負(fù)載THY/HPβCD的納米纖維膜制備及保鮮應(yīng)用研究

趙以勒，沈超怡，鄔夢(mèng)露，楊相政,2，張鵬，李江闊，吳迪,4，陳昆松

農(nóng)產(chǎn)品保鮮與食品包裝

負(fù)載THY/HPβCD的納米纖維膜制備及保鮮應(yīng)用研究

趙以勒1a，沈超怡1b，鄔夢(mèng)露1a，楊相政1a,2，張鵬3，李江闊3，吳迪1a,4，陳昆松1a

（1.浙江大學(xué)a.農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院 b.生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 310058； 2.中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究所，濟(jì)南 250200；3.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津），天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384；4.浙江大學(xué)中原研究院，鄭州 450000）

針對(duì)果蔬產(chǎn)業(yè)對(duì)納米控釋保鮮包裝材料的需求，制備可持續(xù)釋放百里酚的抗真菌納米保鮮材料，避免因百里酚易揮發(fā)性導(dǎo)致保鮮效率低的問(wèn)題。采用溶液吹塑紡絲技術(shù)（SBS）制備負(fù)載百里酚/2–羥基–β–環(huán)糊精（THY/HPβCD）包合物的聚己內(nèi)酯（PCL）納米纖維膜，并評(píng)價(jià)其纖維膜性能和對(duì)草莓灰霉菌的抑制效果。采用SBS技術(shù)可快速制備THY/HPβCD/PCL納米纖維膜，該膜具有良好的水蒸氣滲透性、表面親水性和熱穩(wěn)定性，在72 h內(nèi)能持續(xù)穩(wěn)定釋放百里酚，并可有效抑制接種了灰霉菌的草莓果實(shí)的腐爛。制備的THY/HPβCD/PCL納米纖維膜具有良好的緩釋和抗真菌活性，有望應(yīng)用于果蔬采后貯藏保鮮。

溶液吹塑紡絲；自組裝；百里酚；2–羥基–β–環(huán)糊精；長(zhǎng)效緩釋；抗真菌活性；復(fù)合納米纖維膜

近年來(lái)，具有高負(fù)載量和緩釋特性的納米纖維包裝材料制備是果蔬保鮮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-2]。溶液吹塑紡絲（SBS）作為一種新型的納米纖維制備技術(shù)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。SBS納米纖維膜的制備主要是通過(guò)將加壓的高速氣體通入儀器噴嘴，從而在氣體/溶液界面處引起剪切，導(dǎo)致聚合物溶液從液滴變形為錐形，并隨著溶劑的蒸發(fā)被拉伸成細(xì)絲，最終在收集器上快速生成納米纖維[3]。SBS技術(shù)具有產(chǎn)率高、制備時(shí)間短、原料來(lái)源豐富等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、能源和環(huán)境等各種領(lǐng)域[4]，但基于SBS技術(shù)的果蔬保鮮材料制備還鮮有研究。

百里酚（5-methyl-2-Isopropylphenol，THY）是從百里香精油中提取的一種酚類化合物，具有抗菌、抗氧化、抗炎等多種生物活性[5]。百里酚良好的抗真菌特性使其在抑制果蔬采后腐爛方面受到關(guān)注。百里酚主要通過(guò)破壞細(xì)胞膜、細(xì)胞壁以及細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡發(fā)揮抗真菌作用，已被報(bào)道可以有效抑制交鏈孢霉、指狀青霉與灰霉菌[6]。百里酚具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，無(wú)法持續(xù)有效釋放，造成浪費(fèi)和環(huán)境污染，導(dǎo)致其在果蔬抑菌保鮮中的使用受到限制[7]。

環(huán)糊精（Cyclodextrin，CD）是天然、無(wú)色無(wú)味、可生物降解、在物理和化學(xué)上性質(zhì)穩(wěn)定的化合物。CD主要依靠葡萄糖單元結(jié)合形成環(huán)來(lái)封裝活性物質(zhì)。β–環(huán)糊精（β-Cyclodextrin，βCD）作為環(huán)糊精的一般衍生物，是一種常見(jiàn)和易于制備的環(huán)糊精類型[8]，2–羥基–β–環(huán)糊精（2-Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin，HPβCD）是βCD的化學(xué)修飾形式之一。HPβCD主要由6～8個(gè)D–吡喃葡萄糖基通過(guò)α–1,4–葡萄糖鍵連接而成[9]，并形成一個(gè)內(nèi)腔疏水、外表面親水的空腔結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)⑹杷肿硬东@到空腔內(nèi)并形成包合物[10]。由于出色的水溶性與高絡(luò)合能力的優(yōu)勢(shì)[11]，HPβCD已被廣泛應(yīng)用于疏水性抗菌劑的包埋[12-13]，但以往制備裝載HPβCD的納米纖維膜的研究中通常采用靜電紡絲技術(shù)，對(duì)制備效率更高的SBS工藝還缺少研究。

文中研究選用具有良好生物相容性與力學(xué)性能的聚己內(nèi)酯（Polycaprolactone，PCL）為原料，同時(shí)自組裝百里酚/2–羥基–β–環(huán)糊精（THY/HPβCD）包合物，并采用SBS工藝制備了THY/HPβCD/PCL納米纖維膜。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（Field Emission Scanning Electron Microscope，F(xiàn)E-SEM）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR）、X射線衍射（X-Ray Diffraction，XRD）、差示掃描量熱（Differential Scanning Calorimetry，DSC）、熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）、機(jī)械拉伸、水接觸角（Water Contact Angle，WCA）和水蒸氣透過(guò)率（Water Vapor Permeability，WVP）等對(duì)制備的THY/HPβCD/PCL納米纖維膜進(jìn)行性能表征，測(cè)定THY/HPβCD/PCL納米纖維膜中百里酚的釋放動(dòng)力學(xué)，并研究THY/HPβCD/ PCL納米纖維膜對(duì)接種灰霉菌的草莓果實(shí)的抑菌效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

主要材料：灰霉菌（），浙江大學(xué)果樹(shù)科學(xué)研究所；草莓果實(shí)，浙江省杭州市某水果店；百里酚（生物技術(shù)級(jí)）、HPβCD（純度≥99.5%）、2,2,2–三氟乙醇（TFEA，分析級(jí)），上海麥克林有限公司；聚己內(nèi)酯（PCL）、甲醇（分析級(jí)）、乙醇（分析級(jí)），中國(guó)上海阿拉丁股份有限公司。

主要儀器：XO–650D超聲細(xì)胞破碎儀，南京仙鷗儀器制造有限公司；JNS–SBS–01溶液吹塑紡絲設(shè)備，南京捷納思新材料有限公司；GeminiSEM 300場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，德國(guó)ZEISS公司；Nicolet 170–SX傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Nicolet公司；X'Pert Pro衍射儀，荷蘭PANalytical公司；TA Q200差示掃描量熱儀，美國(guó)TA Instruments公司；TA Q500熱重分析儀，美國(guó)TA Instruments公司；Instron 5944機(jī)械分析儀，美國(guó)Instron公司；OCA20接觸角測(cè)角儀，德國(guó)Data Physics公司；SpectraMAX190酶標(biāo)儀，美國(guó)Molecular Devices公司。

1.2 包合物制備與包封性能測(cè)試

THY/HPβCD包合物的制備參考相關(guān)文獻(xiàn)[14]并略做修改。將0.44 mol的HPβCD溶解于體積分?jǐn)?shù)為20%的乙醇中，10 mL的THY（0.44 mol）甲醇溶液滴加到HPβCD溶液中，然后用鹽酸將pH調(diào)至6.8。設(shè)置超聲細(xì)胞破碎儀參數(shù)為功率65 W、超聲時(shí)間與間隙時(shí)間1 s，處理混合溶液30 min，將所得溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后冷凍干燥2 d得到THY/HPβCD包合物。

將5 mg THY/HPβCD包合物溶于10 mL體積分?jǐn)?shù)為20%的乙醇中，用分光光度計(jì)在274 nm處測(cè)定百里酚的光密度。包封率=（封裝在環(huán)糊精空腔的百里酚總量/總百里酚含量）×100%，載藥量=（封裝在環(huán)糊精空腔的百里酚總量/包合物總質(zhì)量）×100%。計(jì)算得環(huán)糊精對(duì)百里酚的包封率為91.26%，載藥量為21.44%。

1.3 納米纖維膜制備

將1 g PCL溶于10 mL 2,2,2–三氟乙醇中得到混合溶液，分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、8%和12%的THY/HPβCD包合物加入混合溶液中攪拌6 h得到紡絲溶液。采用實(shí)驗(yàn)室已建立的SBS工藝[15]制備納米纖維膜，SBS裝置見(jiàn)圖1，將紡絲溶液裝入20 mL注射器中，由輸液速度為3 mL/h的氣泵推入，空氣壓力控制在0.1 MPa以獲得恒定的剪切力，在距噴嘴20 cm處放置網(wǎng)狀收集器以沉積納米纖維，并最終形成納米纖維膜。

圖1 溶液吹塑紡絲裝置示意圖

將不添加百里酚和包封有4%、8%和12%百里酚的納米纖維膜分別標(biāo)記為PCL膜、4%THY/HPβCD/PCL膜、8%THY/HPβCD/PCL膜和12%THY/HPβCD/PCL膜。

1.4 納米纖維膜性能表征

1.4.1 電鏡結(jié)構(gòu)表征

用金濺射納米纖維膜后使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察并拍攝，用Nano Measurer 1.2軟件（v.1.2.0，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，中國(guó)）分析電鏡圖像，觀察納米纖維分布，并隨機(jī)選取100根納米纖維測(cè)算平均直徑。

1.4.2 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析

使用傅里葉變換紅外光譜儀，參考已有方法進(jìn)行FTIR分析[16]。通過(guò)溴化鉀壓片法以32次掃描和4 cm?1分辨率獲得FTIR光譜，掃描范圍為400～4 000 cm?1。

1.4.3 X射線衍射（XRD）分析

通過(guò)X射線衍射對(duì)納米晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，參考已有方法[17]。衍射儀采用Cu、Kα輻射源，測(cè)定參數(shù)：電壓為40 kV、電流為35 mA、掃描范圍（2）為5°～90°、掃描速率為2（°）/min。

1.4.4 熱分析

熱分析通過(guò)差示掃描量熱法和熱重分析進(jìn)行[18]。設(shè)定溫度為0～200 °C和50～600 °C，在氮?dú)猸h(huán)境下以10 °C/min升溫速率進(jìn)行，記錄差示掃描量熱曲線和熱重分析曲線。

1.4.5 力學(xué)性能

將測(cè)試納米纖維膜切割成尺寸為40 mm×10 mm的條帶，使用螺旋測(cè)微器測(cè)定每個(gè)條帶的厚度，通過(guò)機(jī)械分析儀測(cè)定納米纖維膜在室溫下的機(jī)械強(qiáng)度，載荷傳感器為10 N，控制作用力速率為1 mm/min，計(jì)算拉伸強(qiáng)度（Tensile Strength，TS）和斷裂伸長(zhǎng)率（Elongation at Break，EB）。

1.4.6 水接觸角

水接觸角（WCA）測(cè)定采用接觸角測(cè)角儀，通過(guò)座滴法進(jìn)行評(píng)價(jià)[19]。將納米纖維膜固定在載玻片上，將一滴3.5 μL蒸餾水沉積在膜表面，分別在平衡時(shí)間0、3和5 s拍攝，并測(cè)定水滴左右兩側(cè)的水接觸角，從樣本的5個(gè)不同位置計(jì)算得出平均值。

1.4.7 水蒸氣透過(guò)率

水蒸氣透過(guò)率（WVP）的測(cè)定使用正杯法（ASTM E96）[20]。將樣品固定在裝有10 mL蒸餾水的透濕杯頂部鋁環(huán)間，保持100%的相對(duì)濕度，然后將透濕杯放入裝滿變色硅膠的干燥器中，連續(xù)10 d每隔12 h測(cè)量一次透濕杯的質(zhì)量，根據(jù)式（1）計(jì)算水蒸氣透過(guò)率。

式中：?為水分損失的質(zhì)量，g；為納米纖維膜厚度，mm；為鋁環(huán)的面積，m2；?為膜兩側(cè)水蒸氣壓差（室溫時(shí)為3.167 1 kPa）。

1.5 緩釋與抑菌

1.5.1 百里酚體外釋放

參考Milovanovic等的方法[21]測(cè)量納米纖維膜中百里酚的釋放量。將10 mg樣品加入裝有10 mL PBS緩沖液（pH=7.4）的小瓶中，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)吸取200 μL上清液并用分光光度計(jì)在274 nm處測(cè)定百里酚的光密度，同時(shí)加入新鮮的PBS緩沖液以維持瓶中體積。百里酚的釋放量根據(jù)式（2）測(cè)定。

式中：T為在時(shí)間釋放的百里酚累積量；N為封裝在納米纖維膜中的百里酚總量，百里酚含量使用回歸方程計(jì)算（=0.070 4+0.000 9，2=0.999）。

用Korsmeyer–Peppas方程分析釋放數(shù)據(jù)：

式中：R為時(shí)間內(nèi)的百里酚釋放率；為納米纖維膜的特征動(dòng)力學(xué)常數(shù)；為納米纖維膜的釋放指數(shù)。

1.5.2 抑菌試驗(yàn)

選用草莓果實(shí)評(píng)估納米纖維膜的體內(nèi)抗真菌活性。參考Shen等[22]的方法接種灰霉菌。用無(wú)菌針在草莓果實(shí)表面刺傷，傷口約2 mm（寬）×5 mm（深）。將10 μL菌落總數(shù)約為106CFU/mL灰葡萄孢懸浮液接種于果實(shí)傷口部位，將含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)THY/HPβCD包合物的納米纖維膜（3 cm×3 cm）貼于創(chuàng)面。將草莓果實(shí)在溫度為25 °C、相對(duì)濕度為90%的恒溫箱中貯藏72 h，觀察果實(shí)的發(fā)病情況。

1.6 數(shù)據(jù)處理分析

使用Origin 8.5軟件（v.8.5，OriginLab公司，美國(guó)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖。所有實(shí)驗(yàn)均包含3次重復(fù)，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。通過(guò)SPSS軟件（v.19.0，IBM公司，美國(guó)）進(jìn)行方差分析和Duncan多重檢驗(yàn)分析，并計(jì)算差異顯著性，＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米纖維膜的結(jié)構(gòu)表征

圖2顯示了負(fù)載不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)THY/HPβCD包合物的納米纖維在掃描電子顯微鏡下的形貌。可以看到納米纖維表面均勻光滑，這與此前Sharif等[23]觀察異丙苯醛/羥丙基–β–環(huán)糊精包合物納米纖維的結(jié)果一致；隨著THY/HPβCD包合物的加入，納米纖維的平均直徑從314.26 nm增加到426.30 nm。纖維直徑的增加是由于物質(zhì)的量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致紡絲溶液的黏度增加，阻礙了納米纖維的伸長(zhǎng)，從而產(chǎn)生更寬的纖維直徑分布[24]。Coban等[25]研究也發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH響應(yīng)聚合物（Eudragit? L100，EUD）納米纖維加入氯硝柳胺/HPβCD包合物后同樣得到了更寬的纖維直徑。

2.2 傅里葉變換紅外（FTIR）分析

百里酚、HPβCD、THY/HPβCD包合物顆粒和納米纖維膜的紅外光譜見(jiàn)圖3。純百里酚在3 229 cm?1的特征峰歸屬于—OH伸縮振動(dòng)，2 957～2 600 cm?1歸屬于芳環(huán)的C—H伸縮振動(dòng)，1 875～1 419 cm?1歸屬于芳環(huán)的C＝C伸縮振動(dòng)，1 242、1 157和1 091 cm?1歸屬于C—O伸縮振動(dòng)[6]。THY/HPβCD包合物的紅外光譜沒(méi)有百里酚的特征峰。這是因?yàn)榘倮锓臃肿颖话庠诃h(huán)糊精空腔中，特征峰被環(huán)糊精遮蓋[26]。

圖2 納米纖維掃描電鏡圖像

HPβCD在3 410 cm?1的吸收峰歸屬于—OH的伸縮振動(dòng)。同時(shí)，HPβCD的光譜還觀察到在1 639 cm?1處有與酮羰基有關(guān)的特征峰，在1 159和1 034 cm?1處有與C?O伸縮振動(dòng)有關(guān)的特征峰[27]。在THY/HPβCD包合物以及負(fù)載THY/HPβCD包合物的PCL納米纖維膜中也發(fā)現(xiàn)了這些特征峰，且吸收強(qiáng)度增加，表明THY/HPβCD包合物成功裝載到PCL納米纖維上。特別是隨著THY/HPβCD包合物的加入，THY/HPβCD/PCL納米纖維膜在3 442 cm?1處的O?H和N?H伸縮振動(dòng)特征峰下移到3 416 cm?1處，表明THY/HPβCD包合物與PCL納米纖維間形成了氫鍵。

圖3 百里酚、HPβCD、THY/HPβCD包合物與THY/HPβCD/PCL納米纖維膜的紅外光譜

2.3 X射線衍射（XRD）分析

百里酚、HPβCD、THY/HPβCD包合物和THY/HPβCD/PCL納米纖維膜的晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。根據(jù)百里酚的特征衍射峰（2=7.90°、15.84°、16.62°和18.78°）可以判斷其為高度結(jié)晶結(jié)構(gòu)。THY/HPβCD包合物形成后，百里酚的特征衍射峰消失，包合物的衍射光譜與純HPβCD高度相似，這表明百里酚分子被包封在環(huán)糊精空腔中，導(dǎo)致衍射峰被環(huán)糊精遮蓋[6]。此前有學(xué)者在關(guān)于β–環(huán)糊精衍生物封裝大麻二酚的研究中也得到了相似的結(jié)論[28]。

圖4同時(shí)顯示，HPβCD為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)（2=10.26°和18.40°），并且隨著THY/HPβCD包合物的加入，THY/HPβCD/PCL納米纖維膜在2=21.30°處尖峰的峰面積不斷減小，說(shuō)明THY/HPβCD/PCL納米纖維膜的結(jié)晶度持續(xù)降低。相較于未加入THY/HPβCD包合物的PCL膜，THY/HPβCD/PCL納米纖維膜出現(xiàn)了HPβCD的寬峰結(jié)構(gòu)。上述結(jié)果表明THY/HPβCD包合物被成功地裝載到PCL納米纖維上。

2.4 熱分析

不同PCL納米纖維膜的DSC曲線與TGA曲線見(jiàn)圖5。由DSC曲線可以看出，隨著THY/HPβCD包合物的加入，納米纖維膜在60 °C附近的特征吸熱峰的熔融焓Δm值逐漸下降，表明納米纖維膜的結(jié)晶度降低[29]；同時(shí)納米纖維膜在100 °C左右的位置逐漸形成了第2個(gè)較寬的吸熱峰，表明PCL納米纖維成功裝載了THY/HPβCD包合物。上述結(jié)果與前文2.3節(jié)的結(jié)果一致。

由TGA曲線可以看出，納米纖維膜呈現(xiàn)2個(gè)熱降解階段。第1階歸因于結(jié)合水的蒸發(fā)，第2階段則為THY/HPβCD的降解。同時(shí)，當(dāng)THY/HPβCD包合物加入后，PCL納米纖維膜的最大質(zhì)量損失率降低，在600 °C時(shí)的殘留量從4.41%分別增加到6.17%、7.07%和8.60%，說(shuō)明熱穩(wěn)定性得到了改善，這主要?dú)w因于THY/HPβCD和PCL納米纖維之間形成的氫鍵。有學(xué)者將紫蘇醛封裝在2–羥基–γ–環(huán)糊精中制備了納米纖維膜，并發(fā)現(xiàn)封裝同樣有效提高了纖維膜的熱穩(wěn)定性[30]。

圖4 包合物與納米纖維膜X射線衍射圖像

2.5 力學(xué)性能

如圖6所示，隨著THY/HPβCD包合物的加入，納米纖維膜的彈性模量從3.53 MPa顯著降低至0.49 MPa，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別從2.61 MPa和134.24%降低至0.12 MPa和56.88%，說(shuō)明納米纖維膜的脆性增加。這主要是因?yàn)門HY/HPβCD包合物加入后破壞了納米纖維原有結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，導(dǎo)致力學(xué)性能出現(xiàn)了一定程度的下降，這與Zou等[18]的結(jié)果類似。在Zou等[18]的研究中，殼聚糖/PCL納米纖維膜加入負(fù)載綠原酸的埃洛石納米管后，纖維膜的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均顯著下降。

圖5 納米纖維膜的熱分析曲線

圖6 納米纖維膜的力學(xué)性能

注：a、b、c表示顯著性，＜0.05。

2.6 水接觸角

水接觸角（WCA）反映了納米纖維膜的親疏水性。裝載不同質(zhì)量THY/HPβCD包合物的納米纖維膜的水接觸角圖像見(jiàn)圖7，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，負(fù)載包合物的納米纖維膜表征出親水性，見(jiàn)圖8。這是由于THY/HPβCD包合物的加入增加了納米纖維膜中的極性羥基[6]，繼而通過(guò)降低界面張力獲得親水表面。良好的親水性性能說(shuō)明THY/HPβCD/PCL納米纖維膜不容易出現(xiàn)細(xì)菌黏附[31]，從而有助于其在果蔬保鮮中的應(yīng)用。

2.7 水蒸氣透過(guò)率

貯藏環(huán)境濕度是影響果蔬采后保鮮的重要因子。水蒸氣透過(guò)率（WVP）作為水汽的關(guān)鍵阻隔參數(shù)，主要由納米纖維膜中親水和疏水組分的比值以及孔隙大小決定，并直接影響纖維膜在果蔬保鮮中的應(yīng)用前景。如圖9所示，隨著THY/HPβCD包合物的加入，PCL納米纖維膜的水蒸氣透過(guò)率增加，表明纖維膜的水蒸氣透過(guò)性得到改善，這主要?dú)w因于HPβCD較高的保水能力[32]。當(dāng)加入了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的THY/ HPβCD包合物時(shí)，納米纖維膜的水蒸氣透過(guò)率降低。這主要是因?yàn)殡S著THY/HPβCD包合物添加量的增加，過(guò)多包合物與PCL納米纖維間的氫鍵相互作用，使分子間距離減小，形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致納米纖維膜的水蒸氣透過(guò)率出現(xiàn)下降[33]。

2.8 百里酚體外釋放

THY/HPβCD包合物在PCL納米纖維膜中釋放百里酚的結(jié)果見(jiàn)圖10。負(fù)載4%、8%和12%THY/ HPβCD/PCL的納米纖維膜在72 h內(nèi)的累計(jì)釋放量不斷上升，并表現(xiàn)出良好的持續(xù)釋放能力；到72 h時(shí)分別釋放了0.117、0.156和0.223 mg的百里酚，釋放率分別達(dá)到29.27%、19.45%和18.55%。通過(guò)Korsmeyer–Peppas方程分析釋放數(shù)據(jù)得到的動(dòng)力學(xué)常數(shù)為14.72～16.21，釋放指數(shù)為0.05～0.14，2為0.863 2～0.897 3，表明百里酚的釋放符合擴(kuò)散機(jī)制。

圖7 納米纖維膜水接觸角圖像

圖8 納米纖維膜水接觸角

圖9 納米纖維膜的水蒸氣透過(guò)率

注：a、b、c表示顯著性，＜0.05。

2.9 抑菌試驗(yàn)

草莓果實(shí)因其酸甜可口、柔軟多汁、香氣濃郁而深受消費(fèi)者喜愛(ài)[34]，但草莓是一種柔軟脆弱、極易腐爛的水果，采后壽命很短[35]。草莓采后表面攜帶大量微生物，在采摘、運(yùn)輸、銷售等過(guò)程中均易受到病原物的侵染。其中，灰霉菌是導(dǎo)致草莓腐爛的常見(jiàn)真菌病原體[36]，即使是少量水分也會(huì)導(dǎo)致感染灰霉菌的草莓迅速腐爛。為研究THY/HPβCD/PCL納米纖維膜的抗真菌活性，評(píng)估了表皮覆蓋PCL納米纖維膜的草莓果實(shí)接種灰霉菌72 h后的發(fā)病情況，結(jié)果見(jiàn)圖11。未裝載THY/HPβCD包合物的PCL納米纖維膜覆蓋的草莓果實(shí)腐爛嚴(yán)重，出現(xiàn)濃密的灰白色霉層，而在THY/ HPβCD/PCL納米纖維膜覆蓋后，病斑直徑明顯減小。隨著THY/HPβCD包合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，病斑直徑逐漸減小，病斑顏色淡化，腐爛程度減輕，這一結(jié)果也與72 h內(nèi)納米纖維膜百里酚釋放量（圖9b）一致。

圖10 THY/HPβCD納米纖維膜的百里酚釋放曲線

Fig.10 Thymol release curves for THY/HPβCD nanofiber membranes

上述結(jié)果表明，THY/HPβCD包合物納米纖維膜在草莓采后保鮮中具有較大的應(yīng)用潛力。雖然加入THY/HPβCD包合物后PCL納米纖維膜的力學(xué)性能出現(xiàn)了一定程度的下降，但可以作為內(nèi)包裝添加物使用。

圖11 接種灰霉菌72 h后的草莓果實(shí)圖像

3 結(jié)語(yǔ)

研究采用SBS工藝制備了負(fù)載不同質(zhì)量THY/HPβCD包合物的PCL納米纖維膜。加入THY/HPβCD包合物后，PCL納米纖維膜的纖維平均直徑增大。X射線衍射結(jié)果顯示THY/HPβCD/PCL納米纖維膜的結(jié)晶度降低，表明THY/HPβCD包合物成功裝載到了納米纖維上。紅外光譜與熱分析結(jié)果表明包合物與納米纖維之間存在氫鍵，并且包合物的添加提高了納米纖維膜的熱穩(wěn)定性。水蒸氣透過(guò)率和水接觸角的分析結(jié)果表明，THY/HPβCD包合物使PCL納米纖維膜表面親水，并提高了水蒸氣透過(guò)率。THY/HPβCD/PCL納米纖維膜顯示出72 h內(nèi)持續(xù)釋放百里酚的能力，并對(duì)接種灰霉菌的草莓果實(shí)表現(xiàn)出了良好的抗真菌活性。綜上所述，THY/HPβCD/PCL納米纖維膜具有良好的抑菌和緩釋性能，在果蔬保鮮包裝中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Preparation of THY/HPβCD-loaded Nanofiber Membranes and Its Application in Freshness Preservation

ZHAO Yi-le1a, SHEN Chao-yi1b,WU Meng-lu1a,YANG Xiang-zheng1a,2,ZHANG Peng3,LI Jiang-kuo3,WU Di1a,4,CHEN Kun-song1a

(1. a. College of Agriculture & Biotechnology b.College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Jinan Fruit Research Institute, All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives, Jinan 250200, China; 3. National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agricultural Products (Tianjin), Tianjin Academy of Agricultural Sciences, Tianjin 300384, China; 4. Zhejiang University Zhongyuan Institute, Zhengzhou 450000, China)

The work aims to prepare antifungal nano-preservation materials that can continuously release thymol in response to the demand of the fruit and vegetable industry for nano-controlled release preservation packaging materials, so as to avoid the problem of low preservation efficiency due to the volatility of thymol. Solution blowing spinning (SBS) technology was adopted to prepare poly (caprolactone) (PCL) nanofiber membranes loaded with thymol/2-hydroxy- β-cyclodextrin (THY/HPβCD) envelope, and to evaluate the properties of fiber membranes and the inhibition effect ofon the surfa wberries. SBS enables the rapid preparation of THY/HPβCD/PCL nanofiber membranes; the membranes had enhanced water vapor permeability, surface hydrophilicity, thermal stability, sustained and stable thymol release within 72 h, and could inhibit the decay of strawberry fruits inoculated with. The prepared THY/HPβCD/PCL nanofiber membranes have good slow-release and antifungal activities and are expected to be applied to the post-harvest storage and preservation of fruits and vegetables.

solution blow spinning; self-assembly; thymol; 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin; long-term slow release; antifungal activity; composite nanofiber membrane

S609+.3; S377

A

1001-3563(2023)01-0175-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.01.020

2022?06?16

浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019C02074）；浙江大學(xué)科研發(fā)展專項(xiàng)（2021FZZX001–55）

趙以勒（2000—），男，碩士生，主攻果蔬保鮮技術(shù)與材料研發(fā)。

吳迪（1984—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)楣咂焚|(zhì)生物學(xué)與貯藏物流。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋