TW201632075A - 包括抗微生物組合物之包裝用材料 - Google Patents

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菲斯克 傑米 Ｌ 科帝斯
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Abstract

提供將某些抗微生物組合物與基板組合之材料，以提供適用於包裝食物產品諸如肉類產品之材料。在一個態樣中，本發明提供一種適用於包裝之材料，其包括(a)基板及(b)抗微生物組合物，所述抗微生物組合物包括：(i)活性抗微生物劑及(ii)載劑，其中所述抗微生物組合物為水凝膠。

Description

包括抗微生物組合物之包裝用材料
本發明係關於包括抗微生物組合物之適用於包裝之材料。此類材料可特別適用於食物包裝應用。
在包裝食物行業中，尤其在新鮮肉類在塑膠材料中的包裝中，保護肉類免於細菌及細菌生長對於肉類加工商、包裝商及零售商而言極其重要。在新鮮肉類空間中，成本有效性及持久的抗微生物功效為重要考慮因素。新鮮牛肉、豬肉及家禽市場中之大部分商業抗微生物技術為屠體應用，其使用抗微生物噴霧或浴液以將抗微生物劑施加至屠體上。
所期望的是在新鮮肉類之製備及包裝中沿著供應鏈提供多個病原體障礙。因此，大量研究已進行至開發沿著包裝傳遞或與包裝一起傳遞之抗微生物溶液。許多技術已試圖包含(例如)：將抗微生物劑直接結合至包裝材料中(例如經由混配或摻合)；將抗微生物劑固定至包裝上(例如經由表面處理、反應性鍵結等)，經由聚合物樹脂之官能化(例如四級銨聚合物)結合抗微生物劑，及經由施加至包裝表面上 之塗料來傳遞抗微生物劑。此等技術中之每一者具有嚴重的侷限性。將抗微生物劑結合至包裝材料中受到抗微生物劑之溫度與擠出溫度的相容性限制(大部分有機抗微生物劑不相容)。使用抗微生物劑(例如溫度穩定的基於金屬之粒子，如銀)可引起所述試劑浸出至包裝材料之外及浸出至食物上。另外，某些抗微生物劑可誘發與新鮮肉類相關的感官(例如酸、精油等)的變化。聚合物為了包含具有抗微生物特性之官能基的官能化通常不具成本效益。用抗微生物劑塗佈包裝表面亦不有效，因為此類塗料通常為水基的且因此自食物表面滴瀝且聚集在包裝中之凹處中。最後，將抗微生物劑固定至包裝基板上固有地降低抗微生物劑之移動性且影響功效。
由此，將期望具有替代方法以便在食物包裝且尤其新鮮肉類包裝中提供抗微生物劑。
本發明之某些抗微生物組合物與基板為了提供適用於如本文所述包裝之材料的組合有利地解決許多與先前為了提供食物包裝中之抗微生物劑的嘗試相關的侷限性。舉例來說，在各種實施例中，本發明提供適用於包裝之材料，其有助於包裝及食物表面兩者之適當覆蓋與適當食物接觸時間(相對於水基系統顯著延長)，同時維持抗微生物劑之移動性。
在一個態樣中，本發明提供一種適用於包裝之材料，其包括(a)基板及(b)抗微生物組合物，所述抗微生物組合物包括：(i)活性抗微生物劑及(ii)載劑，其中所述 抗微生物組合物為水凝膠。在一些實施例中，所述抗微生物組合物在介於2℃與12℃之間的溫度下為水凝膠。在各種實施例中，由與食物(例如新鮮肉類)接觸之包裝材料傳遞或攜帶之抗微生物組合物有助於活性抗微生物劑於食物之表面上的延長的接觸時間。此外，活性抗微生物劑可在載劑之基質中保持充分移動，允許其自由行進至感染部位，且由此相對於替代方法改進功效。
此等及其他實施例更詳細地描述於【實施方式】中。
圖1為示出實例1之結果的條形圖。
圖2為示出實例2之結果的條形圖。
圖3為示出實例3之結果的條形圖。
圖4為示出實例4之結果的條形圖。
圖5為示出實例5之結果的條形圖。
圖6為示出實例6之結果的條形圖。
圖7為示出實例7之結果的條形圖。
除非本文中另外規定，否則百分比為重量百分比(重量%)且溫度以℃為單位。「食物表面」為任何食物產品之外表面。食物產品包含(但不限於)肉類、乳酪、水果及蔬菜。肉類為旨在用作食物之動物的肉。動物包含哺乳動物(例如牛、豬、綿羊、水牛等)、禽類(例如雞、火雞、鴨、 鵝等)、魚及貝類。肉類包含新鮮肉類(例如動物屠體、經切割的肉塊等)、經加工肉類及經加工肉類產品，諸如香腸、臘肉、肉塗抹食品、肉類熟食、肉片及碎肉。所述肉類可包含例如待在冷藏條件下(例如在2到6℃之溫度下)儲存、運輸、陳列及/或銷售之新鮮肉類、經加工肉類及經加工肉類產品。「肉類表面」為任何肉類產品之外表面。
在屠宰動物之後，肉類通常以多種方式加工，隨後包裝以便銷售給消費者。在某些肉類產品(例如牛排、雞胸等)之情況下，肉類可能僅經切割及修整至較小大小。作為另一實例，諸如肉類熟食之肉類產品可經切割、調味、烹熟且接著切片。肉類可以本領域中熟習此項技術者已知之多種其他方式製備。在製備及/或加工以便準備銷售給消費者後，肉類以多種方式包裝。
在某些時候，在包裝之前或之後，將肉類冷藏或冷凍。經包裝肉類期望地保持冷藏或冷凍，直至由消費者購買及/或使用。在冷藏的肉類之情況下，肉類及含有肉類之包裝通常保持介於2℃與6℃之間，通常4℃。此通常為新鮮肉類在零售商店中銷售之情形。在某些情形中，沿著供應鏈(例如介於肉類加工商與零售場所之間)之冷藏溫度可存在變化，使得肉類包裝之儲存溫度可介於4℃與12℃之間。在介於所述範圍(2℃與12℃)內之溫度下，肉類表面上保持細菌生長之可能性，即使在包裝之後。此外，在所述領域中已熟知，與在其他溫度下相比，在2℃與12℃之間，肉類表面上之細菌組成可極大不同。此外，肉類表面上之細菌組成通常 亦在2℃至12℃之溫度範圍內極大不同。因此，本發明之實施例係有關適用於包裝之材料，其可與經包裝肉類產品一起使用，以在介於2℃與12℃之間的溫度下防止及/或抑制肉類表面上之細菌的生長。本發明之一些實施例係有關適用於包裝之材料，其可與經包裝肉類產品一起使用，以在寬範圍溫度(包含低於2℃及/或大於12℃之溫度)下防止及/或抑制肉類表面上之細菌的生長。
在一個態樣中，本發明提供一種適用於包裝之材料，其包括(a)基板及(b)抗微生物組合物，所述抗微生物組合物包括：(i)活性抗微生物劑及(ii)載劑，其中所述抗微生物組合物為水凝膠。術語「水凝膠」在本文中以與本領域中熟習此項技術者之理解一致的方式使用。一般而言，水凝膠係指非流體膠狀網狀結構或聚合物網狀結構，其主要利用水在其整個體積中膨脹。當切成兩片時，水凝膠通常將不再結合形成單一單元，而非凝膠的黏性液體將隨時間推移失去形狀且兩片將再結合。
在一些實施例中，抗微生物組合物在介於2℃與12℃之間的溫度下可為水凝膠。作為水凝膠，抗微生物組合物有助於延長於食物之表面上的活性抗微生物劑的接觸時間。此外，活性抗微生物劑可在載劑之基質中保持充分移動，允許其自由行進至感染部位，且由此相對於替代方法改進功效。
許多活性抗微生物劑可以如下文進一步論述般使用。另外，許多載劑可以如下文進一步論述般使用。在一 些實施例中，抗微生物組合物進一步包括抗氧化劑、界面活性劑、穩定劑、緩衝劑、清除劑(例如氣味、氧氣、濕氣等)及其他添加劑，以及不同添加劑之組合。在一些實施例中，基板為聚合膜。
在一些態樣中，本發明係關於一種包裝，其包括本文所描述之適用於包裝的材料中之任一者。在一些實施例中，抗微生物組合物在包裝的組裝之前施加至基板之表面上。在其他實施例中，抗微生物組合物在包裝的組裝之後施加至基板之內表面上。在某些其他實施例中，包裝包括食物產品，諸如肉類產品。在一些實施例中，抗微生物組合物與食物產品接觸。雖然在一些實施例中，抗微生物組合物與食物產品接觸，但在一些實施例中，包裝材料之基板形成部分之內表面可不必與食物產品接觸。舉例而言，雖然基板之內表面(或基板之內表面之一部分)可不與食物產品接觸，但抗微生物組合物可隨時間推移仍在食物產品之表面上滴瀝及擴散。在其他實施例中，基板之內表面(或基板之內表面之一部分)以及抗微生物組合物可與食物產品接觸。
本發明之材料可適合於防止或抑制多種細菌之生長，包含(例如)：(a)大腸桿菌(Escherichia coli)，包含產志賀毒素大腸桿菌(Shiga Toxin producing Escherichia coli，STEC)(亦包含產Vero毒素大腸桿菌(Verotoxin-producing Escherichia coli)之菌株，其與重度併發症溶血性-尿毒症性症候群(HUS)有關)；腸出血性大腸桿菌(EHEC)、已由美國農業部(U.S. Department of Agriculture)聲明為非完好生牛肉中之摻雜物的腸出血性大腸桿菌之產志賀樣毒素大腸桿菌(STEC或SLTEC)(STEC之特定七種血清型包含(O157：H7、O26、O103、O45、O111、O121及O145)，溶血性尿毒症性症候群相關的腸出血性大腸桿菌(HUSEC)及產Vero細胞毒素大腸桿菌或產Vero毒素大腸桿菌(VTEC)；(b)其他大腸桿菌菌株，其已經由其他毒性特性不同地指代，諸如腸侵襲性(EIEC)、腸病原性(EPEC)、腸產毒性(ETEC)、腸聚集性(EAEC或EAgEC)；(c)沙門氏菌屬(Salmonella species)，包含(但不限於)基於血清分型具有以下亞種之腸道沙門氏菌(Salmonella enterica)菌株：腸炎(Enteritidis)、肯塔基(Kentucky)、鼠傷寒(Typhimurium)、鼠傷寒協變V(Typhimurium Covariant V)、海德堡(Heidelberg)、哈達(Hadar)、紐波特(Newport)、喬治亞(Georgia)、阿貢納(Agona)、格蘭扁(Grampian)、山夫登堡(Senftenberg)、阿拉楚阿(Alachua)、嬰兒(Infantis)、雷丁(Reading)、胥伐成格隆(Schwarzengrund)、姆班達卡(Mbandaka)、蒙特維的亞(Montevideo)、貝塔(Berta)及湯蔔遜(Thompson)；(d)假單胞菌屬(Pseudomonas species)(包含莓實假單胞菌(P.fragi)、海雀假單胞菌(P.lundensis)、螢光假單胞菌(P.fluorescens))；(e)彎曲桿菌屬(Campylobacter species)(包含空腸彎 曲桿菌(Campylobacter jejuni))；(f)產氣莢膜梭菌(Clostridium perfringens)；肉毒梭菌(Clostridium botulinum)；(g)李氏菌屬(Listeria species)(包含單核球增多性李氏菌(Listeria monocytogenes))；(h)志賀桿菌屬(Shigella spp.)(包含血清型A、B、C及D)；(i)葡萄球菌屬(Staphylococcus species)，包含金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)(包含甲氧西林耐藥性葡萄球菌(Methicillin resistant Staphylococcus)且包含引起葡萄球菌腸炎之種屬)；(j)鏈球菌屬(Streptococcus species)；(k)弧菌屬(Vibrio species)，包含霍亂弧菌(Vibrios cholera)(包含血清型O1及非O1、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)及創傷弧菌(Vibrio vulnificus))；(1)耶爾森菌屬(Yersinia species)，包含小腸結腸炎耶爾森氏菌(Yersinia enterocolitica)及假結核病耶爾森菌(Yersinia pseudotuberculosis)；(m)不動桿菌屬(Acinetobacter species)(包含約氏不動桿菌(Ac.johnsoni))；(n)莫拉菌屬(Moraxella species)；(o)嗜冷桿菌屬(Psychrobacter species)(包含靜止嗜冷桿菌(Psychr.immobilis))；(p)希瓦氏菌屬(Shewanella species)(包含腐敗希瓦氏 菌(Shewanella putrefaciens))；(q)腸桿菌屬(Enterobacter species)；(r)沙雷菌屬(Serratia species)；(s)乳桿菌屬(Lactobacillus species)；及/或(t)熱死環絲菌(Brochothrix thermosphacta)。
多種活性抗微生物劑可用於各種實施例以抑制或防止細菌生長。在選擇活性抗微生物劑方面之一個重要因素為待經抗微生物組合物靶向之細菌的類型。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括一種或多種四級銨鹽。適合用於本發明之實施例的四級銨鹽包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。較佳地，四級銨鹽具有至少一個芳香族取代基(例如吡錠或苯甲基)。較佳地，四級銨鹽具有至少一個C8-C25、較佳地C10-C20烷基。可在一些實施例中使用之四級銨鹽之實例為氯化十六烷基吡錠。可在一些實施例中使用之四級銨鹽之另一實例為氯化二甲基十八烷基[3-(三甲氧基矽烷基)丙基]銨，其為矽烷基四級銨。較佳的四級銨鹽包含針對防止或抑制上列一種或多種細菌之生長有效之彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體四級銨鹽方面之一個因素為待靶向之細菌。
在利用四級銨鹽作為抗微生物劑之實施例中，將其與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。在一個較佳實施例中，水性介質經緩衝，較佳地緩衝至4至9、較佳地5至8.5、較佳地6至8之pH。四級銨鹽在載劑中之 濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括一種或多種胺基酸衍生物。適合用於本發明之實施例的胺基酸衍生物包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。可在一些實施例中使用之一種例示性胺基酸衍生物為乙基-Nα-月桂醯基-L-精胺酸(CAS號60372-77-2，呈鹽酸鹽形式(亦稱為月桂醯精胺酸酯)。較佳的胺基酸衍生物包含針對防止或抑制上列一種或多種細菌之生長有效之彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體胺基酸衍生物方面之一個因素為待靶向之細菌。
在利用月桂醯精胺酸酯作為抗微生物劑之實施例中，將其與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。月桂醯精胺酸酯在抗微生物組合物中之濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括一種或多種有機酸。「有機酸」為含碳及氫原子之化合物，且具有2至6、較佳2.5至5.5、較佳3至5之pKa(在室溫下量測)。舉例而言，可在一些實施例中使用之有機酸包含羧酸。適合用於本發明之實施例的有機酸包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。有機酸可部分或甚至完全呈其電離形式，亦即呈其鹽形式。較佳地，有機酸不含有氮原子。 一種以上有機酸可組合使用。較佳地，有機酸具有二至十個、較佳地二至八個、較佳地三至六個碳原子。可在一些實施例中使用之有機酸之實例包含乳酸、苯甲酸、山梨酸、檸檬酸、乙酸、丙酸及辛酸。在一些實施例中，有機酸包括乳酸。較佳有機酸包含針對防止或抑制上列一種或多種細菌之生長有效之彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體有機酸方面之一個因素為待靶向之細菌。在利用有機酸作為抗微生物劑之實施例中，將其與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。有機酸在抗微生物組合物中之濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括一種或多種肽。適合用於本發明之實施例的肽包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。可在一些實施例中使用之肽之實例包含例如乳鏈菌肽(nisin)、ε-聚離胺酸、細菌素及大腸桿菌素(colicin)；較佳為乳鏈菌肽及ε-聚離胺酸。較佳肽包含針對防止或抑制上列一種或多種細菌之生長有效之彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體肽方面之一個因素為待靶向之細菌。在利用肽作為抗微生物劑之實施例中，將其與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。肽在抗微生物組合物中之濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文 中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括基於金屬之抗微生物劑。適合用於本發明之實施例的基於金屬之抗微生物劑包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。在一些實施例中，此類基於金屬之抗微生物劑之實例包含基於銀之抗微生物劑、基於鋅之抗微生物劑以及基於銅之抗微生物劑。此類基於金屬之抗微生物劑可呈本領域中已知適用於食物應用之任何形式，包含(例如)金屬鹽、金屬氧化物、奈米粒子、負載至無機材料(如沸石及黏土)上之金屬及其組合。較佳的基於金屬之抗微生物劑包含針對防止或抑制上列一種或多種細菌之生長有效之彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體基於金屬之抗微生物劑方面之一個因素所述待靶向之細菌。在利用基於金屬之抗微生物劑之實施例中，將其與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。基於金屬之抗微生物劑在載劑中之濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，活性抗微生物劑包括噬菌體。適合用於本發明之實施例的噬菌體包含例如在抑制細菌(包含腐敗細菌)生長中有效之彼等。較佳噬菌體包含針對先前列出之細菌有效的彼等。在選擇用於本發明之一些實施例之具體噬菌體方面之一個因素為待靶向之細菌。
在利用噬菌體作為抗微生物劑之實施例中，將其 與載劑(如下文更詳細地描述)一起作為抗微生物組合物之一部分施加至食物表面上。較佳地，液體載劑為水性介質。在一個較佳實施例中，水性介質經緩衝，較佳地緩衝至4至9、較佳地5至8.5、較佳地6至8之pH。噬菌體在抗微生物組合物中之濃度可基於其活性、抗微生物組合物之目標黏度、食物產品之量及/或表面積以及根據本文中之教示的其他因素選擇。
在一些實施例中，本發明之抗微生物組合物不包含噬菌體或噬菌體之組合作為唯一活性抗微生物劑。舉例而言，本發明之實施例針對預防或抑制細菌在低溫(例如2℃至12℃之冷藏溫度)下生長。應理解，噬菌體在低溫下較不有效，歸因於噬菌體繁殖所需的微生物活性較低，使得在本發明之一些實施例中，包含其在內可為較不期望的。舉例而言，可能需要較高濃度之噬菌體，以獲得相當於在其中細菌具活性之較高溫度下之活性的抗細菌活性。噬菌體之另一限制為將需要許多個別噬菌體之混合液來靶向可能在例如肉類包裝中發現之廣泛範圍的細菌，因為噬菌體對個別細菌菌株具特異性。因此，在一些實施例中，在使用噬菌體之程度上，一種或多種噬菌體可與本文所揭示之另一不為噬菌體之活性抗微生物劑組合使用。在一些實施例中，抗微生物組合物不包含任何噬菌體。
除以上活性抗微生物劑之外，在本發明之一些實施例中，還可使用在防止或抑制細菌生長方面有效之其他活性抗微生物劑。此類活性抗微生物劑之實例可包含例如天然 衍生的抗微生物劑，包含精油，諸如肉豆蔻(Myristica fragrans)、牛至(Origanum vulgare)、香葉天竺葵(Pelargonium graveolens)、胡椒(Piper nigrum)、丁香(Syzygium aromaticum)、百里香(Thymus vulgaris)；精油萃取物及其他天然衍生的活性成分，諸如冰片、δ-3-蒈烯、香芹酚、香芹酚甲酯、順式/反式檸檬醛、丁香酚、香草醇、瑞香草酚、α-萜品醇、萜品-4-醇、(±)-沉香醇、(-)-側柏酮、乙酸香葉酯、橙花醇、薄荷酮、β-蒎烯、R(+)-檸檬烯、α-蒎烯、α-萜品烯、香茅醛、對異丙基甲苯、桂皮醛及乙酸冰片酯；無機鹽，諸如氯化鈉、酸化亞氯酸鈉、次氯酸鈣、偏矽酸鈉及磷酸三鈉。
在一些實施例中，活性抗微生物劑之組合可提供於本發明之抗微生物組合物中。舉例而言，某些活性抗微生物劑可能針對某些種類的細菌更有效，使得抗微生物劑之組合可提供針對較寬範圍細菌的較好功效。在一些實施例中，抗微生物組合物可包括本文所揭示之活性抗微生物劑中之任何兩者或更多者。舉例而言，在一些實施例中，抗微生物組合物可包括噬菌體及至少一種本文所揭示之其他活性抗微生物劑。本領域熟習此項技術者可基於本文中之教示確定活性抗微生物劑之各種組合、相對量以及濃度。
根據本發明，活性抗微生物劑提供於載劑中作為抗微生物組合物。在一些實施例中，載劑可包括使得抗微生物組合物為水凝膠之組分。重要的是，抗微生物組合物具有足夠黏度以在與基板一起提供用於食物包裝材料時有助於與食物產品(例如肉類產品)接觸。抗微生物組合物(尤其呈 水凝膠形式)之黏度可實現活性抗微生物劑與食物或肉類表面之間的延長的接觸時間。另外，抗微生物組合物(尤其呈水凝膠形式)之黏度可有助於活性抗微生物劑保持與載劑之基質一起充分移動的能力，允許試劑自由行進至感染部位。
由於本發明之實施例係有關適用於待在冷藏溫度(2℃至12℃)下加工、裝運及/或儲存之新鮮肉類的包裝之材料，故出於本文所闡述之原因，抗微生物組合物可在所述溫度範圍中為水凝膠。
在本發明之各種實施例中，活性抗微生物劑提供於載劑中以形成抗微生物組合物。載劑在目標溫度範圍下之組分為影響抗微生物組合物之黏度及抗微生物組合物是否為水凝膠的關鍵因素。載劑較佳包括水及流變改質劑，其可以形成水凝膠之方式處理。可包含於本發明之各種實施例中以形成水凝膠之流變改質劑的實例包含纖維素醚聚合物、明膠、果膠、三仙膠、瓜爾膠以及本領域熟習此項技術者可基於本文中之教示鑑別之其他流變改質劑。可選擇流變改質劑之具體類型及量，以便與水及其他組分組合，以在介於2℃與12℃之間的溫度下形成根據本發明之水凝膠。
用於本發明之一些實施例之一種尤其所期望的流變改質劑為纖維素醚聚合物。可在本發明之一些實施例中使用之纖維素醚聚合物之實例包含甲基纖維素聚合物、羥丙基甲基纖維素聚合物及其組合。此類纖維素醚聚合物可以名稱METHOCELTM購自The Dow Chemical Company。可在本發明之實施例中使用之纖維素醚聚合物的量為足以使抗微生物 組合物形成水凝膠之量。
在本發明中，當在37℃下呈溶解狀態時以水凝膠形式存在的特定甲基纖維素聚合物如下。甲基纖維素具有利用1-4個鍵連接之脫水葡萄糖單元。每個脫水葡萄糖單元在2、3及6位處含有羥基。部分或完全取代此等羥基產生纖維素衍生物。舉例而言，用苛性鹼溶液、隨後用甲基化劑處理纖維素纖維得到經一個或多個甲氧基取代之纖維素醚。若不進一步經其他基團取代，則此纖維素衍生物稱為甲基纖維素。
用於本發明方法之特定甲基纖維素的必需特徵為甲基之位置。用於本發明傳遞之組合物包括甲基纖維素，其中脫水葡萄糖單元之羥基經甲基取代，使得s23/s26為0.36或更小，較佳地0.33或更小，更佳地0.30或更小，最佳地0.27或更小或0.26或更小，且尤其0.24或更小或0.22或更小。較佳地，s23/s26為0.08或更大，0.10或更大，0.12或更大，0.14或更大，或0.16或更大。
在比率s23/s26中，s23為僅脫水葡萄糖單元之2及3位的兩個羥基經甲基取代之脫水葡萄糖單元的莫耳分數，並且s26為僅脫水葡萄糖單元之2及6位的兩個羥基經甲基取代之脫水葡萄糖單元的莫耳分數。對於測定s23，術語「僅脫水葡萄糖單元之2及3位的兩個羥基經甲基取代之脫水葡萄糖單元的莫耳分數」意謂2及3位的兩個羥基經甲基取代並且6位為未經取代之羥基。對於測定s26，術語「僅脫水葡萄糖單元之2及6位的兩個羥基經甲基取代之脫水葡萄糖單元的莫耳分數」意謂2及6位的兩個羥基經甲基取代並 且3位為未經取代之羥基。
下文式I圖示脫水葡萄糖單元中之羥基的編號。
在本發明之一個較佳實施例中，脫水葡萄糖單元之羥基經甲基取代，使得甲基纖維素之s23/s26為0.27或更小，較佳地0.26或更小，更佳地0.24或更小，或甚至0.22或更小。在本發明之此實施例中，甲基纖維素之s23/s26較佳地為0.08或更大，0.10或更大，0.12或更大，0.14或更大，0.16或更大，或0.18或更大。製造此實施例之甲基纖維素的方法更詳細地描述在實例中。製造此實施例之甲基纖維素的通用程序描述於國際專利申請案WO 2013/059064，第11-12頁及WO 2013/059065，第11-12頁中。
在本發明之另一較佳實施例中，脫水葡萄糖單元之羥基經甲基取代，使得甲基纖維素之s23/s26大於0.27且至多0.36，較佳地大於0.27且至多0.33，且最佳地大於0.27且至多0.30。其中脫水葡萄糖單元之羥基經甲基取代使得s23/s26為約0.29之甲基纖維素以商標METHOCELTM SG或SGA(The Dow Chemical Company)市售可得。其在相對較低溫度下、在38℃至44℃下以2重量%於水中之濃度膠凝。美 國專利第6,235,893號教示甲基纖維素之1.5重量%水溶液的製備展現31-54℃之起始膠凝溫度，其中大多數展現35-45℃之膠凝溫度。
甲基纖維素較佳地具有1.55至2.25、更佳地1.65至2.20且最佳地1.70至2.10之DS(甲基)。甲基纖維素之甲基取代度DS(甲基)(亦表示為DS(甲氧基))為每個脫水葡萄糖單元中經甲基取代之OH基團的平均數。
甲基纖維素中甲氧基%之測定根據美國藥典(United States Pharmacopeia，USP 34)執行。所獲得的值為甲氧基%。此等隨後轉換為甲基取代基之取代度(DS)。已在轉換中顧及殘餘量的鹽。
當在5℃下以10s-1之剪切速率以2重量%水溶液形式量測時，甲基纖維素之黏度通常為至少2.4mPa˙s，較佳地至少3mPa˙s，且最佳地至少10mPa˙s。當如上所指出量測時，甲基纖維素之黏度較佳為至多10,000mPa˙s，更佳地至多5000mPa˙s，且最佳地至多2000mPa˙s。
本發明之實施例中所使用的載劑可包含其他流變改質劑。在一些實施例中，除纖維素醚聚合物之外，可提供此類流變改質劑。在其他實施例中，纖維素醚聚合物可不與此類流變改質劑一起存在。除水之外，可使用此類其他流變改質劑以構成抗微生物組合物中之活性抗微生物劑之載劑。一般而言，流變改質劑相對於水之量可使用本領域中熟習此項技術者已知的技術測定，以便製備在介於2℃與12℃之間的溫度下呈水凝膠(如本文所述)形式的抗微生物組合 物。
在一些實施例中，流變改質劑可包括明膠。一般而言，可使用批准用於食物應用之任何明膠。較佳地，明膠在介於2℃與12℃之間的溫度下以膠凝形式存在。可在本發明之一些實施例中使用之明膠的非限制性實例包含可購自Sigma-Aldrich Co之明膠。可在本發明之實施例中使用之明膠的量為足以使抗微生物組合物在所期望的溫度下形成水凝膠之量。
可在本發明之一些實施例中使用之其他流變改質劑之實例包含果膠、三仙膠、瓜爾膠及本領域中熟習此項技術者可基於本文中之教示鑑別的其他流變改質劑。可選擇此類流變改質劑在水中之量，以便製備在介於2℃與12℃之間的溫度下呈水凝膠(如本文所述)形式的抗微生物組合物。
如上所指出，除水之外，載劑還可包括多種流變改質劑(例如本文所描述之彼等的組合)。可選擇具體流變改質劑及相對量，以便製備在介於2℃與12℃之間的溫度下呈水凝膠(如本文所述)形式的抗微生物組合物，以及以便避免可能影響抗微生物組合物效能及產品安全性之潛在相容性問題。
除水及流變改質劑之外，在一些實施例中，載劑可包括其他成分。此類成分可包含例如抗氧化劑、界面活性劑、穩定劑、緩衝劑、清除劑(例如氣味、氧氣、濕氣等)以及本領域中熟習此項技術者可基於本文中本發明鑑別之其他成分。在一些實施例中，可包含溶劑，諸如二醇溶劑(例 如丙二醇或甘油)。較佳地，當包含溶劑時，其存在量不超過10重量%，較佳地不超過7重量%，較佳地不超過4重量%，較佳地不超過3重量%，較佳地不超過2重量%。
現將在以下實例中詳細描述本發明之一些實施例。
實例
製備抗微生物組合物
以下許多實例論述活性抗微生物劑作為包括水及流變改質劑之載劑之一部分的應用。
在一些實例中，流變改質劑為纖維素醚聚合物(可以如所說明或如實例中另外描述之METHOCELTM E50形式購自The Dow Chemical Company)。甲基纖維素之儲備溶液藉由以下方式製備：將所說明之METHOCELTM固體聚合物分配在熱水(在至少80℃之溫度下)中，同時攪拌以使聚合物充分混合在水中。接著持續攪拌，同時使溶液冷卻至4℃。溶液接著在4℃下儲存隔夜以完成聚合物水化。抗微生物組合物接著藉由以下方式製備：將甲基纖維素儲備溶液與所說明的活性抗微生物劑及水混合以達成所期望的濃度。
在一些實例中，流變改質劑被稱作「實驗甲基纖維素聚合物」，其通常根據以下程序製造。細粉狀木材纖維素紙漿加載到有夾套的經攪拌反應器中。將反應器抽空並且用氮氣淨化以去除氧氣，且接著再次抽空。反應在兩個階段中進行。在第一階段中，50重量%氫氧化鈉水溶液以纖維素中每莫耳脫水葡萄糖單元2.0莫耳氫氧化鈉之量噴灑至纖維素 上且溫度調節至40℃。在40℃下攪拌氫氧化鈉水溶液及纖維素之混合物約20分鐘之後，將每莫耳脫水葡萄糖單元1.5莫耳二甲醚、2.5莫耳氯甲烷及0.6莫耳環氧丙烷添加至反應器中。接著在60分鐘內將反應器之內含物加熱至80℃。在已達至80℃之後，使第一階段反應繼續進行30分鐘。第二階段之反應藉由以每莫耳脫水葡萄糖單元2.8莫耳當量氯甲烷之量添加氯甲烷開始。氯甲烷之添加時間為10分鐘。接著經90分鐘之時間段以每莫耳脫水葡萄糖單元2.3莫耳氫氧化鈉之量添加50重量%氫氧化鈉水溶液。添加速率為每分鐘每莫耳脫水葡萄糖單元0.026莫耳氫氧化鈉。在第二階段添加完成之後，反應器之內含物接著保持於80℃之溫度下120分鐘。在反應之後，反應器經排放並且冷卻至約50℃。去除反應器之內含物並且轉移至含有熱水之槽中。粗甲基纖維素接著用甲酸中和且用熱水洗除氯化物(利用AgNO3絮凝測試評估)，冷卻至室溫且在55℃下在風掃乾燥器中乾燥。材料接著使用Alpine UPZ磨機使用0.5mm篩研磨。如實例中所闡述，實驗甲基纖維素聚合物可經進一步改質以調節其在置於溶液時之黏度。
在一些實例中，流變改質劑為明膠(可購自Sigma-Aldrich Co.)。明膠溶液藉由以下方式製備：將固體明膠與熱水(在至少80℃之溫度下)混合且攪拌以溶解固體明膠。溶液接著冷卻至約20℃，隨後添加所說明之活性抗微生物劑。抗微生物組合物在4℃下冷藏隔夜以固化凝膠。
功效測試
以下實例評估本發明之抗微生物組合物之一些實施例以及比較實例的功效。除非另外描述，否則調配物之功效如下使用接種有目標細菌之雞皮評估。雞皮自購自雜貨店之雞腿移出，且在異丙醇中沖洗，接著用無菌磷酸鹽緩衝鹽水洗滌數次。將一片約25cm2的雞皮釘至箔盤上以達成固體支撐。自雞皮表面瀝乾任何過量液體。雞皮藉由以下方式接種：將1mL細菌細胞培養物展佈至表面上，且允許細菌在表面上在目標測試溫度下浸泡30分鐘。對於液體/凝膠調配物，將溶液施加至表面上且用一片直徑為2.3cm的圓形聚乙烯(DOWLEXTM 2045G)膜覆蓋。在目標溫度(除非另外說明，否則4℃)下培育後，使用無菌5mm圓形活檢打孔器移出雞皮樣品。每一樣品在1mL TSB生長培養基中渦旋30秒以自雞表面移除細菌。溶液中之細菌濃度接著經由枚舉之最大或然數(Most Probably Number)方法定量。
實例1
雞皮樣品用大腸桿菌11303接種，且用一片聚乙烯膜(DOWLEXTM 2045G)在以下條件下處理：●對照：無活性抗微生物劑之聚乙烯膜(「對照」)；●電暈：聚乙烯膜(DOWLEXTM 2045G)，其經電暈處理且在具有2%活性抗微生物劑(氯化十六烷基吡錠(「CPC」)、乙基-Nα-月桂醯基-L-精胺酸(「LEA」)或氯化二甲基十八烷基[3-(三甲氧基矽烷基)丙基]銨(矽烷基四級銨)(「SQ」)，如下文所說明)之水溶液中浸泡隔夜(「電暈CPC」、「電暈LEA」、「電暈SQ」)； ●水：將一毫升具有2%活性抗微生物劑(如以下所說明)之水溶液分配在雞表面上，且聚乙烯膜(DOWLEXTM 2045G)置放在處理物上(「CPC水」、「LEA水」及「SQ水」)；及●聚合物(抗微生物組合物)：將一毫升含有2重量%經改質實驗甲基纖維素聚合物及2%所說明的活性抗微生物劑之溶液(如上文所述製備的溶液)置於雞表面上，且接著聚乙烯膜(DOWLEXTM 2045G)置放在處理物上(「CPC聚合物」、「LEA聚合物」及「SQ聚合物」)。經改質實驗甲基纖維素聚合物藉由如在本申請案之實例部分的開始時所描述首先製備實驗甲基纖維素聚合物來製備。為了減少甲基纖維素在置於溶液中時之黏度，使實驗甲基纖維素聚合物部分解聚合。甲基纖維素藉由用氣態氯化氫加熱粉末狀材料且接著用碳酸氫鈉中和來部分解聚合。一般而言，部分解聚合方法為本領域中所熟知，如美國專利公開案第2013/0236512號之第[0048]段及第[0097]段及表2處所闡述。經改質實驗甲基纖維素聚合物之特徵在於其以2重量%水溶液形式在20℃下量測之黏度。針對黏度，根據美國藥典(U.S.Pharmacopeia，「甲基纖維素(Methylcellulose)」，第3776-3778頁，或「美國藥典(the USP)」)，製備且測試2重量%聚合物溶液。本文中此黏度已知為「2%溶液黏度」。經改質實驗甲基纖維素聚合物具有742cP之2%溶液黏度。
評估三種活性抗微生物劑：氯化十六烷基吡錠(來自Sigma-Aldrich Co.並且在本文中亦稱作「CPC」、乙基-Nα-月桂醯基-L-精胺酸(在本文中亦稱為「月桂醯精胺酸酯」 或「LEA」)以及氯化二甲基十八烷基[3-(三甲氧基矽烷基)丙基]銨(矽烷基四級銨可購自Sigma-Aldrich Co.並且在本文中亦稱作「SQ」)。處理技術中之每一者一式三份地準備，且每一技術在三片獨立的雞皮上重複。在應用處理技術之後，樣品在4℃下儲存隔夜(約18小時)。自每一樣品之聚乙烯膜下方移出四個5mm圓形樣品，且在1mL蛋白腖緩衝水中渦旋30秒以移除細菌。存活細菌量使用最大或然數微量滴定方法測定。結果呈現在圖1中。每一數據集表示在每一雞皮樣品上評估之四個位置，且如所指示，每一處理技術在三個雞皮樣品上評估。
「對照」樣品不經處理且不包含任何活性抗微生物劑。總體而言，相對於對照，包括聚合物(甲基纖維素)之抗微生物組合物展示出最大的細菌減少。在視覺上，亦觀察到此結果，因為包括聚合物(甲基纖維素)之抗微生物組合物保持在其所分配之位置中，而水基樣品在雞皮表面上擴散且在雞皮樣品之低點中沈積。
實例2
實例1中描述之方法進一步用於評估滴瀝對抗微生物活性之影響。接種有大腸桿菌之雞皮的樣品用CPC使用實例1中描述之三種處理技術(電暈(在圖2中稱為「電暈膜」)、水(在圖2中稱為「CPC-水」)及聚合物(抗微生物組合物)(在圖2中稱為「CPC-聚合物」且如中實例1所描述製備)處理。一組雞皮樣品在隔夜儲存期間保持平坦，且另一組在隔夜儲存期間垂直(豎直)儲存以誘發滴瀝。圖2示出 所觀察到之細菌含量減少。經電暈處理之膜(「電暈膜」)處理之樣品展示出極少的細菌減少，而聚合物(抗微生物組合物)處理技術(「CPC-甲基纖維素」)樣品在兩個樣品集中展示出細菌急劇減少。在水處理技術樣品(「CPC-水」)中觀察到關鍵差異，因為在誘發滴瀝(垂直定向)時細菌減少顯著較低。在視覺上觀察到，緊接在溶液施加在豎直樣品上之後，水處理技術中之溶液自雞皮表面快速流動。
實例3
在此實例中，評估調配物，為了在對照樣品、CPC於水溶液中與於包括CPC、水及明膠聚合物(流變改質劑)之抗微生物組合物中之間獲得相等抗微生物活性，比較所需要的活性抗微生物劑之含量。在此等試驗中，抗微生物組合物包括1% 300波羅姆(bloom)明膠聚合物。在不同CPC濃度下評估包括明膠之抗微生物組合物。如以上「功效測試」部分中所述進行試驗。圖3示出結果。包括2% CPC之水溶液(「2% CPC水溶液」展示出相對於不具有活性抗微生物劑之對照樣品(「對照」)無顯著差異。包括明膠具有0.2% CPC(「0.2% CPC；1% BL 300」)、0.5% CPC(「0.5% CPC；1% BL 300」)及1% CPC(「1% CPC；1% BL 300」)之抗微生物組合物亦幾乎不展示出抗微生物活性。然而，包括明膠及1.5% CPC(「1.5% CPC；1% BL 300」)之抗微生物組合物引起細菌之完全殺滅。
實例4
此實例評估抗微生物組合物之黏度對抗微生物 功效之影響。處理技術如以上「功效測試」部分中所描述評估。對照樣品不包含流變改質劑且不包含活性抗微生物劑(「對照」)。將包括CPC及一系列流變改質劑含量(可以METHOCELTM E50形式獲得的甲基纖維素)之抗微生物組合物與CPC水溶液相比。圖4示出結果。CPC水溶液(「2% CPC水溶液」)不引起細菌顯著減少。同樣地，含有0.5%流變改質劑(「2% CPC；0.5%聚合物」)、1%流變改質劑(「2% CPC；1%聚合物」)及2%流變改質劑(「2% CPC；2%聚合物」)之溶液(黏度約74cP)亦不展示出細菌顯著減少。在4%流變改質劑(「2% CPC；4%聚合物」)(黏度為約748cP)下，溶液展示出功效增大，一種在8%流變改質劑(「2% CPC；8%聚合物」)(黏度為約11,600cP)下甚至更大之影響。
實例5
此實例評估與CPC水溶液相比包括明膠之水凝膠調配物的功效。將調配物施加至接種有大腸桿菌之雞皮樣品上，接著將所述雞皮樣品在4℃冷凍機中儲存18小時，同時保持垂直定向以誘發滴瀝。對照樣品不包含流變改質劑且不包含活性抗微生物劑(「對照」)。其他樣品包含：具有2% CPC之水溶液(「2% CPC水溶液」)；包括1% 300波羅姆明膠且無抗微生物劑之水凝膠(「1%明膠B1 300」)；及呈水凝膠形式之包括1% 300波羅姆明膠及2% CPC的抗微生物組合物(「1%明膠B1 300 2% CPC」)。圖5示出結果。對於水凝膠抗微生物組合物(1%明膠B1 300 2% CPC)，觀察到最大抗微生物活性，其展示出與水溶液對照(2% CPC水溶液)相比細菌 減少更多。
實例6
此實例評估與水溶液相比及與呈黏性液體形式之包括甲基纖維素聚合物的抗微生物組合物相比，呈水凝膠形式之包括甲基纖維素聚合物的抗微生物組合物之使用。在此實例中，比較兩種聚合物，其對於2%溶液而言在室溫下展現相似黏度或低於約50cP。第一聚合物為METHOCELTM E50，一種可購自Dow Chemical Company之甲基纖維素聚合物(在此實例中稱為「METHOCELTM E50」)。在2重量%溶液中，在使用ARES RFS3流變儀用含有17mL溶液之杯子及浮子夾具在4℃之溫度下及在10s-1之剪切速率下量測時，METHOCELTM E50之黏度為約50cP。
第二聚合物為經改質實驗甲基纖維素聚合物(在本文中被稱作「實驗聚合物」)。實驗聚合物藉由如在本申請案之實例部分的開始時所描述首先製備實驗甲基纖維素聚合物來製備。為了減少甲基纖維素在置於溶液中時之黏度，使實驗甲基纖維素聚合物部分解聚合。甲基纖維素藉由用氣態氯化氫加熱粉末狀材料且接著用碳酸氫鈉中和來部分解聚合。一般而言，部分解聚合方法為本領域中所熟知，如美國專利公開案第2013/0236512號之第[0048]段及第[0097]段及表2處所闡述。實驗聚合物具有57cP之2%溶液黏度。
市售METHOCELTM E50在測試期間維持其大致黏度程度(約50cP)，而實驗聚合物在加熱至37℃時經歷膠凝以形成水凝膠。此實例將高濃度(8%)非膠凝聚合物 (METHOCELTM E50)與濃度低得多(1.5%)的膠凝聚合物(實驗聚合物)比較。將調配物施加至接種有大腸桿菌之雞皮樣品上且在37℃下培育兩小時。對照樣品不包含流變改質劑且不包含活性抗微生物劑(「對照」)。其他樣品包含：具有2% CPC之水溶液(「2%-CPC水溶液」)；包括8%甲基纖維素(METHOCELTM E50)之黏性溶液(「8%」)；包括1.5%實驗聚合物之水凝膠(「1.5%實驗聚合物」)；呈水凝膠形式之包括1.5%實驗聚合物及2% CPC之抗微生物組合物(「1.5%實驗聚合物2%CPC」)；呈黏性溶液形式之包括8%甲基纖維素(METHOCELTME50)及2% CPC之抗微生物組合物(「8% E50 2% CPC」)。圖6示出結果。兩種聚合物溶液達成相似的細菌減少，大於2個對數減少，同時亦展示出實驗聚合物在允許降低的聚合物濃度方面之益處。
實例7
此實例評估抗微生物組合物針對螢光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens/P.fluorescens)之抗微生物活性。如以上「功效測試」部分中所述進行試驗。對照樣品不包含流變改質劑且不包含活性抗微生物劑(「對照」)。其他樣品包含：具有2% CPC之水溶液(「2% CPC水溶液」)；包括1% 300波羅姆明膠且無抗微生物劑之水凝膠(「1%明膠」)；及呈水凝膠形式之包括1% 300波羅姆明膠及2% CPC的抗微生物組合物(「1%明膠2% CPC」)。圖7示出結果。對於水凝膠抗微生物組合物(1%明膠2% CPC)，觀察到最大抗微生物活性，其展示出與水溶液對照(2% CPC水溶液)相比細菌減少更多。

Claims (15)

  1. 一種適用於包裝的材料，其包括：(a)基板；及(b)抗微生物組合物，其包括：(i)活性抗微生物劑及(ii)載劑，其中所述抗微生物組合物為水凝膠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的材料，其中所述抗微生物組合物在介於2℃與12℃之間的溫度下為水凝膠。
  3. 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項所述的材料，其中所述載劑包括水及至少一種纖維素醚聚合物、明膠、果膠、三仙膠、瓜爾膠及其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的材料，其中所述載劑包括水及甲基纖維素。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的材料，其中所述載劑包括水及明膠。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的材料，其中所述抗微生物劑包括胺基酸衍生物、有機酸、肽、四級銨鹽、胺基酸衍生物及其組合中之至少一者。
  7. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的材料，其中所述抗微生物劑包括氯化十六烷基吡錠、月桂醯精胺酸酯及氯化二甲基十八烷基[3-(三甲氧基矽烷基)丙基]銨中之至少一者。
  8. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的材料，其中所述抗微生物劑包括至少一種噬菌體及至少一種其他抗微生物劑。
  9. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的材料，其 中所述抗微生物劑不為噬菌體。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的材料，其中所述抗微生物組合物進一步包括抗氧化劑、界面活性劑、穩定劑、緩衝劑、清除劑及其組合中之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的材料，其中所述基板包括聚合膜。
  12. 一種包裝，其包括如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的材料。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的包裝，其中所述抗微生物組合物在所述包裝的組裝之前施加至所述基板之表面上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的包裝，其中所述抗微生物組合物在所述包裝的組裝之後施加至所述基板的內表面上。
  15. 如申請專利範圍第12項至第14項中任一項所述的包裝，其進一步包括肉類產品，其中所述抗微生物組合物與所述肉類產品接觸。
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