基于静电流体的静电纺丝/喷涂技术在食品 领域中的研究进展

冯 坤，韦昀姗，吴 虹*

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510641）

随着人们生活水平的不断提高，安全、营养、健康的消费需求促进了食品工业中高新技术的不断发展。其中，功能材料在食品安全、功能食品等领域表现出巨大的发展潜力。特别地，微/纳米材料的快速发展及其功能优势的不断发现，使其逐渐成为食品工业领域的研究热点。目前食品工业中制备微/纳米材料的技术主要有喷雾干燥法、乳液法等，然而该类技术所需的高能条件及有机试剂的使用会对食品组分或相关功能因子造成破坏，因此一定程度上限制了其应用。近年来，基于静电流体的静电纺丝/喷涂技术以其设备简单、条件温和、连续可控以及所得材料包埋率高、控释性好等优点已在医药、组织工程、膜过滤等领域得到了广泛的研究，然而其在食品领域的应用研究尚处于起步阶段，目前主要集中于食品防腐保鲜、食品分析检测、活性物质递送体系构建等相关领域。因此，本文首先对两种静电流体技术的定义、分类及该领域中易产生的概念误区进行简要概述，然后重点综述该类技术在食品领域中的研究进展，并对其目前存在的缺陷及未来的发展前景进行分析和展望。

1 基于静电流体的静电纺丝/喷涂技术

静电纺丝和静电喷涂被称为是“兄弟”技术，其基本原理是带电流体在喷头和接地电极之间的静电场中受到静电作用力（主要是静电斥力和库仑力）、重力、表面张力及黏弹力的联合作用，溶液被拉伸喷出得到微/纳米级纤维或粒子[1]。上述两种技术的不同点主要表现在带电流体的黏度、接收装置及仪器设置参数（电压、流速、距离）等方面。目前，已有较多关于这两种技术的原理、分类及影响因素的报道，此处不再赘述。本节仅简要概述该类技术的基本原理和分类，并对该领域中易产生的概念误区进行解释和说明。

1.1 静电纺丝

静电纺丝是一种利用高压电场产生的静电力形成射流并快速固化制备微/纳米纤维的技术。典型的静电纺丝装置一般由高压电源、注射泵、喷头、接收装置4 个部分组成（图1）。在纺丝过程中，带电溶液在静电作用力及表面张力的作用下随着电压的不断增加而被拉伸，当所受静电作用力小于或等于表面张力时，喷头处形成“泰勒锥”。当静电作用力能够克服液体表面张力的束缚时，“泰勒锥”流体开始喷出，形成射流。射流飞行过程中溶剂挥发，彼此之间的静电斥力使得射流进一步劈裂、细化，最终形成纳米纤维[2]。静电纺丝根据接收装置和针头的不同可以分为不同的类型（图1）。此外，纺丝参数（溶液组成、电压、流速、距离、温度、湿度）会对静电纺丝过程造成不同程度的影响[3]。

图1 静电纺丝装置、原理示意图（A）及其分类（B）Fig.1 Setup, principle (A) and classification (B) of electrosinnning

目前，国内静电纺丝领域关于静电纺丝所制备纤维的尺度问题尚未有明确界定和统一说明，人们认为纳米即尺度应小于100 nm，而静电纺丝得到的纤维直径一般大于100 nm；因此，广大非纺丝领域的研究人员往往对纺丝领域中“纳米纤维”这一概念存疑。为方便读者深入了解这一概念，本文在综合静电纺丝及纳米材料领域研究进展的基础上对静电纺丝纳米纤维的相关定义进行说明。所谓纳米技术，美国纳米中心将其定义为能够制备三维尺度上至少有一维不超过100 nm的材料的技术[4]。 传统意义上纳米材料的尺度范围为1～100 nm，因此，一般会认为纳米纤维指的仅是直径小于100 nm的纤维。然而近年来随着材料科学的不断发展及纳米技术研究的不断深入，纳米纤维的尺度范围已由1～100 nm拓宽到1～1 000 nm[5]。Tanioka等通过将纳米纤维与光波长进行对比详细地划分出不同尺度的纤维，其明确指出，直径在1～1000 nm范围内，且长度直径比大于100的纤维称为纳米纤维[6]。同时也有学者指出，在纺织工业中直径小于1 000 nm的纤维为纳米纤维[7]。因此，在静电纺丝领域，将直径小于1 000 nm的纤维统称为纳米纤维。

1.2 静电喷涂

静电喷涂与静电纺丝原理类似，即利用高压静电场使带电流体在静电作用力的驱使下克服液体表面张力进而发生喷射，经溶剂挥发，最终微/纳粒子固化到接收板上或者带电液滴喷射到接收液中固化得到微粒。同样，溶液参数、电压、流速、距离等因素会影响静电喷涂过程[8]。根据静电喷涂的原理可将其分为两种：干法静电喷涂和湿法静电喷涂。干法静电喷涂与静电纺丝相类似，即采用接受板接收粒子，装置可分为水平和垂直两种（图2A）。而湿法静电喷涂技术则是采用接收液来收集粒子，一般是采用垂直式装置，采用该技术可以得到粒度范围更广的粒子，可通过调控条件来制备不同大小的粒子（图2B）。

图2 静电喷涂的分类及装置示意图[9-10]Fig.2 Classification and schematic diagram of electrospraying[9-10]

2 静电纺丝在食品领域中的应用

2.1 活性包装材料

食品包装作为食品防腐保鲜的重要手段，必须保证食品在贮存和流通过程中的品质和安全卫生。活性包装是通过改变食品的包装环境，延长食品货架期的一种新型包装形式。特别地，随着纳米技术研究的不断深入，纳米活性包装材料以其独特的纳米效应和界面效应使得包装材料的物理性能和防腐保鲜性能都得到提高。静电纺丝作为一种简单、温和、连续制备纳米纤维的新兴技术，其在抗菌包装、抗氧化包装、气调包装等方面表现出突出的功能优势，因而成为活性包装领域的研究热点。

2.1.1 抗菌包装

2.1.1.1 基于抗菌聚合物的静电纺丝膜

此类抗菌材料是采用本身具备抗菌性能的天然聚合物材料通过静电纺丝技术制备而成，最终抗菌效果的发挥主要依赖于所采用的抗菌材料。壳聚糖（chitosan，CS）是甲壳素脱乙酰基后的产物，是自然界唯一的阳离子多糖，其具有安全无毒、生物可降解等特性，因而在食品、生物和医药领域具有广泛的应用。CS在食品领域的应用主要依赖于其优异的抗菌性。Gudjónsdóttir等制备了CS纳米纤维膜，并考察了其对于风干牛肉的防腐保鲜效果。结果发现采用CS纤维膜包裹牛肉能够抑制厌氧细菌、酵母及霉菌的生长，且能够降低风干过程中肌肉变性程度，同时不会对肉质的风味和色泽造成影响[11]。 Arkoun等通过将CS/聚氧乙烯（polyethylene oxide，PEO）纺丝液直接电纺至传统的多层包装材料上，所得抗菌包装膜对常见的食品腐败菌（大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌及李斯特菌）均具有显著的抑制作用。此外，抗菌膜能够降低肉的污染，使其货架期延长至1 周[12]。

2.1.1.2 添加抗菌剂的静电纺丝膜

对于静电纺丝抗菌包装材料，另外一种形式是通过静电纺丝技术包埋抗菌剂制备纳米抗菌包装材料。该纳米抗菌纤维膜通过抗菌剂的释放来抑制食品腐败菌的增殖，进而达到防腐保鲜的效果。近年来，研究者分别从抗菌剂种类、纺丝类型、协同增效等方面开展了一系列研究。

抗菌剂主要包括无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂等。对于无机抗菌剂，金属纳米粒子、金属氧化物等因其具有广谱抗菌性，已被广泛用于食品抗菌包装材料的研究中。Lin Wanmei等将银纳米粒子、魔芋葡甘聚糖及聚己内酯共纺制备纳米纤维膜。该纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有较好的抗菌效果，且具有热稳定性好、疏水性强及机械强度高等特性，因此被认为可以作为一种潜在的抗菌包装材料[13]。Castro-Mayorga等采用液相沉淀法制备具有不同尺度的氧化锌纳米粒子，并研究其对于食品腐败菌的抗菌效果。然后选取具有最佳抗菌效果的氧化锌（ZnO）纳米粒添加到聚(3-羟基丁酸-CO-3-羟基缬草酸)纺丝液中制备抗菌纳米纤维膜。该纤维膜对李斯特菌具有持久、高效的抗菌效果，因此可以用作食品活性包装材料[14]。除此之外，类石墨相氮化碳作为一种新型的无机纳米材料被用于静电纺丝制备纳米抗菌包装材料的研究中。该抗菌纳米纤维膜对小番茄、青椒、黄瓜、胡萝卜4 种蔬菜中大肠杆菌的杀菌率均保持在99%以上，且对蔬菜的颜色、风味等特性无显著影响[15]。有机抗菌剂主要包括季铵盐类、卤胺类等，该类抗菌剂具有较强的毒性及较差的耐热性，因此极大地限制了其在食品工业中的应用。相比之下，天然抗菌剂以其来源广泛、毒性小、抗菌范围广、生物相容性好等特点成为当今食品抗菌包装领域的研究热点。近年来，不同种天然抗菌剂用于静电纺丝制备抗菌纳米包装材料的研究见表1。

表1 不同天然抗菌剂在静电纺丝食品包装材料中的应用Table 1 Applications of different natural antibacterial agents in electrospun food packaging materials

在纺丝技术方面，近年来，除采用单轴静电纺丝制备抗菌纳米纤维膜外，同轴静电纺丝、三轴静电纺丝技术可以实现抗菌剂的多层包埋，通过抗菌剂的缓释而实现持久、高效的抗菌效果，进而延长食品货架期，因而备受研究者的青睐。Han等采用单轴、同轴及三轴静电纺丝技术分别制备负载乳酸链球菌素（Nisin）的抗菌纳米纤维膜，并研究纤维膜对金黄色葡萄球菌的抗菌效果。结果表明，三轴静电纺丝纤维膜具有更持久、更高效的抗菌效果（7 d），而单轴静电纺丝膜的抗菌效果仅能维持1 d[29]。脂溶性的天然抗菌剂易挥发、水溶性差，如果直接将其添加到水溶性聚合物溶液中会造成抗菌剂分布不均匀，进而影响纺丝状态。因此，为提高抗菌剂在纺丝体系中的分散性和溶解度，研究者尝试采用不同的策略来制备该类抗菌纳米纤维膜。Güler等采用乳液静电纺丝法 制备负载肉桂精油的纳米纤维膜，首先将精油加入到聚乙烯聚吡咯烷酮水溶液中，通过加入表面活性剂得到水包油型乳液，然后进行静电纺丝[39]。为提高挥发性精油的稳定性，Lin Lin等采用CS纳米粒子与静电纺丝相结合制备了负载辣木精油的抗菌纳米纤维膜，该纤维膜对奶酪中的李斯特菌有较好的杀菌效果[40]。此外，研究者利用CD疏水性空腔的特殊结构对脂溶性抗菌剂进行包埋，以提高其稳定性和溶解度，进而用于静电纺丝。温棚发现通过CD包埋后所得纤维膜的抗菌效果得到了显著性提高，且所得抗菌纤维膜对草莓和肉制品均具有良好的防腐保鲜效果[19]。为避免抗菌剂与食品介质中蛋白质和脂质结合，将Nisin或精油包埋到纳米粒或者脂质体中，进而纺丝制备抗菌纳米纤维膜，能够充分发挥抗菌效果[41-42]。

在协同效应方面，为进一步提高材料的防腐保鲜效果，研究者往往采用复合抗菌剂来制备抗菌纳米纤维膜。精油虽具有较好的抗菌效果，然而其不良风味大大限制了应用。基于此，Feng Kun等首先采用CD包埋精油，然后将其与另一种天然抗菌剂溶菌酶进行复合， 结果表明，该复合抗菌剂纳米纤维膜具有较好的抗菌效果，其不但能降低精油的用量，而且能拓宽溶菌酶的抗菌谱。该纤维膜与普通保鲜膜相比，对草莓具有较好的防腐保鲜效果[43]。Amjadi等将ZnO纳米粒与迷迭香精油复合制备抗菌纳米纤维膜，该复合抗菌剂纤维膜比ZnO纳米纤维膜具有更好的抗菌效果[24]。

2.1.2 抗氧化包装

食品氧化是关乎食品安全的另一大问题，它不仅会使食品中的油脂变质，而且会造成食品褪色、变色和维生素破坏等问题，从而降低食品的感官质量和营养价值甚至危害人体健康。抗氧化包装作为活性包装的一种，能够延缓食品氧化、提高食品质量。目前，纵观静电纺丝制备抗氧化包装的研究，其主要包括抗氧化剂包埋和抗氧化剂与功能因子共包埋两种形式，其中前者居多。抗氧化剂包埋的原理与抗菌剂包埋相类似。抗氧化剂主要包括合成抗氧化剂和天然活性物质，考虑到安全性问题，天然抗氧化剂以其良好的安全性而被广泛应用。近年来，研究者采用静电纺丝技术制备了不同的抗氧化包装材料，并对其性能进行了探究。如表2所示，静电纺丝纳米纤维膜以其独特的纳米结构能够实现抗氧化剂的有效包埋和缓释，最终提高其抗氧化性能，延长食品货架期。此外，杨欢发现采用静电纺丝对鱼油进行包埋能够提高鱼油的氧化稳定性，进一步采用同轴静电纺丝实现鱼油和阿魏酸的共包埋，加速氧化实验结果表明该材料能够延长鱼油的货架期。该研究不但验证了静电纺丝包埋鱼油的可行性，同时也为新型功能食品的开发提供了新的思路[57]。

表2 不同天然抗氧化剂在静电纺丝抗氧化食品包装中的应用Table 2 Applications of different natural antioxidant agents in electrospun food packaging materials

2.1.3 其他包装

静电纺丝技术在气调包装、防潮包装及智能包装材料方面也发挥了积极的作用。Fabra等采用静电纺丝技术制备的纳米材料作为多层包装的夹层材料， 研究发现通过添加该纳米材料能够有效提高多层包装材料的氧气阻隔性能[58]。Cherpinski等发现纳米纸在干燥状态下具有较高的氧阻隔性能，但是亲水性较强、易吸潮。因此，该团队制备了具有较高疏水性的静电纺丝聚(3-羟基丁酸酯)和聚(3-羟基丁酸-CO-3-羟基缬草酸)纳米纤维膜，并将其分别黏附于纳米纸两侧制备夹层包装材料，结果表明所得多层材料具有优异的阻隔和防潮性能[59]。此外，静电纺丝在智能包装方向上也崭露头角，Mihindukulasuriya等采用静电纺丝技术制备了TiO2纳米粒的纳米纤维膜，该纳米纤维膜经紫外光的激发下可以用于氧气的检测。结果表明，纳米纤维膜比流延膜具有更高的紫外光灵敏性，因此，该材料可以用于气调包装中氧气的监测[60]。

2.2 功能因子包埋及递送

近年来，随着人们营养与健康意识的不断提高，将功能因子（如蛋白、黄酮和多酚类、功能油脂、维生素、益生菌等）添加到食品中开发功能性食品已成为食品科学领域研究的热点。然而，活性物质在食品加工及胃肠道消化过程中易受到一些苛刻条件（温度、pH值、氧气等）的影响，进而影响其生理功效的发挥。基于此，微/纳米包埋技术是提高活性物质稳定性及其生物利用度的有效手段[61]。

2.2.1 功能因子包埋

目前，关于静电纺丝包埋功能因子的研究在技术和功能因子种类方面都有了新的拓展。在技术方面，研究者已不满足于使用单轴静电纺丝技术包埋功能因子。如Wu Χiaomei等分别采用单轴和同轴静电纺丝技术包埋α-生育酚，结果发现将维生素包埋到核壳纳米纤维中能够实现维生素的缓释，而单轴纤维中维生素会发生 突释[62]。此外，为进一步提高活性物质的稳定性，常采用多种包埋技术相结合的手段，de Freitas Zômpero等首先将胡萝卜素包埋到纳米脂质体中，然后通过单轴静电纺丝得到复合包埋体系，抗氧化实验结果表明，该复合体系中胡萝卜素相比于脂质体包埋胡萝卜素和游离胡萝卜素具有更强的抗氧化能力[63]。

静电纺丝技术除能够实现小分子活性物质、活性多肽/蛋白的包埋外，其在益生菌包埋方面也表现出巨大的潜力。当前，随着肠道菌群与人体健康关系的不断明确，益生菌成为功能食品领域的宠儿。然而，食品加工及胃肠道的苛刻环境均会影响益生菌的活力，因此，研究者将静电纺丝技术引入益生菌包埋领域。益生元是一类可以有效改善宿主结肠菌群结构和活性的功能物质，为进一步提高益生菌活力，Feng Kun等以益生元作为纺丝基材包埋益生菌，结果表明益生菌被成功包埋，且通过添加益生元，益生菌的活力得到显著性提高，通过包埋后益生菌在湿热条件下的稳定性也得到提高[64]。Hu Mengxin等采用静电纺丝膜吸附益生菌，静电纺丝膜的类细胞间隙结构更有利于益生菌生物被膜的形成，该材料可以作为一种发酵剂用于酸奶的发酵[65]。

2.2.2 功能因子靶向递送体系

功能性食品中功能因子不但要在食品加工中具有良好的稳定性，当其摄入人体后，也要能够抵抗胃肠道苛刻的环境，最终在人体内发挥生理功效。靶向递送体系是近年来提出的实现活性物质包埋和稳态化输送的体系。研究者已验证了静电纺丝技术在构建靶向输送体系中的可行性。本课题组前期制备了同轴包埋鱼油体系，模拟释放实验结果表明，所构建的Zein核壳纳米纤维能够实现鱼油的小肠靶向缓释[57]。此外，Wen Peng等将同轴静电纺丝技术和纳米粒子技术相结合构建了槲皮素结肠靶向体系，并将其用于结肠炎的治疗。体外释放研究发现，70%的槲皮素释放到结肠模拟液中，释放动力学研究结果表明，该纤维膜在结肠的释放机制是基于 case-II溶蚀机制。且该体系能够显著抑制结肠癌细胞的增殖[66]。本课题组还开展了关于上述体系用于大分子功能蛋白（藻蓝蛋白）结肠靶向递送的研究，结果发现该体系制备过程对蛋白的结构及活性无显著影响，该体系可以实现蛋白的结肠靶向释放，进而发挥抗癌作用[67]。此外，本课题组进一步采用同轴静电纺丝技术构建益生菌双层包埋体系，结果表明双层包埋益生菌经上消化道模拟液处理后仍具有较高的活力，且活力明显高于单轴包埋益生菌及游离菌，同时具有较好的热稳定性[68]。

2.3 食品分析检测

为提高食品分析检测中的准确度、灵敏度，将纳米材料应用于食品分析中，完善并开发新型快捷的分析检测方法能够为食品安全提供有力的技术支撑。近年来，基于静电纺丝的纳米纤维以其纤维直径小、孔隙率高、比表面积大、连续性好等优点成为食品安全分析检测研究的焦点。综合整理当前关于静电纺丝在食品分析检测方面的文献可知，根据原理其主要分为两种：基于酶催化反应的分析检测和基于纳米纤维结构的分析检测。

2.3.1 基于酶催化反应的分析检测

该类分析检测方法主要是通过静电纺丝技术包埋酶分子或者以静电纺丝纤维膜作为酶分子的吸附载体制备得到酶反应器，通过酶与底物的结合，最终达到高灵敏、高稳定性的检测效果。

2.3.1.1 酶的吸附

酶的吸附技术是以静电纺丝纳米纤维膜为载体吸附酶分子制备得到生物感应器，是目前研究较多的一种方法。Unal等将PAMAM修饰的蒙脱土（Mt-PAMAM）与PVA共纺得到PVA/Mt-PAMAM纳米纤维膜，进而将吡喃糖氧化酶溶液滴加到覆有纤维膜的玻璃电极上，通过酶分子吸附得到第一代电流型酶传感器。将该传感器用于检测可乐中葡萄糖的含量，结果表明该传感器可以避免样品杂质干扰，准确测定样品中葡萄糖含量[69]。Migliorini等将ZnO纳米粒子吸附到聚酰胺6/聚吡咯纳米纤维膜上，然后将尿素酶吸附到聚酰胺6/聚吡咯/ZnO复合纳米纤维膜上。所得生物感应器具有较高的灵敏度，在0.1～250 mg/dL范围内具有较好的线性关系；以生物感应器检测牛奶中的尿素含量，结果表明脱脂牛奶和全脂牛奶的样品回收率分别为99%和97%[70]。Feng Kun等采用改性聚己内酯纤维膜分别吸附酶和底物制备农药残留速测卡，该速测卡对多种农药残留具有较低的检测限，且对两种蔬菜的残留检测结果表明该农药残留速测卡的检测灵敏度比市售速测卡更高[71]。

2.3.1.2 酶的共价结合

为解决酶分子与静电纺丝纳米纤维膜物理吸附的不稳定问题，研究者通过共价结合的方式来提高酶的稳定性。Scampicchio等采用共价结合的方式将葡萄糖氧化酶固定到尼龙纤维膜上，利用该生物感应器对蜂蜜、牛奶、功能饮料等食品中葡萄糖进行定量检测，并与市售比色卡检测结果进行对比，结果表明该生物感应器的样品回收率为95%～105%。该传感器优于市售检测卡，且不需要任何前处理，因此是一种极具发展前景的生物感应器[72]。Huang Χiaojun等首先活化纤维素纳米纤维膜，然后将脂肪酶通过共价结合固定在修饰后的纤维膜上，固定化后的酶热稳定性和重复利用性均高于游离酶[73]。此外，有研究者发现静电纺丝膜固定胰凝乳酶后，其热稳定性显著高于流延膜固定化酶[74]。

2.3.1.3 酶的包埋

除采用共价结合技术，采用静电纺丝直接包埋酶分子是实现酶的高活催化的另一途径。Χie Jiangbing等将脂肪酶包埋到PVA/酪蛋白纤维膜中，研究结果表明由于纳米纤维膜较大的比表面积和多孔的结构特征，因此，含脂肪酶纳米纤维膜比脂肪酶流延膜具有更高的水解橄榄油的活力（6 倍）[75]。Huang Wencan等将脂肪酶包埋于CS/PVA纳米纤维膜中，并通过戊二醛进一步交联，最终制成的固定化酶具有可重复利用性，且具有更好的储藏稳定性[76]。Sapountzi等将葡萄糖氧化酶与PVA和聚乙烯亚胺共混制备纳米纤维，进而利用该纤维膜修饰电极，所得生物感应器在0.01～0.20 mmol/L范围内具有较好的线性关系，且最低检测限为0.9 μmol/L[77]。本课题组利用静电纺丝技术分别包埋乙酰胆碱酯酶和吲哚乙酸酯制备了一种农药速测卡，该新型速测卡与市售速测卡相比，检测时间短、灵敏度高、检测限低。此外，该速测卡储藏稳定性好，常温条件下可以保存至少4 个月，且酶膜具有良好的可重复利用性，重复利用3 次后检测灵敏度无显著变化[78]。因此，该技术可为食品农残的快速、高效、灵敏检测提供了一种新的策略。

2.3.2 基于纳米纤维结构的分析检测

该类分析检测技术是基于静电纺丝纳米纤维膜独特的 界面特性和纳米效应，其主要作为萃取介质用于食品工业中目标物的分离和检测。目前常用的静电纺丝 材料主要包括聚苯乙烯、尼龙及混合纳米纤维。纳米纤维膜具有极高的孔隙率，且纤维直径小、比表面积大、力学性能好，将纳米纤维膜作为固相萃取介质可以增大截面积、加快传质速度，进而可以提高样品处理量和富集效率等。目前，采用静电纺丝技术制备高性能萃取介质可以用于不同食品体系及目标物的富集、分类及检测分析，褚兰玲等综合分析了该方向的研究进展[79]。

3 静电喷涂在食品领域中的应用

静电喷涂是近年来被逐渐开发应用的另一种静电流体技术，是一种可以制备微/纳米粒子的技术，目前该技术的研究主要集中于食品涂覆和功能因子递送体系构建两个方面。

3.1 食品涂覆

3.1.1 食品防腐保鲜

除抗菌包装、气调包装等食品保鲜方式，表面涂覆是另一种简单、有效的食品防腐保鲜技术，被广泛应用于食品工业中。采用静电喷涂技术涂覆食品具有设备简单、温和、覆膜均匀度高等优点，此外，该涂覆技术能够较大程度上避免高能操作，减少有机试剂的使用。Kerr等采用静电喷涂技术将5%的山梨酸钾溶液喷涂到纸杯蛋糕上，结果表明，在静电场的作用下，山梨酸钾溶液能够均匀涂覆到蛋糕表面，能够较好地抑制霉菌及真菌的生长增殖，且该涂覆技术相比于传统的涂覆具有更优异的保鲜效果[80]。此外，研究者还尝试采用静电喷涂技术将无机金属纳米粒子（ZnO、TiO2等）涂覆食品表面，通过光催化反应抑制细菌的增殖及细菌生物被膜的形成以延长食品货架期[81-82]。对于天然抗菌剂，静电喷涂技术仍可通过形成微/纳米粒子对其进行包埋以提高其稳定性，进而使其发挥更好的抗菌效果。如Yilmaz等采用静电喷涂技术将牛至精油包埋到CS纳米粒子中，通过包埋可以提高精油的稳定性，实现其缓释，进而有效抑制真菌的增殖，他们指出该技术可以用于水果、蔬菜等食品的防腐保鲜[83]。Stoleru等采用静电喷涂技术将VE/CS溶液喷涂到聚乙烯膜上，得到了一种兼具抗菌和抗氧化功能的包装材料，由于静电相互作用和氢键相互作用，该膜具有较高的稳定性，且经极端的介质解吸处理后仍能保持较好的抗氧化性[84]。此外，研究者还将静电纺丝技术和静电喷涂技术结合来制备抗菌包装材料。Schmatz等采用静电喷涂制备PVA纳米粒子包埋藻蓝蛋白，进而将其包埋于PLA静电纺丝膜中，双重包埋能够显著提高藻蓝蛋白的稳定性，进而长效发挥其抗氧化效果；因此，其可以作为一种食品活性包装材料用于食品防腐保鲜，延长食品货架期[49]。

3.1.2 可食膜

可食性膜是静电喷涂技术在食品领域应用的另一大亮点。通过均匀涂覆可食层不但能增加食品的食用口感，同时能够为食品提供一层隔层。研究表明静电喷涂比传统的浸渍涂覆更节省原料，且涂覆后可以减少食品水分的流失[85]。脂质是最常见的可食涂覆材料，Khan等采用静电喷涂技术以巧克力和葵花油为基材研究其对于食品的涂覆效果。结果表明以巧克力为基质的涂覆层更厚且在贮藏过程中更稳定，能够为食品提供更好的阻隔性能，从而延长其货架期[86]。除脂质外，以蛋白质、多糖等材料为基质通过静电喷涂技术制备可食性膜也得到了食品研究者的不断关注。Fabra等采用静电喷涂技术以乳清蛋白、SPI、Zein及瓜尔多胶等为基材对VE进行包埋并涂覆到小麦蛋白膜上得到一种新的抗氧化食品包装膜，并对不同涂覆膜中VE的释放行为进行研究，该研究为食品活性包装的研究提供了新的思路[87]。

3.2 功能因子递送体系

近年来，静电喷涂技术以其温和、高效的技术优势，在功能因子包埋领域得到了广泛的研究。该技术主要通过微/纳粒子包埋功能因子以提高其稳定性，实现其控制释放，提高其生物利用度[88]。然而，为避免食品功能因子在消化道苛刻环境下遭到破坏、提高其生物利用度，靶向递送体系成为当前研究的热点。

3.2.1 小肠靶向递送体系

de Dicastillo等采用静电喷涂技术以Zein为基材包埋水果多酚，结果发现经过包埋后，在高温灭菌（121 ℃）和焙烤（180 ℃）条件下多酚的热稳定性显著提高。此外，经过胃和小肠消化后，被包埋多酚保持较高的抗氧化性[89]。Gómez-Mascaraque等利用同轴静电喷涂技术构建了一种可以适用于疏水性和亲水性功能因子的载体用于提高包埋物的稳定性和生物利用度。该技术以可食用的Zein和明胶为基材，分别以儿茶素和α-亚麻酸为亲水性和疏水性功能因子验证该体系的可行性。研究发现亚麻酸经过包埋后，其热稳定性得到提高，同时，经体外胃肠模拟液处理后，儿茶素仍保持较高的抗氧化活性[90]。除此之外，Wang Panpan等采用同轴静电喷涂技术制备了同时负载鱼油和β-胡萝卜素的粒子，通过体外模拟和体内实验发现，该体系可以实现功能因子在上消化道的递送。因此，该研究可为新型功能食品的开发提供新的思路和依据[91]。

3.2.2 结肠靶向递送体系

目前，静电喷涂技术在构建结肠靶向递送体系上主要集中于药物分子的靶向递送。在食品功能因子方面，研究者多采用静电喷涂技术包埋益生菌，提高其在复杂苛刻的食品加工及人体上消化道环境中的存活率，实现其结肠靶向释放。Haffner等通过静电喷涂技术制备了一种可以负载益生菌（鼠李糖乳酸杆菌）的具有核壳结构的微粒。该微粒以海藻酸钠和TiO2为基材，体外模拟 实验结果表明被包埋的益生菌能够抵抗上消化道的苛刻环境，在结肠能够被释放，变性梯度凝胶电泳及荧光定量聚合酶链式反应结果表明包埋体系可以实现益生菌在结肠定植且促进结肠部位的代谢[92]。Paz-Samaniego等利用两种阿拉伯木聚糖为基材采用静电喷涂技术构建了一种益生菌和活性多肽的共包埋结肠递送体系[93]。Zaeim等采用静电喷涂技术构建了益生菌和益生元的共包埋体系，该体系不仅可以提高益生菌的储存稳定性，同时也可以实现益生菌的结肠靶向释放[94]。

4 结 语

近年来，基于静电流体的静电纺丝/喷涂技术以其设备简单、条件温和等优势在食品防腐保鲜、食品检测、食品功能因子包埋等领域引起了广泛关注。然而，该技术在食品工业中的应用仍存在一定的局限性。首先，该技术尚无法实现材料的量产，进而限制了其在食品行业中的推广使用。当前，研究者通过设备改装已可实现部分产品的中试生产，然而对于绝大多数材料的生产仍不适用。因此，关于静电流体技术的深入探究及相关设备的不断改进将成为未来的一个重要研究方向。其次，目前关于静电纺丝/喷涂技术在食品相关方面的研究多是实验室阶段的基础研究，而将所得材料用于实际食品体系的研究较少。食品本身是一个复杂的体系，如果将所得载体用于真实食品体系，载体对食品品质的影响、载体在食品介质中的稳定性及功能因子在食品介质中的释放行为将是未来食品科学研究领域的另外一个工作重点。最后，基于单一的静电流体技术制备的载体往往无法满足现实食品体系对载体的需求，而将静电流体技术与其他技术相结合或者对载体进行改性修饰能够更好地发挥载体在食品体系中的功能。

静电纺丝/喷涂技术作为一种简单、温和、高效的静电流体技术，其在功能材料制备领域表现出较大的发展潜力。特别地，该技术所得微/纳米材料以其独特的结构优势和功能优势逐渐成为食品科学研究领域的焦点。其结构优势主要包括材料形貌可控、比表面积高、孔隙率大等，功能优势则包括包埋率高、被包埋功能因子稳定性高、功能因子可控释放等。本文针对目前两种静电流体技术在食品防腐保鲜、食品安全检测、食品功能因子包埋及递送等领域的研究现状进行综述，发现所得功能材料能够发挥较好的效果。然而，该技术在实际食品行业中的应用仍存在一定的局限性，比如，生产效率低、实际应用研究不足等。因此，未来还需要研究者在设备升级改造、实际食品体系应用等方面开展进一步的研究工作，从而促进静电流体技术在食品工业中的应用。