活性抗菌食品塑料包装膜的研究进展与展望

活性抗菌食品塑料包装膜的研究进展与展望
何娟，李晨，李湘銮，肖乃玉，
（１．仲恺农业工程学院轻工食品学院包装工程系，广东广州)
(２．广东省食品绿色包装工程技术研发中心，广东广州）
摘要：活性抗菌包装是未来食品防腐包装工业的发展方向，具有巨大的市场潜力。

文中从抗菌剂分类的角度介绍了活性抗菌包装的类别，通过比较具有抗菌活性、具有释放行为以及具有控制释放行为的抗菌包装发展的不同阶段所存在的优势及不足，综述了活性抗菌包装国内外的研究现状与进展，阐述了释放规律模型及动态平衡机理，展望了控释抗菌包装今后的发展趋势。

关键词：控制释放技术；动态平衡；食品抗菌包装膜
食源性腐败和致病微生物是影响食品安全和品质最主要的因素，食品包装则是在食品流通领域抑制腐败和致病微生物如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等的关键技术环节。

传统的食品包装主要靠物理隔绝，即避免因外界因素干扰所导致的腐败和超标，对于食品内部因素的抑制，靠喷洒或浸渍防腐剂等方式直接将抗菌剂添加到食品中。

此做法导致２种弊端：（１）抗菌剂与食品发生一系列化学反应导致防腐剂被过量添加，高浓度的防腐剂使细菌产生耐受性，造成安全问题；（２）食品介质的稀释和防腐剂的扩散，使食品表面防腐剂浓度降低，丧失对食品的保护能力。

近年来，人们对自身健康的关注以及对食品质量的要求不断提高，因此,亟待寻求一种革新方法来抑制微生物的生长，保障食品质量、新鲜和安全。

活性抗菌包装，立意在于提高食品的品质和安全性，延长货架期。

主要手段多为活性因子先行导入聚合物材料基质、后续从成品包装中缓慢和持续释放以实现长期抗菌效果。

首先，活性抗菌控释通过定向、定量释放抗菌剂的方式来发挥其防腐保鲜的功效；其次，抗菌包装根据食品本身的生理生化特点及代谢规律有针对性地选择相应的抗菌剂。

如Ｆｉｇ．１所示。

１活性抗菌包装的分类
利用不同种类物质实现抗菌功能的活性包装正在不断涌现，有些已经商品化生产，以代银沸石为活性成分的机体包括线型低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）、乙烯（ＰＥ）、聚乙烯乙醚（ＰＶＥ）和橡胶，应用于膜、贴体食品、牛奶容器及纸板箱；以二氧化氯为活性成分的机体为聚烯烃，应用于膜和袋；以乙醇为活性成分的机体为二氧化硅，应用于袋；以二氧化硫为活性成分的机体为焦亚硫酸钠，应用于葡萄等水果储藏板／垫及夹层塑料板；以三氯生为活性成分的机体为聚合物和橡胶，应用于食物容器；芥末提取物的机体为环糊精，应用于聚酯涂膜及片剂。

按包装中抗菌活性功能物质的种类可大致分为无机类活性抗菌包装、有机类活性抗菌包装以及天然生物类活性抗菌包装三大类。

１．１无机类活性抗菌包装
无机类活性抗菌包装是将无机类抗菌剂导入包装膜内发挥抗菌效果的一类活性包装。

常用的无机类抗菌剂可以分为２类，一类是金属离子抗菌剂，主要包括Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ及与沸石、活性炭复合而成的纳米多孔材料，该类抗菌剂可以通过与细胞膜的相互作用进入到微生物细胞内，阻碍微生物体内蛋白质的合成，影响甚至阻碍微生物的生长与繁殖。

另一类是光催化抗菌剂，主要包括ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＣａＯ等，该类抗菌剂在光照条件下可以形成活性羟基、Ｈ2Ｏ2等物质，能严重破坏细菌细胞内原本的构造。

Ｃｈａｗｅｎｇｋｉｊｗａｎｉｃｈ等通过挤出工艺将纳米粒子ＴｉＯ2掺入塑料薄膜中制备ＴｉＯ2膜，通过将ＴｉＯ2膜与空白膜分别经紫外光照射３ｈ，可得ＴｉＯ2膜上假单孢菌和胶红酵母菌的减少量分别为４.00log CFU/mL和２.00log CFU/mL，多于空白对照组２．６５log CFU/mL和１．３６log CFU/mL；用ＴｉＯ2纳米复合材料的膜包装鲜梨，并在５℃的光照下储存１７ｄ，嗜温菌的数量从３．１４log CFU/ｇ降低至２.00log CFU/ｇ，而用空白膜包装的鲜梨细菌数从３．１９log CFU/ｇ增加至４．０２log CFU/ｇ；此外，由ＴｉＯ2薄膜包装的水果中酵母数从２．４５log CFU/ｇ减少到２．００log CFU/ｇ，而空白膜的酵母数从２．１０log CFU/ｇ增加到３.37log CFU/ｇ。

这些结果证明了ＴｉＯ2纳米粒子可有效应用于水果包装。

Ｃｉｂｕｌｋｏｖａ等还对ＴｉＯ2／ＰＰ膜的热氧稳定性进行了相关研究，得出ＴｉＯ2可提高ＰＰ膜的热氧降解能力。

Ｌｉ等的研究得出，ＺｎＯ涂覆的ＰＶＣ膜能显著抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，对暴露于紫外光３ｈ的空白膜和涂覆ＺnO 的膜进行测试得出，后者对大肠杆菌的抑制效果改善了２9.8％，对金黄色葡萄球菌的抑制效果改善了２6.0％。

无机类抗菌剂具有较高的稳定性、广谱性，且抗菌剂发挥作用的时间远远比有机及天然生物类活性抗菌物质要长，也不会发生耐药性。

但因制作工艺复杂、造价昂贵等缺点，一些金属离子类抗菌剂在食品包装中由于易变色、易氧化及毒性等而存在明的限制性。

１．２有机类活性抗菌包装
有机类活性抗菌包装是以有机类抗菌剂作为抗菌活性物质，该类抗菌剂主要包括醇类、酚类、季铵盐类、卤化物类、赛酚类、双胍类、二苯醚类、吡啶类、咪唑类、有机金属和有机氮类化合物等。

该类抗菌剂主要是通过与微生物细胞内的蛋白质发生相互作用从而抑制微生物的生长繁殖。

有机类抗菌剂来源广泛，具有高效、工艺简单、颜色稳定性好、造价便宜等优点，但有机类抗菌剂不及无机类抗菌剂稳定，在加热或者酸碱性环境下容易发生性质改变，影响抗菌性，还可能造成健康隐患。

从载体材料与抗菌剂之间的相互作用的角度出发，抗菌剂负载化是避免抗菌剂高温失活、解决抗菌剂与聚合物基体的相容性问题的有效措施。

李学红等将尼泊金乙酯和苯甲酸固载于β－环糊精中形成包合物，涂覆于丙烯酸膜中，结果发现环糊精的固载不但控制了抗菌剂的释放速度，而且还显著提高了尼泊金乙酯和苯甲酸的热稳定性，其所制备的抗菌材料用于肉制品的包装中，提高了其安全性并延长了货架期。

Ｍｕｋｅｓｈ等在ｐＨ为８、４℃添加戊二醛的条件下将枯草溶菌素固定于
聚己内酰胺（ＳＩＰ），以保护枯草溶菌素在包装材料中的活性，减少微生物的迁移量，结果表明将ＳＩＰ应用于火腿和牛排的包装后，在４℃和２０℃下，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌减少了２～３倍。

于太保等通过盐酸胍与马来酸酐合成抗菌功能化马来酸酐，之后应用马来酸酐与苯乙烯共聚的手段将抗菌功能化基团引入到高分子长链上，从而实现高效、光谱、稳定性高的抗菌作用，确定了胍类高分子抗菌剂的存在，且通过抗菌实验对其抑菌效果进行研究，结果表明该胍类高分子型抗菌剂对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌具有较强的抗菌作用。

１．３天然生物类活性抗菌包装
天然生物类活性抗菌剂是从动植物体内提取或微生物合成的一些天然产物，主要包括壳聚糖、细菌素、溶菌酶及植物精油等。

１．３．１植物精油类抗菌包装：精油和植物提取物的抗菌活性是由于精油富含挥发性萜类化合物和酚类颗粒。

Ｍｕｒｉｅｌ等研究了涂有牛至精油和柠檬醛的聚丙烯（ＰＰ）薄膜，与空白对照相比，在１２％ＣＯ2和４％Ｏ2的包装环境，４℃保存２ｄ后发现，含６．７％香芹酚的牛至精油涂覆ＰＰ膜已成功减少沙拉中大肠杆菌，肠炎沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌的数量为１．４０log CFU/ｇ，０0.５０log CFU/ｇ和０．３６log CFU/ｇ；同时，５％的柠檬醛涂层ＰＰ膜分别减少大肠杆菌和肠炎沙门氏菌０.３６log CFU/ｇ和０.４１log CFU/ｇ。

其他精油涂膜包括异硫氰酸烯丙酯（ＡＩＴ）、迷迭香、大蒜油和肉桂醛已经被广泛研究。

Ｗｅｎ等在最佳静电纺丝条件下制备了聚乙烯醇（ＰＶＡ）／肉桂精油（ＣＥＯ）／Ｂ－环糊精（ｂ－ＣＤ）纳米纤维膜，用大
肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为测试微生物进行抗菌活性研究；在盘扩散试验中，ＰＶＡ／ＣＥＯ／ｂ－ＣＤ纳米薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有抑制作用，抑菌区分别为（２８．９±０．３）ｍｍ和（３０．５±０．４）ｍｍ；且得出ＰＶＡ／ＣＥＯ／ｂ－ＣＤ纳米薄膜的抗菌性与ＣＥＯ有关。

精油也被涂覆于可食性蛋白膜以评估其抗菌性能。

Ｓｅｙｄｉｍ已经制备了含比例为１．０％～４．０％的迷迭香，牛至和大蒜精油的乳清蛋白分离（ＷＰＩ）膜以测试对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌Ｏ１５７:Ｈ７、单核细胞增生李斯特菌、植物乳杆菌和肠炎沙门氏菌的抗菌效果。

研究人员发现，当ＷＰＩ膜中大蒜精油为３％（ｍ／ｖ）时对所有的测试菌株显著抑制。

此外，加入了１．５％（ｍ／ｍ）的牛至油的ＷＰＩ膜可将牛肉的货架期延长２倍，同时最大程度缓解了牛肉色泽的变化。

１．３．２溶菌酶类抗菌包装：从鸡蛋白中获得的溶菌酶能很好地抑制革兰氏阳性菌，而由于在革兰氏阴性菌细胞壁上存在保护性脂多糖（ＬＰＳ）层而对其抑制效果不佳。

Barbroli等研发了溶菌酶／含乳铁蛋白的纸片，当对革兰氏阳性菌李斯特菌进行测试时发现,２种抗菌剂的存在诱导滞后期从１．８６ｈ显著延长至６．５ｈ，而单独使用溶菌酶只将滞后期从１．８６ｈ延长至５．８１ｈ；对于革兰氏阴性菌大肠杆菌，单独使用溶菌酶只将滞后期从１．０８ｈ延至１．７９ｈ，而含乳铁蛋白的纸片诱导滞后期从１．８ｈ延至３．２５ｈ。

Ｍｅｃｉｔｏｇｌｕ等提出了用溶菌酶和乙二胺四乙酸二钠（Ｎａ2ＥＤＴＡ）的结合作为抗菌剂。

含有溶菌酶的玉米醇溶蛋白膜对枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌具有抑制作用，加入Ｎａ2ＥＤＴＡ的膜对大肠杆菌也有抑制作用。

Ｕnalan等对含有溶菌酶（７００ｍｇ／ｃｍ）和Ｎａ2ＥＤＴＡ（３００ｍｇ／ｃｍ）的玉米醇溶蛋白膜的研究发现，在琼脂盘扩散试验中，以单增李斯特菌为测试菌，分别使用含有溶菌酶和Ｎａ2ＥＤＴＡ的玉米醇溶蛋白膜与单独使用含有Ｎａ2ＥＤＴＡ或溶菌酶的膜相比，其抑菌圈分别是后者的１.5和２.4倍，且溶菌酶和Ｎａ2ＥＤＴＡ相结合或单独使用Ｎａ2ＥＤＴＡ的玉米醇溶蛋白膜对大肠杆菌Ｏ１５７: Ｈ７和鼠伤寒沙门氏菌均有效，通过对比实验，分别用含有２种抗菌剂的膜和空白膜包装牛肉馅饼,５ｄ后，前者的细菌总数和大肠杆菌总数均减少。

１．３．３壳聚糖类抗菌包装：壳聚糖是天然高分子，具有无毒、成膜性、稳定的抗菌性及生物降解性而备受关注。

壳聚糖在高ｐＨ值下的溶解度差，其应用仅在酸性介质中有效。

Ｌｉｕ等的研究表明在５ｍｉｎ之内壳聚糖溶液中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌减少了大约１．００ｌｏｇＣＦＵ／ｇ。

与传统聚合物相比，壳聚糖膜的唯一缺点是力学性能差，因此，常将壳聚糖涂覆于塑料薄膜上用以改善其力学性能并增强抗菌活性。

Ｔｈｅａｐｓａｋ等利用等离子体处理技术将壳聚糖涂覆在ＰＥ膜上获得了力学性能和抗菌活性俱佳的包装膜，其壳聚糖涂层结构如Ｆｉｇ．２所示。

Ｄｕａｎ等报道，储存在１０℃和４℃条件下，莫扎里拉奶酪和卡姆奶酪中单核细胞增生李斯特菌显著减少，分别用２％和２．５％ｖ／ｖ壳聚糖涂层后真空包装猪肉，冷冻储存１４ｄ，其菌落总数从６．００ｌｏｇＣＦＵ／ｇ（对照）分别降至３．７５ｌｏｇＣＦＵ／ｇ和３．６１ｌｏｇＣＦＵ／ｇ。

Ｚｉｖａｎｏｖｉｃ等研究表明用壳聚糖膜包裹的大香肠在１０℃下储存５ｄ，单核细胞增生李斯特菌的数量减少了２．００ｌｏｇＣＦＵ／ｇ，向壳聚糖膜中加入１％的牛至油后
单核细胞增生李斯特菌减少了３．６０ｌｏｇＣＦＵ／ｇ，分别将１％牛至和丁香精油结合于壳聚糖膜后可显著抑制细菌生长，且加入牛至精油的抑菌效果更佳。

Ｙｅ等通过将乳酸链球菌素，二乙酸钠（ＳＤ），乳酸钠（ＳＬ），山梨酸钾（ＰＳ）和苯甲酸钠（ＳＢ）加入壳聚糖增强了壳聚糖涂层对单核细胞增生李斯特菌的抑菌效果，这样的抗菌剂组合通常用作食品防腐剂且被定为“公认安全”（ＧＲＡＳ）。

且由于具有生物降解性，壳聚糖因其抗菌和可食包装被广泛研究。

１．３．４细菌素类抗菌包装：细菌素是由绝大多数细菌的防御系统所产生的代谢副产物（抗菌肽），这是一个菌株的细菌抑制邻近其他菌株的生长的自然活动。

细菌素如肠球菌Ａ和Ｂ、Ｓａｋａｃｉｎ、肠杆菌素４１６Ｋ１和ｐｅｄｉｏｃｉｎＡｃＨ能够控制人为污染的食物中的单核细胞增生李斯特菌的增殖。

Ｋｉｍ等对细菌素包被的ＬＤＰＥ膜进行研究发现，用涂有乳链菌肽和乳酸菌ＮK24的膜包裹牡蛎和牛肉，３℃条件下，其货架期分别从１０ｄ延长至１２ｄ，从９ｄ延长至１３ｄ；１０℃条件下，其货架期
分别从５ｄ延长至１２ｄ，从５ｄ延长至９ｄ。

此外，还报道了抗生膜对食物中几种致病菌和革兰氏阳性菌的抑制作用，且对单核细胞增生李斯特菌的抑制效果最好。

Ｍａｒｉａｎａ等生产了与乳内脂／塑料膜对植物乳杆菌进行测试，该膜由外部ＰＰ层，内部聚酰胺聚乙烯结构，中间阻隔层乙烯乙烯醇共聚物组成，研究表明，膜的抗菌活性受时间和温度的影响，通过对植物乳杆菌进行琼脂盘扩散试验，发现在３０℃，１０℃和５℃下储存７ｄ后，抑制区分别达到３２％，６６％和１００％；３０℃和１０℃下储存１４ｄ后，多层膜未显示明显抑菌区。

天然生物类活性抗菌剂具有更高的安全性，同时其抗菌功能多具有广谱性，是一类较为理想的可食性包装膜的抗菌剂，但天然生物类活性抗菌剂在加热条件下易分解变质，有效期也比无机及有机类抗菌剂短。

２抗菌包装的国内外研究现状
国内外对抗菌活性包装的研究经历了３个阶段，分别为仅具有抗菌活性的抗菌包装、具有释放行为的抗菌包装以及具有控制释放行为的抗菌包装。

２．１仅具有抗菌活性的抗菌包装
最初对抗菌活性包装的研究主要集中于对抗菌剂的筛选和对成膜物质的探索，在该类食品包装中，抗菌活性物质为非动态，仅通过与食品表面的接触及对外界微生物的阻隔抑制作用而达到抗菌效果，抗菌剂不具有释放性。

Becerril 等通过研究发现含有肉桂精油或牛至精油的活性抗菌膜对大肠杆菌和金色葡萄球菌具有较好的抑制效果；Ａｍparo等的研究结果证明，精油的添加为生物降解膜提供了良好的抗氧化及抗菌性能，且因其与高分子聚合物有一定的结合作用而被作为活性抗菌剂添加于食品包装。

随着研究不断深入，人们发现由于抗
菌成分、包装材料以及食品成分之间的相互作用，很难确定抗菌剂的最低抑菌量，缺乏对整个包装系统的预测性和选择性的把握。

因此，还必须进一步探讨抗菌剂的释放行为以及膜对抗菌剂的调控能力。

２.2 具有释放行为的抗菌包装
具有释放行为的抗菌包装是指食品包装中的抗菌剂以缓慢释放的方式进入到食品当中发挥其作用。

研究发现，抗菌剂的释放速率受到多种因素影响。

杨芳靖等研究发现抗菌物质肉桂醛在均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯三类结构不同的膜材中释放速率不同，以无规共聚聚丙烯中的释放速率最快，表明抗菌活性物质的释放速率受成膜物质结构的影响。

抗菌活性包装是否具有实效性的关键在于抗菌活性因子的释放速度与微生物生长动力学之间能否达到平衡，抗菌因子的添加量及释放速度均是需要重点考虑的因素。

对抗菌剂释放行为的研究以Ｃｒａｎｋ针对单层塑料包装材料及双层塑料包装材料中的化学物迁移所建立的释放模型为基础。

Ｕｚ等制备出３层醋酸纤维素包装膜，在中间层加入山梨酸钾作为抗菌剂，在４℃、ｐＨ为７的去离子水中测定山梨酸钾的释放量，发现与Ｃｒａｎｋ针对双层塑料包装材料中化合物的迁移建立的数学模型基本吻合；Ｅｒｉｋａ等以香芹酚作为抗菌剂混入小麦面筋－纳米蒙脱土复合材料中，在适当条件下测定香芹酚的释放量，并与Ｃｒａｎｋ针对单层塑料包装材料中化合物的迁移所建立的模型相比较，发现该模型可以很好地描述出香芹酚的释放规律。

但以上所述的迁移模型只针对于将膜浸于单一溶液中时的释放规律研究，在实际的应用中，由于食品本身的结构与组成的复杂性，会使得这些模型在预测抗菌剂的释放行为时产生一定的误差，如Ｆａｊａｒｄｏ等人将壳聚糖与那他霉素复合成膜，通过直接与奶
酪接触和浸于脂类食品模拟液两种方式测定抗菌剂那他霉素的释放量,２组测定的结果有较大的偏差。

这也说明了对抗菌剂释放规律的探索仅仅依靠以上的迁移模型是不够精确的，在今后的实验中应加强对抗菌剂在真正的食品基质中的释放行为研究。

2.３具有控制释放行为的抗菌包装
抗菌包装的控释行为是一种能够感知和响应外界物理和化学信号如温度、ｐＨ值、光、磁场等，实现对抗菌活性因子释放的信号控制，达到定时、定位、定量地释放活性因子的一种技术。

包装学家Ｈａｎ率先将最初主要用于医药领域的给药系统以便优化治疗效果的可控释放技术，引入到食品活性包装领域以期实现材料对活性因子的控制释放，增加释放的可预测性和重现性，增加包装系统的有效性和持续性。

为了使材料对抗菌剂的释放具有控释能力，各种策略和方法被采用，概括起来，主要从以下几个角度考虑：（１）改变聚合物基体自身的结构。

Ｂｕｏｎｃｏｒｅ等将包装膜设计为高阻隔层、控制层和食品接触层的３层复合结构，通过３层材料的协同功效，实现抗菌剂的控制释放；Ａｌｔｉｎｋａｙａ课题组通过对抗菌包装膜的表面改性改变了其孔隙率，从而实现了对抗菌物质山梨酸钾的控制释放。

（２）改变膜的制备方法。

首先将多孔不对称膜引入到食品包装领域，通过改变膜的不对称性、利用干相转变技术控制膜的孔隙率和孔径实现甲基纤维素单层和多层包装膜对抗菌剂溶菌酶、山梨酸钾等的释放速度的控制。

（３）改变膜所处的外界条件。

Ｃｏｒｒａｄｉｎｉ等利用溶胶凝胶法对ＰＥＴ进行表面改性，所得的包装膜可以控制抗菌活性物质溶菌酶的释放速度；马雯通过建立Ｇｅｎｉｐｉｎ调控系统来实现对抗菌物质的控释作用。

（４）将抗菌剂负载并纳米化。

即通过一定的手段将抗菌剂负载到聚合物上面，其连接键具有对ｐＨ、光、热或磁场等因素敏感响应的特点，形成一个控制释放的“微系统”，可以感知到食品性状的改变并“按需”
释放抗菌剂。

例如尹业充通过乳液聚合技术制得负载乳酸链球菌素的纳米微粒，从而实现了对乳酸链球菌素的控释。

此外，Ｈａｎ还考察了在释放动力学上电子束辐射效应，并提出辐射可以作为活性物
质释放的１个控制因素。

但其释放速度、方式和持续的时间受外界环境影响较大，易出现暴释现象，控制性和针对性不强。

对具有控释行为的活性抗菌包装的研究应着眼于对控释规律的探索以及对控释机制的创新。

将抗菌剂负载并纳米化是研究抗菌控释包装的新思路，为抗菌剂的定向、定量释放提供了理论依据。

智能控释技术可以使包装材料具有能够感知和响应外界（食品状况）信号的能力，使活性成分的释放规律与食品需求基本同步（如Ｆｉｇ．３）。

而目前智能控释抗菌包装却鲜有报道，Ｘｕ等通过将杀菌剂前体掺入包装材料中，利用抗菌剂、水分和有机酸之间的动态平衡，制备了与水果保鲜需求同步的智能型缓释杀菌包装膜，早期，水果保鲜中产生的水分可促使抗菌剂低浓度释放，一旦腐败，所产生的有机酸可刺激抗菌剂高浓度释放，有机酸的含量越高，释放的浓度就越大。

可见，智能控释抗菌包装在设计思路上是可行的。

３释放规律与机理
3.１控制释放规律
抗菌活性包装是否具有实效性的关键在于抗菌活性因子的释放速度与微生物生长动力学之间能否达到平衡。

Ｆｉｃｋ扩散定律可以对抗菌活性物质的扩散规律进行宏观描述，分为第一扩散定律和第二扩散定律。

第一扩散定律阐述了扩散通量及浓度不会随时间改变的环境下浓度与扩散通量的正比关系。

在抗菌剂的释放过程中，随着时间的延长，抗菌剂的浓度必然会发生变化，因此不适用于实际应用。

第二扩散定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离处，浓度随时间的变化率等于该处扩散通量随距离的变化率的负值，用公式可表示为：
式中：Ｃ———扩散物质的体积浓度（ｋｇ／ｍ３）；Ｔ———扩散时间（ｔ）；Ｘ———距离（ｍ）；Ｄ———扩散系数，通常作为一个不变的常数处理。

Ｆｉｃｋ第二扩散定律可以在实际应用中精确地计算出抗菌剂的扩散通量，因此可以很好地预测抗菌剂在不同的食品基质中的扩散规律。

张勇等测定了苯甲酸包合物环糊精在聚乳酸材料中的迁移释放行为，发现与Ｆｉｃｋ第二扩散定律的计算结果相吻合。

3.２控制释放机理
不同的抗菌包装具有各自特定的控制抗菌剂释放速率的方式，从现有研究来看，抗菌剂的控制释放机理主要分为４种：（１）扩散限制控释，即通过包装材料本身的孔隙率、孔径大小或厚度等来适当限制抗菌剂的释放，从而对抗菌剂的释放量及释放速率进行调整；（２）扩散路径控释，即改变包装材料的结构，通常采用环糊精包合填充和纳米蒙脱土的插层填充增加抗菌剂在释放过程中的迂回性，从而改变其释放速率；（３）溶胀诱导控释，即通过溶胀使得包装材料的孔径变大，使原本无法释放抗菌剂或释放抗菌剂较慢的包装膜可以按需求快速释放抗菌剂；（４）生物降解控释，即在食品与包装材料的相互作用下，材料表面或内部发生降解，与抗菌剂相连的键断裂，抗菌剂得以释放。

无论是何种机理达到对抗菌剂释放的控制效果，其抗菌剂的释放均具有一定的释放规律。

４活性抗菌控释包装的发展趋势
控释抗菌包装在设计思路上是可行的，但是处于研究的前期阶段，是受成熟药物控释技术的启发移植而来，综合考虑食品包装的特点，需掌握包装材料、食品介质和抗菌剂之间的相互关系，又需对释放规律和机理，以及抗菌效果等主要问题进行实证。

此外，还需实际考察抗菌剂在膜加工过程中的活性和稳定性，以及当抗菌剂添加到包装膜后，对包装膜的工程性能如物质传输性能、拉伸性能、热性能和形貌等造成的影响，这些都是在进行活性抗菌包装设计时需要考虑的。

智能化抗菌包装的研究中，要十分注意抗菌剂的活性保存及稳定性的加强，对抗菌剂释放规律及控释机理的进一步研究将有助于扩大控释系统在整个活性抗菌包装中的应用，在最大程度上保证该类包装的安全性及有效性。