静电纺丝的中文期刊（FoodChem.静电纺丝食品领域新作）

近日，来自北京工商大学的李建、田华峰、许博教授团队设计了富含抗氧化多酚的静电纺丝天然多肽纳米织物用于活性食品保鲜。相关研究成果以“Electrospun natural polypeptides based nanofabrics enriched with antioxidant polyphenols for active food preservation” 为题于2022年11月15日发表在《Food Chem.》上。

为了缓解传统包装材料降解性差等带来的环境问题，研究人员通过静电纺丝技术制备了一种富含不同多酚类物质的天然多肽基纳米纤维，并应用为一种活性食品包装材料。结果表明，多酚类物质的引入提高了天然多肽纳米纤维的疏水性和抗氧化性。在加入15%的没食子酸后，其抗氧化值为82.5%，是不含多酚天然多肽基纳米织物的10倍。对樱桃包装测试发现纳米织物薄膜极大地改善了樱桃的保存性能。与未包装的樱桃相比，失水率、硬度和气体释放量都明显提高。

图1 实验过程和机制的示意图

结合玉米蛋白疏水性和明胶可纺性，选择玉米蛋白/明胶比例为6/4作为天然多肽基质纳米纤维。为了提高纳米纤维薄膜的抗氧化和食品保鲜特性，在天然多肽基纳米纤维薄膜的基体中引入了多种多酚类物质。多酚结构中含有的羟基可以与蛋白质分子中的极性基团形成分子间氢键，不仅会导致玉米蛋白二级结构的改变，而且会影响薄膜性能。多酚中的羟基与蛋白质中的羧基和氨基之间形成了分子间氢键。蛋白质的二级结构也受到了氢键变化的影响。由于薄膜的抗氧化作用，用薄膜包裹的樱桃呼吸作用减弱，二氧化碳释放量减少，释放时间增加，说明包膜水果的呼吸作用减弱，在一定程度上抑制水果的腐烂，延长了水果的贮藏时间。

图2 基于天然多肽的纳米纤维薄膜的形态特征

SEM展现了没有多酚类物质的天然多肽基纳米纤维的每个纤维表面都是光滑和均匀的。5%的多酚类物质含量。从整体上看，纤维光滑、均匀，结构完整，但也有一些小珠子。含有没食子酸多酚的纳米织物明显有更多的大珠子。含GA和FA多酚的纳米纤维中的珠子尺寸都大于含QU和PC多酚的纳米纤维。加入GA和PC的纳米纤维的平均直径小于加入QU和PC多酚的纳米纤维。主要由于这两种多酚的粘度较高，多酚的聚集较多。此外，纤维中出现了少量的珠状囊泡，可能是由于添加了多酚，产生了少量的多酚二聚体或低聚体，导致纤维中出现了少量的聚集。

图3 基于天然多肽纳米织物的结构和相互作用分析

使用FTIR分析ZE/GE薄膜和含有不同多酚类物质的ZE/GE薄膜的。由于O-H和N-H之间分子间氢键的拉伸振动，在3300cm-1出现一个长而宽的典型峰。玉米蛋白和明胶含有氨基、羟基和羧基，可以形成氢键，所以在3300cm-1处出现了特征峰。在不同的多酚结构中，羟基的数量是不同的。结果表明，多酚类物质在一定程度上改变了天然蛋白质大分子的二级结构，不同种类的多酚类物质对蛋白质二级结构的影响不同。天然蛋白质的内部结构变得更加松散，导致更多的蛋白质解折叠。可能与多酚和蛋白质之间的氢键相互作用有关。β-螺旋的分子内氢键相互作用比α-螺旋要弱且不稳定，所以β-螺旋的含量随着分子间氢键的增加而减少。

图4 水果保存性能

研究人员分析了含有不同多酚类物质天然多肽基纳米织物的接触角。加入不同的多酚类物质后，纳米纤维薄膜的疏水性得到了改善。因为多酚和蛋白质之间的强氢键作用可以进一步锁定蛋白质分子链上的亲水基团，稳定基体。没有多酚类物质的薄膜的抗氧化能力很差，只有7.67%，而引入不同种类的多酚类物质可以在不同程度上提高抗氧化能力。一定程度上抵御包装食品的氧化，减缓水果氧化腐烂的过程。对樱桃进行了包裹实验也证明，天然多肽的纳米织物包裹后，水果腐烂延缓，说明多酚类的添加确实对水果具有明显的保鲜作用。同时天然多肽为基础的薄膜加载了多酚类物质，可以阻碍樱桃内部水分蒸发，特别是带有原花青素的纤维减少樱桃保存过程中的水分流失。进一步减缓水果腐烂。

图5 GA含量对纳米织物性能的影响

为了进一步探索不同GA含量对性能的影响，制备了含有0%、5%、7.5%、10%和15%GA的天然多肽薄膜，随着GA含量的增加，薄膜的接触角增加，抗氧化能力增加。包装樱桃的失重率逐渐降低，包裹的樱桃的硬度损失明显下降，二氧化碳的排放速度明显减慢。表明多酚含量的增加可以在不同程度上减缓樱桃的腐烂速度。

总之，本文通过电纺技术将四种多酚加入到玉米蛋白/明胶纳米织物薄膜中。通过分析薄膜的性能和包裹樱桃的保存能力，选择了两种效果更好的多酚，即没食子酸和原花青素，改变这两种多酚的含量进行进一步研究。多酚类物质的引入明显增强了薄膜的疏水性。其中，没食子酸的引入不仅可以提高樱桃的保鲜效果，还可以大大提高纳米纤维薄膜的抗氧化性。原花青素的引入对樱桃的保鲜效果更为明显，樱桃的失水率更低、硬度更小、呼吸强度更弱、腐烂程度更慢。此外，增加没食子酸和原花青素的含量可以在不同程度上提高樱桃的保鲜水平。特别是当在薄膜中加入10%的原花青素或15%的没食子酸时，樱桃的保鲜性能达到最高水平。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134991

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