静电纺丝技术包埋抗菌物质研究进展

于 栋,王 浩,冯旸旸,徐敬欣,孔保华,刘 骞

(东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

近年来,天然抗菌物质的开发和在食品工业中的利用已经成为研究的热点问题。天然抗菌物质在自然界中分布较广,其按来源分可以分为动物提取物、植物提取物、微生物及其代谢产物三大类[1]。动物来源的抗菌物质主要有溶菌酶、抗菌肽、壳聚糖、鱼精蛋白、蜂胶[2];植物来源的抗菌物质主要有植物精油、中草药提取物、果胶提取物[1];微生物来源的抗菌物质主要有乳酸链球菌素、曲酸、细菌素[3]。虽然天然抗菌剂具有绿色、高效、安全、无毒等优点[4],但是由于食品常规加工条件(加热、盐离子、酸性或碱性等)及外部环境(光照、金属离子等)的影响,会导致天然抗菌剂表现出使用寿命短、杀菌率较低、以及不能广谱长效使用等弊端。因此,为了保持天然抗菌剂的长效性能,对其进行包埋处理是一种切实可行的解决方案。

包埋技术经常用于天然抗菌剂的包埋处理,以提高其在食品加工环境下的长效抗菌性能。在包埋过程中,壁材的选择非常重要,食品加工常用的包埋壁材主要有多糖、蛋白质、表面活性剂和脂质等等。另外,最常见的包埋技术主要包括乳化均质法、喷雾干燥法、脂质体包埋法和凝聚法等[5]。乳液均质法是利用外部机械破坏力,如剪切力、冲击力和压缩力等将大分子物质分解成更小的颗粒,从而形成均一的混合体系。但是,这种方法不适用于包埋敏感的天然抗菌剂,主要是包埋过程中的压力和机械力会导致这些活性物质的降解[6]。喷雾干燥法与乳化均质法相比具有简单快速、成本低的优点,但是喷雾干燥过程中可能会导致一些热敏性天然抗菌剂发生降解或者失活[7]。脂质体包埋法是由表面活性剂和卵磷脂等形成液膜从而包埋活性物质的方法,此法的最大特征是活性物质的膜透过性不依赖于膜孔径的大小,而与活性物质在膜组分中的溶解度有关。此方法包埋的生物活性化合物释放速度快、包埋率低、储存稳定性差等缺点限制了其在食品工业中的应用[8]。凝聚法是利用生物大分子的自组装特性来包埋活性物质的方法,虽然凝聚法能实现较高的包封效率,但是通过凝聚法形成的颗粒不完全是球形,易于聚团,在水溶液中不稳定。与此同时,凝聚过程中整体环境的pH和离子强度的改变也会影响天然抗菌剂的活性[9]。基于以上分析,目前常用的包埋方法仍存在许多不足之处,亟待开发出一种合适的、高效的天然抗菌剂包埋技术。

近年来,随着纳米技术的快速兴起,静电纺丝技术由于其操作方式简单易行、条件温和等优点已经成为一种有效的直接连续制备纳米纤维的方法[10]。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维具有高孔隙率、高比表面积、高气体渗透性以及纤维孔径小等诸多优点。在静电纺丝过程中,无需高温或者加压处理,十分适合用于包埋对环境敏感的天然抗菌剂。因此,本文主要介绍了静电纺丝技术的原理以及纺丝参数对静电纺丝纳米纤维的影响,同时对以多糖和蛋白质为基质利用静电纺丝技术包埋抗菌物质及其应用的研究进展进行了系统综述。

1 静电纺丝技术的工作原理以及纺丝条件对纳米纤维的影响

1.1 静电纺丝技术工作原理

静电纺丝法是利用聚合物溶液制备纳米纤维的一种简单、广泛、有前景的方法,此方法制备的纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙率[11-12]。静电纺丝设备由高压装置、喷射装置、接收装置三部分构成,如图1所示[13]。在电纺过程中,聚合物溶液或熔融聚合物被注射泵挤出使其在针尖处形成液滴。液滴在内部静电排斥力和外部库仑力的作用下逐渐由半球形表面变为锥形。电场强度越大,液滴受到的拉伸力越大,当电场强度达到静电斥力可以抵消聚合物液滴表面张力的临界值时,聚合物溶液从泰勒锥尖端喷出。此时过量的电荷使得射流拉伸并且发生旋转,射流在飞行过程中溶剂迅速挥发。射流最终固化在接收装置表面形成一层纳米纤维膜[14]。

图1 静电纺丝装置图Fig.1 Schematic illustration of the basic setup for electrospinning

1.2 纺丝参数对静电纺丝纳米纤维的影响

1.2.1 电压 电压是影响静电纺丝的关键环节,电压的变化控制喷丝头和收集装置之间的电场强度,同时也控制对射流拉伸力的强度[15]。射流喷射是一个自加速过程,一旦在喷丝头尖端的液滴上施加电场,液体的表面就会因离子在液体中的运动而带电。当电场对射流的拉伸力增加到大于液滴表面张力的临界值时,射流开始喷射。液滴表面张力和静电力之间的平衡对于聚合物溶液在针尖处形成的泰勒锥形态至关重要,如果施加的电压过高,射流喷射速度大大加快,从针尖抽出溶液的体积就会随之增大,导致形成不稳定的泰勒锥体,这不利于电纺过程的顺利进行[16]。通常,超过6 kV的正高压或负高压都能使聚合物液滴变形为泰勒锥形,但实际电纺中电压的设置取决于溶液的进料速率和浓度。另外电场强度还能影响纤维上的珠节形态,如Lee等[17]进行电压实验时发现，在0～15 kV电压范围内,施加的电压越大,纤维上的珠节直径越小。

1.2.2 进样速率 聚合物从注射器中流出的流速是一个重要的工艺参数,因为它会影响喷射速度和物料转移速率。较低的进料速度更加可取,这是因为溶剂在低速条件下可以获得足够的蒸发时间[18]。许多研究证实了这一观点,例如Wannatong等[19]研究电纺聚苯乙烯时发现,将进样速率从286 mL/min提高至1392 mL/min时,纤维中珠节的数量以及每平方微米聚苯乙烯纤维上珠节的面积百分比均急剧增加。这可能是因为进料速率过快使射流中包含的溶剂增多不能充分挥发,导致纤维中珠节数目增加。所以在电纺过程中需要降低流速,为溶剂蒸发提供时间,以此来制备形态均一的纳米纤维[20]。另外流量与供给电压的立方成比例,对于给定的电压需要根据聚合物溶液的性质设置相应的进样速率以形成稳定的泰勒锥[15]。

1.2.3 针头直径 金属针头和吸管孔的内径会对电纺过程产生影响。针头直径会直接影响纳米纤维的直径,Zhao等[21]分别选用直径0.7、0.9、1.0 mm的针头进行电纺,结果显示直径为0.7 mm的针头制备出的纤维平均直径最小。这可能是液滴的表面张力效应所导致,液滴直径越小表面张力越大,当静电场强度恒定时,聚合物表面张力增大会导致射流的初始加速度减小,从而使射流平均速度减小,这为射流中溶剂蒸发和射流分裂提供了更加充裕的时间,所以最终制备的纳米纤维直径小。另外,Mo等[22]研究发现随着针头直径的增加,纳米纤维中的结节数量会有所增加。综上所述,在电纺过程中需要根据聚合物溶液的性质来选择合适的针头直径以保证电纺过程顺利进行。

1.2.4 接收距离 在静电纺丝过程中,接收距离对膜的多孔性和纤维直径有直接影响。这是因为如果接收距离过小,射流中溶剂挥发不彻底会使纤维湿度过大,从而导致纳米纤维膜孔隙变小甚至消失[23]。另外,Lin等[24]研究了接收距离对聚醚砜纳米纤维形态的影响,接收距离在10～20 cm范围内,纳米纤维的平均直径随接收距离的增大而减小,这可能是溶剂挥发时间和射流分裂时间增加所导致。但是当接收距离大于20 cm后,纳米纤维的直径会逐渐增加,这是因为接收距离过大会降低针头与接收装置之间的电场强度,影响射流分裂。

2 以多糖为基质利用静电纺丝技术包埋抗菌活性物质及其应用

天然多糖和改性多糖具有良好的生物相容性和生物可降解性。与脂类或蛋白质类包埋基质相比,多糖修饰可以通过多糖官能团与抗菌物质相互作用来达到所需的性质,并且它们的纤维结构在高温下具有更好的稳定性,可以提高天然抗菌物质的稳定性和利用率。多糖的另一个重要优势是可以掩盖不良气味以增加产品的可接受性,多糖的这些性质在研发新型功能食品以及制备新型包装材料方面具有广泛的应用前景[25]。但是有些多糖在配制电纺液时对多糖浓度和溶剂组成有严格的要求,比如壳聚糖的多阳离子特性会导致溶液的表面张力极度增加,另外壳聚糖还具有刚性D-氨基葡萄糖重复单元、结晶度高、氢键能力强、在普通有机溶剂中溶解性差等特点,这使得壳聚糖纺丝溶液不能以水作为溶剂。电纺壳聚糖时通常选择三氟乙酸、二氯甲烷等有机溶剂作为电纺液溶剂来制备壳聚糖纳米纤维膜[25-26]。用于静电纺丝常用的多糖基包埋材料主要有壳聚糖、纤维素、普鲁兰多糖、葡聚糖、淀粉、海藻酸盐和果胶等,以下主要阐述以壳聚糖、纤维素、普鲁兰、海藻酸、环糊精为基质包埋抗菌物质的应用。

2.1 壳聚糖

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素,由几丁质经过脱乙酰得到,是一种安全无毒、可生物降解、具有抗菌性的多糖,被认为是生产功能性纳米纤维非常有前景的聚合物[26]。但是壳聚糖的高粘度限制了其可纺性,Homayoni等[27]优化了电纺壳聚糖纳米纤维的工艺,采用碱处理来水解壳聚糖解决其高粘度的问题,发现经碱处理后的壳聚糖溶解在70%～90%的醋酸水溶液中可以生产出质量优异,具有显著抗菌性的纳米纤维,其纳米纤维的平均直径随乙酸浓度的降低而增加,壳聚糖水解48 h得到的纳米纤维质量最佳,并且碱处理和静电纺丝过程都不会改变聚合物的化学性质。

除了电纺纯壳聚糖外,在溶液中添加其他抗菌物质可以起到协同抗菌的作用,如单宁酸等,目前在这方面已经有了一些研究。Zhan等[28]采用静电纺丝技术将单宁酸/壳聚糖/三聚磷酸盐纳米粒子包埋在聚乙烯醇/聚丙烯酸静电纺丝薄膜中,为了优化制备条件,利用动态光散射和透射电镜对纳米颗粒的性质和形貌进行了表征,发现单宁、壳聚糖和三聚磷酸盐溶液的最佳初始浓度分别为1、1、0.5 mg/mL,添加比例为5∶5∶1,此时制备的单宁酸/壳聚糖/三聚磷酸钠纳米纤维的平均直径为80 nm,由于单宁酸具有抗氧化性和抗菌性,这使得静电纺丝膜具有这些性质的同时还具有优异的耐水性。Wang等[29]为了提高静电纺丝的抗菌活性，以聚乙烯醇和壳聚糖为载体与纳米氧化锌复合,得到了复合纳米纤维。在本次试验中大肠杆菌和白色念珠菌被用来测试新合成壳聚糖纤维的抗菌效果,结果显示其抑菌效果明显增强,并且得出壳聚糖/纳米氧化锌对白色念珠菌的最低抑菌浓度为160 μg/mL。

虽然壳聚糖及其复合纳米纤维的抑菌效果显著,但壳聚糖纳米纤维膜的机械强度较低,这限制了壳聚糖纳米纤维膜在食品包装上的应用。近年来,Liu等[30]通过将聚乳酸(polylactic acid,PLA)、壳聚糖(chitosan,CS)以及多壁碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)相结合来获得高性能可降解的复合材料,从而改善了纤维在性能上的不足,考察了不同CS浓度对复合纤维性能的影响,发现随着CS含量的增加,力学性能、水溶性和溶胀率均呈现出先增大后减小的趋势;当CS含量为7 wt%时,复合纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、灰霉菌和根霉菌的抗菌活性最强;此时,PLA/CNT/CS复合纤维包装的草莓最长保鲜8 d。这表明,PLA/CNTs/CS复合纤维在果蔬保鲜中具有重要的作用。

2.2 纤维素及其衍生物

纤维素是地球上最丰富的可再生资源,由于其良好的耐化学性、热稳定性和生物降解能力使其被广泛应用于制备纤维、薄膜、复合材料和纺织品等许多重要领域[31-32]。纤维素及纤维素衍生物制备的纤维具有成本低、重量轻、易于加工、良好的机械性能和阻隔性能以及可循环利用等优点,这使得纤维素及其衍生物在制备食品抗菌膜方面发挥了很大的作用。Tsekova等[33]分别利用单轴静电纺丝和同轴静电纺丝技术电纺含有姜黄素的醋酸纤维素及聚乙烯混合溶液,得到了两种纳米纤维膜。结果显示这两种纤维薄膜对金黄色葡萄球菌均有明显的抑制作用。Huang等[34]利用叠层自组装技术将带正电荷的溶菌酶-壳聚糖-有机累托石复合材料与带负电荷的海藻酸钠相结合,然后对带负电荷的醋酸纤维素进行静电纺丝,进而研究所得纤维膜的形貌和抗菌活性,结果表明溶菌酶和有机累托石可以很好地沉积在醋酸纤维素纺丝上,添加有机累托石的纤维膜可增强对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制程度,延长猪肉保质期约3 d。

2.3 普鲁兰

普鲁兰是出芽短梗霉在淀粉和糖培养基中产生的一种食品级水溶性微生物多糖,其主要由麦芽三糖单元组成,它们通过α-(1,6)糖苷键相互连接[35]。普鲁兰是一种可食用的多糖,具有优异的成膜性能,其膜对油和氧具有很高的阻隔性[36]。在静电纺丝研究中,普鲁兰多糖通常与另外一种蛋白质或者多糖复合在一起作为包埋生物活性化合物的基质,以达到增强生物活性物质的稳定性以及提高其活性的作用。例如,为了提高Nisin抗菌活性,将其包埋在苋菜红分离蛋白/普鲁兰纳米纤维中。实验观察到纳米纤维的平均直径随Nisin含量的增加而减小,当苋菜红分离蛋白/普鲁兰纳米纤维中含有20 mg/mL Nisin时,包埋效率最高可以达到95%,此时对肠道细菌具有良好的抗菌活性[37]。Shao等[38]制备了以普鲁兰/羧甲基纤维素为壁材包埋茶多酚的纳米级抗菌膜,通过红外光谱分析和DSC(Differential Scanning Calorimeter)分析表明,茶多酚可以稳定地与普鲁兰/羧甲基纤维素纳米纤维结合,在后续的草莓品质评价实验中得到包埋茶多酚的普鲁兰/羧甲基纤维素纳米纤维膜可以有效的延长草莓贮藏期,这表明普鲁兰多糖在食品包装中具有潜在的应用前景。

2.4 海藻酸

海藻酸是一种存在于褐藻中的阴离子线性多糖,其在自然状态下存在于细胞质中,起着强化细胞壁的作用[25]。海藻酸易与海水中的阳离子结合成为海藻酸盐,从海藻中得到的提取物通常是海藻酸钠。海藻酸钠具有增稠、乳化、稳定、形成凝胶、形成薄膜和纺制纤维的特性,在食品、造纸及化妆等工业中具有广泛的应用前景。Mokhena等[39]制备了负载纳米银粒子的海藻酸钠纤维,并研究了此纤维的形态和抗菌性能。实验结果表明以壳聚糖作为稳定剂和还原剂,通过热处理的方式可以成功地合成纳米银颗粒。海藻酸钠纳米纤维对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有很高的抗菌活性,但遗憾的是没有达到缓慢释放的效果。此实验证明了将纳米银负载在纳米纤维中具有可行性,为后续的研究提供了宝贵经验。

2.5 环糊精

除了以上述聚合物为基质制备纳米纤维外,还可以利用静电纺丝技术电纺非聚合物,如环糊精(Cyclodextrin,CD)。CD是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称,CD经常被用来形成包埋生物活性化合物的包合体。事实上,在静电纺丝工艺发展应用之前,利用环糊精包埋生物活性化合物成为研究热点,因为它能提高生物活性化合物的稳定性并且达到持续释放的效果[25]。与聚乙烯醇/姜黄素纤维相比,含有姜黄素-环糊精复合物的聚乙烯醇纳米纤维的热稳定性和环食效果更好[40]。γ-CD在保持薄荷醇、香兰素、丁香酚等香料化合物的生物活性和控制释放方面比α-CD和β-CD更为有效,Wen等[41]成功将肉桂精油包埋到聚乙烯醇和β-环糊精中,所制备的纳米薄膜相比铸膜具有更好的抗菌活性,有效地延长了草莓的货架期。这些功能性的静电纺纤维在食品工业特别是在食品包装材料设计中具有实际应用前景。

3 以蛋白质为基质利用静电纺丝技术包埋抗菌活性物质及其应用

营养角度蛋白质优于合成聚合物,因为蛋白质是构成人体的主要成分,其本身就是有价值的膳食补充剂和功能性食品增强剂。另外蛋白质分子中含有多个结合位点以及静电吸引、疏水相互作用、氢键和共价键在内的许多结合机制,这使得其对于天然抗菌物质具有较高负载能力。但是电纺蛋白质的过程是非常困难的,主要是因为它们复杂的二级和三级结构,例如由于纯酪蛋白酸盐在水溶液中分子发生聚集,使得其在水溶液中不能被电纺成纳米纤维[42-43]。所以溶剂的选择、热处理时间、添加的蛋白质变性剂等对于电纺蛋白质至关重要。另外,亲水性蛋白质使蛋白质基纳米纤维膜在水溶性介质中不稳定,一般通过化学交联或物理处理的方法来解决这类问题,例如使用二价钙离子作为化学交联剂促进由羧酸和芳香基团组成的小肽之间的交联来改善纤维结构的稳定性[44-45]。用于静电纺丝常用的蛋白基包埋材料主要有玉米醇溶蛋白、明胶、大豆分离蛋白、苋菜分离蛋白、丝素蛋白、乳清蛋白分离物等。以下主要介绍以玉米醇溶蛋白、明胶、大豆分离蛋白、苋菜分离蛋白、丝素蛋白为基质包埋抗菌物质的应用。

3.1 玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是利用乙醇作为溶剂从玉米中提取的一种疏水性蛋白质,具有可再生性和可生物降解性[46]。以玉米醇溶蛋白为基质的纳米纤维膜具有较好的耐水性和耐热性,其可以作为糖果、大米、干果和坚果的涂层材料,另外玉米醇溶蛋白也被用于制药工业,起到控制释放和掩盖风味的作用[47]。玉米醇溶蛋白本身并没有抗菌性,但是可以与具有抗菌性的化合物共混电纺或者利用玉米醇溶蛋白包埋抗菌物质使所制备的纳米纤维膜具有抗菌性。例如,Torres-Giner等[48]将玉米醇溶蛋白和壳聚糖共混,利用静电纺丝技术制备了玉米醇溶蛋白/壳聚糖纳米纤维。结果显示,10 mg的壳聚糖就能够提供有效的杀菌效果。姜黄素是存在于草本植物根茎中的一种多酚类化合物,它具有良好的抗菌性能和抗氧化能力,这使其可以作为天然食品防腐剂和活性食品包装的涂料[49-50]。Alehosseini等[51]研究通过静电纺丝技术制备了负载姜黄素的纤维膜,实验发现游离的姜黄素在pH为7.4的磷酸缓冲溶液中迅速降解,而玉米醇溶蛋白对姜黄素的保护作用可以长达24 h,在食品模拟物中,玉米醇溶蛋白起到保护姜黄素,实现缓释的效果,玉米醇溶蛋白纤维在水中的稳定性较高,且在极性食品模拟物中的释放性能较好,表明玉米醇溶蛋白基纤维膜适合与含水量高的食品接触。

3.2 明胶

明胶是一种变性蛋白质,其制备方式主要有两种,一种是可以通过动物胶原蛋白在酸性或者碱性的条件下部分水解得到,另一种采用酶解或热降解的方式使其结构发生改变而获得,现今明胶广泛应用于食品、摄影和制药行业[52-53]。明胶在生物相容性、生物降解性、溶解性、保水性、成膜性等方面具有优异的功能特性,是良好的包埋材料,可以利用明胶在水中迅速溶解的这一特性,提高疏水性抗菌物质在水溶液中的溶解度[54]。Gómez-Estaca等[50]成功地将姜黄素包埋在明胶中,经计算此方法对姜黄素的包埋率高达97%左右,姜黄素与明胶之间的相互作用使得姜黄素的水溶性大大提高,此外利用明胶包埋的姜黄素对革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌均有明显的抑制效果。Li等[55]采用静电纺丝技术制备了明胶包埋丁羟基茴香醚的纳米纤维,并应用于草莓的保鲜,发现丁羟基茴香醚的加入增强了明胶纤维的稳定性,促使明胶的结构由无规则卷曲和β-转角转变为α-螺旋和β-折叠,也保护了丁羟基茴香醚的抗氧化活性;在抗菌试验中得出,该纤维膜对金黄色葡萄球菌显示出良好的抗菌活性,通过对菌株进行定性筛选,进一步得出纤维膜对四种霉菌属(根霉属、毛霉属、曲霉属和青霉属)具有广谱抗菌效果。以上实验说明利用明胶包埋植物化学成分的纳米纤维膜在食品抗菌包装中具有很大的应用潜力。

3.3 大豆蛋白

蛋白质等天然衍生材料在生物、医学、食品等领域中被广泛研究。在这方面,大豆蛋白(soy protein isolate,SPI)与其他蛋白质相比具有一定的优势,例如储存量高、非动物源蛋白质和价格低廉等等[56]。但是电纺纯大豆蛋白比较困难,需要与其他聚合物共混以此来增强分子之间的缠结度。静电纺大豆分离蛋白/聚氧化乙烯(polyethylene oxide,PEO)纳米纤维在食品工业中得到了广泛的应用,例如从SPI/PEO和PLA中制备的静电纺纤维用于控制异硫氰酸烯丙酯的释放,结果表明环境湿度可以影响静电纺纳米纤维中异硫氰酸烯丙酯的释放速度,相对湿度较高的环境可以促进异硫氰酸烯丙酯的释放,这表明其在活性包装中有潜在的应用前景[57]。在另一项研究中,Wang等[58]将富含花青素的红树莓提取物分别加入到变性前后的大豆分离蛋白中。通过电子显微镜观察到这两种情况都产生了珠串状纳米纤维,但制备的纳米纤维均具有良好的抗菌和抗氧化性能。经过进一步研究表明,在变性的SPI溶液中加入红树莓提取物可提高花青素的保留率和抗菌活性。

3.4 苋菜红分离蛋白

苋菜是一种高营养价值的作物。该种子中的蛋白质含量高达17%,并且其氨基酸组成接近人类饮食所需的最佳氨基酸组成,可以作为生物活性物质的包埋基质[59]。例如,Blanco-Padilla等[60]以苋菜红分离蛋白/普鲁兰为基质的静电纺丝纤维对姜黄素进行了保护和控释,使得被包埋的姜黄素在pH=7.4的缓冲溶液和体外消化液中均可以达到持续释放的效果,纤维中姜黄素的含量对姜黄素的释放速度有影响,即纤维中包埋姜黄素的比例越大,姜黄素的扩散速度越小;被包埋的姜黄素经过体外消化过程之后仍可以发挥抗氧化和抗菌活性的作用,并且包埋在纳米纤维中的姜黄素的生物活性优于游离姜黄素。这种以苋菜红分离蛋白/普鲁兰为基质的静电纺纳米纤维在食品包装和生物医药等方面具有潜在的应用价值。

3.5 丝素蛋白

蚕丝是一种天然的蛋白质纤维,其蛋白质结构中含有许多氢键,使得蚕丝具有优异的机械性能。蚕丝蛋白中含有反平行的β-折叠结构,使蚕丝纤维的韧性优于聚乳酸、胶原等生物聚合物。丝素蛋白(SF)对氧气和水的渗透性较好,主要用于酶固定、细胞培养、药物释放、骨组织工程和伤口敷料等方面。Elakkiya等[61]利用丝素蛋白作为药物递送载体,用于体外释放姜黄素,通过电子显微镜观察到用11 wt%丝素蛋白包埋姜黄素的纳米纤维形态最好;在体外释放实验中,姜黄素与丝素蛋白发生共价交联作用,使得姜黄素可以达到缓慢释放的效果;并且,以丝素蛋白为包埋壁材的缓释效果优于聚乳酸、聚乙烯醇等其他聚合物,体外释放实验证明了其作为药物释放载体的巨大潜力。

4 展望

静电纺丝技术是一种新兴的包埋技术,与其它包埋方式相比,其不涉及任何苛刻的条件,而且,通过静电纺丝技术制备的纳米抗菌膜,其水汽透过率好、比表面积大、安全性和生物兼容性好,在食品包装行业具有广泛的应用前景。目前,有一些研究已经成功地以蛋白质和多糖为基质,制备出静电纺丝纳米抗菌纤维。在未来可以将静电纺丝技术与3D打印技术相结合,充分发挥纳米纤维膜缓释的优势,制备出具有理想形状的活性包装膜,此外还可以利用静电纺丝技术包埋对pH敏感的活性物质例如花青素来制备pH敏感型指示膜用来监测食品的新鲜程度。但是在静电纺丝过程中还有许多难点需要攻克,比如纺丝参数的调控(电压、进样速度、针头直径等)、溶剂的选择、高压电场对抗菌物质结构和活性的影响等。另外,这种静电纺丝纳米抗菌纤维在实际食品加工过程中的效果和可控释放都是本领域研究中亟待解决的问题。