TWI754581B - 抗菌薄膜及其延長食物保存期限之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種抗菌薄膜及其延長食物保存期限之方法。抗菌薄膜為採用乳酸菌產物製成之聚乳酸薄膜，例如乳酸鏈球菌素、片球菌素、苯乳酸，是能延長食物保存期限的新穎安全包材。
Description
本發明關於一種抗菌薄膜及其延長食物保存期限之方法，特別關於使用乳酸菌之產物製成之一種抗菌薄膜及其延長食物保存期限之方法。
隨著時代變遷及科技發展，網路購物或配送已經成為日常所需，且不限於日用品，連大型電器至生鮮水產都能以物流配送。因此，良好的物流保鮮方法成為生鮮水產賣家的重要課題。再加上消費者對於食安意識的崛起，除了絕佳的抗菌能力，還不能造成食材的汙染，因此對於物流保鮮包材越來越講究。
在過去研究中，乳酸菌經發酵後會產生乳酸、醋酸等有機酸，使酸鹼值下降至微生物無法生長的範圍，同時乳酸菌的細菌素(Bacteriocin)也被廣泛探討其抗菌性及安全性，適合做為食品的防腐劑。基於此，希望能針對特別容易腐敗的海鮮食材，研發適合的保鮮配方，製造一款能延長食物保存期限的安全包材，以解決物流保鮮包材的需求。
本發明提供一種抗菌薄膜，包含95重量%至97重量%的聚乳酸以及3重量%至5重量%的抗菌活性成分，該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素(Nisin)、片球菌素(Pediocin)、苯乳酸(Phenyallatic acid, Ph-LA)、EDTA-Na
2，以及乳酸鈉，以及一選自由脫脂奶粉及幾丁聚醣所組成之群組。
本發明亦提供一種延長食物保存期限之方法，包含將上述之抗菌薄膜包覆在一食物外層。
本發明所提供之抗菌薄膜具有抗菌能力，使用該抗菌薄膜包覆的石斑魚肉片能延長保存期限2天，減緩海鮮的腐敗，同時包材的總溶出含量符合歐盟的標準，為一安全可應用於食品之可生物分解抗菌包裝材料。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明實施例提供一種抗菌薄膜，包含95重量%至97重量%的聚乳酸以及3重量%至5重量%的抗菌活性成分，該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素(Nisin)、片球菌素(Pediocin)、苯乳酸(Phenyallatic acid, Ph-LA)、EDTA-Na
2，以及乳酸鈉，以及一選自由脫脂奶粉及幾丁聚醣所組成之群組。
於某些具體實施例中，抗菌薄膜包含分別為約95%、95.25%、95.5%、95.75%、96%、96.25%、96.5%、96.75%、97 %重量的聚乳酸以及約5%、4.75%、4.5%、4.25%、4%、3.75%、3.5%、3.25%、3%重量的抗菌活性成分。於某些特定具體實施例中，抗菌薄膜係由97重量%的聚乳酸以及3重量%的抗菌活性成份所組成。於某些特定具體實施例中，抗菌薄膜係由95重量%的聚乳酸以及5重量%的抗菌活性成份所組成。
於某些具體實施例中，該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素、片球菌素、苯乳酸、EDTA-Na
2、乳酸鈉，以及脫脂奶粉，且其重量比例為20:20:20:5:5:30。於某些特定具體實施例中，抗菌薄膜係由97重量%的聚乳酸以及3重量%的抗菌活性成份所組成。
於某些具體實施例中，該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素、片球菌素、苯乳酸、EDTA-Na
2、乳酸鈉，以及幾丁聚醣，且其重量比例為30:30:30:5:5:0.025。於某些特定具體實施例中，抗菌薄膜係由97重量%的聚乳酸以及3重量%的抗菌活性成份所組成。於某些特定具體實施例中，抗菌薄膜係由95重量%的聚乳酸以及5重量%的抗菌活性成份所組成。
於某些具體實施例中，該乳酸鏈球菌素來自乳酸鏈球菌(Lactococcus lactis)的胞外物質上清液(cell-free suspension, CFS)。
於某些具體實施例中，該片球菌素來自戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)的胞外物質上清液。
於某些具體實施例中，該苯乳酸來自乳酸菌分離株KP4的胞外物質上清液。
本發明實施例亦提供一種延長食物保存期限之方法，包含將上述之抗菌薄膜包覆在一食物外層。於某些具體實施例中，該食物為水產或海鮮。
除非另有定義，本文使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬領域中的技術人員所通常理解相同的含義。在發生衝突的情況下，採用本文之定義。
如本文所用，術語「乳酸菌分離株KP4」為寄存於台灣新竹食品路331號財團法人食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心(BCRC)，寄存編號為BCRC911046之菌株，寄存日西元2021年3月30日。
如本文所用，術語「苯乳酸」之分子式為C
9H
10O
3，化學式為2-羥基-3-苯基丙酸，分子量為166 g/mol。苯乳酸可由乳酸菌代謝副產物得到，當乳酸菌進行苯丙胺酸(Phenylalanine, Phe)代謝時，與苯丙酮酸(Phenylpyruvic acid, PPA)進行轉胺作用(Transamination)，再經由D-form或L-form的乳酸脫氫酶形成苯乳酸，其中乳酸菌包含但不限於乳酸菌分離株KP4。本發明實施例包含但不限於使用乳酸菌代謝副產物之苯乳酸。
如本文所用，術語「片球菌素」，其為小球菌屬(
Pediococcus spp.)所生產類型IIa之細菌素。此細菌素為陽性胜肽，由35-50個胺基酸所構成(Uteng
et al., 2002)，為耐熱且在各pH 值下皆有活性。本發明實施例包含但不限於使用戊糖片球菌產生之片球菌素。
如本文所用，術語「乳酸鏈球菌素」是由乳酸鏈球菌產生的多環抗菌肽，具有34個胺基酸殘基，對許多革蘭氏陽性菌具明顯抑制作用，而對革蘭氏陰性菌則無。本發明實施例包含但不限於使用乳酸鏈球菌產生之乳酸鏈球菌素。
如本文所用，術語「EDTA」即是乙烯二胺四醋酸 (Ethylenediaminetetraacetic acid)，其為結構對稱且穩定的含氮化合物，分子式為C
10H
16N
2O
8，化學式為(CH
2COOH)
2N-(CH
2)
2-N(CH
2COOH)
2，難溶於水，但其鹽類則易溶於水，為一個四元酸，外表呈無色結晶，分子量為 292.24 g/mol。EDTA分子中有6個配位基可與一個金屬離子鍵結，分別為4個羧基 (Carboxylic group)及2個胺基(Amino group)，為一強螯合劑(Chelating agent)。
如本文所用，術語「乳酸鈉」之分子式為 C
3H
5O
3Na。乳酸鈉可做為酸度調整劑、增量劑、乳化劑、保濕劑和黏稠劑，乳酸鈉夠降低水活性和未解離的酸能降低環境中的 pH 值。
如本文所用，術語「幾丁聚醣」是幾丁質(Chitin)經過高溫及強鹼處理後進行去乙醯化作用(Deacetylation)之產物，通常去乙醯化程度(Degree of deacetylation)達50%以上則稱為幾丁聚醣。幾丁聚醣是由葡萄醣胺 (Glucosamine)及乙醯葡萄醣胺(Acetylglucosamine)透過 β-1,4 醣苷鍵鍵結所組成之生物聚合物，其抗菌活性隨著去乙醯度增加而增大。
如本文所用，術語「抗菌活性成份」係指具有抗菌效果的混合物，抗菌效果是指有抑制、減緩病原菌生長與增殖、防腐、延長效期之效果，其可包含但不限於多種抗菌分子、抗氧化劑、改質劑、乳化劑、增稠劑、保溼劑。
如本文所用，術語「脫脂奶粉」係指全脂生牛乳脫去部分脂肪製成之奶粉，脫去之部分脂肪佔全脂脂肪之5~100%，更佳佔40%~80%。
如本文所用，術語「薄膜」係為厚度小於0.5mm之膜體，更佳為厚度小於0.3mm之膜體。
如本文所用，術語「胞外物質上清液」係為一種在細胞培養過程自細胞釋出的混合物，其可經由離心去除細胞體後得到。例如，經由乳酸菌以MRS培養基通過控制式發酵所產生之發酵產物，乳酸菌在發酵過程中會將其代謝產物如乳酸、苯乳酸等物質於培養過程中自乳酸菌細胞內釋放出，將發酵液經過離心去除菌體後，剩餘部份即為乳酸菌之胞外物質上清液。
如本文所用，冠詞「一」、「一個」以及「任何」是指一個或多於一個(即至少一個)的物品的文法物品。例如，「一個元件」意指一個元件或多於一個元件。
本文所使用的「約」、「大約」或「近乎」一詞實質上代表所述之數值或範圍位於20%以內，較佳為於10%以內，以及更佳者為於5%以內。於文中所提供之數字化的量為近似值，意旨若術語「約」、「大約」或「近乎」沒有被使用時亦可被推得。
實施例一：乳酸菌胞外物質上清液
(CFS)
粉末之製備
使用之乳酸菌材料為乳酸菌分離株KP4(食品工業發展研究所寄存編號BCRC911046)、乳酸鏈球菌BCRC10791(購自食品工業發展研究所)及戊糖片球菌BCRC14024(購自食品工業發展研究所)，乳酸菌分離株KP4可以生產苯乳酸(Phenyallatic acid, Ph-LA)，乳酸鏈球菌(Lactococcus lactis) BCRC10791可以生產乳酸鏈球菌素(Nisin)，而戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus) BCRC14024可以生產片球菌素(Pediocin)。分別將上述乳酸菌材料各自接種至含有7公升MRS培養基之10公升發酵槽中，於37
oC下以120rpm與300mL/min通氣攪拌培養36小時後，進行離心(9,600 x g，20分鐘，4
oC)，取其上清液後以無菌之0.22 μm過濾膜(Millipore)過濾以分別各自得到胞外物質上清液(Cell-free suspension, CFS)：KP4 CFS、BCRC10791 CFS及BCRC14024 CFS。
分別將上述7公升之KP4 CFS、BCRC10791 CFS及BCRC14024 CFS利用超過濾(Ultrafiltration, UF)系統析出過濾至體積為3.5公升，之後將其經過冷凍乾燥後可分別得到各自的凍乾粉末。其中過濾步驟針對分子量＜10 kDa (例如，Nisin 與 Ph-LA)之CFS是使用10 kDa卡匣濾膜過濾，針對分子量 ＜ 100 kDa (例如Pediocin)之CFS是使用100 kDa卡匣濾膜過濾。
實施例二：
LAB
CFS
聚乳酸薄膜與
LAB
CFS-CS
聚乳酸薄膜之製備
將實施例一製備之三種乳酸菌凍乾粉末組合輔劑(EDTA-Na
2、乳酸鈉)後，委託財團法人塑膠工業技術發展中心製造五種抗菌薄膜進行後續實驗。第一種至第三種抗菌薄膜是以BCRC10791 CFS (Nisin):BCRC14024 CFS (Pediocin): KP4 CFS (Ph-LA):EDTA-Na
2:乳酸鈉:脫脂奶粉 = 20:20:20:5:5:30的重量比例調製成乳酸菌CFS組合配方粉末，並分別採用1%、2% 與 3%之重量比例將乳酸菌CFS組合配方粉末溶解混合在聚乳酸原料中以製備成LAB
CFS聚乳酸薄膜(LAB
CFS-PLA Film)。第四種及第五種抗菌薄膜則是以BCRC10791 CFS (Nisin):BCRC14024 CFS (Pediocin): KP4 CFS (Ph-LA):EDTA-Na
2:乳酸鈉:幾丁聚醣 = 30:30:30:5:5:0.025的重量比例調製成乳酸菌CFS組合幾丁聚醣配方粉末，並分別採用3% 與 5%之重量比例將乳酸菌CFS組合幾丁聚醣配方粉末溶解混合在聚乳酸原料中以製備成LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜(LAB
CFS-CS-PLA Film)。
實施例三：抗菌薄膜之物理性質及機械性質
表1為實施例二中第一種至第三種抗菌薄膜之物理性質，採用膜厚0.03mm不含測試配方的聚乳酸薄膜(以PLA-I表示)作為對照組。表2為實施例二中第四種及第五種抗菌薄膜之物理性質，採用膜厚0.06mm不含測試配方的聚乳酸薄膜(以PLA-II表示)作為對照組。使用二點式內徑測微器測試薄膜的厚度，同一種薄膜中分別取三個不同位置測試，進行t檢定統計 (p＜0.05)。測得的厚度則可以計算薄膜密度=薄膜重量/(薄膜厚度*薄膜面積)。
膜溶解度則是將薄膜置於水中後取出，量測因溶解減少之重量比例。使用水份分析儀測定薄膜的水分含量之重量百分比以及使用水蒸氣透過率測試儀測定水氣滲透率(Water vapour transmission rates, WVP)，利用壓力差測定溼氣通過薄膜的能力。
表1可見PLA-I聚乳酸薄膜是不溶於水的，而添加入乳酸菌CFS組合之LAB
CFS聚乳酸薄膜在水中的溶解度為0.88-1.05%，LAB
CFS聚乳酸薄膜之水分含量與PLA-I聚乳酸薄膜無顯著差異為1.12-1.52%，水氣滲透率為1.03-1.48 gmm/m2 day kPa。表2顯示3% 與 5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜於水中的溶解度為0.36-1.50%，水分含量為1.10-1.92%，水氣滲透率為0.73-1.24 gmm/m
2day kPa。LAB
CFS聚乳酸薄膜與LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜呈現極低的水溶性，顯示其具有應用於食品包裝的潛力。
表1 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜之物理性質
表2 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之物理性質
| 性質 | PLA-I | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS |
| 厚度 (mm) | 0.03 ± 0.00 d | 0.08 ± 0.03 c | 0.13 ± 0.01 b | 0.16 ± 0.02 a |
| 密度 (g cm -3) | 1.09 ± 0.06 a | 0.62 ± 0.06 b | 1.11 ± 0.04 a | 1.06 ± 0.02 a |
| 膜溶解度 (%) | 0.00 ± 0.00 b | 0.88 ± 0.32 ab | 0.93 ± 0.32 a | 1.05 ± 0.15 a |
| 水分含量 (%) | 0.81 ± 0.70 a | 1.12 ± 0.66 a | 1.46 ± 0.34 a | 1.52 ± 0.30 a |
| 水氣滲透率 (gmm/m 2day kPa) | 0.43 ± 0.11 c | 1.03 ± 0.02 b | 1.02 ±0.26 b | 1.48 ± 0.19 a |
| 性質 | PLA-II | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS |
| 厚度 (mm) | 0.06 ± 0.00 b | 0.07 ± 0.01 a | 0.07 ± 0.01 a |
| 密度 (g cm -3) | 0.10 ± 0.01 a | 0.11 ± 0.01 a | 0.10 ± 0.01 a |
| 膜溶解度 (%) | 0.00 ± 0.00 b | 0.36 ± 0.04 b | 1.50 ± 0.39 a |
| 水分含量 (%) | 0.32 ± 0.36 c | 1.10 ± 0.45 b | 1.92 ± 0.31 a |
| 水氣滲透率 (gmm/m 2day kPa) | 0.82 ± 0.11 b | 1.24 ± 0.04 a | 0.73 ± 0.03 b |
將7種樣品各自取三個不同位置進行測試(n=3)，切成1 cm*10 cm之尺寸，分別由縱向或橫向夾住，使用財團法人塑膠工業技術發展中心之物性分析儀，每分鐘增加所施予的應力0牛頓直到200牛頓，觀察應力與樣品的形狀應變關聯，進行t檢定統計(p＜0.05)。表3顯示1%、2% 與 3% LAB
CFS聚乳酸薄膜機械方向(Machine direction, MD)(縱向)與垂直於機械方向 (Transverse direction, TD)(橫向)之拉伸強度(Tensile strength, TS)、斷裂伸長率 (Elongation at break, E)與撕裂強度(Tear strength)皆較 PLA-I聚乳酸薄膜顯著降低。表4顯示3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之拉伸強度、斷裂伸長率皆較 PLA-II聚乳酸薄膜顯著降低，而在機械方向之撕裂強度與 PLA-II聚乳酸薄膜相比則顯著提升。
表3 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜之機械性質
表4 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之機械性質
| 性質 | PLA-I | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS |
| 拉伸強度 (kgf/cm 2) | ||||
| 機械方向 | 448.1 ± 19.5 a | 86.4 ± 31.6 b | 94.3 ± 10.8 b | 101.7 ± 11.5 b |
| 橫向 | 271.4 ± 18.2 a | 14.7 ± 7.9 c | 28.7 ± 5.6 b | 30.2 ± 7.4 b |
| 斷裂伸長率 (%) | ||||
| 機械方向 | 318.7 ± 16.1 a | 38.2 ± 30.3 b | 24.5 ± 9.6 b | 23.4 ± 12.7 b |
| 橫向 | 498.2 ± 40.9 a | 2.5 ± 2.2 c | 5.8 ± 3.0 bc | 6.1 ± 1.6 b |
| 撕裂強度(gf) | ||||
| 機械方向 | 54.3 ± 6.7 a | 4.1 ± 0.6 c | 11.7 ± 1.4 b | 11.6 ± 2.8 b |
| 橫向 | 219.5 ± 14.1 a | 2.5 ± 1.0 c | 6.6 ± 1.5 b | 7.2 ± 1.1 b |
| 性質 | PLA-II | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS |
| 拉伸強度 (kgf/cm 2) | |||
| 機械方向 | 140.9 ± 11.9 a | 99.4 ± 9.5 b | 77.6 ± 8.8 c |
| 橫向 | 104.2 ± 9.9 a | 41.3 ± 7.0 b | 47.5 ± 9.2 b |
| 斷裂伸長率 (%) | |||
| 機械方向 | 215.2 ± 23.1 a | 10.0 ± 4.2 b | 6.6 ± 2.1 b |
| 橫向 | 51.2 ± 23.9 a | 4.4 ± 1.2 b | 5.1 ± 1.1 b |
| 撕裂強度 (gf) | |||
| 機械方向 | 110.6 ± 18.2 b | 499.6 ± 30.6 a | 448.6 ± 50.9 a |
| 橫向 | 264.0 ± 17.5 a | 295.7 ± 40.7 a | 265.1 ± 10.1 a |
實施例四：抗菌薄膜之光學性質
LAB
CFS聚乳酸薄膜與LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜以分光測色儀(Color spectrophotometer) (TC-1800 MK-Ⅱ, Tomigaya, Japan)進行色澤分析，7種樣品各自取三個不同位置進行測試(n=3)，進行t檢定統計 (p＜0.05)。如表5與表6所示，LAB
CFS聚乳酸薄膜與 LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜的b*值為正值，代表其均偏黃色。此外，表5顯示LAB
CFS聚乳酸薄膜隨著添加LAB
CFS抗菌材料的濃度增加，L*值下降，a*值上升(2%與3%LAB
CFS聚乳酸薄膜之a*值為正值，顯示其偏紅色)，與PLA-I聚乳酸薄膜相比，色差值(ΔE)顯著增加，透明度(Transparency)顯著降低。同時，2%與3%LAB
CFS聚乳酸薄膜在可見光400nm(紫光)照射下呈現最低之穿透率(Transmittance)為0.62-1.77%。表6顯示LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜隨著添加LAB
CFS-CS抗菌材料的濃度增加，L*值上升，a*值上升(a*值皆為負值，顯示其偏綠色)，ΔE值增加，透明度與PLA-II聚乳酸薄膜相比無顯著差異。
表5 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜之光學性質
表6 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之光學性質
| 組別 | PLA-I | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS |
| L * | 76.38 ± 1.51 a | 77.74 ± 4.75 a | 33.44 ± 2.53 b | 29.04 ± 3.25 c |
| a * | -6.57 ± 0.39 d | -4.02 ± 1.17 c | 0.64 ± 0.07 b | 1.86 ± 0.20 a |
| b * | 31.61 ± 0.22 b | 40.57 ± 0.47 a | 27.34 ± 0.93 c | 27.71 ± 1.14 c |
 | - | 9.42 ± 0.75 c | 43.75 ± 2.57 b | 48.24 ± 3.31 a |
| 波長400nm之穿透率(%) | 20.33 | 18.02 | 1.77 | 0.62 |
| 波長500nm之穿透率(%) | 36.90 | 40.88 | 6.02 | 2.96 |
| 波長600nm之穿透率(%) | 55.72 | 68.50 | 13.01 | 7.48 |
| 波長700nm之穿透率(%) | 38.30 | 48.97 | 11.21 | 6.90 |
| 透明度 | 55.72 ± 0.83 a | 22.45 ± 0.95 b | 8.71 ± 0.81 c | 5.34 ± 0.50 d |
| 組別 | PLA-II | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS |
| L * | 46.89 ± 1.14 b | 55.66 ± 2.63 a | 58.44 ± 2.55 a |
| a * | -3.54 ± 0.05 b | -2.83 ± 0.29 a | -2.79 ± 0.26 a |
| b * | 23.04 ± 0.48 c | 31.40 ± 0.68 b | 33.67 ± 0.76 a |
| | - | 12.14 ± 2.19 b | 15.72 ± 2.35 a |
| 波長400nm之穿透率(%) | 6.10 | 6.44 | 6.69 |
| 波長500nm之穿透率(%) | 11.26 | 15.64 | 17.34 |
| 波長600nm之穿透率(%) | 18.00 | 27.82 | 31.38 |
| 波長700nm之穿透率(%) | 13.46 | 21.39 | 24.18 |
| 透明度 | 21.34 ± 1.15 ab | 20.10 ± 1.16 b | 22.22 ± 0.56 a |
實施例五：抗菌薄膜之抗菌活性
根據經濟部標準檢驗局(2015)國家標準15823 K61217號-塑膠及非多孔表面抗菌性測定法來評估抗菌薄膜的抗菌性。先分別接種0.4毫升(5-6 log CFU/mL)約105至106個細胞之2株G(+)指標菌：李斯特菌(
Listeria monocytogenes) BCRC14845與金黃色葡萄球菌(
Staphylococcus aureus) BCRC10451，及4株G(-)指標菌：親水性產氣單胞菌(
Aeromonas hydrophila) BCRC13881、大腸桿菌(
Escherichia coli) BCRC11634、假單胞菌(
Pseudomonas fragi) BCRC11019與腸炎弧菌(
Vibrio parahaemolyticus) BCRC12863，以及石斑魚表面菌群：大腸桿菌群(
Coliforms)、產氣單孢菌屬(
Aeromonas)、假單胞菌屬(
Pseudomonas)、弧菌屬(Vibrio)、中溫菌群(
Mesophiles)與低溫菌群(
Psychrotrophs)於5 cm × 5 cm之 LAB
CFS聚乳酸薄膜與LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜表面，在30
oC 或 37
oC下於90%相對溼度培養 24小時，進行3次實驗並將統計結果記錄於表7-10。ND(Not Detected)代表生菌數少於1.00 log CFU/cm
2(每平方公分之菌落形成單位對數值)而無法被偵測到。
表7中顯示2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜對所有指標菌之生菌數與控制組PLA-I聚乳酸薄膜相比降低了3.07-3.85 log CFU/cm
2。表8中3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜對所有指標菌之生菌數與控制組PLA-II聚乳酸薄膜相比降低了3.07-3.65 log CFU/cm
2。表9中3% LAB
CFS聚乳酸薄膜對所有石斑魚表面菌群之生菌數與控制組PLA-I聚乳酸薄膜相比降低了3.05-3.83 log CFU/cm
2。表10中3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜對所有石斑魚表面菌群之生菌數與控制組PLA-II聚乳酸薄膜相比降低了2.83-3.46 log CFU/cm
2。綜合上述結果，3% LAB
CFS聚乳酸薄膜以及3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜對所有測試的指標菌與石斑魚表面菌群之膜上生菌數皆小於1.00 log CFU/cm
2，顯示其具有抗菌能力。
表7 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜對食品腐敗菌/病原菌之抗菌活性
表8 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜對食品腐敗菌/病原菌之抗菌活性
表9 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜對石斑魚表面菌群之抗菌活性
表10 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜對石斑魚表面菌群之抗菌活性
| 生菌數 (log CFU/cm 2) | PLA-I 0小時 | PLA-I 24小時 | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS | |
| 李斯特菌 BCRC14845 | 4.39 ± 0.69 | 3.85 ± 1.17 | ND | ND | ND | |
| 金黃色葡萄球菌 BCRC10451 | 4.30 ± 1.00 | 3.18 ± 1.19 | ND | ND | ND | |
| 親水性產氣單胞菌 BCRC13881 | 4.34 ± 0.85 | 3.07 ± 0.84 | ND | ND | ND | |
| 大腸桿菌 BCRC11634 | 4.14 ± 1.20 | 3.80 ± 1.45 | ND | ND | ND | |
| 假單胞菌 BCRC11019 | 4.07 ± 0.48 | 3.22 ± 0.48 | ND | ND | ND | |
| 腸炎弧菌 BCRC12863 | 4.01 ± 0.30 | 3.79 ± 1.25 | 1.14 ± 0.39 | ND | ND | |
| 生菌數 (log CFU/cm 2) | PLA-II 0小時 | PLA-II 24小時 | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS |
| 李斯特菌 BCRC14845 | 4.04 ± 0.48 | 3.07± 0.85 | ND | ND |
| 金黃色葡萄球菌 BCRC10451 | 4.07 ± 0.74 | 3.19 ± 0.18 | ND | ND |
| 親水性產氣單胞菌 BCRC13881 | 3.83 ± 0.30 | 3.25 ± 0.30 | ND | ND |
| 大腸桿菌 BCRC11634 | 4.18 ± 0.85 | 3.39 ± 0.78 | ND | ND |
| 假單胞菌 BCRC11019 | 4.34 ± 0.39 | 3.65 ± 0.60 | ND | ND |
| 腸炎弧菌 BCRC12863 | 4.09 ± 0.30 | 3.57 ± 0.60 | ND | ND |
| 生菌數 (log CFU/cm 2) | PLA-I 0小時 | PLA-I 24小時 | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS | |
| 大腸桿菌群 | 3.90 ± 1.35 | 3.69 ± 0.78 | ND | ND | ND | |
| 產氣單孢菌屬 | 3.87 ± 1.39 | 3.73 ± 0.43 | 3.60 ± 0.76 | 2.57 ± 1.36 | ND | |
| 假單胞菌屬 | 3.87 ± 1.09 | 3.08 ± 0.48 | 2.71 ± 0.45 | 1.73 ± 1.13 | ND | |
| 弧菌屬 | 4.07 ± 1.39 | 3.72 ± 0.39 | 3.59 ± 0.48 | ND | ND | |
| 中溫菌群 | 4.02 ± 0.76 | 3.83 ± 0.85 | 3.62 ± 1.18 | ND | ND | |
| 低溫菌群 | 3.79 ± 1.38 | 3.05 ± 1.02 | 1.14 ± 0.39 | ND | ND | |
| 生菌數 (log CFU/cm 2) | PLA-II 0小時 | PLA-II 24小時 | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS |
| 大腸桿菌群 | 3.97 ± 0.11 | 3.22 ± 1.02 | ND | ND |
| 產氣單孢菌屬 | 3.93 ± 0.50 | 2.85 ± 0.48 | ND | ND |
| 假單胞菌屬 | 3.97 ± 0.34 | 3.44 ± 1.07 | ND | ND |
| 弧菌屬 | 3.80 ± 0.40 | 2.83 ± 0.60 | ND | ND |
| 中溫菌群 | 3.91 ± 0.38 | 3.46 ± 0.40 | ND | ND |
| 低溫菌群 | 3.81 ± 1.38 | 3.04 ± 0.39 | ND | ND |
實施例六：抗菌薄膜對石斑魚肉片之防腐效果
因為物流配送環境的溫度可能較不穩定，為了了解實施例二之各種抗菌薄膜在不同溫度狀況下的保鮮能力，進行以下兩個實驗。第一個實驗中，控制組是不包覆任何薄膜，PLA-I聚乳酸薄膜、1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別則分別各自上下覆蓋石斑魚肉，量測石斑魚肉上大腸桿菌群、產氣單孢菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬、中溫菌與低溫菌之生菌量。將不同組別的石斑魚肉片分別於25
oC及4
oC下保存 0、6、12、24 與 48小時及 0、2、4、6 與 8 天後取樣，進行3次實驗以利統計(P＜0.05)，生菌數少於2.00 log CFU/mL則視為無法偵測到，在圖中以*表示。
如圖1A-1F所示，在25
oC儲存期間，使用2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜的石斑魚肉片在儲存的第6小時，大腸桿菌群、產氣單孢菌屬與假單胞菌屬以及中溫菌、低溫菌之生菌數較控制組低約1.38-1.99 log CFU/g。如圖2A-2F所示，在4
oC儲存期間，使用3% LAB
CFS聚乳酸薄膜的石斑魚肉片，其水產病原菌菌群在96小時之菌量較控制組降低約0.56-1.67 log CFU/g，而在儲存至144小時之菌量較控制組降低約0.19-1.58 log CFU/g。
同上述方法，試驗組改成PLA-II聚乳酸薄膜、3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別，如圖3A-3F所示，在25
oC儲存期間，使用3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜在儲存的第6小時，大腸桿菌群、產氣單孢菌屬與假單胞菌屬以及中溫菌、低溫菌之生菌數較控制組低約0.49-1.29 log CFU/g。如圖4A-4F所示，在4
oC儲存期間，使用3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜的石斑魚肉片，其水產病原菌菌群在96小時之菌量較控制組降低約0.28-1.14 log CFU/g，在144小時之菌量較控制組降低約0.26-1.68 log CFU/g。綜合上述實驗結果，在4
oC儲存期間，使用3% LAB
CFS聚乳酸薄膜以及3% 與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜的石斑魚肉片與控制組相比，其總生菌數仍未超過食品之衛生標準 (3.0 × 106 CFU/g，相當於 6.48 log CFU/g)，顯示其可延長石斑魚肉片之保存期限2天。
第二個實驗中，觀察石斑魚肉片上之揮發性鹽基態氮含量(Volatile basic nitrogen, VBN)，揮發性鹽基態氮為海鮮上胺基酸或含氮化合物被細菌或本身酵素分解生成之產物，可以用來了解海鮮腐敗的狀況。根據經濟部標準檢驗局1997年中華民國國家標準(CNS)總號1451類號N6029之冷凍魚類檢驗法方法，將不同組別的石斑魚肉片分別於25
oC及4
oC下以第一個實驗的方法保存 0、6、12、24 與 48小時及 0、2、4、6 與 8 天後取樣，測定揮發性鹽基態氮含量。
如圖5A所示，控制組是不包覆任何薄膜，PLA-I聚乳酸薄膜、1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別則分別上下覆蓋石斑魚肉，3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別在 25
oC下儲存至24小時，揮發性鹽基態氮小於25mg/100 g，而控制組之揮發性鹽基態氮為45mg/100 g，顯示已超過衛生標準。如圖5B所示，在4
oC儲存之石斑魚肉片，揮發性鹽基態氮有逐漸上升的趨勢，儲存至8天時皆未超過衛生標準 (＜ 25 mg/100 g)。
如圖6A所示，控制組是不包覆任何薄膜，PLA-II聚乳酸薄膜、3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別則分別上下覆蓋石斑魚肉，3% 與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別在25
oC下儲存至 24小時，揮發性鹽基態氮皆小於25 mg/100 g，而控制組之揮發性鹽基態氮為57 mg/100 g，顯示已超過衛生標準。如圖6B所示，在4
oC儲存之石斑魚肉片，揮發性鹽基態氮有逐漸上升的趨勢，在8天的儲存期間，其揮發性鹽基態氮皆未超過衛生標準。綜上所述，使用3% LAB
CFS聚乳酸薄膜以及3% 與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之石斑魚片在25
oC下儲存24小時的揮發性鹽基態氮仍未超過最大可接受限量25 mg/100 g，顯示其能延緩揮發性鹽基態氮的增加，減緩海鮮之腐敗。
實施例七：抗菌薄膜之總溶出試驗
本實驗以純水、3%乙酸(w/v)與10%乙醇(v/v)溶液做為食品模擬物(Simulants)，各自於40
oC下分別與PLA-I聚乳酸薄膜、PLA-II聚乳酸薄膜、1% LAB
CFS聚乳酸薄膜、2% LAB
CFS聚乳酸薄膜、3% LAB
CFS聚乳酸薄膜、3% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜及5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜反應10天後，經減壓濃縮至乾燥後可秤得與原食品模擬物的重量差即為總溶出含量(Overall migration)，進行3次實驗並將統計結果記錄於表11及表12。
如表11所示，1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜之總溶出含量皆高於PLA-I聚乳酸薄膜，其中以3%乙酸分別做為食品模擬物時所測得之3% LAB
CFS聚乳酸薄膜總溶出含量最高為29.99 mg/kg。如表12所示，3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之總溶出含量皆高於PLA-II聚乳酸薄膜，其中以3%乙酸與10%乙醇做為食品模擬物時所測得之5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜總溶出含量最高分別為41.37 mg/kg與39.18 mg/kg。所有LAB
CFS聚乳酸薄膜與LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之總溶出含量皆低於歐盟委員會指令(Commission Directive, 2002)規定之總溶出限量( ＜ 60 mg/kg)，表示其為可安全應用於食品之可生物分解抗菌包裝材料。
表11 PLA-I、1%、2%及3%LAB
CFS聚乳酸薄膜之總溶出含量
表12 PLA-II、3%及5%LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜之總溶出含量
| 食品模擬物 | 總溶出含量 (mg/kg) | |||
| PLA-I | PLA + 1% LAB CFS | PLA + 2% LAB CFS | PLA + 3% LAB CFS | |
| 純水 (pH 6.2) | 3.43 ± 1.32 Cb(pH 6.2) | 10.61 ± 1.60 Bb(pH 5.8) | 9.64 ± 0.87 Bb(pH 5.8) | 15.66 ± 1.42 Ab(pH 5.8) |
| 3% 乙酸 (pH 2.5) | 7.79 ± 1.71 Ca(pH 2.6) | 18.78 ± 1.26 Ba(pH 2.6) | 17.82 ± 0.94 Ba(pH 2.6) | 29.99 ± 0.49 Aa(pH 2.7) |
| 10% 乙醇 (pH 4.8) | 8.21 ± 0.70 Ca(pH 4.7) | 9.44 ± 0.78 bB(pH 4.7) | 10.83 ± 0.77 Bb(pH 4.7) | 16.13 ± 1.66 Ab(pH 4.7) |
| 食品模擬物 | 總溶出含量 (mg/kg) | ||
| PLA-II | PLA + 3% LAB CFS-CS | PLA + 5% LAB CFS-CS | |
| 純水 (pH 6.2) | 5.45 ± 1.53 Ca(pH 6.0) | 13.27 ± 0.97 Bb(pH 5.4) | 36.76 ± 2.23 Ab(pH 5.5) |
| 3% 乙酸 (pH 2.5) | 7.53 ± 1.81 Ca(pH 2.6) | 23.91 ± 1.71 Ba(pH 2.6) | 41.37 ± 1.26 Aa(pH 2.7) |
| 10% 乙醇 (pH 4.8) | 4.13 ±0.33 Ca(pH 4.7) | 20.92 ± 1.82 Ba(pH 4.7) | 39.18 ± 0.31 Aab(pH 4.8) |
本發明實施例之抗菌薄膜採用乳酸菌產物作為活性抗菌成份，其中苯乳酸、片球菌素及乳酸鏈球菌素能抑制、減緩多種病原菌之生長與增殖，同時Na-EDTA能抗微生物活性及抗氧化，乳酸鈉能抗菌並與乳酸鏈球菌素產生協同作用，提升抗菌效果，使本發明實施例之抗菌薄膜利用上述材料的最佳配比至少能延長食物保存期限2天。脫脂奶粉還可以降低製膜成本，使本發明實施例之抗菌薄膜得以有足夠競爭力推廣至防腐需求量大的物流或水/海產業。
無
圖1A-1F為本發明實施例六中控制組、PLA-I聚乳酸薄膜、1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別於25
oC中不同儲存期間之大腸桿菌群(圖1A)、產氣單孢菌屬(圖1B)、假單胞菌屬(圖1C)、弧菌屬(圖1D)、中溫菌群(圖1E)與低溫菌群(圖1F)的菌量變化直條圖。
圖2A-2F為本發明實施例六中控制組、PLA-I聚乳酸薄膜、1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別於4
oC中不同儲存期間之大腸桿菌群(圖2A)、產氣單孢菌屬(圖2B)、假單胞菌屬(圖2C)、弧菌屬(圖2D)、中溫菌群(圖2E)與低溫菌群(圖2F)的菌量變化直條圖。
圖3A-3F為本發明實施例六中控制組、PLA-II聚乳酸薄膜、3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別於25
oC中不同儲存期間之大腸桿菌群(圖3A)、產氣單孢菌屬(圖3B)、假單胞菌屬(圖3C)、弧菌屬(圖3D)、中溫菌群(圖3E)與低溫菌群(圖3F)的菌量變化直條圖。
圖4A-4F為本發明實施例六中控制組、PLA-II聚乳酸薄膜、3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別於4
oC中不同儲存期間之大腸桿菌群(圖4A)、產氣單孢菌屬(圖4B)、假單胞菌屬(圖4C)、弧菌屬(圖4D)、中溫菌群(圖4E)與低溫菌群(圖4F)的菌量變化直條圖。
圖5A-5B為本發明實施例六中控制組、PLA-I聚乳酸薄膜、1%、2%與3% LAB
CFS聚乳酸薄膜組別於25
oC(圖5A)與4
oC(圖5B)儲存期間揮發性鹽基態氮之變化折線圖。
圖6A-6B為本發明實施例六中控制組、PLA-II聚乳酸薄膜、3%與5% LAB
CFS-CS聚乳酸薄膜組別於25
oC(圖6A)與4
oC(圖6B)儲存期間揮發性鹽基態氮之變化折線圖。
寄存機構：財團法人食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心。寄存日期：民國110年3月30日。寄存號碼：BCRC911046。
Claims (10)
- 一種抗菌薄膜，包含95重量%至97重量%的聚乳酸以及3重量%至5重量%的抗菌活性成分，該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素(Nisin)、片球菌素(Pediocin)、苯乳酸(Phenyallatic acid,Ph-LA)、EDTA-Na2，以及乳酸鈉，以及一選自由脫脂奶粉及幾丁聚醣所組成之群組。
- 如請求項1所述之抗菌薄膜，其中該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素、片球菌素、苯乳酸、EDTA-Na2、乳酸鈉，以及脫脂奶粉。
- 如請求項2所述之抗菌薄膜，其係由97重量%的聚乳酸以及3重量%的該抗菌活性成份所組成。
- 如請求項1所述之抗菌薄膜，其中該抗菌活性成分包含乳酸鏈球菌素、片球菌素、苯乳酸、EDTA-Na2、乳酸鈉，以及幾丁聚醣。
- 如請求項4所述之抗菌薄膜，其係由97重量%的聚乳酸以及3重量%的該抗菌活性成份所組成。
- 如請求項4所述之抗菌薄膜，其係由95重量%的聚乳酸以及5重量%的該抗菌活性成份所組成。
- 如請求項1所述之抗菌薄膜，其中該抗菌活性成分包含具有該乳酸鏈球菌素的乳酸鏈球菌(Lactococcus lactis)胞外物質上清液(cell-free suspension,CFS)之凍乾粉末。
- 如請求項1所述之抗菌薄膜，其中該抗菌活性成分包含具有該片球菌素的戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)胞外物質上清液之凍乾粉末。
- 如請求項1所述之抗菌薄膜，其中該抗菌活性成分包含具有該苯乳酸的乳酸菌分離株KP4胞外物質上清液之凍乾粉末。
- 一種延長食物保存期限之方法，包含將根據請求項1至9項中任一項所述之抗菌薄膜包覆在一食物外層。
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