靜電紡絲技術(shù)包埋天然酚類(lèi)化合物研究進(jìn)展

石元玥，楊宇帆，孔保華，王 浩*

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

隨著消費(fèi)者對(duì)于食品與健康關(guān)系重要性的意識(shí)增強(qiáng)，科學(xué)界對(duì)于功能性食品的研究也越來(lái)越多，這些 功能性食品可以在滿(mǎn)足人體基本營(yíng)養(yǎng)需求之外發(fā)揮促進(jìn)健康的積極作用。大量流行病學(xué)實(shí)驗(yàn)研究已證實(shí)植物中的 許多功能性成分在預(yù)防慢性疾病和維持人體健康方面發(fā)揮著重要作用，適合用于功能性食品的研究與開(kāi)發(fā)[1]。酚類(lèi)化合物廣泛存在于水果、谷物和蔬菜中，是維管植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，近年來(lái)已被證實(shí)具有多種生理活性，可作為生物活性物質(zhì)應(yīng)用于食品工業(yè)中[2]。一些體外、體內(nèi)和臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酚類(lèi)物質(zhì)具有抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌等生物活性功能，這些生物活性功能與心血管疾病、骨質(zhì)疏松、神經(jīng)性疾病、腫瘤和糖尿病等慢性疾病的預(yù)防和治療有密切聯(lián)系。

然而，天然酚類(lèi)物質(zhì)容易受到食品加工、貯存條件（溫度、光照、氧氣）和人體消化道環(huán)境（pH值、酶、其他物質(zhì)）的影響，而且多數(shù)在水中的溶解度低，這些性質(zhì)導(dǎo)致其在食品和營(yíng)養(yǎng)保健品中的生物利用度較低[3]。包埋技術(shù)能夠掩蓋一些酚類(lèi)物質(zhì)的不良味道或氣味，在加工和貯存過(guò)程中保持酚類(lèi)物質(zhì)的穩(wěn)定性，防止酚類(lèi)物質(zhì)與食品基質(zhì)的不良相互作用，延緩其降解過(guò)程（如氧化或水解），并實(shí)現(xiàn)其在體內(nèi)控制和定向釋放，提高酚類(lèi)化合物的生物利用度[4-5]。常用的包埋技術(shù)有乳液法、噴霧干燥法、脂質(zhì)體法和靜電紡絲法等[6-7]。乳液法適用于親水性和疏水性化合物，但是需要精密設(shè)備和繁瑣的制備過(guò)程[8]。噴霧干燥法具有簡(jiǎn)單、快速和成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法不適用于包埋熱敏性化合物[9]。脂質(zhì)體法能夠控制包埋物質(zhì)的釋放速率，提高酚類(lèi)物質(zhì)溶解度和生物利用度，但是生物活性物質(zhì)的包埋率低、釋放速度快以及貯存期間不穩(wěn)定等缺點(diǎn)限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[10]。上述包埋技術(shù)仍存在許多不足之處，因此，開(kāi)發(fā)一種合適的、高效的天然酚類(lèi)物質(zhì)包埋技術(shù)至關(guān)重要。

近年來(lái)，納米技術(shù)取得了眾多關(guān)鍵性進(jìn)展。在食品工業(yè)中，納米技術(shù)被用來(lái)開(kāi)發(fā)或改良食品，可以更有效地將營(yíng)養(yǎng)素、蛋白質(zhì)和抗氧化劑輸送到人體內(nèi)[11]。在各種各樣的納米材料生產(chǎn)工藝中，靜電紡絲技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。靜電紡絲納米纖維具有直徑可調(diào)、孔隙率高、比表面積大等優(yōu)良性能，在食品活性包裝、藥物輸送、組織工程、傳感器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[12-15]。 靜電紡絲過(guò)程中無(wú)需高溫或者加壓處理，適合用于包埋對(duì)環(huán)境敏感的天然酚類(lèi)化合物。綜上，全面地了解靜電紡絲過(guò)程，對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)條件，最大限度地提高生產(chǎn)能力，從而拓寬其在食品科學(xué)中的潛在工業(yè)應(yīng)用具有重要意義[16]。本文介紹了靜電紡絲技術(shù)的基本原理、類(lèi)型、影響參數(shù)、常用的聚合物基質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，并對(duì)靜電紡絲技術(shù)在包埋天然酚類(lèi)化合物方面的研究進(jìn)展以及在食品工業(yè)中應(yīng)用的局限和發(fā)展進(jìn)行了綜述。

1 靜電紡絲概述

1.1 靜電紡絲原理

靜電紡絲是利用高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力將聚合物溶液射流快速固化沉積到接收裝置表面的過(guò)程[17]。典型的靜電紡絲裝置一般由4 個(gè)部分組成：高壓電源、推送泵、注射器和接收裝置，具體如圖1所示。聚合物溶液通過(guò)推送泵以恒定速率從針頭擠出，形成的液滴暴露在高壓靜電場(chǎng)中，液滴會(huì)向最近的低電勢(shì)點(diǎn)方向延伸，形成泰勒錐結(jié)構(gòu)[18]。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)臨界值，電場(chǎng)力克服了泰勒錐尖端液滴的表面張力，帶電的聚合物溶液噴射出來(lái)形成射流。射流受到靜電力、阻力、重力、庫(kù)倫斥力、表面張力和流體黏彈力等力的作用，由于“鞭動(dòng)不穩(wěn)定性”而被拉伸旋轉(zhuǎn)，最終溶劑蒸發(fā)，連續(xù)纖維沉積在接收裝置上，形成納米纖維薄膜[19]。紡絲過(guò)程中使用的電壓一般為5～30 kV，注射器針頭與接收裝置之間的接收距離通常在5～25 cm之間[20]。

圖 1 靜電紡絲裝置示意圖[21]Fig. 1 Schematic diagram of electrospinning device[21]

1.2 靜電紡絲類(lèi)型

目前，靜電紡絲的主要類(lèi)型有單軸靜電紡絲、同軸靜電紡絲、乳液靜電紡絲和其他類(lèi)型靜電紡絲[22]，圖2是3 種靜電紡絲方法的示意圖。單軸靜電紡絲是將聚合物基質(zhì)與生物活性成分溶于同一溶劑形成均一的溶液，并將共混溶液置于注射器中進(jìn)行靜電紡絲的過(guò)程。單軸靜電紡絲是最簡(jiǎn)單和最常用的靜電紡絲方法，但這種方法也存在一定缺點(diǎn)，例如，簡(jiǎn)單共混通常會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)分散不均勻，造成生物活性物質(zhì)的突釋[23]。同軸靜電紡絲是將單一的針頭換成同軸的復(fù)合針頭，制備出具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的纖維。與單軸靜電紡絲相比，同軸靜電紡絲具有更高的生物活性物質(zhì)包埋率，可以更好地實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)控制釋放，避免了初始突釋現(xiàn)象的發(fā)生[24]。乳液靜電紡絲是指在乳化劑作用下，將油包水（water in oil，W/O）或水包油（oil in water，O/W）型乳狀液電紡成具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的纖維，直接包埋親水性或疏水性化合物（如多酚、維生素、酶和肽等）[25]。近年來(lái)，也有研究將納米粒子、脂質(zhì)體、膠束等與靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合制備纖維[26-28]，賦予了靜電紡絲新的功能。

圖 2 3 種靜電紡絲方法示意圖[29]Fig. 2 Schematic diagrams of three electrospinning techniques[29]

1.3 靜電紡絲影響參數(shù)

影響靜電紡絲過(guò)程的因素可分為溶液參數(shù)和工藝參數(shù)。溶液參數(shù)包括聚合物濃度、黏度，溶液電導(dǎo)率和表面張力等，工藝參數(shù)包括外加電場(chǎng)電壓、進(jìn)料速率、針頭直徑和接收距離等[30]。通過(guò)控制協(xié)調(diào)各個(gè)參數(shù)，可以直接影響所產(chǎn)生纖維的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。表1為在一定范圍內(nèi)靜電紡絲的影響參數(shù)及其對(duì)纖維形態(tài)的影響。

表 1 靜電紡絲的影響參數(shù)及其對(duì)纖維形態(tài)的影響Table 1 Operating parameters of electrospinning and their influence on fiber morphology

1.4 靜電紡絲常用的基質(zhì)材料

靜電紡絲基質(zhì)聚合物可分為兩類(lèi)：天然聚合物和合成聚合物（圖3）。天然聚合物也稱(chēng)為生物聚合物（主要包括蛋白質(zhì)和多糖），其具有無(wú)毒、生物可降解和生物相容性良好等優(yōu)點(diǎn)，這使天然聚合物成為制備靜電紡絲納米纖維最為理想的材料。然而天然聚合物大多存在機(jī)械強(qiáng)度差、降解速度快和可紡性差等缺點(diǎn)，而且絕大多數(shù)天然聚合物具有親水性強(qiáng)的特點(diǎn)，這限制了其在食品活性包裝、生物活性物質(zhì)的包埋及體內(nèi)遞送等方面的應(yīng)用。合成聚合物主要分為親水性聚合物和疏水性聚合物， 與天然聚合物相比，合成聚合物具有機(jī)械性能強(qiáng)、調(diào)適性強(qiáng)、耐用等優(yōu)點(diǎn)。然而這類(lèi)聚合物存在合成過(guò)程中有機(jī)溶劑殘留、多數(shù)只溶于有機(jī)溶劑以及生物相容性差等不足[40]。能夠用于生物活性物質(zhì)包埋的親水性聚合物主要有聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷（polyethylene oxide，PEO） 等，疏水性聚合物主要有聚乳酸和聚丙烯等。這些合成聚合物是可生物降解的，具有低毒性和良好生物相容性等的優(yōu)點(diǎn)，因此它們也可以用作天然酚類(lèi)物質(zhì)的 包埋原料。

天然聚合物是制備靜電紡絲納米纖維最為理想的材料，為了解決單一天然聚合物溶液不易電紡的問(wèn)題，通常天然聚合物會(huì)與其他天然聚合物或合成聚合物復(fù)合使用。例如，蛋白質(zhì)的靜電紡絲過(guò)程比較困難，因?yàn)槠渚哂袕?fù)雜的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，且在靜電紡絲過(guò)程中內(nèi)部相互作用力較弱而不能纏結(jié)在一起，Mohammadi等[41]采用靜電紡絲法制備乳清分離蛋白與瓜爾膠的復(fù)合納米纖維，乳清分離蛋白（質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%～12%）與瓜爾膠（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.7%～0.9%）在酸性條件下的混合溶液，在電壓20 kV、接收距離8 cm和流速0.6 mL/min的條件下具有可紡性。通過(guò)在特定濃度下?lián)饺敫呦鄬?duì)分子質(zhì)量的PEO和聚乙烯醇等高可紡性的合成聚合物，也可以改善天然聚合物的可紡性。由于海藻酸鈉陰離子間存在強(qiáng)排斥力作用而阻礙了鏈之間的相互纏繞，使得純海藻酸鈉水溶液的靜電紡絲難以實(shí)現(xiàn)，Lu Jianwei等[42]將海藻酸鈉與無(wú)毒、生物相容性好的合成聚合物PEO共混制得電紡纖維氈。在海藻酸鈉/PEO質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%和海藻酸鈉/PEO質(zhì)量比為1∶1～0∶1的條件下，獲得直徑約為250 nm的光滑纖維。通過(guò)分析紅外吸收光譜和電導(dǎo)率的變化證實(shí)了海藻酸鈉與PEO之間存在相互作用，這是靜電紡絲成功的主要原因。

圖 3 制備靜電紡絲納米纖維的聚合物分類(lèi)Fig. 3 Classification of polymers used for preparation of electrospinning nanofibers

1.5 靜電紡絲的優(yōu)勢(shì)

靜電紡絲是一種生產(chǎn)微/納米級(jí)纖維的通用技術(shù)，與其他的包埋技術(shù)相比，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：其操作過(guò)程條件溫和，不需要高溫處理，因此適用于對(duì)熱敏性物質(zhì)進(jìn)行包埋[43]；靜電紡絲過(guò)程靈活性高，可以通過(guò)協(xié)調(diào)靜電紡絲的溶液參數(shù)（聚合物濃度、黏度，溶液電導(dǎo)率 和表面張力等）和工藝參數(shù)（外加電場(chǎng)、進(jìn)料速率、針頭直徑和接收距離等）進(jìn)而得到科研人員所需纖維的形態(tài)和結(jié)構(gòu)；靜電紡絲納米纖維比表面積大，可以增大物質(zhì)的分散和溶出，提高疏水性成分的生物利用度[44]；根據(jù)生物活性物質(zhì)的理化特性和用途，可以選擇不同的天然或合成聚合物基材復(fù)合進(jìn)行電紡，以得到具有合適降解特性和緩釋能力的載體。此外，靜電紡絲技術(shù)還具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、載藥量和包埋率高等諸多 優(yōu)點(diǎn)[45]?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，靜電紡絲技術(shù)為天然酚類(lèi)物質(zhì)的包埋提供了一個(gè)新方向。

2 靜電紡絲包埋酚類(lèi)化合物的研究

天然酚類(lèi)化合物是一類(lèi)重要的生物活性物質(zhì)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于功能性食品的生產(chǎn)中。植物性食品（水果、蔬菜、谷物、豆類(lèi)等）是酚類(lèi)物質(zhì)的主要來(lái)源，然而其在惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定性差、不能靶向釋放、溶解度低和生物利用度差等性質(zhì)是阻礙酚類(lèi)化合物功能發(fā)揮的主要障礙[46]。靜電紡絲作為一種有效的酚類(lèi)化合物納米包埋技術(shù)已被應(yīng)用于突破這些局限，部分常用酚類(lèi)化合物的生物活性和靜電紡絲包埋的應(yīng)用已在表2中列出。

表 2 常用酚類(lèi)化合物的生物活性以及靜電紡絲在包埋酚類(lèi) 化合物方面的應(yīng)用Table 2 Bioactivities and limitations of common phenolic compounds and their encapsulation by electrospinning

2.1 黃酮類(lèi)化合物

黃酮類(lèi)化合物是一類(lèi)以2-苯基色酮為母核的低相對(duì)分子質(zhì)量化合物，包括黃酮同分異構(gòu)體及其氫化還原產(chǎn)物。該類(lèi)化合物具有C6-C3-C6的核結(jié)構(gòu)，骨架中含有兩個(gè)苯環(huán)，苯環(huán)由C3部分連接[61]。根據(jù)三碳鍵的氧化程度和構(gòu)象的差別分為以下幾類(lèi)：黃酮（芹黃素、木犀草素等）、黃酮醇（槲皮素、楊梅酮和山柰酚等）、黃烷酮（橙皮苷、柚皮苷）、異黃酮（大豆素等）、黃烷醇（兒茶素、表兒茶素等）和花青素類(lèi)及其他黃酮類(lèi)等[62]。

2.1.1 槲皮素

槲皮素廣泛存在于蔬菜水果中，其中在洋蔥、蘋(píng)果中含量較高，槲皮素呈黃色針狀結(jié)晶，幾乎不溶于水，在不同食物基質(zhì)中的穩(wěn)定性受pH值、溫度、金屬離子以及谷胱甘肽等化合物的影響。槲皮素具有許多有益于人體健康的作用，如抗病毒、抗氧化、抗菌、抗癌和抗炎等，由于槲皮素的水溶性和生物利用度低、化學(xué)穩(wěn)定性差、生物半衰期短，在食品領(lǐng)域的應(yīng)用可能會(huì)降低其功效[63]。Aytac等[47]采用靜電紡絲法制備了聚丙烯酸/槲皮素/β-環(huán)糊精包合物納米纖維。β-環(huán)糊精可以和槲皮素形成包合物，使槲皮素的溶解度增加，同時(shí)β-環(huán)糊精也起到作為聚丙烯酸納米纖維交聯(lián)劑的作用。首先通過(guò)靜電紡絲成功地制備聚丙烯酸/槲皮素/β-環(huán)糊精包合物納米纖維，然后對(duì)其進(jìn)行熱交聯(lián)形成水不溶性網(wǎng)絡(luò)。體外釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與流延法制備的薄膜相比，槲皮素在聚丙烯酸/槲皮素/β-環(huán)糊精包合物納米纖維膜上的釋放速度慢，釋放總量高。此外，聚丙烯酸/槲皮素/β-環(huán)糊精包合物納米纖維膜具有很高的抗氧化活性和光穩(wěn)定性。Eskitoros-Togay等[48]將聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）與PEO共混，采用靜電紡絲法成功制備出PCL/PEO和PCL/PEO-4%槲皮素電紡膜。根據(jù)體外釋放實(shí)驗(yàn)可知，在240 min內(nèi)槲皮素釋放量最高。此外，體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載槲皮素的靜電紡絲膜在24 h內(nèi)可以抑制人乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，表明PCL/PEO/槲皮素共混膜可作為藥物載體應(yīng)用于藥物遞送系統(tǒng)。

2.1.2 兒茶素

兒茶素是從茶葉等天然植物中提取出來(lái)的一類(lèi)酚類(lèi)活性物質(zhì)，包括兒茶素、表兒茶素、沒(méi)食子兒茶素、表沒(méi)食子兒茶素、兒茶素沒(méi)食子酸酯、表兒茶素沒(méi)食子酸酯、沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯及表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯 8 種單體[64]。兒茶素中，表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯是綠茶的主要成分（占48%～55%），被認(rèn)為是最具生物活性的物質(zhì)[65]。兒茶素在加工條件（如溫度、pH值和酶）和貯存條件（如光和氧）下不穩(wěn)定[66]，利用靜電紡絲技術(shù)制備含兒茶素的納米纖維，可以作為一種有效的方法保護(hù)其不受不利條件的影響。Hoseyni等[49]采用響應(yīng)面分析法，對(duì)靜電紡絲過(guò)程中的電壓、接收距離、流速等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將兒茶素包埋在疊氮膠-聚乙烯醇納米纖維中。在不同的負(fù)載質(zhì)量濃度（500、1000、2000、3000 mg/L）下，對(duì)兒茶素進(jìn)行了靜電紡絲包埋。結(jié)果表明，500 mg/L和1000 mg/L 兒茶素為最佳負(fù)載質(zhì)量濃度，該納米纖維可考慮應(yīng)用于食品活性包裝和藥物應(yīng)用。

2.1.3 花青素

花青素是高等植物中一類(lèi)重要的親水性色素，在不同的pH值環(huán)境下具有不同的顏色。它們廣泛分布于人類(lèi)飲食中的植物性食品，包括各種紅、黑漿果等有色水果，以及紅洋蔥、紅蘿卜、黑豆、茄子、紫玉米、紅白菜、紫甘薯等多種深色蔬菜[67]。富含花青素的植物性食品因其抗氧化等功能特性而具有藥理相關(guān)活性和治療作用。盡管花青素具有很多有益的性質(zhì)，但它們?cè)陬A(yù)防或治療一系列疾病方面的效果取決于其生物可及性和生物利用度，研究人員已經(jīng)證明花青素在上消化道（胃和小腸的初始部分）被吸收[68-69]，如果花青素在這些器官中的停留時(shí)間不足，花青素的未消化部分可能會(huì)因高pH值而在腸道中降解[70]，且胃腸道的不利環(huán)境，如pH值的大范圍波動(dòng)、各種酶和黏膜屏障的存在等，使花青素的生物可及性、生物利用度和膜透性降低[71]。Isik等[50]采用單軸和同軸靜電紡絲技術(shù)將富含花青素的酸櫻桃濃縮液（sour cherry concentrate，SCC）中的酚類(lèi)物質(zhì)包埋在明膠/乳清蛋白納米纖維中，同軸靜電紡絲的樣品中SCC具有較高的生物可及性，體外消化結(jié)果表明，靜電紡絲包埋法對(duì)花青素-3-葡萄糖苷的保護(hù)效果是未包埋的8 倍。

根據(jù)花青素的pH敏感性，Devarayan等[51]利用紫甘藍(lán)花青素開(kāi)發(fā)了一種pH傳感器，采用吸附法和化學(xué)交聯(lián)法，從紫甘藍(lán)中提取天然花青素，并將其與醋酸纖維素復(fù)合進(jìn)行靜電紡絲。包埋花青素的納米纖維能夠檢測(cè)不同的pH值（1～14），并且在極端溫度（-50 ℃和100 ℃）下可以保持24 h的pH傳感性能。這種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的pH傳感器可以用于監(jiān)測(cè)人體健康狀況。

2.1.4 大豆素

大豆素是豆科植物中的一種天然異黃酮，其結(jié)構(gòu)與雌激素類(lèi)似[72]，具有抗氧化、抗癌、植物雌激素活性、抗動(dòng)脈粥樣硬化和抗骨質(zhì)疏松等作用[73]，然而，低溶解度、低油-水分配系數(shù)以及高代謝率限制了其生物利用度。Song Jia等[52]采用靜電紡絲法對(duì)負(fù)載大豆素的納米脂質(zhì)體（nanostructured lipid carriers，NLCs）進(jìn)行了優(yōu)化，成功地制備了包埋大豆素-NLCs的聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米纖維。體外透皮實(shí)驗(yàn)表明，納米纖維中大豆素的累積量在60 h達(dá)到21.71 μg/cm2，是純大豆素溶液的3.78 倍。結(jié)果表明，大豆素-NLCs納米纖維能顯著提高藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)量，是一種很有前景的提高大豆素皮膚滲透性的透皮系統(tǒng)。

2.2 酚酸類(lèi)化合物

酚酸是植物酚類(lèi)化合物的主要種類(lèi)之一，它們存在于多種植物性食品中，如種子、果皮和蔬菜的葉子等。通常酚酸以結(jié)合形式存在，如酰胺、酯或糖苷，很少 以游離形式存在[74]。酚酸主要分為兩個(gè)子類(lèi)：羥基肉桂酸類(lèi)和羥基苯甲酸類(lèi)[75]。羥基肉桂酸是從肉桂酸中提取，常與奎寧酸或葡萄糖結(jié)合作為簡(jiǎn)單酯存在于食品中。常見(jiàn)的羥基肉桂酸有阿魏酸、咖啡酸、對(duì)香豆酸和芥子酸等。羥基苯甲酸由苯甲酸衍生而來(lái)，它們以可溶形式（與糖或有機(jī)酸結(jié)合）存在，并以木質(zhì)素的形式與細(xì)胞壁結(jié)合，與羥基肉桂酸相比，羥基苯甲酸通常在紅色水果、洋蔥和蘿卜等中含量較低，常見(jiàn)的羥基苯甲酸有沒(méi)食子酸、原兒茶酸、香蘭素酸和丁香酸等。

2.2.1 阿魏酸

阿魏酸是一種普遍存在于植物組織中的酚類(lèi)化合物，許多食物如谷麩、柑橘、香蕉、咖啡、橙汁、茄子、竹筍、甜菜根、卷心菜、菠菜和西蘭花等，都含有豐富的阿魏酸[76-78]。阿魏酸是一種天然的抗氧化物質(zhì)，具有清除自由基和激活細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的能力，細(xì)胞保護(hù)活性很強(qiáng)[79]，對(duì)癌癥、肝臟疾病、心臟病、糖尿病和皮膚病等疾病具有治療作用[80]。Yang Jianmao等[53]以阿魏酸為模型藥物活性成分，采用同軸靜電紡絲法制備了包埋阿魏酸的玉米醇溶蛋白復(fù)合纖維。核層溶液為28 g玉米醇溶蛋白和3 g阿魏酸溶于100 mL體積分?jǐn)?shù)80%乙醇-水溶液，殼層溶液為純乙酸，可以使纖維形態(tài)從扁平帶狀轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形/圓形。阿魏酸在纖維基質(zhì)中以非晶態(tài)分散，并可通過(guò)典型的Fickian擴(kuò)散機(jī)制持續(xù)釋放。與單軸靜電紡絲相比，同軸靜電紡絲可以制備出結(jié)構(gòu)、形貌和性能更好的功能性高分子纖維，并且制備的納米纖維具有更好的藥物釋放性能。

在靜電紡絲包埋功能性生物活性物質(zhì)的過(guò)程中，阿魏酸也可以作為抗氧化劑提高其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化穩(wěn)定性。Yang Huan等[54]采用同軸靜電紡絲技術(shù)成功制備了包埋魚(yú)油和阿魏酸的玉米醇溶蛋白納米纖維氈，制備的納米纖維氈中魚(yú)油的負(fù)載量為20%，包埋率為94%。研究表明在納米纖維中加入阿魏酸可顯著提高魚(yú)油的氧化穩(wěn)定性，且不改變魚(yú)油的釋放行為。該復(fù)合納米纖維氈具有良好的氧化穩(wěn)定性和釋放性能，在食品營(yíng)養(yǎng)添加劑方面具有潛在的應(yīng)用前景。

2.2.2 沒(méi)食子酸

沒(méi)食子酸主要存在于茶葉、漿果、柑橘類(lèi)水果和紅酒中，除了具有很強(qiáng)的抗氧化能力外，還具有抗酪氨酸酶、抗菌、抗炎和抗癌等生物活性[81]。Chuysinuan等[55]研究了靜電紡絲聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）水凝膠復(fù)合材料的物理化學(xué)性能，以正硅酸乙酯為交聯(lián)劑，將2.5%～7.5%的沒(méi)食子酸成功包埋于電紡PVA納米纖維中。結(jié)果表明，負(fù)載沒(méi)食子酸的PVA電紡纖維水凝膠具有高達(dá)200 ℃的耐熱性。釋放曲線(xiàn)結(jié)果表明，電紡纖維具有很強(qiáng)的抗氧化活性，通過(guò)對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基、2,2’-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)陽(yáng)離子 自由基清除能力和鐵離子還原/抗氧化能力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)沒(méi)食子酸/PVA電紡纖維表現(xiàn)出作為藥物遞送體系的良好特性，可以應(yīng)用于傷口愈合等方面。Acevedo等[56]利用同軸靜電紡絲技術(shù)以PEO和玉米醇溶蛋白為主要組分成功制備核-殼型納米纖維，其可以控制沒(méi)食子酸的釋放，增強(qiáng)其對(duì)膽囊癌細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制活性。

2.3 其他酚類(lèi)化合物

除了上述黃酮類(lèi)和酚酸類(lèi)化合物，天然酚類(lèi)化合物還包含姜黃素、香豆素類(lèi)、木質(zhì)素類(lèi)（松脂醇、甜菊酸）、單寧類(lèi)（原花青素）和芪類(lèi)（白藜蘆醇），下面是幾種常用酚類(lèi)化合物的研究進(jìn)展。

2.3.1 姜黃素

姜黃素是一種黃色的多酚，主要從姜黃根莖以及姜黃屬的一些其他植物中提純得到，具有抗癌、抗炎、抗菌、降糖和抗氧化等功能[82]。但是姜黃素存在水溶性差、生理轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中降解代謝率較高、代謝終產(chǎn)物不活躍、會(huì)迅速?gòu)捏w內(nèi)排出等缺點(diǎn)，降低了姜黃素的生物利用度[83]。由于這些原因，許多研究試圖通過(guò)納米包埋技術(shù)來(lái)改善姜黃素的功能性和克服其局限性[84]。Celebioglu等[57]采用靜電紡絲技術(shù)制備姜黃素/羥丙基-β-環(huán)糊精包合物和姜黃素/羥丙基-γ-環(huán)糊精包合物納米纖維，將纖維網(wǎng)絡(luò)放入5 mL水中，姜黃素/羥丙基-γ-環(huán)糊精纖維網(wǎng)絡(luò)具有快速溶解的特性，溶液沒(méi)有未溶解姜黃素的跡象。在模擬口腔環(huán)境條件下，兩種纖維網(wǎng)絡(luò)顯示出相似的崩解曲線(xiàn)，姜黃素與環(huán)糊精的包合作用可以使納米纖維網(wǎng)絡(luò)中的姜黃素快速釋放，由于姜黃素的溶解度提高，姜黃素/環(huán) 糊精纖維網(wǎng)絡(luò)中的姜黃素抗氧化作用也增強(qiáng)，這種新設(shè)計(jì)可以用于制備口服快速溶解食品補(bǔ)充劑。Wang Peng等[58]以乙基纖維素納米纖維為外層，負(fù)載姜黃素的明膠納米纖維為內(nèi)層，采用多層混紡法成功制備乙基纖維素/明 膠/乙基纖維素納米纖維膜多層膜結(jié)構(gòu)，相鄰兩層膜氫鍵間的相互作用使其熱穩(wěn)定性明顯提高，乙基纖維素外層的疏水性使膜具有高水接觸角和低水蒸氣透過(guò)率；此外，乙基纖維素/明膠/乙基纖維素納米纖維膜表現(xiàn)出姜黃素的緩釋性，可以持續(xù)釋放96 h以上，并保持了抗氧化活性。結(jié)果表明，靜電紡絲法制備的多層膜具有良好的包埋和控釋生物活性物質(zhì)的應(yīng)用前景。

2.3.2 白藜蘆醇

白藜蘆醇是一種天然的非黃酮類(lèi)化合物，白藜蘆醇具有多種生物活性，如抗氧化、抗炎、抗癌、抗衰老、抗糖尿病、保護(hù)心臟、保護(hù)神經(jīng)和抑制肥胖等[85]。白藜蘆醇的生物利用度很低，因此，設(shè)計(jì)連續(xù)遞送體系對(duì)提高其療效具有重要意義。Rostami等[59]采用靜電紡絲技術(shù)成功制備了負(fù)載白藜蘆醇的殼聚糖-結(jié)冷膠納米纖維。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%白藜蘆醇包埋于殼聚糖-結(jié)冷膠納米纖維中可紡性最好，白藜蘆醇的包埋率為（86±6）%， 納米纖維中的白藜蘆醇在腸道內(nèi)的釋放量約為總釋放量的43%～51%，其抗氧化活性顯著高于游離白藜蘆醇。結(jié)果表明，靜電紡絲制備的納米纖維作為白藜蘆醇的藥物載體具有很大的應(yīng)用潛力。

2.3.3 原花青素

原花青素屬于縮合單寧，谷物、豆類(lèi)種子和各種蔬菜水果中都含有較多的原花青素，尤其在水果中的含量較高，紅葡萄酒和鮮榨草莓汁中也含有大量的原花青素，原花青素是目前公認(rèn)的清除人體內(nèi)自由基最有效的天然抗氧化劑之一，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗菌、降低血脂和改善睡眠等生物學(xué)功能，被主要應(yīng)用于食品、藥品和化妝品中。原花青素對(duì)高溫和氧敏感，常用的運(yùn)載體系有乳液、脂質(zhì)體，利用靜電紡絲技術(shù)包埋原花青素的研究相對(duì)較少，Lin Si等[60]通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備包埋富含原花青素的葡萄籽提取物（grape seed extract，GSE）的絲素蛋白/PEO復(fù)合納米纖維氈，當(dāng)GSE的負(fù)載量約為3%時(shí)，其具有良好的細(xì)胞相容性，可以通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖和保護(hù)皮膚成纖維細(xì)胞免受氧化應(yīng)激。研究表明，包埋GSE的絲素蛋白/PEO復(fù)合納米纖維氈在皮膚護(hù)理、組織再生和創(chuàng)面愈合等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 靜電紡絲技術(shù)的局限與發(fā)展

近年來(lái)，靜電紡絲在食品工業(yè)中的應(yīng)用并不僅局限于包埋生物活性物質(zhì)，還涉及到食品活性包裝、智能包裝、食品檢測(cè)和酶固定化等諸多方面。但是目前將靜電紡絲技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于食品工業(yè)仍具有一些挑戰(zhàn)。例如，靜電紡絲制備的納米纖維產(chǎn)率較低，如何提高納米纖維的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)是一個(gè)難題；因此，通過(guò)改進(jìn)靜電紡絲的裝置（如多針頭、無(wú)針頭等）來(lái)解決這一問(wèn)題是一個(gè)重要的研究方向。其次，雖然可用于靜電紡絲的聚合物眾多，但是能應(yīng)用于食品工業(yè)中的聚合物基質(zhì)必須是食品級(jí)的，而這些材料一般具有可紡性、穩(wěn)定性和機(jī)械性能差等缺陷；因此，需要進(jìn)一步研究更多用于靜電紡絲的食品級(jí)基質(zhì)材料，優(yōu)化其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，尤其是對(duì)于天然聚合物基質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性或是與其他聚合物混合電紡改善纖維性能。此外，雖然研究人員已經(jīng)利用靜電紡絲技術(shù)包埋各種小分子藥物、天然活性成分及生物大分子物質(zhì)，但是對(duì)于生物活性物質(zhì)在體內(nèi)代謝的研究還相對(duì)較少，還需要進(jìn)一步探究生物活性物質(zhì)的釋放動(dòng)力學(xué)和遞送體系在體內(nèi)的靶向釋放能力，以及消費(fèi)者對(duì)此類(lèi)新產(chǎn)品的接受程度。未來(lái)還應(yīng)該著重深入研究將靜電紡絲技術(shù)與納米粒子、脂質(zhì)體以及3D打印等技術(shù)相結(jié)合，賦予納米纖維膜更多的結(jié)構(gòu)特征和功能特性，拓寬其應(yīng)用范圍。

4 結(jié) 語(yǔ)

天然酚類(lèi)化合物作為一類(lèi)廣泛存在于自然界的生物活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌等多種生理活性。但這些化合物的溶解度、穩(wěn)定性和生物利用度較差，限制了其在食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用。靜電紡絲作為一種新興的制備納米纖維的技術(shù)，在包埋生物活性物質(zhì)方面有很廣闊的應(yīng)用前景。與其他包埋技術(shù)相比，靜電紡絲技術(shù)操作簡(jiǎn)單、成本低廉、載藥量和包埋率較高，其操作條件溫和，適合熱敏性物質(zhì)的包埋，纖維具有可連續(xù)制備、孔隙率高、比表面積大和形態(tài)可調(diào)控等諸多優(yōu)點(diǎn)，可作為微/納米結(jié)構(gòu)的天然酚類(lèi)化合物的載體，可保護(hù)酚類(lèi)物質(zhì)免受加工、貯存和腸胃道不良環(huán)境的影響，并在特定條件下控制其釋放，提高天然酚類(lèi)化合物的生物利用度?，F(xiàn)階段已經(jīng)有許多關(guān)于利用靜電紡絲技術(shù)包埋天然酚類(lèi)化合物的研究，這為提高酚類(lèi)物質(zhì)的穩(wěn)定性和生物利用度提供了新的途徑。靜電紡絲在開(kāi)發(fā)具有特定功能的創(chuàng)新型產(chǎn)品方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ溲芯克脚c在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用仍存在較大的差距，還需要研究者們投入大量的精力對(duì)其進(jìn)行深入研究。