劉旖旎，劉 芳，王德寶，孫芝蘭，吳海虹

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 南京 210014）

食品工業(yè)作為每個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的食物需求方面發(fā)揮著重要作用，而微生物污染導(dǎo)致的食品腐敗變質(zhì)一直是食品行業(yè)亟待解決的問(wèn)題之一[1]。在過(guò)去的20年間，我國(guó)的食源性疾病中有一半以上是由食用病原體污染的食物引起的[2]。在工業(yè)化國(guó)家中，每年患食源性疾病的人口比例高達(dá)30%[3]，且由食物變質(zhì)引起的腸胃疾病的數(shù)量呈上升趨勢(shì)[4]。在食品加工環(huán)境中，潮濕的環(huán)境，充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等給食源性致病菌的生長(zhǎng)提供了充足的條件，在加工環(huán)境和食品中都存在金黃色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、大腸桿菌（Escherichia coli）、志賀氏菌（Shigella）、李斯特菌（Listeria monocytogenes）、熱死環(huán)絲菌（Brochothrix thermosphacta）和沙雷氏菌（Serratia grimesii）等食源性致病菌和腐敗菌的污染[5]。為了保證加工食品的安全品質(zhì)，除了加強(qiáng)加工環(huán)節(jié)的微生物控制外，還需要采用合適的包裝對(duì)加工食品進(jìn)行包裝和貯運(yùn)，避免食品的二次污染[6]。

傳統(tǒng)的食品包裝是為了食品便于攜帶和貯藏，如今，包裝材料不僅是食品的儲(chǔ)存容器，還承載了延長(zhǎng)食品貨架期，保證食品安全，提高食品質(zhì)量的作用[7]。通過(guò)向食品包裝材料中加入合適的抗菌物質(zhì)來(lái)滿(mǎn)足食品包裝的抗菌需求是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[8]。絕大部分食品中允許使用的抗菌物質(zhì)的穩(wěn)定性較差，在常規(guī)的熱加工過(guò)程中容易降解，從而影響其抗菌功能。將這些抗菌物質(zhì)直接加到塑料、聚丙乙烯等包裝材料中是不可行的，需將其作為涂層涂在預(yù)先成型的包裝容器的食品接觸面上，如此實(shí)用性受到很大限制。靜電紡絲技術(shù)是一種生產(chǎn)高孔隙率和高比面積的簡(jiǎn)單、快速的方法[9]。與傳統(tǒng)的封裝技術(shù)相比，靜電紡絲技術(shù)不需要加熱等條件即可將抗菌物質(zhì)高效穩(wěn)定地封存在納米結(jié)構(gòu)中。此外，還可以通過(guò)改變?nèi)芤旱男再|(zhì)及工藝參數(shù)來(lái)得到不同的材料形態(tài)。靜電紡絲材料制作的溫度和條件都比較溫和，不會(huì)影響抗菌物質(zhì)的活性，還可以將其輸送到特定的位置釋放出來(lái)[10-12]。研究者根據(jù)不同需求制備了具有高黏性、高脆性、高附著性等性質(zhì)的材料，在環(huán)境工程、生物醫(yī)學(xué)、藥物輸送、組織工程軍事防護(hù)等方面有廣泛應(yīng)用[10]。目前，靜電紡絲技術(shù)在食品加工及貯藏保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用還比較少，未來(lái)可以采用可食用的大分子聚合物為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可食用、無(wú)公害且可以重復(fù)使用的包裝材料，發(fā)揮其抗菌、膠黏、抗氧化等功能。利用靜電紡絲技術(shù)制備不同功能的納米包裝材料會(huì)成為食品行業(yè)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。本文綜述靜電紡絲技術(shù)的原理、類(lèi)型和影響因素；根據(jù)無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物、抗菌肽類(lèi)等不同來(lái)源的抗菌物質(zhì)的性質(zhì)，論述靜電紡絲的生產(chǎn)條件、包埋基質(zhì)和制備材料的抗菌效果及機(jī)制，為納米抗菌材料在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考（圖1）。

圖1 靜電紡絲技術(shù)抗菌材料的制備示意圖Fig.1 Schematic diagram of preparation of electrospinning antibacterial materials

1 靜電紡絲技術(shù)概述

靜電紡絲技術(shù)是基于靜電制備連續(xù)納米纖維的一種成本低廉、裝置簡(jiǎn)單的技術(shù)，也是目前唯一的一種不用添加有機(jī)溶劑和進(jìn)行溫度控制生產(chǎn)納米纖維的方法[13]。將聚合物溶液放在注射器里，通過(guò)向噴頭施加高電壓從而使液滴噴向收集器，當(dāng)電場(chǎng)力與液滴的表面張力相等時(shí)，噴出的液滴呈圓錐狀，形成泰勒錐，此時(shí)的液滴被金屬板收集形成納米纖維結(jié)構(gòu)[14-15]。根據(jù)接收器的形狀，可以制造膜狀或管狀的納米纖維膜，并且還可以根據(jù)接收器的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)纖維的排列[16]。如圖2所示，為了滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求，相繼研發(fā)了混合靜電紡絲[17]、乳液靜電紡絲[18]、同軸靜電紡絲[19]等不同的靜電紡絲方法。乳液靜電紡絲和同軸靜電紡絲可以形成核-殼結(jié)構(gòu)的納米纖維，將藥物包封在纖維內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)藥物的多重釋放。除了紡絲方式不同之外，聚合物溶液的黏度、電導(dǎo)率、表面張力和濃度，以及紡絲的電壓、進(jìn)料量、噴絲距離、溫度和濕度等因素都會(huì)影響最終的纖維狀態(tài)。聚合物溶液的濃度和黏度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致分子間的纏結(jié)斷裂，無(wú)法形成連續(xù)纖維，并且高分子鏈的物質(zhì)比低分子鏈的物質(zhì)更容易發(fā)生纏結(jié)[20-23]。聚合物溶液的電導(dǎo)率與纖維狀態(tài)呈正向關(guān)系，電導(dǎo)率越高的溶液紡出的纖維直徑越細(xì)，狀態(tài)越好[24]。

圖2 不同靜電紡絲方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of （A） a typical electrospinning apparatus setup，（B） the emulsion electrospinning and （C） coaxial electrospinning

2 靜電紡絲技術(shù)制備的不同抗菌纖維及其應(yīng)用

食品包裝是食品加工過(guò)程中的最后一道屏障，使食品在運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中不會(huì)受到微生物污染而腐敗變質(zhì)。向食品包裝材料中添加抗菌物質(zhì)可以避免上述情況的發(fā)生。目前使用常見(jiàn)的抗菌物質(zhì)主要有有機(jī)化學(xué)物、無(wú)機(jī)化合物和生物源提取物等。有機(jī)抗菌劑具有一定的揮發(fā)性和毒性，在食品中使用較少。無(wú)機(jī)抗菌劑主要指以Ag+為代表的金屬離子抗菌劑，可以通過(guò)破壞細(xì)菌細(xì)胞膜并與膜內(nèi)的酶結(jié)合使細(xì)胞失活。生物源抗菌劑主要從微生物或植物中提取，如乳酸鏈球菌素（Nisin）、聚賴(lài)氨酸（ε-PL）、溶菌酶、姜黃素、香芹酚等，這類(lèi)抗菌劑來(lái)自于自然界，天然無(wú)害、抗菌性強(qiáng)且不會(huì)產(chǎn)生耐藥性，近幾年在食品中廣泛使用。利用靜電紡絲技術(shù)將這些不同性質(zhì)的抗菌劑包封在納米纖維內(nèi)部或者表面，制備納米抗菌包裝膜，會(huì)更好的保持抗菌劑的抗菌活性，保證食品的質(zhì)量安全。由于不同抗菌物質(zhì)的理化特性、分子結(jié)構(gòu)和生物活性不同，因此在制備靜電紡絲納米纖維時(shí)，需要根據(jù)各抗菌劑的特性選擇適宜的聚合物和紡絲條件[25]。表1為幾種常見(jiàn)的金屬粒子和生物抗菌劑的納米纖維制備時(shí)選用的聚合物種類(lèi)及應(yīng)用方式。

表1 利用靜電紡絲制備的不同抗菌纖維及其應(yīng)用方式Table 1 Different antibacterial fibers prepared by electrostatic spinning and their application methods

2.1 基于納米粒子制備的納米抗菌纖維

納米金屬粒子和金屬氧化物等具有成本低廉、合成簡(jiǎn)單、抑菌效果突出等特點(diǎn)，因而被廣泛用于制備抗菌材料。同時(shí)，由于納米金屬離子和金屬氧化物的毒性低，抗菌活性持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因此是制備食品包裝材料的良好選擇。金屬離子可以改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，損傷菌體DNA，并破壞細(xì)菌的呼吸系統(tǒng)，使細(xì)菌在短時(shí)間內(nèi)大量死亡[58]。目前，常用的這類(lèi)物質(zhì)有納米銀離子（Ag-NPs）、納米二氧化鈦 （TiO2-NPs）、納米氧化鋅 （ZnONPs）和納米氧化銅（CuO-NPs）等。

2.1.1 納米銀粒子（Ag-NPs）抗菌纖維 Ag-NPs一般從氧化銀或一些銀鹽中獲取，因其優(yōu)越的抗菌能力經(jīng)常作為靜電紡絲技術(shù)中的抗菌劑使用。已有研究將銀離子與聚乳酸（PLA）、纖維素衍生物、明膠、殼聚糖等物質(zhì)進(jìn)行靜電紡絲，發(fā)現(xiàn)添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～1% Ag-NPs 的納米纖維對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、變形桿菌（Proteus）和蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）等都具有很強(qiáng)的抑菌效果[26]。Rath 等[59]制備了負(fù)載有Ag-NPs 的膠原蛋白納米纖維，該材料不僅能有效地殺死金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌還可以促進(jìn)膠原蛋白的生成。Munteanu 等[27]通過(guò)靜電紡絲制備具有抗菌特性的PLA/Ag-NPs/維生素E 納米纖維，發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)單增李斯特菌和鼠傷寒鏈球菌（Streptococcus typhimurium） 的抑制率達(dá)到100%，而且Ag-NPs可以持續(xù)緩慢從基質(zhì)中釋放，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的抑菌效果。

2.1.2 納米二氧化鈦（TiO2-NPs）抗菌纖維 TiO2-NPs 具有很強(qiáng)的紫外吸收、抑菌和催化性能，而且成本低、沒(méi)有毒害作用，甚至可以分解內(nèi)毒素[60]。目前TiO2-NPs 及其衍生物已被應(yīng)用于醫(yī)藥和環(huán)境等領(lǐng)域。Lee 等[14]制備的靜電紡絲PVA/TiO2-NPs（質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～3%）復(fù)合纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌有99.3%的抗菌活性，同時(shí)還有卓越的抗紫外線(xiàn)能力和降解甲醛的能力，為開(kāi)發(fā)高級(jí)紡織材料提供了可能。同樣，將相同濃度的TiO2和Ag-NPs 加入到殼聚糖/PVA 復(fù)合纖維中，發(fā)現(xiàn)TiO2-NPs 的加入增加了Ag-NPs 的抗菌性能[15]。最近報(bào)道一種由兩層膜組成的敷料，第一層是殼聚糖/TiO2-NPs 靜電紡絲納米纖維，第二層是由脂肪衍生的細(xì)胞外基質(zhì)。殼聚糖和TiO2-NPs的協(xié)同作用使大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的滲透率明顯降低，使第二層很好地作用于傷口，促進(jìn)傷口恢復(fù)，21 d 就可以使傷口完全愈合[30]。

2.1.3 納米氧化鋅（ZnO-NPs） 抗菌纖維 ZnONPs 具有很強(qiáng)的抑菌和殺菌能力，還可以抑制癌細(xì)胞的增殖[61]。目前該物質(zhì)與聚乙烯醇、天然大分子聚合物以及生物聚酯等進(jìn)行靜電紡絲，制備了不同的納米抗菌纖維[16]。PVA/ZnO-NPs 納米纖維膜對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌（金黃色葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（鼠傷寒沙門(mén)氏菌、變形桿菌和肺炎克雷伯氏菌）都有明顯的抑菌效果，且ZnO-NPs 的抑菌效果比TiO2、SiO2和ZrO2都強(qiáng)[50]。Ahmed 等[32]制備了封裝ZnO-NPs 的殼聚糖/PVA 電紡納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)該膜對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）和金黃色葡萄球菌都有很強(qiáng)的抗菌活性。Liu 等[33]通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制作了明膠、乙基纖維素和ZnO-NPs 的食品包裝，結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的ZnO-NPs 可以殺死62.5%的金黃色葡萄球菌。這是因?yàn)閆nO-NPs 帶正電荷，可以和細(xì)菌細(xì)胞壁表面的負(fù)電荷相互作用。革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌有多肽與多糖組成的多層厚壁，ZnONPs 可以與這層厚壁發(fā)生相互作用，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在外膜和細(xì)胞質(zhì)膜之間有一層肽聚糖，與革蘭氏陰性菌相比，納米顆粒更容易附著在革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌上，并對(duì)陽(yáng)性細(xì)菌造成很大的傷害[34]。

2.1.4 納米氧化銅（CuO-NPs）抗菌纖維 銅作為使用最廣泛的金屬之一，關(guān)于其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究已有很多，但是目前很少有CuO-NPs 在靜電紡技術(shù)方面的研究報(bào)道，這可能是因?yàn)镃uO-NPs 容易發(fā)生氧化反應(yīng)使整體特性發(fā)生改變[62]。在現(xiàn)有的研究中顯示高含量的CuO-NPs 容易暴露纖維表面，與微生物之間容易發(fā)生相互作用使細(xì)菌失活[35]。Amina 等[36]用濕化學(xué)法合成氧化銅納米結(jié)構(gòu)得到了直徑為7 nm 的球形顆粒，然后將羥基磷灰石和合成的CuO-NPs 與PLGA 混合進(jìn)行靜電紡絲，紡絲后的纖維直徑增高并且有很強(qiáng)的抑菌效果。Castro-Mayorga 等[37]僅添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%的CuO-NPs 制備的抗菌纖維就對(duì)腸炎鏈球菌（Streptococcus enteritidis）、單增李斯特菌和鼠諾如病毒具有明顯的殺菌和殺病毒效果，還具有良好的隔氧能力和力學(xué)性能，未來(lái)可以作為很好的食品包裝膜使用。

2.2 基于抗菌肽/蛋白制備的納米抗菌纖維

抗菌肽/蛋白是由一種特定基因編碼合成的一類(lèi)普遍存在的具有廣譜抑菌活性的寡肽或者蛋白質(zhì)?？咕?蛋白可以與細(xì)菌細(xì)胞膜的陰離子發(fā)生相互作用，且氨基酸殘基可以穿過(guò)微生物細(xì)胞膜，與細(xì)胞中的脂類(lèi)結(jié)合，干擾細(xì)胞正常代謝，使細(xì)菌死亡，最終達(dá)到抑菌作用[63]，同時(shí)一些抗菌蛋白如溶菌酶等還可以水解細(xì)菌的細(xì)胞壁等。目前常用的抗菌肽有乳酸鏈球菌素（nisin）、溶菌酶和聚賴(lài)氨酸（ε-PL）等。

2.2.1 乳酸鏈球菌素（nisin）抗菌纖維 Nisin 是由乳酸乳球菌產(chǎn)生的一種細(xì)菌多肽，雖然它的熱穩(wěn)定性好，并且對(duì)食源性致病菌具有良好的抗菌活性，但由于nisin 容易受到pH 值、溫度、食品內(nèi)容物和天然微生物菌群等因素的影響，而且與食品中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和酶易發(fā)生相互作用，降低自身的抗菌活性，因此可以利用靜電紡絲技術(shù)來(lái)提高nisin 的抗菌活性[63]。Soto 等[38]制備的nisin/莧菜蛋白/普魯蘭納米纖維，對(duì)nisin 的包封率達(dá)到了95%，有效地保持了nisin 的抗菌活性，并具有很好的抗腸膜乳桿菌的能力，該纖維膜制備使用的聚合物都是天然大分子物質(zhì)，因此可以在食品包裝中進(jìn)行應(yīng)用。包封在疏水性PCL 中間層和吸濕性的醋酸纖維素護(hù)套中的nisin 在緩釋1 d 后還可以殺死99%的細(xì)菌，該材料的殺菌效果可以持續(xù)5 d[39]。利用殼聚糖和聚谷氨酸制備的nisin 抗菌材料在5 mg/mL 的質(zhì)量濃度下就可以對(duì)干酪中的單增李斯特菌產(chǎn)生很強(qiáng)的抑菌效果[40]。

2.2.2 溶菌酶抗菌纖維 溶菌酶是廣泛存在于自然界中，具有明顯抗菌活性的蛋白質(zhì)。溶菌酶在動(dòng)植物體內(nèi)起著防止細(xì)菌入侵，抗炎、抗癌和鎮(zhèn)痛的作用[64]。雞蛋白溶菌酶（HEL）是一個(gè)球狀蛋白，該酶具有兩個(gè)主要的結(jié)構(gòu)域，即α 結(jié)構(gòu)域和β 結(jié)構(gòu)域，它可以水解細(xì)菌細(xì)胞壁中的N-乙酰基-d-葡糖胺和N-乙?；蛩釟埢g的β-1，4 鍵[65]。在食品工業(yè)中，它被用作食品保鮮材料使用，還被應(yīng)用于嬰兒食品配方中以增強(qiáng)嬰兒的免疫系統(tǒng)[66]。Cui 等[49]通過(guò)溶劑蒸發(fā)技術(shù)制備了溶菌酶納米顆粒，發(fā)現(xiàn)溶菌酶納米顆粒包封姜黃素后，使姜黃素的溶解度增加了660 倍，且由溶菌酶負(fù)載的姜黃素比游離的姜黃素的自由基清除活性更高。殼聚糖/溶菌酶納米纖維膜不僅可以損傷真菌的膜結(jié)構(gòu)使其失活，對(duì)真菌孢子的萌發(fā)還具有100%的抑制作用[67]。聚L-谷氨酸/溶菌酶靜電紡絲抗菌膜也可以抑制黃褐微球菌（Micrococcus chrysogenum）的生長(zhǎng)[4]。Silva 等[42]研究發(fā)現(xiàn)添加溶菌酶的直鏈淀粉/溶菌酶復(fù)合納米纖維膜不僅使膜的力學(xué)性能增加，熱穩(wěn)定性、抗菌性和抗氧化性能也得到了很大的提升，證明包含溶菌酶的納米纖維在食品包裝中有很好的應(yīng)用前景。

2.2.3 聚賴(lài)氨酸（ε-PL）抗菌纖維 ε-聚賴(lài)氨酸（ε-PL）是由25～30 個(gè)帶有ε-氨基-α 羧基鍵的l-賴(lài)氨酸殘基組成的聚合物，極易溶于水。它通常由鏈霉菌產(chǎn)生，在堿性和酸性環(huán)境下都具有高度穩(wěn)定性[68]。ε-PL 可以使細(xì)菌表面的正負(fù)電荷殘基之間相互作用破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌細(xì)胞死亡，具有廣譜抑菌性和可降解性，在我國(guó)已被允許作為食品添加劑使用[69]。Amariei 等[44]制作的ε-PL/聚丙烯酸/聚乙烯醇納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)該膜對(duì)表皮鏈球菌（Streptococcus epidermidis）有明顯的抑菌作用。Lin 等[45]通過(guò)靜電紡絲制作了抑制雞肉中鼠傷寒沙門(mén)氏菌（Salmonella typhimurium）和腸炎沙門(mén)氏菌（Salmonella enteritidis）的ε-聚賴(lài)氨酸/殼聚糖納米纖維，發(fā)現(xiàn)該膜可以使鼠傷寒沙門(mén)氏菌和腸炎沙門(mén)氏菌的數(shù)量從8.21 lg （CFU/g）和8.37 lg（CFU/g）分別降到了5.03 lg （CFU/g）和5.25 lg（CFU/g），且對(duì)雞肉的顏色和風(fēng)味沒(méi)有影響。Liu 等[46]將ε-聚賴(lài)氨酸摻入明膠/殼聚糖聚合物中靜電紡絲獲得抗菌納米纖維膜，當(dāng)明膠/殼聚糖/聚賴(lài)氨酸=6∶1∶0.125 時(shí)可以有效抑制6 種致病菌的生長(zhǎng)，可以作為一種食品包裝材料使用。

2.3 基于植物提取物制備的納米抗菌纖維

植物提取物具有可食用、無(wú)毒害、可生物降解，以及可再生的獨(dú)特性能，可以作為新的包裝材料物質(zhì)使用。目前，一些植物提取物已被與多糖、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等制備成復(fù)合材料，來(lái)達(dá)到抗菌、抗氧化和食品保鮮的目的[70]。由于大多數(shù)的植物提取物熱穩(wěn)定性弱，在常規(guī)的塑料熱加工過(guò)程中易被降解，只能通過(guò)相應(yīng)的方法將它們封裝起來(lái)，或作為涂層涂在預(yù)先成型的包裝容器上，這大大限制了其利用率。因此，可以借助于靜電紡絲技術(shù)溫和的條件，在不改變植物提取物活性的前提下，制備不同的抗菌涂層、膠黏夾層、抗氧化涂層等食品包裝材料[71]。

2.3.1 香芹酚抗菌纖維 香芹酚是有麝香草酚氣味的無(wú)色或淡黃色黏稠油狀液體，易溶于醇和醚，幾乎不溶于水，與百里香酚互為同分異構(gòu)體的芳香烴單萜類(lèi)化合物。主要從芳香植物精油中分離而來(lái)，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌和霉菌等均有明顯的抗菌效果，作為天然抑菌劑和飼料添加劑被廣泛使用。通過(guò)對(duì)比溶劑澆鑄法和靜電紡絲法制備的聚乳酸/香芹酚膜，發(fā)現(xiàn)靜電紡絲膜中香芹酚的緩釋效果比溶劑澆鑄法的好[17，47]。Altana等[48]以玉米醇溶蛋白和聚乳酸制備的不同濃度的香芹酚納米包裝膜，并進(jìn)行了面包的保鮮效果研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入香芹酚提高了膜的熱穩(wěn)定性，并且20%添加量的香芹酚對(duì)霉菌的生長(zhǎng)抑制率達(dá)到99.6%。

2.3.2 姜黃素抗菌纖維 姜黃素是姜黃根中提取的一種天然多酚化合物，具有社會(huì)公認(rèn)的促進(jìn)人體健康、抗氧化、抗炎癥、抗菌和抗誘變活性，是一種很有潛力的食品抗菌劑。有研究證明姜黃素對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌以及毛蘚菌等都有很強(qiáng)的抑制作用[72]。姜黃素的生物利用率較低，已被制成了包括脂質(zhì)體、水凝膠、膠束、納米纖維和納米顆粒等不同的藥物傳遞系統(tǒng)[73]。Bui 等報(bào)道了含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.6%姜黃素的玉米醇溶蛋白納米纖維可以抑制83%金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)，揭示了其在抗菌材料中的潛在應(yīng)用[49，51]。Yilmaz 等[52]利用姜黃素/玉米醇溶蛋白材料對(duì)蘋(píng)果中的青霉和孢子進(jìn)行了抑制，發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果的腐敗直徑減少了50%，證明了該纖維作為抗真菌食品包裝材料的潛力。

2.3.3 其它精油類(lèi)抗菌纖維 精油是從植物中提取的揮發(fā)性芳香族化合物，具有抗菌、抗病毒、抗氧化的特性。因?yàn)榫偷娜芙庑缘?、揮發(fā)性高、易氧化產(chǎn)生不良?xì)馕叮谑称饭I(yè)中的應(yīng)用受到限制。有研究者利用靜電紡絲技術(shù)制備了含有薄荷和洋甘菊精油的凝膠納米纖維，防止了由加熱導(dǎo)致的精油的快速蒸發(fā)[53]。Kayaci 等[56]研究表明，環(huán)糊精包封香草、薄荷醇、丁香酚的風(fēng)味化合物可以使化合物在高溫下更穩(wěn)定，與聚乙烯醇一起靜電紡絲可以延長(zhǎng)食品的貨架期。Wen 等[57]成功地將肉桂精油封裝到由聚乙烯醇（PVA）和β-環(huán)糊精基質(zhì)組成的基質(zhì)中，所得的納米薄膜的抗菌活性比流延薄膜更好，可以有效地延長(zhǎng)草莓的保質(zhì)期，并且1 mg/mL 的肉桂精油即可抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)。迷迭香提取物等富含多酚的成分是一種薄膜添加劑，可防止脂質(zhì)氧化和微生物生長(zhǎng)，Hernandez 等[67]報(bào)道了將迷迭香提取物加入淀粉中生產(chǎn)具有抗氧化性能的活性食品包裝，加入迷迭香提取物后的膜具有很高的力學(xué)性能、抗氧化性及抗紫外線(xiàn)能力。Liu 等[53]制作了用于食品包裝的抗菌PLA/茶多酚納米纖維，發(fā)現(xiàn)茶多酚的加入使拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率降低，但是抗菌活性顯著升高，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性分別達(dá)到92.26%和94.58%。

3 靜電紡絲抗菌膜的抗菌機(jī)制

目前在醫(yī)學(xué)、食品、藥學(xué)領(lǐng)域，有害微生物的控制越來(lái)越受到重視，因此，明確和探究靜電紡絲纖維的抗菌機(jī)制可以更好地?cái)U(kuò)大其應(yīng)用范圍[74]。在同等質(zhì)量情況下，與普通流延法制成的膜相比，靜電紡絲纖維膜具有更大的比表面積，更容易與微生物接觸和相互作用。如圖3所示，靜電紡絲納米纖維膜可以通過(guò)釋放出的抑菌物質(zhì)對(duì)微生物進(jìn)行攻擊，來(lái)自環(huán)境或者食物中的水分會(huì)促進(jìn)靜電紡絲納米纖維表面抗菌物質(zhì)的溶解、釋放和擴(kuò)散。一旦微生物接近聚合物纖維表面，紡絲纖維膜釋放出的抗菌物質(zhì)對(duì)微生物進(jìn)行攻擊，消滅接觸的致病菌，保證食品質(zhì)量，延長(zhǎng)貨架期[75]。

圖3 靜電紡絲膜中抗菌成分作用于細(xì)菌的抗菌過(guò)程Fig.3 The bacteriostatic process of the bacteriostatic components in the electrospun membrane acting on the bacteria

納米抗菌纖維的抗菌活性，除了本身攜帶的抗菌劑的抗菌作用外，研究表明納米纖維的結(jié)構(gòu)和形態(tài)也是影響靜電紡絲抗菌性能的主要原因之一。細(xì)菌形態(tài)也會(huì)影響纖維的抑菌效果，已有研究證明大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌等致病菌會(huì)優(yōu)先黏附在與自身大小相近的纖維上[76]。靜電紡絲纖維膜具有很典型的多孔形態(tài)，這種形態(tài)使膜的孔隙率極高，因?yàn)榭紫堵剩?0%的纖維可以抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，促進(jìn)傷口愈合，且纖維間的孔隙可以對(duì)微生物起到很好的攔截作用，形成了極好的屏障[77]。此外，納米纖維的平滑度越低，越有利于微生物黏附，因此，納米材料的纖維狀態(tài)至關(guān)重要，如果納米纖維發(fā)生聚團(tuán)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致纖維膜出現(xiàn)凹陷，這些凹陷會(huì)給微生物增加黏附位點(diǎn)[78]。

4 結(jié)語(yǔ)

微生物污染導(dǎo)致的食品腐敗變質(zhì)和安全隱患一直是食品行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。與其它技術(shù)相比，靜電紡絲技術(shù)操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和，并能夠使包埋的抗菌物質(zhì)持續(xù)緩慢的釋放，因此，利用靜電紡絲技術(shù)制備的納米抗菌纖維未來(lái)會(huì)在食品包裝和貯存過(guò)程中起到重要作用，有效地保證食品的品質(zhì)和延長(zhǎng)保質(zhì)期。目前納米粒子、抗菌肽/蛋白及植物提取物等的抗菌效果已被廣泛研究和證實(shí)，但是由于加工條件和物質(zhì)自身性質(zhì)的限制，一直沒(méi)有將這些抗菌物質(zhì)廣泛用于食品包裝材料中。靜電紡絲技術(shù)可以將抗菌物質(zhì)有效地包封在纖維膜內(nèi)，在不改變抗菌物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上最大程度地提高抑菌效果。此外，靜電紡絲技術(shù)在開(kāi)發(fā)新型抗菌材料方面還有巨大的潛力，但由于目前研究結(jié)果與工業(yè)化生產(chǎn)還有很大差距，仍需未來(lái)研究者進(jìn)行深入研究。