郭佳瑤，呂秀莉，李雪彤，徐寶峰，平麗筠，劉德玉，李柏良，霍貴成

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來，隨著人們對(duì)通過飲食改善健康或預(yù)防疾病需求的不斷增加，生物活性化合物如多酚、維生素、核酸、脂肪酸、生物活性蛋白或肽、益生菌等，在醫(yī)藥、保健品和功能食品領(lǐng)域的潛在應(yīng)用得到了深入研究[1]。然而，生物活性化合物在加工和儲(chǔ)存過程中的不穩(wěn)定性，以及暴露在上消化道條件下時(shí)的低生物利用率或化學(xué)不穩(wěn)定性極大地?fù)p害了預(yù)期效益，從而限制了其應(yīng)用[2]。對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行封裝可能是克服這個(gè)問題較為合適的解決方案[3]。納米纖維是最有前途的。納米纖維具有較大的表面積、體積比和優(yōu)越的機(jī)械性能等獨(dú)特特性，這使得它在構(gòu)建納米科學(xué)、納米器件和納米膜方面有著廣泛的應(yīng)用。

目前利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維在生物活性化合物包封方面具有喜人的優(yōu)勢和潛在的應(yīng)用前景[4]。靜電紡絲技術(shù)是一種簡單、獨(dú)特、成本低廉的技術(shù)，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維。靜電紡絲納米纖維的制造技術(shù)與傳統(tǒng)方法完全不同，在電紡過程中，分散的纖維是在電荷的影響下自組裝的，而后者主要取決于機(jī)械力和幾何條件[5-6]。該技術(shù)具有靈活的特點(diǎn)，有多種變體，到目前為止，已有許多方法來制備納米纖維，如拉伸、相分離、自組裝、溶劑熱合成、反氣相色譜和靜電紡絲等，此外，靜電紡絲納米纖維的直徑易于控制，且纖維具有連續(xù)性以及該技術(shù)可生產(chǎn)三維纖維結(jié)構(gòu)，這對(duì)材料功能性能在各方面的應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用，可以提高生物活性分子的穩(wěn)定性和生物利用度，提高益生菌的生存能力等，這對(duì)于開發(fā)新型功能性食品至關(guān)重要。因此，對(duì)靜電紡絲技術(shù)在保護(hù)生物活性成分上的開發(fā)應(yīng)用十分必要。本文主要論述了靜電紡絲技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容及其在保護(hù)活性成分上的一些應(yīng)用。

1 靜電紡絲技術(shù)

1.1 靜電紡絲技術(shù)基本原理

靜電紡絲技術(shù)起源于19世紀(jì)早期，來生產(chǎn)用于紡織和過濾的納米纖維。從那時(shí)起，靜電紡絲技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，并使它作為一種可行的納米纖維制備技術(shù)得到了廣泛的認(rèn)可。靜電紡絲是一種在強(qiáng)電場作用下，通過導(dǎo)電噴絲板擠出聚合物溶液或熔體，制造納米級(jí)的連續(xù)纖維的技術(shù)[7]。聚合物和溶劑是這種納米纖維的基本成分。靜電紡絲典型的裝置主要包括高壓電源、注射泵、由導(dǎo)電材料制成的噴絲板和由接地金屬板組成的集電極[8]，如圖1所示。高壓電源的兩極分別連接到噴射聚合物溶液的噴嘴和集電極。一旦對(duì)噴絲口施加電場，聚合物溶液在電場作用下被拉向集電極。聚合物溶液從針頭流出時(shí)，在噴絲口附近產(chǎn)生靜電荷，積聚的電荷使液滴變形為“泰勒錐”的錐形結(jié)構(gòu)[9]?！疤├斟F”可以描述為聚合物溶液在噴射前表面張力和粘彈性應(yīng)力作用下附著在孔上的液滴的形狀。

圖1 靜電紡絲基本裝置示意圖Fig.1 Schematic illustration of the basic setup for electrospinning

靜電紡絲的成功需要形成穩(wěn)定的“泰勒錐”，“泰勒錐”將使射流變形為連續(xù)均勻分布的窄纖維。施加的電場力抵消了聚合物溶液的表面張力，聚合物射流從“泰勒錐”的頂點(diǎn)噴射出來，由于沿射流長度方向存在的排斥性電荷，聚合物射流發(fā)生振蕩。當(dāng)溶劑從射流表面蒸發(fā)時(shí)，射流拉伸停止，纖維變細(xì)，集電極收集纖維[10]。此外，使用不同類型的噴絲板和集電極，可以得到許多具有不同性能的納米纖維[11]。根據(jù)噴絲板的不同可分為單軸電紡[12]、同軸電紡[13]和多軸電紡[9]，如圖2所示。

圖2 不同類型靜電紡絲示意圖[9]Fig.2 Different types of electrostatic spinning diagram[9]

1.2 納米纖維聚合物的選擇

一方面，從聚合物本身來講，在存在適當(dāng)溶劑的情況下，各種各樣的天然或合成聚合物均可用于靜電紡絲，如聚ε-己內(nèi)酯（poly（ε-caprolactone），PCL）[14]、聚乳酸（polylactic acid，PLA）[15]、聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）和聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly（lactide-co-glycolide），PLGA）[16]等。這類合成聚合物可直接靜電紡絲成超薄纖維結(jié)構(gòu)，用于生物活性成分的傳遞。但并非所有聚合物都可用于電紡。此外，還有不同的生物活性化合物，如蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素、酚類物質(zhì)和核酸等，可以封裝在纖維內(nèi)或固定在纖維體表面，用于各種食品或生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。通常情況下，僅應(yīng)用單一聚合物基體不能充分有效地提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)械特征和降解方式，以實(shí)現(xiàn)成功的紡絲。因此，根據(jù)聚合物間的生物相容性、可降解性和機(jī)械性能等選擇適當(dāng)?shù)暮铣删酆衔锱c其他生物聚合物基質(zhì)形成共混纖維基質(zhì)是一種有效的途徑[17]。此外，也有相關(guān)文獻(xiàn)提供了另一種新思路，即將兩種或以上天然聚合物作為共混纖維基質(zhì)。Mohammadi等[18]將乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）與瓜爾膠（guar gum，GG）復(fù)合，不僅可以增強(qiáng)蛋白質(zhì)的電紡性，而且有效地提供了一個(gè)生物基網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)控制生物活性的釋放。另一方面，需要根據(jù)生物活性成分的理化特性和特定用途來選擇不同的聚合物進(jìn)行組合，以獲得適當(dāng)?shù)慕到馓匦院歪尫判阅躘10]。

1.3 影響電紡纖維特性的參數(shù)

在靜電紡絲過程中，纖維的形態(tài)和取向很大程度上取決于溶液的性質(zhì)和操作條件。

1.3.1 溶液參數(shù) 靜電紡絲過程中，聚合物溶液的流變性對(duì)纖維的形成過程至關(guān)重要，溶液的性質(zhì)如聚合物的分子量、聚合物的濃度、溶液的黏度和聚合物溶液的電導(dǎo)率等直接影響纖維的性能[19]，如圖3所示。溶液粘度是影響纖維特性和產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，它與溶質(zhì)分子量和聚合物濃度有關(guān)。一般情況下，靜電紡絲納米纖維通常由高摩爾質(zhì)量（或粘性）聚合物溶液組成。低濃度聚合物溶液在電紡過程中更傾向于形成納米液滴而非納米纖維；中等濃度的聚合物溶液中，分子鏈相互重疊，但并不能形成足夠的糾纏度；對(duì)于高濃度的聚合物溶液，分子鏈的糾纏度足夠高，能夠形成結(jié)構(gòu)良好的靜電紡絲纖維[20]。通常情況下，用于生產(chǎn)納米纖維的理想溶劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膿]發(fā)性、互溶性和沸點(diǎn)[19]。當(dāng)溶劑揮發(fā)性低時(shí)，不會(huì)迅速造成溶劑損失，并形成濕纖維。另一方面，如果溶劑揮發(fā)度太高，纖維就不會(huì)形成，因?yàn)槌鲠樅缶酆衔锷淞鲿?huì)固化。Rieger等[21]發(fā)現(xiàn)，對(duì)于含有不同含量肉桂醛的殼聚糖/聚環(huán)氧乙烷（PEO）溶液，聚合物濃度的提高使其從珠串形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A柱形納米纖維形態(tài)，從而證明了聚合物濃度對(duì)納米纖維的影響。此外，隨著溶液電導(dǎo)率的增加，纖維直徑減小[22]。

圖3 溶液參數(shù)對(duì)電紡纖維的影響[7]Fig.3 Influence of solution parameters on electrospun fiber[7]

1.3.2 加工參數(shù) 在靜電紡絲過程中，有較多的工藝參數(shù)會(huì)影響到形成纖維的特性，如聚合物溶液噴射的流速，兩個(gè)電極間的電壓，噴絲口和集電極板之間的距離等[23]，如圖4所示。電紡電壓對(duì)纖維形態(tài)具有重要影響，紡絲電壓較低時(shí)，由于電場力較小難以克服溶液自身的表面張力，阻礙了溶液的牽伸和分裂，從而形成的纖維直徑較大，反之，電場強(qiáng)度越大，聚合物溶液的射流越容易發(fā)生拉伸和分裂，形成直徑較小的納米纖維。Xin等[24]通過改變電紡電壓來控制帶電聚合物射流的分支和彎曲，以形成“花環(huán)”。也有其他研究發(fā)現(xiàn)，用靜電紡絲可以形成扁平的緞帶而非圓形纖維[25]。靜電紡絲過程中，紡絲速率由推進(jìn)注射器的速度決定，紡絲速率的快慢直接影響纖維直徑的大小，一般來講，較低的流速產(chǎn)生的纖維直徑較小，高流速生產(chǎn)的纖維直徑較大，甚至導(dǎo)致珠狀纖維的形成。此外，噴絲口和收集器間的距離直接影響電場的強(qiáng)度和溶劑的揮發(fā)，從而影響纖維直徑。

圖4 加工參數(shù)對(duì)電紡纖維直徑的影響[7]Fig.4 Influence of processing parameters on electrospun fiber diameter[7]

1.3.3 環(huán)境參數(shù) 溫度、濕度和氣流等環(huán)境參數(shù)也會(huì)影響靜電紡絲纖維的特性。溫度通過兩種對(duì)立的影響改變納米纖維的直徑：a.增加溶劑的蒸發(fā)率；b.降低溶液的黏度。隨著溫度的升高，纖維直徑降低。另外，低相對(duì)濕度是理想的電紡條件，而在高相對(duì)濕度時(shí)，電紡難以保持和生產(chǎn)連續(xù)纖維，纖維上易形成圓形孔隙[26]。

2 靜電紡絲對(duì)生物活性成分及益生菌的保護(hù)

2.1 多肽和蛋白質(zhì)

多肽和蛋白質(zhì)被認(rèn)為是功能最多的生物分子，它可作為生化反應(yīng)的催化劑，驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化，調(diào)節(jié)代謝及信號(hào)通路等，在制藥和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用前景。近幾十年來，人們將多肽和蛋白質(zhì)作為生物制劑的興趣急劇增加。早在1982年，重組胰島素被美國食品藥品監(jiān)督管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)，成為第一個(gè)進(jìn)入市場的重組蛋白類治療藥物[27]。自那時(shí)起，超過60種蛋白質(zhì)藥物被FDA批準(zhǔn)商業(yè)化，還有更多在進(jìn)行臨床試驗(yàn)評(píng)估[28]。然而，肽和蛋白質(zhì)在臨床上的應(yīng)用受到許多阻礙，如易被消化酶降解、生物利用率低、透過生物膜的能力差、半衰期短、不易在血液中發(fā)揮作用及結(jié)構(gòu)易發(fā)生改變導(dǎo)致活性喪失等[29-30]。這些限制會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)應(yīng)用劑量和給藥頻率的增加，增加出現(xiàn)有害副作用的可能性。因此，需要一種新的包封和傳遞系統(tǒng)，既能保持蛋白質(zhì)的生物活性，又能保護(hù)其不被降解?；诖吮尘?，眾多研究者作出了相關(guān)研究。

2.1.1 抗菌肽 抗菌肽（Antimicrobial Peptides，AMPs）對(duì)細(xì)菌、病毒和真菌具有廣泛的抗菌活性，相比于抗生素需要作用于特定的蛋白質(zhì)發(fā)揮作用而言，抗菌肽可粘附在細(xì)菌細(xì)胞膜上，嵌入細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞破裂及死亡。抗菌肽克服了抗生素的耐藥性這一缺陷，近年來被廣泛研究作為傳統(tǒng)抗生素的替代品用于醫(yī)藥領(lǐng)域[31-32]。

在食品工業(yè)中，抗菌肽也被用作食品防腐劑及保鮮劑等，在肉制品、乳制品、飲料及米面制品中均有所應(yīng)用，然而食品中的物質(zhì)組成和物理環(huán)境均十分復(fù)雜，容易影響抗菌肽發(fā)揮作用[33]。目前靜電紡絲技術(shù)在減少抗菌肽與食品成分的相互作用，保持其活性方面以有所應(yīng)用，Soto等[34]以紫紅化蛋白和普魯蘭（pullulan，PUL）作為納米纖維基質(zhì)，通過靜電紡絲技術(shù)將乳酸鏈球菌素包被在內(nèi)，加入纖維后，乳酸鏈球菌素在肉湯和瓊脂中對(duì)腸膜明串珠菌的抗微生物活性得以維持。此外，Wang等[35]利用靜電紡絲技術(shù)將抗菌肽Ple加入到超細(xì)聚乙烯醇纖維中，并測定了靜電紡絲納米纖維的形態(tài)和聚乙烯醇的釋放規(guī)律。同時(shí)，以蘋果酒為研究對(duì)象，考察了所得纖維在食品系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。結(jié)果表明，在4 ℃條件下14 d內(nèi)，添加抗菌納米纖維的蘋果酒中的細(xì)菌數(shù)相比于添加游離的Ple抗菌肽的蘋果酒減少了2.5 log10CFU/mL，表明該靜電紡絲納米纖維能夠有效地保持其抗菌活性。由此可見，靜電紡絲納米纖維在有效預(yù)防食品的食源性病原體污染和延長其貨架期方面具有很大的潛力。

2.1.2 酶 酶在不同溫度和pH條件下不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生酶變性和催化活性的喪失。為了保持其活性，可以利用電紡絲作為酶的保護(hù)性載體，如圖5，在需要時(shí)將酶快速釋放，也可以將酶固定化，即限制在一定區(qū)域內(nèi)。與膜載體相比，電紡絲具有高表面積的優(yōu)勢。已有研究者通過靜電紡絲技術(shù)合成聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVOH）膜和多層膜體系（PCL/PVOH/PCL），并將葡萄糖氧化酶封裝在PVOH親水膜內(nèi)，該親水膜又被兩個(gè)疏水的PCL膜保護(hù)，結(jié)果表明，經(jīng)靜電紡絲處理的膜具有良好的機(jī)械性能和抗菌活性，且處理后的酶活性不會(huì)降低，適合于酶的固定化[36]。近期，也有研究者通過靜電紡絲將α-淀粉酶和辣根過氧化物酶（HRP）作為兩種不同的酶進(jìn)行雙重固定化，并比較了它們與單獨(dú)固定化形式和自由固定化形式的性能，發(fā)現(xiàn)并沒有對(duì)酶的活性產(chǎn)生反向抑制作用，證明了兩種或兩種以上的酶可以分別與不同的聚合物混合并同時(shí)進(jìn)行靜電紡絲[37]，這可能會(huì)促進(jìn)多酶系統(tǒng)的應(yīng)用。

圖5 酶包裹在電紡纖維內(nèi)（左）和吸附在電紡纖維外（右）示意圖[2]Fig.5 Schematic diagram of enzyme encapsulation in electrospun fiber(left) and adsorption on the outside of electrospun fiber(right)[2]

雖然利用納米纖維固定酶會(huì)使酶具有較高的活性，但由于納米纖維與酶之間的非特異相互作用，酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)與微環(huán)境也會(huì)發(fā)生變化，使得酶與底物之間的傳質(zhì)阻力增加，導(dǎo)致固定化酶的酶活性降低[38]。因此，先對(duì)電紡纖維膜進(jìn)行修飾再進(jìn)行酶的固定化是目前靜電紡絲納米纖維膜固定化酶研究中的主要方向之一。

2.1.3 生長因子 生長因子是細(xì)胞分泌的可溶性蛋白，具有調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程和組織再生的能力。然而，由于其穩(wěn)定性低、半衰期短且失活快，臨床應(yīng)用上的生物利用率非常低[39]。為了最大限度提高其有效性和生物適用性，人們將注意力集中在通過物理封裝將活性成分封裝在三維聚合物基質(zhì)中。Wang等[40]將載生長因子（Nell-1）的殼聚糖納米顆粒加入到靜電紡絲納米纖維中，顯著延長了Nell-1的釋放時(shí)間，同時(shí)提高了釋放的Nell-1的生物活性，這種正向影響是這些分子能更廣泛應(yīng)用于臨床的關(guān)鍵。

靜電紡絲技術(shù)在神經(jīng)生長因子（nerve growth factor, NGF）對(duì)周圍神經(jīng)損傷的修復(fù)這一研究領(lǐng)域中同樣有所應(yīng)用，主要體現(xiàn)在利用靜電紡絲技術(shù)制作神經(jīng)導(dǎo)管以保證神經(jīng)生長因子的生物活性以及釋放的持續(xù)性。在此技術(shù)中最初用于NGF遞送的材料多為聚己內(nèi)酯等，但其存在著包埋率低、初始階段易發(fā)生NGF的突然釋放及降解期長等缺點(diǎn)，因此針對(duì)于NGF遞送的新型材料正不斷被開發(fā)出來[41]。Valmikinathan等[42]在聚己內(nèi)酯的基礎(chǔ)上添加了20%～30%的牛血清白蛋白制成納米纖維，防止極性溶劑對(duì)NGF的破壞，研究結(jié)果表明，與聚己內(nèi)酯納米纖維相比，添加了牛血清白蛋白制得的納米纖維對(duì)NGF的包封率由26.3%±1.4%上升至88.6%±4.7%，且并未出現(xiàn)NGF的初期突釋。由此可知，靜電紡絲技術(shù)中新型納米纖維材料的開發(fā)是十分重要的一項(xiàng)研究內(nèi)容，尤其是蛋白質(zhì)、多糖等天然聚合物材料，由于其具有生物相容性以及安全性、易得性等優(yōu)點(diǎn)，在靜電紡絲技術(shù)中有著極大的應(yīng)用潛力，在食品、環(huán)境及醫(yī)藥等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 脂肪酸

ω-3不飽和脂肪酸是從魚油中提取出來的活性物質(zhì)，特別是二十二碳六烯酸（DHA）和二十二碳五烯酸（EPA）對(duì)人體預(yù)防心血管疾病、改善炎癥反應(yīng)和促進(jìn)大腦發(fā)育等有重要影響。有效保護(hù)這些多不飽和脂肪酸免受氧化是十分必要的。據(jù)報(bào)道，Yang等[43]采用同軸電紡法制備了負(fù)載魚油的芯殼電紡纖維，與單軸電紡相比，同軸電紡明顯提高了包被魚油的抗氧化穩(wěn)定性，同軸納米纖維包被魚油的保質(zhì)期比單軸納米纖維長65 d，表明同軸電紡是包被魚油的有效途徑。Xie等[44]采用單軸靜電紡絲技術(shù)制備了一種新型穩(wěn)定的脂肪酸（棕櫚酸甲酯-月桂酸）共晶/聚丙烯腈（PAN）/納米銅粉（CNPs）無機(jī)相變復(fù)合材料（PCM），通過電鏡掃描發(fā)現(xiàn)，纖維的三維結(jié)構(gòu)完全穩(wěn)定了液態(tài)脂肪酸，且復(fù)合材料間的相容性良好。因此，通過靜電紡絲包被脂肪酸是一種有效的保護(hù)途徑。

在食品工業(yè)中，靜電紡絲技術(shù)對(duì)ω-3脂肪酸的保護(hù)主要體現(xiàn)在減緩其氧化速率方面，但同時(shí)也存在其他方面需要注意，如應(yīng)兼顧ω-3脂肪酸生物利用度與其不利感官屬性之間的平衡，以提高消費(fèi)者的接受度等，因此，還需要開發(fā)更多可改善或保護(hù)脂肪酸有益特性的技術(shù)[45]。

2.3 多酚

姜黃素是一種從姜科植物中提取出來的多酚類物質(zhì)，具有抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化等藥理價(jià)值。然而，由于姜黃素自身含有多個(gè)酚基和雙鍵，對(duì)酸、光、熱非常敏感，導(dǎo)致其較低的生物利用率，需要合適的載體來實(shí)現(xiàn)這種活性成分的控釋。已有研究利用殼聚糖和磷脂作為納米復(fù)合纖維基質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)姜黃素的遞送[46]。除了姜黃素這類脂溶性多酚物質(zhì)外，也有利用電紡保護(hù)水溶性多酚成分的相關(guān)報(bào)道。Wang等[47]研究發(fā)現(xiàn)通過靜電紡絲，將原花青素包被在玉米醇溶蛋白纖維中，結(jié)果表現(xiàn)出接近100%的高包覆率，且包覆后的原花青素在纖維中保留了抗氧化能力。白藜蘆醇因其溶解度低，穩(wěn)定性差而難以發(fā)揮其對(duì)人體的健康價(jià)值，有研究者采用靜電紡絲技術(shù)將白藜蘆醇包埋在食用性玉米醇溶蛋白納米纖維中，在模擬胃腸道環(huán)境下發(fā)現(xiàn)，納米纖維對(duì)白藜蘆醇具有有效的保護(hù)作用，且包膜的白藜蘆醇與天然白藜蘆醇生物可及性相比高出19.5%[48]，證明電紡確實(shí)對(duì)提高其生物利用率有重要作用。在食品工業(yè)中，多酚類化合物作為天然抗氧化劑添加到食品中時(shí)易在熱處理的條件下與食品的復(fù)雜組分發(fā)生反應(yīng)，使其活性損失，并可能導(dǎo)致風(fēng)味、色澤發(fā)生變化，因此食品熱加工體系中如何利用靜電紡絲技術(shù)保護(hù)多酚物質(zhì)的熱穩(wěn)定性是非常值得關(guān)注與研究的問題。姚飛等[49]利用靜電紡絲技術(shù)制備負(fù)載茶多酚的花生分離蛋白-聚乳酸復(fù)合納米纖維薄膜，并通過熱重分析比較包封前后的茶多酚活性，結(jié)果表明，當(dāng)溫度升至150 ℃左右，茶多酚的質(zhì)量開始明顯下降；當(dāng)溫度升至200 ℃左右時(shí)，負(fù)載茶多酚的納米纖維膜質(zhì)量開始出現(xiàn)下降的趨勢，即納米纖維膜能夠有效提高茶多酚的熱穩(wěn)定性，在作為包埋多酚等活性物質(zhì)的載體方面具有一定的應(yīng)用前景。

2.4 維生素

維生素是人體必需的微量營養(yǎng)素，在體內(nèi)具有許多生化功能。然而，它們?cè)诩庸ぁ?chǔ)存以及被胃腸道吸收前很容易發(fā)生降解。因此，需要對(duì)其進(jìn)行有效封裝，以保持其穩(wěn)定性。α-生育酚是維生素E中生物活性最強(qiáng)的一種。Fabra等[50]通過研究發(fā)現(xiàn)，將α-生育酚分別添加到乳清分離蛋白、大豆分離蛋白和玉米醇溶蛋白三種膠體基質(zhì)中進(jìn)行電紡，均能提高α-生育酚的穩(wěn)定性，其中，以玉米醇溶蛋白為外殼材料時(shí)，α-生育酚的封裝率最高。同樣地，Aytac等[51]將α-生育酚封裝到β-糊精中形成包合物，然后再用聚己內(nèi)酯進(jìn)行電紡，結(jié)果表明，摻雜包合物的電紡纖維與未摻雜的相比更具抗氧化性，對(duì)α-生育酚抗氧化分子的控釋效果更好。此外，也有研究表明，通過靜電紡絲將維生素A和維生素E結(jié)合到明膠中，維生素A和維生素E的釋放可以超過60 h，證明電紡纖維的封裝可以減少維生素釋放過程中的降解[52]。葉酸在光照和酸性條件下易降解，基于這種限制，已有研究將莧菜分離蛋白質(zhì)作為包封基質(zhì)材料，這種封裝結(jié)構(gòu)增加了葉酸的熱穩(wěn)定性，包封率超過95%[53]，這對(duì)食品的加工十分有益。

以上研究表明將維生素通過靜電紡絲技術(shù)制成納米纖維可以提高維生素的生物利用率，同時(shí)也有表明維生素可以使納米纖維具有抗氧化等功能特性，因此利用靜電紡絲技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)維生素的保護(hù)，也可以制備具有抗氧化性能及抗菌特性的包裝材料，進(jìn)一步保證了被包裝食品的質(zhì)量。

2.5 核酸

核酸（如DNA、RNA）被認(rèn)為在治療神經(jīng)退行性疾病、癌癥和免疫疾病等方面有很大潛力，但由于它們?cè)谏锃h(huán)境中的不穩(wěn)定性、免疫原性和毒性，在臨床應(yīng)用上仍具有挑戰(zhàn)[54]。Nguyen等[55]設(shè)計(jì)了一種由對(duì)齊的聚ε-己內(nèi)酯-共乙基磷酸乙酯（PCLEEP）靜電紡絲納米纖維組成的支架，以三維構(gòu)型分布在膠原水凝膠中。并通過靜電紡絲技術(shù)將NT-3和miR-222加入到該支架中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)月內(nèi)總共釋放了27.1% 的miRNA，隨后2個(gè)月穩(wěn)定釋放，植入后10 d，miRNA的遞送可支持小鼠軸突再生。Li等[56]通過將可生物降解的聚陽離子電紡絲與基于迭代溶液的多層涂層相結(jié)合，創(chuàng)建了用于基因傳遞的可生物降解的聚電解質(zhì)表面和一種新的DNA釋放系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種系統(tǒng)可在24 h內(nèi)持續(xù)釋放DNA，并使其在原代惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞中高效表達(dá)。因此，靜電紡絲制備的納米纖維因其作為核酸包封和控釋載體的潛力而受到特別關(guān)注。近年來，DNA或RNA的二維和三維納米結(jié)構(gòu)已被成功合成，然而，有關(guān)基因修飾的機(jī)制還需要進(jìn)行更多的研究，且腫瘤形成、心血管和神經(jīng)元障礙的靶基因和相關(guān)信號(hào)通路的識(shí)別也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，相信隨著技術(shù)的不斷成熟，靜電紡絲技術(shù)與納米載體很可能會(huì)被批準(zhǔn)用于臨床中疾病的診斷治療。

2.6 其他成分及益生菌

除上述列舉的活性成分外，還有一些其他成分及益生菌也可通過靜電紡絲得以實(shí)現(xiàn)最大效用。例如：槲皮素因其暴露在胃腸道環(huán)境條件下的化學(xué)不穩(wěn)定性限制了潛在的健康價(jià)值，而阿魏酸由于自身對(duì)光和氧氣的敏感性在添加到功能性食品的過程中利用率很低；針對(duì)以上兩個(gè)問題，有研究者利用靜電紡絲技術(shù)將槲皮素和阿魏酸封裝在PUL超薄纖維中，在體外消化過程中觀察到槲皮素和阿魏酸從PUL靜電紡纖維中持續(xù)釋放，與游離化合物相比，有助于提高其抗氧化能力[57]。因此，研究開發(fā)的靜電紡結(jié)構(gòu)在生物活性保護(hù)方面的應(yīng)用在功能食品中具有廣闊的應(yīng)用前景。

益生菌及其制品在加工和口服過程中受胃腸道環(huán)境的影響容易造成活性損失，使其無法得到更廣泛的應(yīng)用[58]，靜電紡絲技術(shù)可以很好的改善這一問題。有研究者發(fā)現(xiàn)將阿拉伯膠（gum arabic，GA）與PUL結(jié)合通過電紡包被乳酸菌，與天然阿拉伯膠基纖維相比，GA/PUL復(fù)合納米纖維具有更好的熱穩(wěn)定性，且這種電紡纖維與冷凍干燥相比，乳酸菌存活率更高[59]。Katija等[60]發(fā)現(xiàn)通過靜電紡絲合成的復(fù)合納米纖維中的植物乳桿菌細(xì)胞在低溫下可在24周內(nèi)保持穩(wěn)定，從而達(dá)到與凍干產(chǎn)品相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。Feng等[61]通過同軸靜電紡絲制備了一種新型的雙層包封載體，并將益生菌成功包被在內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)，在纖維氈中的益生菌表現(xiàn)出對(duì)模擬胃腸液環(huán)境和熱處理更強(qiáng)的耐受性，其活性也沒有顯著下降。以上研究不僅證明了通過靜電紡絲包封益生菌的有效性，更是進(jìn)一步預(yù)測了靜電紡絲技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

靜電紡絲是一種很有前途的包裹生物活性化合物的方法，它不需要任何苛刻的溫度、壓力或化學(xué)物質(zhì)條件。同時(shí)，它也是制備微納米級(jí)纖維最簡單、最通用、最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)之一，在食品工業(yè)中有很好的應(yīng)用前景。但靜電紡絲技術(shù)在規(guī)?；a(chǎn)過程中纖維生產(chǎn)速率較慢，因此仍需要不斷改進(jìn)技術(shù)，開發(fā)更多類型的電紡以提高生產(chǎn)效率。此外，目前的紡絲材料多為合成聚合物，以多糖和蛋白質(zhì)等物質(zhì)為代表的天然聚合物作為材料的紡絲技術(shù)仍需進(jìn)一步研究。最后，隨著各學(xué)科之間的交叉融合以及食品工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，將靜電紡絲技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的新技術(shù)將會(huì)擁有更廣的應(yīng)用范圍，靜電紡絲技術(shù)會(huì)因更多新材料、新設(shè)備的產(chǎn)生而日趨完善，必將為開發(fā)安全、穩(wěn)定、高品質(zhì)的新型食品提供新的發(fā)展契機(jī)，在未來納米封裝領(lǐng)域中，靜電紡絲技術(shù)會(huì)有更加出色的表現(xiàn)。