人工手动灌装巴西固氮螺菌(Azospirillumbrasilense)菌液，产品在室温(20～28℃)下保存，分别在15d、30d、60d、90d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果见图6。
从图中显示的结果看出，所采用的包装膜和包装膜灭菌方式2个月内使巴西固氮螺菌保持在较高的菌数(＞20亿/ml)。
实施例8
利用氧气透过量为2700cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为8g/(m2·24h)的低密度聚乙烯塑料卷材包装膜，包装苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)菌液；先将包装膜制成袋，进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为20kGy，在无菌环境下人工手动灌装苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)菌液，产品在室温(20～28℃)下保存，分别在30d、60d、90d、120d、180d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果见图7。
从图中显示的结果看出，所采用的包装膜和包装膜灭菌方式6个月内使苏云金芽孢杆菌保持在较高的菌数(＞40亿/ml)。
实施例9
利用氧气透过量为1600cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为2.8g/(m2·24h)的低密度聚乙烯塑料卷材包装膜，包装慢生大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)菌液，先将包装膜进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为25kGy，采用放置在室内环境中哈尔滨赛德包装机械设备有限公司销售的SWYB-II型全自动无菌液体包装机进行包装(包装过程中对包装膜进行双氧水灭菌)。产品在20～22℃下保存，分别在15d、30d、60d、90d、120d、180d、240d、300d、360d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数。结果图8。
从该图显示结果看出，所采用的包装膜和包装方式360天内使大豆根瘤菌保持在较高的活菌数(＞30亿/ml)。
实施例10
利用氧气透过量为400cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为6g/(m2·24h)的聚乙烯与聚丙烯复合塑料包装膜制作成包装袋，将包装袋进行γ-射线辐照灭菌，照射剂量为35kGy，然后用灭菌的包装袋在无菌环境下人工手动灌装大豆根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)液体；产品在4～22℃下保存，分别在15d，30d，60d，90d，150d，180d依据GB20287-2006标准检测产品活菌数、杂菌率。多次检验结果显示，均未有杂菌被检出，活菌平板计数结果趋势见图9。
Claims (10)
1.一种使用聚合物膜包装活体微生物菌剂的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
选择氧气透过量为20-3000cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为≤15g/(m2·24h)的聚合物膜；
所述聚合物膜进行灭菌，然后；
在无菌环境下使用所述聚合物膜包装活体微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述聚合物膜是聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯-聚丙烯、尼龙-聚丙烯或尼龙-聚乙烯复合膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述活体微生物菌剂是非芽孢菌剂或芽孢菌剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述非芽孢菌剂选自根瘤菌剂、荧光假单胞杆菌剂、巴西固氮螺菌剂、粪产碱菌菌剂、阴沟肠杆菌菌剂、日沟维肠杆菌菌剂、产酸克雷伯菌菌剂或光合细菌剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述芽孢菌剂选自苏云金芽孢杆菌剂、胶质芽孢杆菌剂、多黏芽孢杆菌菌剂、环状芽孢杆菌菌剂、枯草芽孢杆菌菌剂、蜡状芽孢杆菌菌剂、地衣芽孢杆菌菌剂、短小芽孢杆菌菌剂或巨大芽孢杆菌菌剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述灭菌是双氧水灭菌或γ-射线灭菌。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的双氧水灭菌是在灭菌温度30-38℃下用重量浓度33％～35％双氧水进行灭菌。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的γ-射线灭菌的辐照剂量为6～35kGy。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述包装膜制成卷材，安装在自动无菌液体包装机上进行所述活体微生物菌剂包装。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述包装膜制成包装袋，再进行所述活体微生物菌剂包装。
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