利用等离子体辅助电纺技术制备PLA/PVA/ε-聚赖氨酸双层抗菌薄膜，用于活性食品包装

《Polymer Engineering & Science》：Plasma-Assisted Electrospinning of PLA/PVA/ε-Polylysine Bilayer Antibacterial Films for Active Food Packaging

　　

摘要

随着人们对环境保护意识的提高以及对食品安全和品质的日益重视，开发环保型抗菌包装材料已成为主流趋势。聚乳酸（PLA）作为一种可降解材料，满足了绿色包装发展的需求，但纯PLA缺乏抗菌性能，这严重限制了其在易腐食品包装中的应用。本研究旨在通过功能性涂层改性，制备出兼具抗菌性能和优异综合性能的PLA基复合薄膜，以突破纯PLA材料的应用局限。利用静电纺丝技术，将聚乙烯醇（PVA）和ε-聚赖氨酸（ε-PL）的混合物纺制在经过等离子处理的PLA基底上，成功制备出双层抗菌薄膜，并研究了ε-PL浓度（0%、5%、10%、20%）对PLA基复合薄膜性能的影响。结果表明，等离子处理可以有效增强静电纺丝涂层与PLA基底之间的粘附力，同时消除界面间隙。对于PLA/PVA/ε-PL复合薄膜，随着ε-PL浓度的增加，其氧气阻隔性能得到提升，氧气透过率（OTR）从141.77?cm³?m^?2?day^?1?0.1?MPa^?1（0%-ε-PL）降至118.55?cm³?m^?2?day^?1?0.1?MPa^?1（20%-ε-PL），而拉伸强度、接触角和热稳定性则逐渐下降。在水分透过率（WVP）方面，复合薄膜的WVP高于纯PLA薄膜，并且随着ε-PL浓度的增加呈现出先降低后增加的趋势。值得注意的是，抗菌测试表明，结合了ε-PL基静电纺丝涂层的PLA薄膜具有强抗菌活性，其抗菌效果随ε-PL浓度的增加而增强，在20% ε-PL浓度时达到最佳效果——对大肠杆菌（E. coli）的抗菌率为94.7%，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌率为80.7%。此外，这种复合薄膜结合了可降解性、优异的抗菌性能和阻隔性能，在易腐食品包装领域具有广泛的应用前景，能够延长食品保质期并降低食品安全风险，从而为食品包装的环境友好性和功能性升级提供技术支持。

亮点

• 采用等离子辅助静电纺丝技术制备了PLA基双层薄膜。
• 等离子处理改善了PLA静电纺丝涂层之间的界面粘附力。
• ε-PL浓度调节了薄膜的机械性能、热性能和润湿性能。
• ε-PL含量的增加增强了薄膜的氧气阻隔和抗菌性能。
• 20% ε-PL薄膜的抗菌率分别为94.7%（针对大肠杆菌）和80.7%（针对金黄色葡萄球菌）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可向相应作者提出合理请求后获取。