百里香酚是从百里香、牛至精油中提取出来的挥发性酚类化合物，具有优良的抗氧化能力与抗菌能力，但其易挥发性、疏水性、不良气味极大限制了生物利用度。纳米纤维可作为负载百里香酚的一种有前景的控释载体。明胶是源于动物胶原蛋白的水解产物，是一种大分子亲水胶体，但胶凝化性质影响明胶在水溶液中的成膜性。玉米醇溶蛋白来源于植物提取，因存在大量疏水氨基酸残基而具有较强的疏水性。本课题组前期研究表明明胶/玉米醇溶蛋白比例为1∶1时其静电纺丝过程稳定、形貌结构稳定，机械性能、润湿性能较好，因此本实验选用该比例作为负载百里香酚的纳米纤维体系。

  静电纺丝技术是一种利用静电场力作用高分子聚合物制备纳米级和微米级纤维的技术，因其简单易操作、成本低、非热技术而广为食品领域所接受。静电溶吹设备在传统电纺系统基础上，增添了供气系统，改变了喷丝头结构。

  湖北民族大学生物与食品工程学院的刘松奇，向 慧、邓伶俐*等 采用静电溶吹技术制备明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维负载百里香酚，以研究百里香酚添加量对纳米纤维微观形貌和宏观性质及生物活性的影响。通过扫描电子显微镜观察纳米纤维微观形态变化和直径的分布。基于傅里叶红外光谱、X射线衍射、热分析技术分析蛋白与百里香酚之间相互作用，从而解析纳米纤维机械性能、水蒸气透过率等宏观性质和抑菌抗氧化活性的变化。

  如图2所示，未添加百里香酚的纳米纤维平均直径为447.0 nm，随着百里香酚负载量增加，纤维直径呈现上升趋势。负载0.5%和1.0%的纳米纤维直径与未负载的纤维直径有显著差异。纤维直径的变化受到多种因素的影响，研究表明百里香酚与天然高分子通常通过氢键相互作用，由于分子间相互作用增强，纳米纤维在牵伸的过程中受到的阻力越大，因此表现出纤维直径增大的趋势。在电纺过程中，电纺溶液黏度的增加使注射端口的液滴难以分裂，促进高分子链的缠绕，适当的缠绕程度有助于纳米纤维膜的形成和形貌，同时纤维直径变大。百里香酚负载量的差异影响电纺液表面电荷密度的变化，随着表面电荷密度的降低，喷射的延伸率降低，飞向收集器的纳米纤维将会合并，从而增加纤维直径。参考Duan Gaigai等的方法计算电纺产率，传统电纺总流量不超过6.0 mL/h，产率不超过1.0 g/h，而本实验中静电溶吹技术总流量能达到10.0 mL/h，产率达到3.0 g/h（表1）。产率的提高是由于气流的高速运动，加速纤维的拉伸分裂，迅速向沉积接收器偏移，同时溶剂加速挥发，充分凝固在接收器上。在此过程中纤维黏结减少，更加分布均匀。本实验采用静电溶吹技术所得纳米纤维形貌结构良好，无断裂、无聚集。与传统静电纺丝技术相比，形态结构相差无异，可作为后续研究。

  如图3所示，3 282～3 289 cm-1范围内吸收峰对应酰胺A基团的N—H拉伸振动和物理吸收水O—H拉伸振动，2 957 cm-1左右吸收峰对应C—H伸缩振动，1 639～1 643 cm-1范围内吸收峰对应酰胺I带的C＝O和C—N伸缩振动、1 535 cm-1左右峰对应酰胺II的N—H弯曲振动和C—H伸缩振动，1 450 cm-1左右峰对应C—N拉伸的轴向变形振动、甲基的N—H弯曲振动，1 240 cm-1左右峰对应酰胺III的C—N拉伸的轴向形变振动，1 081～1 167 cm-1左右的峰对应C—H形变振动。百里香酚（T）特征吸收带出现在3 223 cm-1（百里香酚羟基的O—H振动）、2 957 cm-1和2 867 cm-1（不对称和对称的甲基C—H伸缩振动）、1 250～1 750 cm-1（苯环的C＝C伸缩振动、O—H平面内弯曲振动和C—O伸缩振动）、550～1 250 cm-1（C—H平面内、外弯曲振动）。百里香酚纳米纤维与纯明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维特征峰相似，没再次出现新的峰，说明百里香酚均相的分布在纳米纤维中，随着百里香酚添加量的增加，对应特征峰2 900～3 300、1 250～1 750 cm-1区域的吸收强度变大，表明明胶/玉米醇溶蛋白与百里香酚发生了氢键的相互作用，特征峰的偏移可能是氢键与分子构象变化的共同作用。

  如图4所示，不同百里香酚负载量的明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维均表现为较低的结晶性，随着百里香酚添加量增大没再次出现新的特征峰。 百里香酚是一种结晶材料，与明胶和玉米醇溶蛋白相比，百里香酚在10°～60°之间具有多个明显的特征衍射峰，且结晶度比明胶和玉米醇溶蛋白高。T0、T0.1、T0.5、T1.0具有相似的特征衍射峰，说明百里香酚均匀的分散在明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维中，无结晶形成。

  DSC曲线的特征吸热峰称为玻璃化转变温度（ T g ）和熔融温度（ T m ）。如图5所示，第1个峰表明聚合物（包括结晶聚合物的无定形部分）从玻璃态变为高弹态。随着百里香酚负载量的提高，玻璃化转变温度从49.3 ℃升至61.2 ℃，玻璃化转变反映了分子的流动性和可混合性，氢键相互作用能提高玻璃化转变温度，傅里叶红外光谱结果同样表明百里香酚与蛋白质分子之间有氢键相互作用。第2个峰代表熔融温度（ T m ），一般来说，较高的熔融点表明体系内分子的相互作用较强，需要更高的能量使其解聚。熔融温度在220.0 ℃左右，为明胶的分解温度，不难发现在该区域相较于T0，添加百里香酚的样品峰面积均增加，表明酸性溶剂（80.0%乙酸）对蛋白质结构性质产生不利影响能够最终靠活性化合物减轻。在300.0～320.0 ℃范围内的第3个峰归因于纳米纤维薄膜的热降解。图5b、c分别为纳米纤维热重谱图和质量损失速率谱图。生物聚合物的热降解包括聚合物单体的内部共价键和纤维网络结构的降解，纳米纤维的降解主要分两个阶段，第1阶段在40.0～120.0 ℃左右，主要是游离水、乙酸的挥发，这一区域的质量损失率均低于T0，原因是部分水与百里香发生氢键的相互作用；第2阶段在160.0～380.0 ℃，主要是明胶、玉米醇溶蛋白以及百里香酚的降解。T0.5、T1.0质量损失率明显低于T0.1、T0，一方面说明百里香酚的稳定性较明胶、玉米醇溶蛋白差，另一方面表明低负载量百里香酚对明胶与玉米醇溶蛋白的相互作用存在抑制，高负载量百里香酚与明胶/玉米醇溶蛋白发生相互作用提高耐热性。T0的主要质量损失温度在323.6 ℃，均高于添加百里香酚的纳米纤维，说明热稳定差，而质量损失点均高于百里香酚的挥发点232.0 ℃，说明负载对百里香酚的热稳定性有积极作用。

  如图6所示，由于百里香酚的疏水性，添加量0.1%时，水蒸气阻隔性没有显著性变化，然百里香酚负载量的继续增加到0.5%时，水蒸气阻隔性有一定提高，当负载量达到1.0%时，水蒸气透过率又出现上涨的趋势。水蒸气透过率的降低主要是受到百里香酚的疏水性以及聚合物之间亲疏水基团相互作用的影响。

  图7显示，添加百里香酚后，杨氏模量明显提高，拉伸强度与断裂伸长率无显著变化，说明纳米纤维的刚性结构得到提高，这种变化可能是百里香酚与聚合物基质之间通过氢键进行的界面相互作用。

  如图8所示，T0在自由基清除率与铁离子、铜离子还原能力方面均具有非常明显作用，这主要是明胶中存在抗氧化肽，玉米醇溶蛋白中固有的氨基酸残基、短肽以及叶黄素的抗氧化能力。随着百里香酚的加入，自由基清除率与离子还原能力慢慢地提高，存在一定的量效关系。百里香酚的抗氧化性与其化学结构有关，是通过苯环上的氢原子或电子转移到自由基或离子受体实现，同时明胶/玉米醇溶蛋白对百里香酚的负载提高溶解性，从而整体上提高抗氧化能力。ABTS阳离子自由基清除率明显高于DPPH自由基清除率，主要是百里香酚与明胶/玉米醇溶蛋白在溶剂水与醇的溶解性不同引起。离子还原能力的量效关系显著高于自由基清除能力，主要是FRAP法在酸性环境中测定，能减少基质蛋白的影响；CUPRAC法与酚类抗氧化剂作用快。

  如图9所示，百里香酚的添加对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有非常明显抑制作用，百里香酚已被研究证明对多种食源性病原体具有非常明显的抗菌活性，其作用机制主要是疏水结构和游离羟基可当作原载体，使细菌细胞膜电位去极化，改变膜的物理化学性质，影响双层膜的稳定性和脂质有序性，膜通透性平衡被打破，导致细胞功能障碍和细胞内成分渗出，最后导致细菌死亡。百里香酚对大肠杆菌的抑制活性明显高于金黄色葡萄球菌，这是由于金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性细菌）含有由多层肽聚糖层形成的致密细胞壁，这种肽聚糖多层结构可以有效的预防精油等疏水物质的渗透。

  本实验采用静电溶吹技术成功制备负载百里香酚的明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维。静电溶吹技术明显提升纳米纤维的制备效率并对其纤维形态无影响。百里香酚均匀分散在纳米纤维中，无明显结晶形成，百里香酚与明胶和玉米醇溶蛋白之间通过氢键相互作用。百里香酚的添加改善了纳米纤维的水蒸气阻隔性与机械强度。通过静电溶吹负载百里香酚，提升了其耐热性并维持了其抗氧化、抗菌等生物活性。综上所述，明胶/玉米醇溶蛋白纳米纤维负载百里香酚拥有非常良好物理与功能特性，有望用于食品活性包装应用。

  本文《静电溶吹制备明胶/玉米醇溶蛋白/百里香酚纳米纤维及其表征》来源于《食品科学》2023年44卷第12期50-59页，作者：刘松奇，向 慧，吴京京，买尔哈巴·塔西帕拉提，安建辉，周 志，邓伶俐。DOI:10.7506/spkx0509-103。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

  实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

  为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活质量，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家肉类加工工程技术研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，贵州大学共同主办，贵州医科大学、清华大学深圳国际研究生院、河南省大鲵保护与发展协会支持协办，中国食品杂志社《肉类研究》杂志、《乳业科学与技术》杂志、《Food Science of Animal Products》承办，钛和中谱检测技术（厦门）有限公司、贵州油研纯香生态粮油科技有限公司、岛津企业管理(中国)有限公司、四川安好众泰科技有限公司、贵州成义烧坊酒业股份有限公司、贵州黔醉酒业（集团）有限公司、黔东南民生食品有限公司、贵州普安红茶业（集团）有限公司等企业赞助的“2023年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”即将于2023年10月28-29日在贵州贵阳召开。

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