Полимерные материалы с антимикробными свойствами

Очевидно, что биообрастания значительно сокращают срок службы материалов и изделий за счет биокоррозии, обусловленной фермента­тивными системами микроорганизмов. Решить проблему биообрастаний и предот­вратить биокоррозию часто удается путем вве­дения в состав материалов биоцидных веществ или при использовании защитных покрытий с антимикробными свойствами. Расширение спектра биостойких материалов и сфер их ис­пользования диктует необходимость адекват­ной оценки антимикробной активности. Однако на сегодняшний день не существует простого и надежного метода для определения способно­сти изделий и материалов противостоять мик­робной колонизации и деструкции.

Для изучения антимикробных свойств материалов используется ряд методов, среди которых можно выделить следующие:

1 Суспензионный метод, дающий возможность различить материалы с биоцидными добавками по степени выраженности их антимикробных свойств. Однако данный метод имеет существенный недостаток: в нем оцени­ваются антимикробные свойства только тех ве­ществ, которые выщелачиваются из образца в рас­твор. Таким образом, материалы, прочно удержи­вающие биоциды, могут показать в этом методе низкую антимикробную активность, несмотря на то что их поверхность может оставаться защи­щенной от колонизации микроорганизмами.

2 Адсорбционный метод, позволивший выявить закономерностьснижения концентрации свободно суспендированных бактерий при увеличении длительности адсорбции клеток на волокне.

3 Модифицированный метод, позволяющий изучать способность к размножению клеток, адсорбированных на красителе.

Представленные методы дают возможность количественно оценивать степень антимикробной активности материалов, прочно удерживающих биоцидные добавки, а также изделий сложного профиля и с разным характером поверхности [15].

В настоящее время в целях защиты продукции от биоповреждений упаковочные материалы изготавливают, как правило, на основе полиолефинов: полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полипропилена (ПП), сополимеров этилена с винилацетатом (СЭВА), полиамидов (ПА), соэкструдатов на их основе, или с использованием других компонентов.

В промышленности используют пленки из сополимеров винилиденхлорида, а также металлизированные материалы. Комбинируя различные полимерные слои, получают материалы с требуемыми паро-, газо-, влагопроницаемостью, хорошей формуемостью, прозрачностью, высокой прочностью на разрыв, термосвариваемостью, способностью хорошо герметизироваться. Такие пленки имеют как один, так и два, три и более слоев, что придает им дополнительные свойства жесткости, газонепроницаемости, способности к вакуум упаковке. При этом слой, непосредственно контактирующий с продуктом, выполняют преимущественно из полиолефинов для обеспечения необходимых технических и гигиенических характеристик. Кроме полимерной составляющей в композицию этого слоя входят также специальные добавки (противостарители, скользящие агенты и т.д.).

Весь этот ассортимент упаковочных материалов предназначен для сохранения первоначального качества продуктов, сокращения их потерь при транспортировке и хранении, для обеспечения гигиенической безопасности продукции, а также для эффективной защиты от биоповреждений.

В настоящее время перечисленные полимерные пленочные материалы используются в виде пакетов (вакуумных и вакуумных термоусадочных) для упаковывания, хранения и реализации. Они могут также применяться в качестве покровного компонента в комбинированных пакетах с нижним слоем из металлизированных картона, бумаги и т.д.

Перспективно использование этих материалов для порционной упаковки сухих пряностей, смесей специй, функциональных добавок, сухих кормов для животных и т.д.

В настоящее время внедрена промышленная технология изготовления таких продуктов, как ветчина и окороки, в пленочных пакетах; во многих странах выпускаются консервы в термоформируемой таре из одно- и многослойных соэкструзионных термостойких материалов на основе ПА и сополимера этилена с поливиниловым спиртом.

Происходят серьезные изменения и в области использования упаковочных материалов – из инертного защитного барьера между пищевым продуктом и окружающей средой упаковка превращается по существу в технологический фактор производства.

Расширение функций упаковки достигается путем придания традиционным материалам дополнительных признаков, например, селективной проницаемости к парам воды и газам, антимикробной активности по отношению к нежелательной микрофлоре, противоокислительного действия по отношению к жировым компонентам продуктов.

Активные полимерные материалы получают путем введения модификаторов (активных добавок) на стадии синтеза традиционно используемых полимеров или в композиции на стадии переработки их в изделия. Активные добавки могут также наноситься на поверхность изделия в виде дополнительных специальных слоев (покрытий). В зависимости от целевого назначения материала в качестве таких добавок используются консерванты, антиокислители, адсорбенты влаги и экотоксикантов, витаминные комплексы, коптильные или биологически активные препараты и т.д.

Проблема создания упаковочных полимерных материалов, обладающих антимикробной активностью, стала весьма актуальной. Это связано с резко ухудшившейся в последние годы экологической ситуацией и с существенным увеличением вследствие этого нежелательной микробной нагрузки в воздухе рабочих зон предприятий. На поверхности незащищенного продукта всегда имеется микрофлора, продуцирующая развитие болезнетворных микроорганизмов с поверхности в объем продукта. Вот почему так важно защитить продукцию соответствующей упаковкой на стадии ее производства сразу же после изготовления. Однако и внутри упаковки на обсемененных продуктах могут развиваться микроорганизмы, например, внутри вакуумных упаковок – анаэробные, при неполном вакууме – также и аэробные, а кроме того, и некоторые виды плесеней. Очень важно придать слою, контактирующему с продуктом, антисептические свойства.

В мировой практике широко применяется стерилизация поверхности пленок непосредственно перед их использованием (фасовкой продукции) различными физическими методами или химическими агентами, например, ультразвуком, обработкой перегретым воздухом или перекисью водорода. Однако эти методы обеспечивают только обеззараживание исходного материала и не гарантируют антимикробную защиту упаковки при локальном нарушении ее целостности (проколе).

Устранение этого недостатка и одновременное улучшение комплекса защитного действия новых активных упаковочных материалов может быть достигнуто путем введения антимикробных компонентов непосредственно в полимерный слой материала на стадии его получения.

Разработанные новые однослойные и многослойные пленочные упаковочные материалы отличаются противоплесневой, антидрожжевой и антигрибковой активностью при общей санитарно-гигиенической доброкачественности. Эффект длительно сохраняющегося антимикробного действия пленок был достигнут путем введения в упаковочный материал специальных добавок – композиций оптимальной рецептуры на основе натриевой соли дегидрацетовой кислоты, антиоксидантов, пищевых кислот.

Высокая антимикробная активность и длительно сохраняющееся антисептическое действие материалов связаны с реализацией синергетического эффекта действия сбалансированной по составу антимикробной композиции. Пленочные материалы с антимикробными свойствами могут быть получены в виде однослойных и многослойных упаковочных материалов соэкструзией, кашированием, ламинированием.

При этом антисептическими свойствами может обладать либо один из слоев, непосредственно прилегающих к продукту, либо все слои в зависимости от целевого использования нового материала [16].