馮 坤，韋昀姍，吳 虹*

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510641）

隨著人們生活水平的不斷提高，安全、營養(yǎng)、健康的消費需求促進了食品工業(yè)中高新技術的不斷發(fā)展。其中，功能材料在食品安全、功能食品等領域表現出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＬ貏e地，微/納米材料的快速發(fā)展及其功能優(yōu)勢的不斷發(fā)現，使其逐漸成為食品工業(yè)領域的研究熱點。目前食品工業(yè)中制備微/納米材料的技術主要有噴霧干燥法、乳液法等，然而該類技術所需的高能條件及有機試劑的使用會對食品組分或相關功能因子造成破壞，因此一定程度上限制了其應用。近年來，基于靜電流體的靜電紡絲/噴涂技術以其設備簡單、條件溫和、連續(xù)可控以及所得材料包埋率高、控釋性好等優(yōu)點已在醫(yī)藥、組織工程、膜過濾等領域得到了廣泛的研究，然而其在食品領域的應用研究尚處于起步階段，目前主要集中于食品防腐保鮮、食品分析檢測、活性物質遞送體系構建等相關領域。因此，本文首先對兩種靜電流體技術的定義、分類及該領域中易產生的概念誤區(qū)進行簡要概述，然后重點綜述該類技術在食品領域中的研究進展，并對其目前存在的缺陷及未來的發(fā)展前景進行分析和展望。

1 基于靜電流體的靜電紡絲/噴涂技術

靜電紡絲和靜電噴涂被稱為是“兄弟”技術，其基本原理是帶電流體在噴頭和接地電極之間的靜電場中受到靜電作用力（主要是靜電斥力和庫侖力）、重力、表面張力及黏彈力的聯合作用，溶液被拉伸噴出得到微/納米級纖維或粒子[1]。上述兩種技術的不同點主要表現在帶電流體的黏度、接收裝置及儀器設置參數（電壓、流速、距離）等方面。目前，已有較多關于這兩種技術的原理、分類及影響因素的報道，此處不再贅述。本節(jié)僅簡要概述該類技術的基本原理和分類，并對該領域中易產生的概念誤區(qū)進行解釋和說明。

1.1 靜電紡絲

靜電紡絲是一種利用高壓電場產生的靜電力形成射流并快速固化制備微/納米纖維的技術。典型的靜電紡絲裝置一般由高壓電源、注射泵、噴頭、接收裝置4 個部分組成（圖1）。在紡絲過程中，帶電溶液在靜電作用力及表面張力的作用下隨著電壓的不斷增加而被拉伸，當所受靜電作用力小于或等于表面張力時，噴頭處形成“泰勒錐”。當靜電作用力能夠克服液體表面張力的束縛時，“泰勒錐”流體開始噴出，形成射流。射流飛行過程中溶劑揮發(fā)，彼此之間的靜電斥力使得射流進一步劈裂、細化，最終形成納米纖維[2]。靜電紡絲根據接收裝置和針頭的不同可以分為不同的類型（圖1）。此外，紡絲參數（溶液組成、電壓、流速、距離、溫度、濕度）會對靜電紡絲過程造成不同程度的影響[3]。

圖1 靜電紡絲裝置、原理示意圖（A）及其分類（B）Fig.1 Setup, principle (A) and classification (B) of electrosinnning

目前，國內靜電紡絲領域關于靜電紡絲所制備纖維的尺度問題尚未有明確界定和統(tǒng)一說明，人們認為納米即尺度應小于100 nm，而靜電紡絲得到的纖維直徑一般大于100 nm；因此，廣大非紡絲領域的研究人員往往對紡絲領域中“納米纖維”這一概念存疑。為方便讀者深入了解這一概念，本文在綜合靜電紡絲及納米材料領域研究進展的基礎上對靜電紡絲納米纖維的相關定義進行說明。所謂納米技術，美國納米中心將其定義為能夠制備三維尺度上至少有一維不超過100 nm的材料的技術[4]。 傳統(tǒng)意義上納米材料的尺度范圍為1～100 nm，因此，一般會認為納米纖維指的僅是直徑小于100 nm的纖維。然而近年來隨著材料科學的不斷發(fā)展及納米技術研究的不斷深入，納米纖維的尺度范圍已由1～100 nm拓寬到1～1 000 nm[5]。Tanioka等通過將納米纖維與光波長進行對比詳細地劃分出不同尺度的纖維，其明確指出，直徑在1～1000 nm范圍內，且長度直徑比大于100的纖維稱為納米纖維[6]。同時也有學者指出，在紡織工業(yè)中直徑小于1 000 nm的纖維為納米纖維[7]。因此，在靜電紡絲領域，將直徑小于1 000 nm的纖維統(tǒng)稱為納米纖維。

1.2 靜電噴涂

靜電噴涂與靜電紡絲原理類似，即利用高壓靜電場使帶電流體在靜電作用力的驅使下克服液體表面張力進而發(fā)生噴射，經溶劑揮發(fā)，最終微/納粒子固化到接收板上或者帶電液滴噴射到接收液中固化得到微粒。同樣，溶液參數、電壓、流速、距離等因素會影響靜電噴涂過程[8]。根據靜電噴涂的原理可將其分為兩種：干法靜電噴涂和濕法靜電噴涂。干法靜電噴涂與靜電紡絲相類似，即采用接受板接收粒子，裝置可分為水平和垂直兩種（圖2A）。而濕法靜電噴涂技術則是采用接收液來收集粒子，一般是采用垂直式裝置，采用該技術可以得到粒度范圍更廣的粒子，可通過調控條件來制備不同大小的粒子（圖2B）。

圖2 靜電噴涂的分類及裝置示意圖[9-10]Fig.2 Classification and schematic diagram of electrospraying[9-10]

2 靜電紡絲在食品領域中的應用

2.1 活性包裝材料

食品包裝作為食品防腐保鮮的重要手段，必須保證食品在貯存和流通過程中的品質和安全衛(wèi)生?；钚园b是通過改變食品的包裝環(huán)境，延長食品貨架期的一種新型包裝形式。特別地，隨著納米技術研究的不斷深入，納米活性包裝材料以其獨特的納米效應和界面效應使得包裝材料的物理性能和防腐保鮮性能都得到提高。靜電紡絲作為一種簡單、溫和、連續(xù)制備納米纖維的新興技術，其在抗菌包裝、抗氧化包裝、氣調包裝等方面表現出突出的功能優(yōu)勢，因而成為活性包裝領域的研究熱點。

2.1.1 抗菌包裝

2.1.1.1 基于抗菌聚合物的靜電紡絲膜

此類抗菌材料是采用本身具備抗菌性能的天然聚合物材料通過靜電紡絲技術制備而成，最終抗菌效果的發(fā)揮主要依賴于所采用的抗菌材料。殼聚糖（chitosan，CS）是甲殼素脫乙酰基后的產物，是自然界唯一的陽離子多糖，其具有安全無毒、生物可降解等特性，因而在食品、生物和醫(yī)藥領域具有廣泛的應用。CS在食品領域的應用主要依賴于其優(yōu)異的抗菌性。Gudjónsdóttir等制備了CS納米纖維膜，并考察了其對于風干牛肉的防腐保鮮效果。結果發(fā)現采用CS纖維膜包裹牛肉能夠抑制厭氧細菌、酵母及霉菌的生長，且能夠降低風干過程中肌肉變性程度，同時不會對肉質的風味和色澤造成影響[11]。 Arkoun等通過將CS/聚氧乙烯（polyethylene oxide，PEO）紡絲液直接電紡至傳統(tǒng)的多層包裝材料上，所得抗菌包裝膜對常見的食品腐敗菌（大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌及李斯特菌）均具有顯著的抑制作用。此外，抗菌膜能夠降低肉的污染，使其貨架期延長至1 周[12]。

2.1.1.2 添加抗菌劑的靜電紡絲膜

對于靜電紡絲抗菌包裝材料，另外一種形式是通過靜電紡絲技術包埋抗菌劑制備納米抗菌包裝材料。該納米抗菌纖維膜通過抗菌劑的釋放來抑制食品腐敗菌的增殖，進而達到防腐保鮮的效果。近年來，研究者分別從抗菌劑種類、紡絲類型、協(xié)同增效等方面開展了一系列研究。

抗菌劑主要包括無機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑等。對于無機抗菌劑，金屬納米粒子、金屬氧化物等因其具有廣譜抗菌性，已被廣泛用于食品抗菌包裝材料的研究中。Lin Wanmei等將銀納米粒子、魔芋葡甘聚糖及聚己內酯共紡制備納米纖維膜。該纖維膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有較好的抗菌效果，且具有熱穩(wěn)定性好、疏水性強及機械強度高等特性，因此被認為可以作為一種潛在的抗菌包裝材料[13]。Castro-Mayorga等采用液相沉淀法制備具有不同尺度的氧化鋅納米粒子，并研究其對于食品腐敗菌的抗菌效果。然后選取具有最佳抗菌效果的氧化鋅（ZnO）納米粒添加到聚(3-羥基丁酸-CO-3-羥基纈草酸)紡絲液中制備抗菌納米纖維膜。該纖維膜對李斯特菌具有持久、高效的抗菌效果，因此可以用作食品活性包裝材料[14]。除此之外，類石墨相氮化碳作為一種新型的無機納米材料被用于靜電紡絲制備納米抗菌包裝材料的研究中。該抗菌納米纖維膜對小番茄、青椒、黃瓜、胡蘿卜4 種蔬菜中大腸桿菌的殺菌率均保持在99%以上，且對蔬菜的顏色、風味等特性無顯著影響[15]。有機抗菌劑主要包括季銨鹽類、鹵胺類等，該類抗菌劑具有較強的毒性及較差的耐熱性，因此極大地限制了其在食品工業(yè)中的應用。相比之下，天然抗菌劑以其來源廣泛、毒性小、抗菌范圍廣、生物相容性好等特點成為當今食品抗菌包裝領域的研究熱點。近年來，不同種天然抗菌劑用于靜電紡絲制備抗菌納米包裝材料的研究見表1。

表1 不同天然抗菌劑在靜電紡絲食品包裝材料中的應用Table 1 Applications of different natural antibacterial agents in electrospun food packaging materials

在紡絲技術方面，近年來，除采用單軸靜電紡絲制備抗菌納米纖維膜外，同軸靜電紡絲、三軸靜電紡絲技術可以實現抗菌劑的多層包埋，通過抗菌劑的緩釋而實現持久、高效的抗菌效果，進而延長食品貨架期，因而備受研究者的青睞。Han等采用單軸、同軸及三軸靜電紡絲技術分別制備負載乳酸鏈球菌素（Nisin）的抗菌納米纖維膜，并研究纖維膜對金黃色葡萄球菌的抗菌效果。結果表明，三軸靜電紡絲纖維膜具有更持久、更高效的抗菌效果（7 d），而單軸靜電紡絲膜的抗菌效果僅能維持1 d[29]。脂溶性的天然抗菌劑易揮發(fā)、水溶性差，如果直接將其添加到水溶性聚合物溶液中會造成抗菌劑分布不均勻，進而影響紡絲狀態(tài)。因此，為提高抗菌劑在紡絲體系中的分散性和溶解度，研究者嘗試采用不同的策略來制備該類抗菌納米纖維膜。Güler等采用乳液靜電紡絲法 制備負載肉桂精油的納米纖維膜，首先將精油加入到聚乙烯聚吡咯烷酮水溶液中，通過加入表面活性劑得到水包油型乳液，然后進行靜電紡絲[39]。為提高揮發(fā)性精油的穩(wěn)定性，Lin Lin等采用CS納米粒子與靜電紡絲相結合制備了負載辣木精油的抗菌納米纖維膜，該纖維膜對奶酪中的李斯特菌有較好的殺菌效果[40]。此外，研究者利用CD疏水性空腔的特殊結構對脂溶性抗菌劑進行包埋，以提高其穩(wěn)定性和溶解度，進而用于靜電紡絲。溫棚發(fā)現通過CD包埋后所得纖維膜的抗菌效果得到了顯著性提高，且所得抗菌纖維膜對草莓和肉制品均具有良好的防腐保鮮效果[19]。為避免抗菌劑與食品介質中蛋白質和脂質結合，將Nisin或精油包埋到納米?；蛘咧|體中，進而紡絲制備抗菌納米纖維膜，能夠充分發(fā)揮抗菌效果[41-42]。

在協(xié)同效應方面，為進一步提高材料的防腐保鮮效果，研究者往往采用復合抗菌劑來制備抗菌納米纖維膜。精油雖具有較好的抗菌效果，然而其不良風味大大限制了應用?；诖?，Feng Kun等首先采用CD包埋精油，然后將其與另一種天然抗菌劑溶菌酶進行復合， 結果表明，該復合抗菌劑納米纖維膜具有較好的抗菌效果，其不但能降低精油的用量，而且能拓寬溶菌酶的抗菌譜。該纖維膜與普通保鮮膜相比，對草莓具有較好的防腐保鮮效果[43]。Amjadi等將ZnO納米粒與迷迭香精油復合制備抗菌納米纖維膜，該復合抗菌劑纖維膜比ZnO納米纖維膜具有更好的抗菌效果[24]。

2.1.2 抗氧化包裝

食品氧化是關乎食品安全的另一大問題，它不僅會使食品中的油脂變質，而且會造成食品褪色、變色和維生素破壞等問題，從而降低食品的感官質量和營養(yǎng)價值甚至危害人體健康。抗氧化包裝作為活性包裝的一種，能夠延緩食品氧化、提高食品質量。目前，縱觀靜電紡絲制備抗氧化包裝的研究，其主要包括抗氧化劑包埋和抗氧化劑與功能因子共包埋兩種形式，其中前者居多?？寡趸瘎┌竦脑砼c抗菌劑包埋相類似?？寡趸瘎┲饕ê铣煽寡趸瘎┖吞烊换钚晕镔|，考慮到安全性問題，天然抗氧化劑以其良好的安全性而被廣泛應用。近年來，研究者采用靜電紡絲技術制備了不同的抗氧化包裝材料，并對其性能進行了探究。如表2所示，靜電紡絲納米纖維膜以其獨特的納米結構能夠實現抗氧化劑的有效包埋和緩釋，最終提高其抗氧化性能，延長食品貨架期。此外，楊歡發(fā)現采用靜電紡絲對魚油進行包埋能夠提高魚油的氧化穩(wěn)定性，進一步采用同軸靜電紡絲實現魚油和阿魏酸的共包埋，加速氧化實驗結果表明該材料能夠延長魚油的貨架期。該研究不但驗證了靜電紡絲包埋魚油的可行性，同時也為新型功能食品的開發(fā)提供了新的思路[57]。

表2 不同天然抗氧化劑在靜電紡絲抗氧化食品包裝中的應用Table 2 Applications of different natural antioxidant agents in electrospun food packaging materials

2.1.3 其他包裝

靜電紡絲技術在氣調包裝、防潮包裝及智能包裝材料方面也發(fā)揮了積極的作用。Fabra等采用靜電紡絲技術制備的納米材料作為多層包裝的夾層材料， 研究發(fā)現通過添加該納米材料能夠有效提高多層包裝材料的氧氣阻隔性能[58]。Cherpinski等發(fā)現納米紙在干燥狀態(tài)下具有較高的氧阻隔性能，但是親水性較強、易吸潮。因此，該團隊制備了具有較高疏水性的靜電紡絲聚(3-羥基丁酸酯)和聚(3-羥基丁酸-CO-3-羥基纈草酸)納米纖維膜，并將其分別黏附于納米紙兩側制備夾層包裝材料，結果表明所得多層材料具有優(yōu)異的阻隔和防潮性能[59]。此外，靜電紡絲在智能包裝方向上也嶄露頭角，Mihindukulasuriya等采用靜電紡絲技術制備了TiO2納米粒的納米纖維膜，該納米纖維膜經紫外光的激發(fā)下可以用于氧氣的檢測。結果表明，納米纖維膜比流延膜具有更高的紫外光靈敏性，因此，該材料可以用于氣調包裝中氧氣的監(jiān)測[60]。

2.2 功能因子包埋及遞送

近年來，隨著人們營養(yǎng)與健康意識的不斷提高，將功能因子（如蛋白、黃酮和多酚類、功能油脂、維生素、益生菌等）添加到食品中開發(fā)功能性食品已成為食品科學領域研究的熱點。然而，活性物質在食品加工及胃腸道消化過程中易受到一些苛刻條件（溫度、pH值、氧氣等）的影響，進而影響其生理功效的發(fā)揮?；诖?，微/納米包埋技術是提高活性物質穩(wěn)定性及其生物利用度的有效手段[61]。

2.2.1 功能因子包埋

目前，關于靜電紡絲包埋功能因子的研究在技術和功能因子種類方面都有了新的拓展。在技術方面，研究者已不滿足于使用單軸靜電紡絲技術包埋功能因子。如Wu Χiaomei等分別采用單軸和同軸靜電紡絲技術包埋α-生育酚，結果發(fā)現將維生素包埋到核殼納米纖維中能夠實現維生素的緩釋，而單軸纖維中維生素會發(fā)生 突釋[62]。此外，為進一步提高活性物質的穩(wěn)定性，常采用多種包埋技術相結合的手段，de Freitas Z?mpero等首先將胡蘿卜素包埋到納米脂質體中，然后通過單軸靜電紡絲得到復合包埋體系，抗氧化實驗結果表明，該復合體系中胡蘿卜素相比于脂質體包埋胡蘿卜素和游離胡蘿卜素具有更強的抗氧化能力[63]。

靜電紡絲技術除能夠實現小分子活性物質、活性多肽/蛋白的包埋外，其在益生菌包埋方面也表現出巨大的潛力。當前，隨著腸道菌群與人體健康關系的不斷明確，益生菌成為功能食品領域的寵兒。然而，食品加工及胃腸道的苛刻環(huán)境均會影響益生菌的活力，因此，研究者將靜電紡絲技術引入益生菌包埋領域。益生元是一類可以有效改善宿主結腸菌群結構和活性的功能物質，為進一步提高益生菌活力，Feng Kun等以益生元作為紡絲基材包埋益生菌，結果表明益生菌被成功包埋，且通過添加益生元，益生菌的活力得到顯著性提高，通過包埋后益生菌在濕熱條件下的穩(wěn)定性也得到提高[64]。Hu Mengxin等采用靜電紡絲膜吸附益生菌，靜電紡絲膜的類細胞間隙結構更有利于益生菌生物被膜的形成，該材料可以作為一種發(fā)酵劑用于酸奶的發(fā)酵[65]。

2.2.2 功能因子靶向遞送體系

功能性食品中功能因子不但要在食品加工中具有良好的穩(wěn)定性，當其攝入人體后，也要能夠抵抗胃腸道苛刻的環(huán)境，最終在人體內發(fā)揮生理功效。靶向遞送體系是近年來提出的實現活性物質包埋和穩(wěn)態(tài)化輸送的體系。研究者已驗證了靜電紡絲技術在構建靶向輸送體系中的可行性。本課題組前期制備了同軸包埋魚油體系，模擬釋放實驗結果表明，所構建的Zein核殼納米纖維能夠實現魚油的小腸靶向緩釋[57]。此外，Wen Peng等將同軸靜電紡絲技術和納米粒子技術相結合構建了槲皮素結腸靶向體系，并將其用于結腸炎的治療。體外釋放研究發(fā)現，70%的槲皮素釋放到結腸模擬液中，釋放動力學研究結果表明，該纖維膜在結腸的釋放機制是基于 case-II溶蝕機制。且該體系能夠顯著抑制結腸癌細胞的增殖[66]。本課題組還開展了關于上述體系用于大分子功能蛋白（藻藍蛋白）結腸靶向遞送的研究，結果發(fā)現該體系制備過程對蛋白的結構及活性無顯著影響，該體系可以實現蛋白的結腸靶向釋放，進而發(fā)揮抗癌作用[67]。此外，本課題組進一步采用同軸靜電紡絲技術構建益生菌雙層包埋體系，結果表明雙層包埋益生菌經上消化道模擬液處理后仍具有較高的活力，且活力明顯高于單軸包埋益生菌及游離菌，同時具有較好的熱穩(wěn)定性[68]。

2.3 食品分析檢測

為提高食品分析檢測中的準確度、靈敏度，將納米材料應用于食品分析中，完善并開發(fā)新型快捷的分析檢測方法能夠為食品安全提供有力的技術支撐。近年來，基于靜電紡絲的納米纖維以其纖維直徑小、孔隙率高、比表面積大、連續(xù)性好等優(yōu)點成為食品安全分析檢測研究的焦點。綜合整理當前關于靜電紡絲在食品分析檢測方面的文獻可知，根據原理其主要分為兩種：基于酶催化反應的分析檢測和基于納米纖維結構的分析檢測。

2.3.1 基于酶催化反應的分析檢測

該類分析檢測方法主要是通過靜電紡絲技術包埋酶分子或者以靜電紡絲纖維膜作為酶分子的吸附載體制備得到酶反應器，通過酶與底物的結合，最終達到高靈敏、高穩(wěn)定性的檢測效果。

2.3.1.1 酶的吸附

酶的吸附技術是以靜電紡絲納米纖維膜為載體吸附酶分子制備得到生物感應器，是目前研究較多的一種方法。Unal等將PAMAM修飾的蒙脫土（Mt-PAMAM）與PVA共紡得到PVA/Mt-PAMAM納米纖維膜，進而將吡喃糖氧化酶溶液滴加到覆有纖維膜的玻璃電極上，通過酶分子吸附得到第一代電流型酶傳感器。將該傳感器用于檢測可樂中葡萄糖的含量，結果表明該傳感器可以避免樣品雜質干擾，準確測定樣品中葡萄糖含量[69]。Migliorini等將ZnO納米粒子吸附到聚酰胺6/聚吡咯納米纖維膜上，然后將尿素酶吸附到聚酰胺6/聚吡咯/ZnO復合納米纖維膜上。所得生物感應器具有較高的靈敏度，在0.1～250 mg/dL范圍內具有較好的線性關系；以生物感應器檢測牛奶中的尿素含量，結果表明脫脂牛奶和全脂牛奶的樣品回收率分別為99%和97%[70]。Feng Kun等采用改性聚己內酯纖維膜分別吸附酶和底物制備農藥殘留速測卡，該速測卡對多種農藥殘留具有較低的檢測限，且對兩種蔬菜的殘留檢測結果表明該農藥殘留速測卡的檢測靈敏度比市售速測卡更高[71]。

2.3.1.2 酶的共價結合

為解決酶分子與靜電紡絲納米纖維膜物理吸附的不穩(wěn)定問題，研究者通過共價結合的方式來提高酶的穩(wěn)定性。Scampicchio等采用共價結合的方式將葡萄糖氧化酶固定到尼龍纖維膜上，利用該生物感應器對蜂蜜、牛奶、功能飲料等食品中葡萄糖進行定量檢測，并與市售比色卡檢測結果進行對比，結果表明該生物感應器的樣品回收率為95%～105%。該傳感器優(yōu)于市售檢測卡，且不需要任何前處理，因此是一種極具發(fā)展前景的生物感應器[72]。Huang Χiaojun等首先活化纖維素納米纖維膜，然后將脂肪酶通過共價結合固定在修飾后的纖維膜上，固定化后的酶熱穩(wěn)定性和重復利用性均高于游離酶[73]。此外，有研究者發(fā)現靜電紡絲膜固定胰凝乳酶后，其熱穩(wěn)定性顯著高于流延膜固定化酶[74]。

2.3.1.3 酶的包埋

除采用共價結合技術，采用靜電紡絲直接包埋酶分子是實現酶的高活催化的另一途徑。Χie Jiangbing等將脂肪酶包埋到PVA/酪蛋白纖維膜中，研究結果表明由于納米纖維膜較大的比表面積和多孔的結構特征，因此，含脂肪酶納米纖維膜比脂肪酶流延膜具有更高的水解橄欖油的活力（6 倍）[75]。Huang Wencan等將脂肪酶包埋于CS/PVA納米纖維膜中，并通過戊二醛進一步交聯，最終制成的固定化酶具有可重復利用性，且具有更好的儲藏穩(wěn)定性[76]。Sapountzi等將葡萄糖氧化酶與PVA和聚乙烯亞胺共混制備納米纖維，進而利用該纖維膜修飾電極，所得生物感應器在0.01～0.20 mmol/L范圍內具有較好的線性關系，且最低檢測限為0.9 μmol/L[77]。本課題組利用靜電紡絲技術分別包埋乙酰膽堿酯酶和吲哚乙酸酯制備了一種農藥速測卡，該新型速測卡與市售速測卡相比，檢測時間短、靈敏度高、檢測限低。此外，該速測卡儲藏穩(wěn)定性好，常溫條件下可以保存至少4 個月，且酶膜具有良好的可重復利用性，重復利用3 次后檢測靈敏度無顯著變化[78]。因此，該技術可為食品農殘的快速、高效、靈敏檢測提供了一種新的策略。

2.3.2 基于納米纖維結構的分析檢測

該類分析檢測技術是基于靜電紡絲納米纖維膜獨特的 界面特性和納米效應，其主要作為萃取介質用于食品工業(yè)中目標物的分離和檢測。目前常用的靜電紡絲 材料主要包括聚苯乙烯、尼龍及混合納米纖維。納米纖維膜具有極高的孔隙率，且纖維直徑小、比表面積大、力學性能好，將納米纖維膜作為固相萃取介質可以增大截面積、加快傳質速度，進而可以提高樣品處理量和富集效率等。目前，采用靜電紡絲技術制備高性能萃取介質可以用于不同食品體系及目標物的富集、分類及檢測分析，褚蘭玲等綜合分析了該方向的研究進展[79]。

3 靜電噴涂在食品領域中的應用

靜電噴涂是近年來被逐漸開發(fā)應用的另一種靜電流體技術，是一種可以制備微/納米粒子的技術，目前該技術的研究主要集中于食品涂覆和功能因子遞送體系構建兩個方面。

3.1 食品涂覆

3.1.1 食品防腐保鮮

除抗菌包裝、氣調包裝等食品保鮮方式，表面涂覆是另一種簡單、有效的食品防腐保鮮技術，被廣泛應用于食品工業(yè)中。采用靜電噴涂技術涂覆食品具有設備簡單、溫和、覆膜均勻度高等優(yōu)點，此外，該涂覆技術能夠較大程度上避免高能操作，減少有機試劑的使用。Kerr等采用靜電噴涂技術將5%的山梨酸鉀溶液噴涂到紙杯蛋糕上，結果表明，在靜電場的作用下，山梨酸鉀溶液能夠均勻涂覆到蛋糕表面，能夠較好地抑制霉菌及真菌的生長增殖，且該涂覆技術相比于傳統(tǒng)的涂覆具有更優(yōu)異的保鮮效果[80]。此外，研究者還嘗試采用靜電噴涂技術將無機金屬納米粒子（ZnO、TiO2等）涂覆食品表面，通過光催化反應抑制細菌的增殖及細菌生物被膜的形成以延長食品貨架期[81-82]。對于天然抗菌劑，靜電噴涂技術仍可通過形成微/納米粒子對其進行包埋以提高其穩(wěn)定性，進而使其發(fā)揮更好的抗菌效果。如Yilmaz等采用靜電噴涂技術將牛至精油包埋到CS納米粒子中，通過包埋可以提高精油的穩(wěn)定性，實現其緩釋，進而有效抑制真菌的增殖，他們指出該技術可以用于水果、蔬菜等食品的防腐保鮮[83]。Stoleru等采用靜電噴涂技術將VE/CS溶液噴涂到聚乙烯膜上，得到了一種兼具抗菌和抗氧化功能的包裝材料，由于靜電相互作用和氫鍵相互作用，該膜具有較高的穩(wěn)定性，且經極端的介質解吸處理后仍能保持較好的抗氧化性[84]。此外，研究者還將靜電紡絲技術和靜電噴涂技術結合來制備抗菌包裝材料。Schmatz等采用靜電噴涂制備PVA納米粒子包埋藻藍蛋白，進而將其包埋于PLA靜電紡絲膜中，雙重包埋能夠顯著提高藻藍蛋白的穩(wěn)定性，進而長效發(fā)揮其抗氧化效果；因此，其可以作為一種食品活性包裝材料用于食品防腐保鮮，延長食品貨架期[49]。

3.1.2 可食膜

可食性膜是靜電噴涂技術在食品領域應用的另一大亮點。通過均勻涂覆可食層不但能增加食品的食用口感，同時能夠為食品提供一層隔層。研究表明靜電噴涂比傳統(tǒng)的浸漬涂覆更節(jié)省原料，且涂覆后可以減少食品水分的流失[85]。脂質是最常見的可食涂覆材料，Khan等采用靜電噴涂技術以巧克力和葵花油為基材研究其對于食品的涂覆效果。結果表明以巧克力為基質的涂覆層更厚且在貯藏過程中更穩(wěn)定，能夠為食品提供更好的阻隔性能，從而延長其貨架期[86]。除脂質外，以蛋白質、多糖等材料為基質通過靜電噴涂技術制備可食性膜也得到了食品研究者的不斷關注。Fabra等采用靜電噴涂技術以乳清蛋白、SPI、Zein及瓜爾多膠等為基材對VE進行包埋并涂覆到小麥蛋白膜上得到一種新的抗氧化食品包裝膜，并對不同涂覆膜中VE的釋放行為進行研究，該研究為食品活性包裝的研究提供了新的思路[87]。

3.2 功能因子遞送體系

近年來，靜電噴涂技術以其溫和、高效的技術優(yōu)勢，在功能因子包埋領域得到了廣泛的研究。該技術主要通過微/納粒子包埋功能因子以提高其穩(wěn)定性，實現其控制釋放，提高其生物利用度[88]。然而，為避免食品功能因子在消化道苛刻環(huán)境下遭到破壞、提高其生物利用度，靶向遞送體系成為當前研究的熱點。

3.2.1 小腸靶向遞送體系

de Dicastillo等采用靜電噴涂技術以Zein為基材包埋水果多酚，結果發(fā)現經過包埋后，在高溫滅菌（121 ℃）和焙烤（180 ℃）條件下多酚的熱穩(wěn)定性顯著提高。此外，經過胃和小腸消化后，被包埋多酚保持較高的抗氧化性[89]。Gómez-Mascaraque等利用同軸靜電噴涂技術構建了一種可以適用于疏水性和親水性功能因子的載體用于提高包埋物的穩(wěn)定性和生物利用度。該技術以可食用的Zein和明膠為基材，分別以兒茶素和α-亞麻酸為親水性和疏水性功能因子驗證該體系的可行性。研究發(fā)現亞麻酸經過包埋后，其熱穩(wěn)定性得到提高，同時，經體外胃腸模擬液處理后，兒茶素仍保持較高的抗氧化活性[90]。除此之外，Wang Panpan等采用同軸靜電噴涂技術制備了同時負載魚油和β-胡蘿卜素的粒子，通過體外模擬和體內實驗發(fā)現，該體系可以實現功能因子在上消化道的遞送。因此，該研究可為新型功能食品的開發(fā)提供新的思路和依據[91]。

3.2.2 結腸靶向遞送體系

目前，靜電噴涂技術在構建結腸靶向遞送體系上主要集中于藥物分子的靶向遞送。在食品功能因子方面，研究者多采用靜電噴涂技術包埋益生菌，提高其在復雜苛刻的食品加工及人體上消化道環(huán)境中的存活率，實現其結腸靶向釋放。Haffner等通過靜電噴涂技術制備了一種可以負載益生菌（鼠李糖乳酸桿菌）的具有核殼結構的微粒。該微粒以海藻酸鈉和TiO2為基材，體外模擬 實驗結果表明被包埋的益生菌能夠抵抗上消化道的苛刻環(huán)境，在結腸能夠被釋放，變性梯度凝膠電泳及熒光定量聚合酶鏈式反應結果表明包埋體系可以實現益生菌在結腸定植且促進結腸部位的代謝[92]。Paz-Samaniego等利用兩種阿拉伯木聚糖為基材采用靜電噴涂技術構建了一種益生菌和活性多肽的共包埋結腸遞送體系[93]。Zaeim等采用靜電噴涂技術構建了益生菌和益生元的共包埋體系，該體系不僅可以提高益生菌的儲存穩(wěn)定性，同時也可以實現益生菌的結腸靶向釋放[94]。

4 結 語

近年來，基于靜電流體的靜電紡絲/噴涂技術以其設備簡單、條件溫和等優(yōu)勢在食品防腐保鮮、食品檢測、食品功能因子包埋等領域引起了廣泛關注。然而，該技術在食品工業(yè)中的應用仍存在一定的局限性。首先，該技術尚無法實現材料的量產，進而限制了其在食品行業(yè)中的推廣使用。當前，研究者通過設備改裝已可實現部分產品的中試生產，然而對于絕大多數材料的生產仍不適用。因此，關于靜電流體技術的深入探究及相關設備的不斷改進將成為未來的一個重要研究方向。其次，目前關于靜電紡絲/噴涂技術在食品相關方面的研究多是實驗室階段的基礎研究，而將所得材料用于實際食品體系的研究較少。食品本身是一個復雜的體系，如果將所得載體用于真實食品體系，載體對食品品質的影響、載體在食品介質中的穩(wěn)定性及功能因子在食品介質中的釋放行為將是未來食品科學研究領域的另外一個工作重點。最后，基于單一的靜電流體技術制備的載體往往無法滿足現實食品體系對載體的需求，而將靜電流體技術與其他技術相結合或者對載體進行改性修飾能夠更好地發(fā)揮載體在食品體系中的功能。

靜電紡絲/噴涂技術作為一種簡單、溫和、高效的靜電流體技術，其在功能材料制備領域表現出較大的發(fā)展?jié)摿?。特別地，該技術所得微/納米材料以其獨特的結構優(yōu)勢和功能優(yōu)勢逐漸成為食品科學研究領域的焦點。其結構優(yōu)勢主要包括材料形貌可控、比表面積高、孔隙率大等，功能優(yōu)勢則包括包埋率高、被包埋功能因子穩(wěn)定性高、功能因子可控釋放等。本文針對目前兩種靜電流體技術在食品防腐保鮮、食品安全檢測、食品功能因子包埋及遞送等領域的研究現狀進行綜述，發(fā)現所得功能材料能夠發(fā)揮較好的效果。然而，該技術在實際食品行業(yè)中的應用仍存在一定的局限性，比如，生產效率低、實際應用研究不足等。因此，未來還需要研究者在設備升級改造、實際食品體系應用等方面開展進一步的研究工作，從而促進靜電流體技術在食品工業(yè)中的應用。