我國抗菌劑和抗菌材料的研制工作起步較晚，目前其主要的研究領(lǐng)域為抗菌劑、抗菌母料等，其應(yīng)用領(lǐng)域則主要包括抗菌塑料制品、抗菌涂料、一次性衛(wèi)生用品和部分家電制品等?？咕鷦┮话惆o機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑3種。人造板越來越多地應(yīng)用于食品儲存場所，例如用于食品架等，這就要求其具有良好的抗菌性能。目前人造板抗菌處理多選用水楊酰苯胺和多菌靈、抑菌清、硼酸等作為抗菌劑，其抗菌效果尚可，但對板材的膠合強度影響較大，且存在著二次污染。目前環(huán)保型的防霉抗菌木質(zhì)人造板在國內(nèi)的產(chǎn)品還是空白。本研究以抗菌劑和中密度纖維板(簡稱中纖板)為原料，通過對制成的中纖板施行幾種不同的抗菌處理，測定不同處理條件所得中纖板的抗菌效果，并分析其物理力學(xué)性能的變化規(guī)律，以確定研究所用的抗菌劑。
1材料與方法
1．1材料
市售中密度纖維板，將大塊板材鋸切成不同規(guī)格大小的試件。編號1:210mm×50mm×9mm，用于測定靜曲強度和彈性模量;編號2:50mm×50mm×9mm，用于測定內(nèi)結(jié)合強度、吸水厚度膨脹率、密度和含水率;編號3:20mm×20mm×9mm，用于測定被菌種侵染過后的質(zhì)量損失;編號4:100mm×100mm×9mm，用于觀察大腸桿菌的狀態(tài)及數(shù)量分布。
1．2方法
1．2．1前期處理
對每種規(guī)格大小的試件進行前期的相對于對照組的抗菌處理，3種具體處理方法如下:
①用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在1g/L的AgNO3溶液中(30min)→烘干→浸泡在1g/L的NaBH4溶液中(30min)→烘干;
②用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在5g/L的殼聚糖中(15min)→烘干→浸泡在1g/L的Ag-NO3溶液中(30min)→烘干→浸泡在1g/L的NaBH4溶液中(30min)→烘干;
③用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在2%的TiO2懸浮液中(10min)→烘干。
1．2．2實驗步驟
①首先需要在無菌操作室中先接種好菌種(黑曲霉、大腸桿菌)，培養(yǎng)3～5d，待菌種生長情況較好的時候，放置以供之后接種所用。
②將防霉處理和未處理的中密度纖維板的試件用紗布包裹幾層，放入壓力蒸氣滅菌鍋中，在0．1MPa、121℃的條件下滅菌30min，以使試件達到無菌的狀態(tài)，待用。
③用培養(yǎng)好的菌種和無菌水制成所需的菌液，移入已經(jīng)消毒的噴壺當(dāng)中，用噴壺將菌液噴到需要接種菌類的試件表面，放在托盤中擺好;并從無菌操作室中移到恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在溫度為25～30℃、相對濕度為80%的條件下培養(yǎng)。
④每隔一個周期(10d)取樣，每種條件各取5塊試件，然后進行表面觀察和物理力學(xué)性能的檢測，判斷分析防霉抗菌效果。
2結(jié)果與分析
2．1周期(前期處理后)板材性能的變化
分別測試未處理板材、防霉處理1板材以及防霉處理2板材的性能，測試結(jié)果見表1。
板材經(jīng)過防霉抗菌處理后物理力學(xué)性能下降較多，與處理方法中的浸泡藥液的處理方式有很大關(guān)系。板材經(jīng)過溶液浸泡后，含水率變大，厚度膨脹，從而導(dǎo)致試件密度下降，其物理力學(xué)性能也會受到很大的影響。而防霉處理2板材的物理力學(xué)性能又比處理1板材的性能略差，與其浸泡殼聚糖溶液這一步有關(guān)系。作為天然抗菌劑的殼聚糖在自然界中含量豐富，殺菌速度快，抑菌效果好，而且具有良好的物理、化學(xué)性能和生物相容性，但耐熱性能差，大大限制了其應(yīng)用范圍。殼聚糖還表現(xiàn)出止血活性、抗微生物活性以及與金屬離子的強親和性。而且殼聚糖溶液較黏，附著在試件表面不易擦凈，烘干中還容易因為表面殘留殼聚糖溶液而使試件發(fā)生局部的少許變形，這樣便會進一步影響板材的物理力學(xué)性能。
2．2第二周期(接菌培養(yǎng)10d后)板材性能的變化
基本操作和測試與周期相同，使用黑曲霉菌和無菌水配成的菌液，將其噴到各種處理的板材表面，用壓力蒸氣滅菌鍋對板材進行滅菌處理，致使板材發(fā)生較大變形，局部發(fā)生膨脹，結(jié)果見表2。板材性能下降較快，與蒸氣滅菌處理有很大關(guān)系，中密度纖維板使用的脲醛樹脂膠抗水性差，遇水結(jié)合強度很快降低，嚴(yán)重影響了板材性能及形狀。未處理噴菌板材的性能下降，可能是與噴菌液的操作有關(guān)系，說明黑曲霉菌對板材有侵蝕，導(dǎo)致板材力學(xué)強度下降。有些防霉處理2板材的物理力學(xué)性能與處理1板材略強，說明了加了殼聚糖后防霉效果可能會好些，但還需進一步實驗才能證明。殼聚糖中糖元的2位為—NHCOCH3或游離的—NH2，3位為仲—OH和6位為伯—OH，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得殼聚糖對一些金屬離子在一定的pH值下具有螯合作用。殼聚糖中的—NH與—OH都與金屬離子Ag(I)發(fā)生配合反應(yīng)，也說明了處理2的處理方法雖開始對板材性能有所影響，但防霉效果要比處理1好些。
2．3第三周期(接菌培養(yǎng)20d后)板材性能的變化
性能測試結(jié)果見表3?；静僮骱蜏y試方法與第二周期相同，實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象亦與上第二期的現(xiàn)象基本相同，不同的是板材性能下降較快。板材力學(xué)性能下降較大，相對于第二周期板材的性能下降也較大。第二周期中分析到高壓蒸氣滅菌對板材的嚴(yán)重影響，會使板材性能下降、發(fā)生變形等。用紫外光照射，板材會與銀離子反應(yīng)，置換出銀單質(zhì)，使板材不具有防霉抗菌效果。可用γ射線照射進行滅菌，γ射線對細胞有殺傷力，醫(yī)療上用于治療腫瘤。前期處理中的防霉處理，尤其是處理2的對板材的力學(xué)性能也有很大影響。未處理噴菌板材性能下降，因為沒有經(jīng)過防霉抗菌處理，不具有防霉抗菌效果;但板材力學(xué)性能下降并非很大，可能是因為木塊吸水使菌類缺乏水分，導(dǎo)致其生長緩慢，菌類沒有大量繁殖，這一點從板材表面沒有出現(xiàn)大量霉菌就可以看出。
2．4黑曲霉菌侵蝕板材的質(zhì)量損失
將編號為3的試件烘至絕干并稱質(zhì)量，接種黑曲霉菌后放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在溫度為30℃、濕度為80%的條件下培養(yǎng)，每過一個周期拿出相應(yīng)試件并稱取絕干質(zhì)量，用于計算質(zhì)量損失率，結(jié)果見表4。
①素板由于沒有進行防霉抗菌處理，導(dǎo)致其質(zhì)量損失率較大，說明素板被霉菌侵蝕較為嚴(yán)重，同時為防霉處理的板材提供了對照。
②防霉處理1板材的質(zhì)量損失率略微大于處理2板材，說明了處理2的防霉抗菌效果比處理1的效果要好一些。
③實驗中部分試件出現(xiàn)了膨脹松散(與高壓蒸氣滅菌的步驟有關(guān)系)，導(dǎo)致質(zhì)量損失率測試結(jié)果略有不準(zhǔn)，影響了實驗結(jié)果。建議采用γ射線進行滅菌。
④防霉處理2板材質(zhì)量損失率比防霉處理1略小，說明殼聚糖有一定的防霉抗菌作用，再加上銀這種材料也有良好的抗菌性能，將它們配合在一起會有更好的防霉抗菌性能。
2．5板材對大腸桿菌的抑菌分析
將未處理板材(作為對照)、防霉處理1板材、防霉處理2板材和防霉處理3板材分別進行滅菌，然后在無菌操作室中將大腸桿菌接種到各個試件的表面，培養(yǎng)1～3d后，通過整體宏觀、體式顯微鏡和電子顯微鏡觀察，分析試件表面大腸桿菌生長狀況并記錄，結(jié)果見圖1?？梢钥闯?，雖然沒有得到大量純凈的大腸桿菌，但實驗結(jié)果依舊很好地反映了每種處理板材的防霉抗菌效果。用銀處理的板材表現(xiàn)出很好的防霉抗菌效果，基本沒有菌類在其表面生長;用二氧化鈦處理的板材生長出了些許的菌落菌絲，受環(huán)境影響較大，防霉抗菌效果一般;而未處理板材表面長出了大量的菌落菌絲，基本不具備防霉抗菌效果，可作為對照組以供比較分析。
3結(jié)論
板材經(jīng)過防霉抗菌液浸泡處理后，其物理力學(xué)性能會有較大程度的下降，含水率變大，密度下降，吸水厚度膨脹率會變大，說明表面浸泡的防霉抗菌處理方法對板材整個性能影響較大?？稍诒ＷC板材性能不受較大影響的前提下，將浸泡時間適當(dāng)縮短，選擇出合理的處理時間。
接菌后隨著培養(yǎng)周期的變長，板材各種性能逐漸下降;其中素板性能下降較快，防霉抗菌處理板材性能下降較為緩慢，說明銀離子防霉抗菌處理方法有效地減緩了菌類對板材的侵蝕，具有良好的防霉抗菌效果。
對質(zhì)量損失率、性能參數(shù)等方面的分析得出:同樣是用銀離子，加了殼聚糖的板材防霉抗菌效果略微優(yōu)于沒加殼聚糖的板材，說明殼聚糖起到了些許作用，具有一定的防霉抗菌效果。
從宏觀、細觀和微觀3種尺度觀察每種板材被大腸桿菌侵蝕的狀況可看出，加了殼聚糖銀離子處理的板材防霉抗菌效果較好，其次是沒加殼聚糖的銀離子處理板材;二氧化鈦處理板材有一定的防霉抗菌效果，但其受環(huán)境的影響較大，相比銀離子處理板材的防霉抗菌效果有一定的差距。
我國抗菌劑和抗菌材料的研制工作起步較晚，目前其主要的研究領(lǐng)域為抗菌劑、抗菌母料等，其應(yīng)用領(lǐng)域則主要包括抗菌塑料制品、抗菌涂料、一次性衛(wèi)生用品和部分家電制品等?？咕鷦┮话惆o機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑3種。人造板越來越多地應(yīng)用于食品儲存場所，例如用于食品架等，這就要求其具有良好的抗菌性能。目前人造板抗菌處理多選用水楊酰苯胺和多菌靈、抑菌清、硼酸等作為抗菌劑，其抗菌效果尚可，但對板材的膠合強度影響較大，且存在著二次污染。目前環(huán)保型的防霉抗菌木質(zhì)人造板在國內(nèi)的產(chǎn)品還是空白。本研究以抗菌劑和中密度纖維板(簡稱中纖板)為原料，通過對制成的中纖板施行幾種不同的抗菌處理，測定不同處理條件所得中纖板的抗菌效果，并分析其物理力學(xué)性能的變化規(guī)律，以確定研究所用的抗菌劑。
1材料與方法
1．1材料
市售中密度纖維板，將大塊板材鋸切成不同規(guī)格大小的試件。編號1:210mm×50mm×9mm，用于測定靜曲強度和彈性模量;編號2:50mm×50mm×9mm，用于測定內(nèi)結(jié)合強度、吸水厚度膨脹率、密度和含水率;編號3:20mm×20mm×9mm，用于測定被菌種侵染過后的質(zhì)量損失;編號4:100mm×100mm×9mm，用于觀察大腸桿菌的狀態(tài)及數(shù)量分布。
1．2方法
1．2．1前期處理
對每種規(guī)格大小的試件進行前期的相對于對照組的抗菌處理，3種具體處理方法如下:
①用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在1g/L的AgNO3溶液中(30min)→烘干→浸泡在1g/L的NaBH4溶液中(30min)→烘干;
②用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在5g/L的殼聚糖中(15min)→烘干→浸泡在1g/L的Ag-NO3溶液中(30min)→烘干→浸泡在1g/L的NaBH4溶液中(30min)→烘干;
③用清水除去表面灰塵→烘干→浸泡在2%的TiO2懸浮液中(10min)→烘干。
1．2．2實驗步驟
①首先需要在無菌操作室中先接種好菌種(黑曲霉、大腸桿菌)，培養(yǎng)3～5d，待菌種生長情況較好的時候，放置以供之后接種所用。
②將防霉處理和未處理的中密度纖維板的試件用紗布包裹幾層，放入壓力蒸氣滅菌鍋中，在0．1MPa、121℃的條件下滅菌30min，以使試件達到無菌的狀態(tài)，待用。
③用培養(yǎng)好的菌種和無菌水制成所需的菌液，移入已經(jīng)消毒的噴壺當(dāng)中，用噴壺將菌液噴到需要接種菌類的試件表面，放在托盤中擺好;并從無菌操作室中移到恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在溫度為25～30℃、相對濕度為80%的條件下培養(yǎng)。
④每隔一個周期(10d)取樣，每種條件各取5塊試件，然后進行表面觀察和物理力學(xué)性能的檢測，判斷分析防霉抗菌效果。
2結(jié)果與分析
2．1第一周期(前期處理后)板材性能的變化
分別測試未處理板材、防霉處理1板材以及防霉處理2板材的性能，測試結(jié)果見表1。
板材經(jīng)過防霉抗菌處理后物理力學(xué)性能下降較多，與處理方法中的浸泡藥液的處理方式有很大關(guān)系。板材經(jīng)過溶液浸泡后，含水率變大，厚度膨脹，從而導(dǎo)致試件密度下降，其物理力學(xué)性能也會受到很大的影響。而防霉處理2板材的物理力學(xué)性能又比處理1板材的性能略差，與其浸泡殼聚糖溶液這一步有絕對關(guān)系。作為天然抗菌劑的殼聚糖在自然界中含量豐富，殺菌速度快，抑菌效果好，而且具有良好的物理、化學(xué)性能和生物相容性，但耐熱性能差，大大限制了其應(yīng)用范圍。殼聚糖還表現(xiàn)出止血活性、抗微生物活性以及與金屬離子的強親和性。而且殼聚糖溶液較黏，附著在試件表面不易擦凈，烘干中還容易因為表面殘留殼聚糖溶液而使試件發(fā)生局部的少許變形，這樣便會進一步影響板材的物理力學(xué)性能。
2．2第二周期(接菌培養(yǎng)10d后)板材性能的變化
基本操作和測試與第一周期相同，使用黑曲霉菌和無菌水配成的菌液，將其噴到各種處理的板材表面，用壓力蒸氣滅菌鍋對板材進行滅菌處理，致使板材發(fā)生較大變形，局部發(fā)生膨脹，結(jié)果見表2。板材性能下降較快，與蒸氣滅菌處理有很大關(guān)系，中密度纖維板使用的脲醛樹脂膠抗水性差，遇水結(jié)合強度很快降低，嚴(yán)重影響了板材性能及形狀。未處理噴菌板材的性能下降，可能是與噴菌液的操作有關(guān)系，說明黑曲霉菌對板材有侵蝕，導(dǎo)致板材力學(xué)強度下降。有些防霉處理2板材的物理力學(xué)性能與處理1板材略強，說明了加了殼聚糖后防霉效果可能會好些，但還需進一步實驗才能證明。殼聚糖中糖元的2位為—NHCOCH3或游離的—NH2，3位為仲—OH和6位為伯—OH，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得殼聚糖對一些金屬離子在一定的pH值下具有螯合作用。殼聚糖中的—NH與—OH都與金屬離子Ag(I)發(fā)生配合反應(yīng)，也說明了處理2的處理方法雖開始對板材性能有所影響，但防霉效果要比處理1好些。
2．3第三周期(接菌培養(yǎng)20d后)板材性能的變化
性能測試結(jié)果見表3?；静僮骱蜏y試方法與第二周期相同，實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象亦與上第二期的現(xiàn)象基本相同，不同的是板材性能下降較快。板材力學(xué)性能下降較大，相對于第二周期板材的性能下降也較大。第二周期中分析到高壓蒸氣滅菌對板材的嚴(yán)重影響，會使板材性能下降、發(fā)生變形等。用紫外光照射，板材會與銀離子反應(yīng)，置換出銀單質(zhì)，使板材不具有防霉抗菌效果。可用γ射線照射進行滅菌，γ射線對細胞有殺傷力，醫(yī)療上用于治療腫瘤。前期處理中的防霉處理，尤其是處理2的對板材的力學(xué)性能也有很大影響。未處理噴菌板材性能下降，因為沒有經(jīng)過防霉抗菌處理，不具有防霉抗菌效果;但板材力學(xué)性能下降并非很大，可能是因為木塊吸水使菌類缺乏水分，導(dǎo)致其生長緩慢，菌類沒有大量繁殖，這一點從板材表面沒有出現(xiàn)大量霉菌就可以看出。
2．4黑曲霉菌侵蝕板材的質(zhì)量損失
將編號為3的試件烘至絕干并稱質(zhì)量，接種黑曲霉菌后放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，在溫度為30℃、濕度為80%的條件下培養(yǎng)，每過一個周期拿出相應(yīng)試件并稱取絕干質(zhì)量，用于計算質(zhì)量損失率，結(jié)果見表4。
①素板由于沒有進行防霉抗菌處理，導(dǎo)致其質(zhì)量損失率較大，說明素板被霉菌侵蝕較為嚴(yán)重，同時為防霉處理的板材提供了對照。
②防霉處理1板材的質(zhì)量損失率略微大于處理2板材，說明了處理2的防霉抗菌效果比處理1的效果要好一些。
③實驗中部分試件出現(xiàn)了膨脹松散(與高壓蒸氣滅菌的步驟有關(guān)系)，導(dǎo)致質(zhì)量損失率測試結(jié)果略有不準(zhǔn)，影響了實驗結(jié)果。建議采用γ射線進行滅菌。
④防霉處理2板材質(zhì)量損失率比防霉處理1略小，說明殼聚糖有一定的防霉抗菌作用，再加上銀這種材料也有良好的抗菌性能，將它們配合在一起會有更好的防霉抗菌性能。
2．5板材對大腸桿菌的抑菌分析
將未處理板材(作為對照)、防霉處理1板材、防霉處理2板材和防霉處理3板材分別進行滅菌，然后在無菌操作室中將大腸桿菌接種到各個試件的表面，培養(yǎng)1～3d后，通過整體宏觀、體式顯微鏡和電子顯微鏡觀察，分析試件表面大腸桿菌生長狀況并記錄，結(jié)果見圖1?？梢钥闯?，雖然沒有得到大量純凈的大腸桿菌，但實驗結(jié)果依舊很好地反映了每種處理板材的防霉抗菌效果。用銀處理的板材表現(xiàn)出很好的防霉抗菌效果，基本沒有菌類在其表面生長;用二氧化鈦處理的板材生長出了些許的菌落菌絲，受環(huán)境影響較大，防霉抗菌效果一般;而未處理板材表面長出了大量的菌落菌絲，基本不具備防霉抗菌效果，可作為對照組以供比較分析。
3結(jié)論
板材經(jīng)過防霉抗菌液浸泡處理后，其物理力學(xué)性能會有較大程度的下降，含水率變大，密度下降，吸水厚度膨脹率會變大，說明表面浸泡的防霉抗菌處理方法對板材整個性能影響較大?？稍诒ＷC板材性能不受較大影響的前提下，將浸泡時間適當(dāng)縮短，選擇出合理的處理時間。
接菌后隨著培養(yǎng)周期的變長，板材各種性能逐漸下降;其中素板性能下降較快，防霉抗菌處理板材性能下降較為緩慢，說明銀離子防霉抗菌處理方法有效地減緩了菌類對板材的侵蝕，具有良好的防霉抗菌效果。
對質(zhì)量損失率、性能參數(shù)等方面的分析得出:同樣是用銀離子，加了殼聚糖的板材防霉抗菌效果略微優(yōu)于沒加殼聚糖的板材，說明殼聚糖起到了些許作用，具有一定的防霉抗菌效果。
從宏觀、細觀和微觀3種尺度觀察每種板材被大腸桿菌侵蝕的狀況可看出，加了殼聚糖銀離子處理的板材防霉抗菌效果最好，其次是沒加殼聚糖的銀離子處理板材;二氧化鈦處理板材有一定的防霉抗菌效果，但其受環(huán)境的影響較大，相比銀離子處理板材的防霉抗菌效果有一定的差距。
