聚乳酸(PLA)由于具有优异的生物可降解性受到越来越多的关注，PLA具有较高的透明度和弹性模量，可以进行热塑性加工，但其具有冲击强度低、耐热性差、易水解等缺点[1-2]。因此，在一定条件下需要对PLA进行改性。聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)是一种可生物降解的柔性材料，具有较高的断裂伸长率、良好的亲水性和加工性能[3]。PLA与PBAT的共混是增韧PLA的有效手段[4]。在不提倡聚众聚餐的背景下，高校食堂鼓励学生打餐后回宿舍就餐，食品包装材料的安全性成为焦点。活性食品包装材料是一种利用薄膜或涂层通过与产品的相互作用延长保质期、提高食品稳定性和安全性的新型材料[5-6]。活性食品包装材料分为化学活性和生物活性，化学活性包装材料是指包装材料对食品的化学成分和包装内的气体环境产生一定影响[7-8]；生物活性包装材料是指包装材料直接与细菌等生物分子相互作用并能影响生物过程，例如将抗菌化合物加入包装薄膜内[9-10]。天然植物提取物和精油对活性包装的抗菌/抗氧化活性起重要作用[11]。Azadbakht等[12]以蓝桉挥发油(EGO)和壳聚糖为原料，制备一种新型抗菌生物聚合物膜，并进行抗菌活性测定。结果表明：EGO在液相和气相具有良好的抗菌效果。Lin等[13]设计含有百里香精油/β-环糊精ε-聚赖氨酸纳米粒(TCPNs)的明胶纳米纤维，通过静电纺丝将TCPNs引入明胶纳米纤维基质中制备抗菌纳米纤维。结果表明：TCPNs包埋明胶纳米纤维在不影响肉品感官品质的前提下，能够有效抑制空肠弯曲菌的繁殖。目前，关于柠檬精油和百里香油对可生物降解聚合物PLA/PBAT共混膜性能影响的研究较少。本实验以香精油（柠檬精油和百里香油）为抗菌剂，与PLA/PBAT膜共混。研究不同浓度的柠檬精油和百里香油对复合薄膜结构、功能、力学性能、抗菌性能和生物膜抑制性能的影响。1实验部分1.1主要原料聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)，工业级，苏州绿博降解材料有限公司；聚乳酸(PLA)，POLYTEX，扬州普立特化工技术有限公司；乙醇，纯度99%，山东旭晨化工科技有限公司；氯仿，试剂级，西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；柠檬精油、百里香油，纯度99%，武汉华翔科洁生物技术有限公司；聚四氟乙烯，工业级，苏州晶塑米新材料有限公司；甘油，工业级，扬州飞扬化工有限公司；最大修复稀释液，医用级，上海哈灵生物科技有限公司；胰蛋白酶大豆琼脂，工业级，青岛高科技工业园海博生物技术有限公司；胰蛋白酶大豆肉汤，TSB，山东拓普生物工程有限公司；金黄色葡萄球菌，ATCC25923，宁波明舟生物科技有限公司；大肠杆菌，NCTC9001，宁波明舟生物科技有限公司。1.2仪器与设备磁力搅拌器，90-2，常州鸿泽实验科技有限公司；紫外-可见分光光度计，V-770，佳斯科仪器（北京）有限公司；生化培养箱，SPX-100A，常州金坛良友仪器有限公司；万能材料拉力机，WDW-300E，济南永测工业设备有限公司；恒温恒湿箱，HT43，上海诚卫仪器科技有限公司；热失重仪(TG)，SDT-Q600，美国TA公司。1.3样品制备1.3.1PLA/PBAT复合材料的制备称取一定量的聚合物树脂（PLA∶PBAT质量比为98∶2）以及50%甘油，在25 ℃下混合24 h。将溶解的混合物倒入涂有聚四氟乙烯的玻璃板上(20 cm×25 cm)均匀铺展，室温干燥24 h。将制备的薄膜从玻璃板上剥离，置于25 ℃和50%相对湿度的培养箱中48 h。1.3.2PLA/PBAT/精油复合材料的制备通过采用溶剂浇铸法，将柠檬精油和百里香油加入PLA/PBAT。称取一定量的聚合物树脂（PLA∶PBAT质量比为98∶2）以及50%甘油，25 ℃下混合24 h。吸取质量分数为聚合物树脂的5%或10%的精油，搅拌24 h。后续步骤与PLA/PBAT复合材料制备方法相同，PLA/PBAT膜中仅添加乙醇作为对照样品。1.4性能测试与表征光学性能测试：将薄膜切割为4 cm×8 cm的矩形样品，测量复合薄膜在280~700 nm波长范围内的透光率曲线。通过在300 nm处的透光率测定薄膜的紫外光阻隔性能，在600 nm处测定薄膜的透光率。力学性能测试：按GB/T 1040.5—2008进行测试，复合薄膜切成4 cm×15 cm的矩形条带，拉伸速率50 mm/min。抗菌性能分析：利用金黄色葡萄球菌(ATCC 25923)和大肠杆菌(NCTC 9001)作为初始细菌接种物。取3块4 cm×4 cm的正方形薄膜，采用紫外线对薄膜消毒20 min。将薄膜置于铝板(6 cm×6 cm)，并无菌转移至含有滤纸的灭菌培养皿，滤纸通过高压灭菌水湿润。制备106 CFU/mL初始细菌接种物，利用移液管将200 µL试验接种物移至每个薄膜上，留一片薄膜作为对照组。装有样品的培养皿盖上盖子，在温度37 ℃、相对湿度大于90%的环境下与试验接种物一起培养。0、4、8、12、16、20、24 h对薄膜进行测试。0 h后将一组接种的样品置于无菌均质袋，倒入20 mL最大回收稀释液(MRD)混合40 s。从MRD培养物中提取样品稀释，并将其置于胰蛋白酶大豆琼脂平板。重复上述过程，测定培养4、8、12、16、20、24 h后的活细胞数样品和培养后的对照样品。生物膜抑制：利用大肠杆菌研究百里香油和柠檬精油复合薄膜对生物膜的抑制作用。取用3块4 cm×4 cm的正方形薄膜（一组用于阳性对照，两组用于生物膜抑制），紫外线消毒20 min。将薄膜置于铝板(6 cm×6 cm)上，转移至装有滤纸的灭菌培养皿，滤纸经高压灭菌水湿润。400 µL制备的试验接种物(106 CFU/mL)置于薄膜，并在37 ℃、相对湿度大于90%的环境下培养72 h。利用无菌水冲洗薄膜，500 µL结晶紫染色45 min。采用无菌蒸馏水再次冲洗测试膜样品3次，采用500 µL乙醇洗脱结晶紫进行生物膜定量。将100 µL小份移至96孔板，在600 nm处测定吸光度。TG分析：N2气氛，以8 ℃/min的升温速率从室温升至650 ℃。2结果与讨论2.1薄膜光学性能分析薄膜的紫外线阻隔性能在食品工业中起重要作用，紫外线阻隔性能越好，越能够有效防止紫外线氧化食品，从而提高食品的保质期，所以复合薄膜透光率越低越好。图1为复合薄膜的透光率。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.F001图1PLA/PBAT复合薄膜的紫外透光率曲线Fig.1Transmittance of UV light for PLA/PBAT composite films从图1可以看出，PLA/PBAT在300 nm处表现较高的透光率，而精油复合薄膜在300 nm处透光率较低。PLA/PBAT/百里香油复合膜的透光率在320 nm左右显著增加，而PLA/PBAT/柠檬精油的透射率在350 nm左右增加，且精油含量越高抗紫外线的能力越强[14]。复合薄膜的透明度基于600 nm处的吸收率表示[14]。PLA/PBAT在600 nm处的透光率为69.6%。百里香油的加入量为5%，精油复合薄膜的透光率为79.4%；而柠檬精油的含量为5%，透光率为67.3%；加入10%的柠檬精油，精油复合薄膜的透光率为67%。由此表明，百里香油增加复合薄膜的透明度，而柠檬精油降低复合薄膜的透明度，且柠檬精油浓度越高，薄膜透明度越低，说明柠檬精油更适合运用于食品包装材料。2.2薄膜力学性能分析表1为不同PLA/PBAT复合薄膜的力学性能。从表1可以看出，PLA/PBAT的拉伸强度为1.33 MPa，PLA/PBAT复合薄膜的拉伸强度随着精油（百里香油和柠檬精油）的加入而降低，且精油含量越高，复合薄膜的拉伸强度越低。这可能是由于聚合物-聚合物较强的相互作用被聚合物-油较弱的相互作用取代，削弱薄膜的结构。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.T001表1不同PLA/PBAT复合薄膜的力学性能Tab.1Mechanical properties of different PLA/PBAT composite films样品拉伸强度/MPa断裂伸长率/%PLA/PBAT1.335.45PLA/PBAT/百里香油（5%）1.216.72PLA/PBAT/百里香油（10%）1.186.43PLA/PBAT/柠檬精油（5%）1.1915.98PLA/PBAT/柠檬精油（10%）1.0516.74PLA/PBAT复合薄膜的断裂伸长率随精油（百里香油和柠檬精油）的加入而升高，精油含量越高，复合薄膜的断裂伸长率越高，柔韧性越好。复合薄膜柔韧性的提高可能是精油聚合物导致PLA/PBAT/精油之间具有更好的交联相互作用。复合薄膜的拉伸强度降低，但断裂伸长率增加，但由于拉伸强度降低程度小，综合分析柠檬精油的添加能够有效提升PLA/PBAT的力学性能。2.3薄膜抗菌性能分析图2为百里香油和柠檬精油复合薄膜对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）的抗菌效果。从图2a可以看出，PLA/PBAT/百里香油(10%)复合薄膜在最初4 h显示对大肠杆菌的抗菌活性，而在24 h内，不能够有效抗菌。而PLA/PBAT/柠檬精油(10%)复合薄膜，大肠杆菌的生长从6.5 lg(CFU/mL)降至4.4 lg(CFU/mL)。从图2b可以看出，这说明，柠檬精油复合薄膜对金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌具有优异的抗菌活性，而且精油含量越高，抗菌活性越好。抗菌性能表明，柠檬精油在复合薄膜中的加入使PLA/PBAT具有显著的抗菌活性。图2PLA/PBAT复合薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果Fig.2Antibacterial effect of PLA/PBAT composite films on Escherichia coli and Staphylococcus aureus10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.F2a1（a）大肠杆菌10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.F2a2（b）金黄色葡萄球菌2.4薄膜的生物膜抑制分析图3为不同PLA/PBAT复合薄膜对大肠杆菌的生物膜抑制作用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.F003图3PLA/PBAT复合薄膜对大肠杆菌的生物膜抑制作用Fig.3Inhibitory effect of PLA/PBAT composite films on Escherichia coli biofilm从图3可以看出，PLA/PBAT显示最小的生物膜抑制率(5.3%)，PLA/PBAT/百里香油(5%)复合薄膜对大肠杆菌生物膜生长的抑制率为71.4%，PLA/PBAT/柠檬精油(5%)复合薄膜对大肠杆菌生物膜生长的抑制率为75.6%。精油含量越高，复合薄膜对大肠杆菌的生物膜抑制作用越好。PLA/PBAT/柠檬精油(10%)复合薄膜对大肠杆菌生物膜生长的抑制率达到77.6%。结果表明，柠檬精油能够更有效地抑制生物膜（大肠杆菌）的形成。2.5薄膜TG分析图4为不同PLA/PBAT复合薄膜的TG曲线。从图4可以看出，PLA/PBAT、PLA/PBAT/百里香油(5%)复合薄膜与PLA/PBAT/柠檬精油(5%)复合薄膜的热降解曲线差异较小。精油含量越高，精油复合薄膜的热降解曲线会略微向左偏移，即热分解起始温度降低，说明随着精油浓度的升高，热稳定性会略微下降，但并不明显。因此，精油的加入对PLA/PBAT的热稳定性影响不大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.11.011.F004图4PLA/PBAT复合薄膜的TG曲线Fig.4TG curves of PLA/PBAT composite films3结论（1）百里香油和柠檬精油的加入显著改善PLA/PBAT薄膜的抗紫外性能，添加10%的柠檬精油，紫外线透光率为67%。且精油含量越高，抗紫外效果越明显。（2）PLA/PBAT复合薄膜的拉伸强度随精油的加入略有降低，而断裂伸长率随精油含量升高，断裂伸长率越高。（3）柠檬精油复合薄膜相对百里香油复合薄膜具有更好的抗菌性能。应用10%柠檬精油复合薄膜，大肠杆菌的生长从6.5 lg(CFU/mL)降至4.4 lg(CFU/mL)，10%柠檬精油复合薄膜对大肠杆菌生物膜生长的抑制率达到77.6%。而且精油含量越高，抗菌性能与生物膜抑制性能越好，且精油的加入对PLA/PBAT的热稳定性影响较小。（4）柠檬精油复合薄膜具有良好的紫外线阻隔性、抗菌性、生物膜抑制性和热稳定性能。柠檬精油复合薄膜作为一种活性包装具有一定潜力。该膜应用于食品的活性包装材料中，能够提高食品的稳定性和安全性。