《食品科学》：西北大学吕新刚副教授等：基于静电纺丝法包封沙棘油纳米纤维的制备与表征|工程学院|纳米|西北大学|食品科学

沙棘油（SBO）富含不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、生育酚、植物甾醇等生物活性物质，营养价值丰富。因富含亚油酸和亚麻酸这两种人体必需脂肪酸使SBO成为广受欢迎的天然植物油之一，但是SBO不稳定，当暴露于氧气、光、湿和热条件下时，易氧化变质并导致挥发性化合物的损失，造成SBO本身及其加工品的品质降低。

沙棘叶是沙棘种植过程中的一种副产物，通常作为废弃物被处理。但研究证实沙棘叶提取物（SBE）中含有丰富的多酚和黄酮化合物，显示出很高的抗氧化活性；另外，SBE对金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌和蜡状芽孢杆菌的生长具有强烈的抑制作用，可被开发为天然食品防腐剂。西北大学食品科学与工程学院的曹倩、王齐蕾、吕新刚*等以Zein为壁材，通过静电纺丝技术制备富含SBO的纳米纤维，并加入SBE，研究SBE及物理包封对SBO稳定性、抗氧化性及体内消化性能的影响，以期为高稳定性及高抗氧化性SBO固态产品的开发提供技术和理论支撑。

SBO纳米纤维扫描电子显微镜观察结果

SBO纳米纤维的扫描电子显微镜如图1所示，整体来看纳米纤维呈电纺纤维状，形态良好、分布均匀，为静电纺丝状态。其中，Zein＋SBO＋SBE（图1C）的纳米纤维纺丝无结节、更加均一。和图1A中的Zein纳米纤维相比，可以发现壁材的浓度越大，越容易形成纤维状的纳米纤维，但是应合理地控制条件，如果溶液浓度过大，则喷射的液体容易不稳定，很难喷出均匀的纤维，而浓度过小则聚合物溶液无法形成射流，将无法获得纤维。

SBO纳米纤维FTIR分析结果

从图2可以看出，SBO的FTIR光谱由7 个峰组成，波数范围在2 924～721 cm－1。其中，2 924、2 854 cm－1处吸收峰为油烯烃基上的CüH振动所引起，1 743 cm－1处吸收峰为C＝O双键拉伸振动所引起，1 157、1 097、721 cm－1处为CüO酯键吸收峰。Zein＋SBE和Zein＋SBO＋SBE纳米纤维中，1 652 cm－1附近为酰胺I带的C＝O吸收峰，1 539 cm－1处为酰胺II带的NüH吸收峰。与Zein、Zein＋SBE相比，Zein＋SBO、Zein＋SBO＋SBE均有游离SBO油烯烃基上CüH的吸收峰，且CüO酯键吸收峰略有偏移，说明静电纺丝制备Zein＋SBO＋SBE过程是物理包封。

SBO纳米纤维热重分析结果

由图3A可知，SBO在389.3～459.0 ℃温度范围内质量最终下降了99.31%，在419 ℃处质量损失速率达到最大，为－13.74%/min。由图3B、C可知，Zein在292.1～362.3 ℃温度范围内质量下降了78.38%，在362.3 ℃处质量损失速率达到最大，为－9.54%/min；Zein＋SBE在283.5～358.1 ℃温度范围内质量下降了76.56%，在323.4 ℃处质量损失速率达到最大，为－8.46%/min；Zein＋SBO在289.8～410.2 ℃温度范围内质量下降了90.46%，在324.8 ℃处质量损失速率达到最大，为－6.79%/min；Zein＋SBO＋SBE在286.5～389.6 ℃温度范围内质量下降了89.01%，在317.5 ℃处质量损失速率达到最大，为－7.2%/min。

SBO纳米纤维包封率和负载量

表2列出了Zein＋SBO和Zein＋SBO＋SBE纳米纤维的包封率和负载量，二者接近。许多研究证明，纳米纤维包封率的差异主要取决于封装方法、封装的化合物和所用的涂层材料，另外芯材与壁材的质量比也至关重要。纳米纤维的包封率均大于90%，实际负载量与理论负载量接近。可以看出Zein＋SBO和Zein＋SBO＋SBE均具有较高的包封率和负载量。表明静电纺丝是一种有效的包封技术，可用来包封SBO，也体现出静电纺丝工艺条件的有效可行性。

加速氧化过程中SBO纳米纤维的变化

SBO纳米纤维色泽变化情况

表3列出了纳米纤维在不同贮藏时间下色泽的变化情况。可以看出添加SBE的SBO纳米纤维颜色偏绿，这是因为SBE本身偏绿色。未添加SBE的SBO纳米纤维在第0天和第9天的色差∆E在2.17～3.02范围内，可以发现，前9 d纳米纤维的颜色变化明显，为较小色差，第18天色差超过3，为较大色差，说明随时间的延长，SBO的颜色发生变化。添加SBE的SBO纳米纤维色差先升后降，在第18天结束时色差小于3，表明添加SBE可以减弱颜色的变化，对SBO颜色具有保护作用。第9天时Zein＋SBO＋SBE组L*值与a*值相比第0天都有较大变化，导致∆E明显增大，但因为颜色来源的多样性和变化的复杂性，具体导致该组样品颜色先升后降的原因还有待于后续深入研究。

SBO纳米纤维过氧化值变化情况

图4反映了游离油和包封油在加速氧化过程中PV的变化情况。酸败的变化趋势直接影响PV曲线的走向，PV的增加速率变化越快，油脂酸败的变化速率也将随之变快，表明氧化稳定性逐渐变差。从图4可以看出，随着贮藏时间的延长，SBO的PV呈不断上升趋势，至第18天时PV增加4.1 倍，表明油脂氧化产生的过氧化物含量明显增加；Zein＋SBO组PV缓慢上升，至第18天仅增加0.3 倍；而Zein＋SBO＋SBE组的PV在18 d的贮藏期内没有显著变化。

SBO纳米纤维抗氧化活性变化情况

图5A显示了SBO及SBO纳米纤维DPPH自由基清除能力的变化，图5B显示了SBO及SBO纳米纤维FRAP的变化。总的来说，随着贮藏时间的延长，DPPH自由基清除能力和FRAP不断下降，这是由于抗氧化成分在加速氧化贮藏期间的降解，其中游离SBO抗氧化能力最低。另外可以看出，加入SBE的SBO纳米纤维抗氧化能力远高于未加SBE的纳米纤维，这归因于SBE中活性物质本身所具有的抗氧化性。综上，SBE是一种有效的天然抗氧化剂，通过包封并加入SBE可以高效地提高SBO的稳定性和抗氧化性，是一种前景良好的复配技术。

模拟消化过程中SBO的释放率和抗氧化活性变化情况

SBO的释放率

如表4所示，纳米纤维在肠液中的释放率高于在胃液中的释放率，说明纳米纤维在胃肠消化过程中被逐步释放。另外，添加SBE的SBO纳米纤维在胃液和肠液中的释放率均高于未加SBE的纳米纤维，说明SBE有助于提高SBO在肠液中的释放率，这可能是因为SBE的存在增强了SBO对胃肠液中酶、pH值等环境条件的耐受性，从而使SBO更多地被保留并在肠液中释放出来，提高了油的生物可及性。

SBO纳米纤维抗氧化活性变化情况

模拟消化过程中纳米纤维抗氧化活性的变化情况见表5。对于DPPH自由基清除能力而言，游离SBO的DPPH自由基清除能力随着消化过程的进行不断下降，显而易见，消化过程降解了大部分活性成分，使得SBO的抗氧化能力下降。然而，SBO纳米纤维的DPPH自由基清除能力先下降后上升，这种现象可用表4中SBO的释放率来解释，活性物质在胃肠液中缓慢释放，肠液中的释放率大于胃液，使得肠液中的抗氧化能力提高。另外，添加SBE的SBO纳米纤维DPPH自由基清除能力在消化结束后约为游离SBO的24 倍，约为未加SBE的SBO纳米纤维的4 倍。

结论

本研究将SBE加入到SBO中，并通过静电纺丝方法制备了一种高稳定性和高抗氧化性的SBO纳米纤维，所得纳米纤维形态良好、分布均匀。通过包封以及加入SBE的复配手段，提高了SBO的热稳定性、耐热性和抗氧化能力。通过模拟胃肠消化实验证明包封可使SBO在胃肠内的消化达到缓释效果，且消化后仍保留了活性成分的抗氧化能力。总体而言，SBE的高抗氧化性使其具有成为营养补充剂和功能强化剂的潜力，添加SBE的高稳定性和高抗氧化性SBO纳米纤维具有显著提升的商品属性；同时，静电纺丝是一种能够生产增值生物聚合物微纤维和纳米纤维的技术，该方法温和的加工条件使其在食品加工行业中十分具有潜力。

通信作者

吕新刚，副教授，硕士生导师，博士，西北大学食品科学与工程学院。主持国家重点研发计划项目子课题1项，国家自然科学基金青年科学基金1项、陕西省自然科学基础研究计划、西安市科技计划项目等各类纵向科研项目7项，横向项目5项，同时参与国家自然基金面上项目3项，其他省部级课题多项。发表各类论文30余篇，申报专利10件。榆林市小杂粮产业科技特派员，渭南市大荔县三区人才，西北大学优秀教师（2019）。先后担任化工学院、食品科学与工程学院科研秘书共计7年，承担项目申报、评审组织及管理、学术会议组织、科研成果管理、校企对接以及其他科研相关工作。初级技术经理人，先后参与两次技术经理人培训，具备以产业化、市场化思维思考、解决食品相关科研问题的意识和能力。

第一作者

曹倩，女，西北大学食品工程与科学学院硕士研究生。研究方向：功能性食品加工。

本文《基于静电纺丝法包封沙棘油纳米纤维的制备与表征》来源于《食品科学》2022年43卷9期48-54页，作者：曹倩，王齐蕾，王枭，王艺璇，史婵，吕新刚。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210409-117。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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