静电纺丝技术让活性分子"活"起来

       活性成分是一类具有生理活性的物质的总称，其范围较为广泛，不仅包含我们所需的基础营养成分，比如维生素、矿物质等物质，还包括酚类、黄酮类、有机酸、生物碱、皂甙等具有特殊生理活性的物质，它们具有抗氧化、清除自由基、抗肿瘤、抗辐射等多种功能，被广泛应用于食品、药品、保健品及日化等行业。

       随着功能食品开放度的不断提高，更贴近生活的功能性食品逐渐占领"桥头堡"，以多酚类为主的植物提取成分逐渐受到市场热捧，是功能性产品中炙手可热的活性成分之一。

       然而，由于这些活性成分的结构不稳定，易受光照、温度、酸碱度的影响，从而发生氧化反应，进而导致活性的减弱或消失。食品加工过程中要经过很多不利因素的考验，加工环境相比医药行业要恶劣的多，因此，让活性成分真正的"活"起来，是其在食品领域应用的关键。

       在活性成分的保护上，包埋法是应用最广泛、性价比最高的加工方式，其最早出现于上世纪50年代，为生产无碳复写纸，在研究压强敏感性壁材过程中产生。包埋技术的原理是通过一种或几种物质，将活性分子包裹在其他物质内侧，从而降低与外界环境的接触，减少其失活的概率。通过其原理也可以看出，食品包埋技术有两个关键点：壁材和工艺。

       不断丰富的壁材

       包埋壁材是决定包埋效率的一个关键，常用的壁材有淀粉类、蛋白类、壳聚糖、纤维素、海藻酸钠、阿拉伯胶及果胶等，壁材的选用与被包埋的成分性质、加工技术及硬件设施有关，他们之间没有明确的界限。

       以益生菌包埋为例，益生菌包埋产品应具有胃不溶肠溶性特点，以保证菌体不被胃液破坏顺利到达肠道后再释放出来，壁材物质还应具有成膜性好、性质稳定的特性，因此在包埋上通常选用海藻酸钠作为壁材。海藻酸钠分子链上有许多游离亲水性基团，钙离子等能占据海藻酸钠内的亲水空间，并与羧基官能团上的氧原子螯合，形成三维网状结构，从而将益生菌包埋其中。

       由于壁材的特性不同，单一的壁材有时无法满足加工需要，比如用海藻酸钠包裹益生菌，由于海藻酸钠的孔径较大，易造成分子流失，影响包埋率，并且过大的空隙还不能阻止胃酸的进入。此时，在益生菌包埋上就需要采用复配包埋、多层包埋等形式。另外，更有针对性的复合壁材也在不断涌现，脂质体、淀粉-脂类复合物等新一代壁材逐渐得到推广和应用。总体来看，包埋材料除了在亲水和亲油上有明显区分外，其整体的通用率较高。

       加工技术不断完善

       除壁材外，加工技术是左右包埋效果的另一个关键点。目前的包埋加工技术有化学法和物理法，化学法有凝聚法、共结晶法，分子包含等方式，由于化学法需要额外添加一些加工助剂，对应用并不友好，因此常用的方法多是物理加工法，比如喷雾干燥、冷冻干燥及多种挤压法等。近年来，一种更高效的加工技术逐渐成为热点，它利用静电作用力将高分子聚合物转变成微纳米级超细纤维，从而提高包埋的效果。

       高效的静电纺丝技术

       静电纺丝技术最早由Formhals于1934年提出，它是由挤压技术发展而来，当高聚物溶液以一定流速被挤出注射器针头于直流高压静电场下时，针尖液滴会向最近的低电势点方向伸展，从而形成泰勒锥结构。当电场产生的静电作用力克服泰勒锥尖端液滴的表面张力时，就会喷射出一股带电高聚物的细流。受静电作用力、库伦斥力、表面张力、流体黏弹力等影响，带电射流进一步加速拉伸并呈螺旋摆动，使得溶剂快速挥发，高分子聚合物从而形成连续超细纤维形态，被收集于接收端上。受制于纳米技术的不完善，直到上世纪末，该技术才真正开始从理论向实践转化。

       静电纺丝技术的特点发挥依赖于纳米级材料的独特性能，纳米级材料能够提供更大的比表面积，这与传统的包埋方式得到的颗粒通常是毫米或者微米级的相比，通过静电纺丝加工技术能够得到更好的包埋效率。仍以益生菌包埋为例，静电纺丝技术由于不需要严苛的温度和压力，也不需要使用有毒的有机溶剂或加工助剂，其对益生菌的包埋存活率提升有显著作用。

       实际上，包埋技术的应用范围非常广泛，除了我们所熟知的功能性活性成分，还应用到色素、香料等敏感性成分上，甚至是大分子的酶类物质以及益生菌等也可应用包埋技术来提高应用的可行性。

       随着壁材及包埋技术的发展，应用门槛和成分都在逐年下降，包埋技术也有望成为食品加工中的基础加工技术之一。不过，静电纺丝技术在食品中仍有问题需要解决，一方面由于食品常用的壁材质量分布不均，稳定性难以维持，另一方面，不同壁材间的复配对纺丝效果的影响还没有研究透彻，在某些产品中静电纺丝的稳定性要低于常规产品。但不可否认，静电纺丝技术是让分子"活"起来的有效方式之一，非常值得研究与推广。

       作者：Huer

       Huer，从事熟肉制品产品研发10年，糕点生产线产品开发3年。