一、研究背景

在当今世界，技术已经深深扎根于包括农业和粮食生产在内的每个部门。在提高食品工业各个部门的生产力方面取得了许多科学突破，同时注重提高食品质量和确保安全。尽管如此，主要障碍之一仍然是对食品质量和安全参数的警惕监测。评估食品质量的变化或恶化包括一系列指标，如微生物水平、pH值波动、植物或微生物毒素的存在、重金属的存在以及农药和除草剂的残留。

静电纺丝是一种多功能和可扩展的技术，用于生产直径从纳米到微米不等的聚合物纤维。静电纺丝已经成为制造纳米纤维和微纤维基材料的一种很有前途的技术，因为所生产的纤维具有高表面体积比、可调节的形态、可调节的表面特性和优异的机械性能。该技术利用大约20-30千伏的强大电磁力，在聚合物溶液中诱导电离。通过在仪器的另一侧引入一个相反的电荷，聚合物溶液被推向它的对应物，从而形成一个细长的流，称为泰勒锥。纺丝过程包括多次扭转，使聚合物溶液射流浓缩到纳米级。因此，所得到的纳米纤维由于其粗糙的表面和高孔隙率，在快速检测技术中具有巨大的潜力。这样就可以设计出不同配置的电纺丝支架。目前，静电纺丝纳米纤维的独特特性已经导致这项技术在许多行业的整合，如医疗领域，包括组织工程、伤口敷料、药物输送系统和生物传感器的应用。一个值得注意的例子是在食品保存和能量收集的活性包装中广泛采用电纺纤维，进一步突出了它们的多用途应用。此外，由于它的简单性、可扩展性、一致性、多功能性和可负担性，它比其他新兴的纤维制造方法有几个优点。事实上，静电纺丝可以从广泛的合成和天然物质中制造纤维，这使得它能够制造出具有多种功能属性的材料。在食品工业中，静电纺丝已被用于制造涂料、薄膜、输送系统、纹理剂、防腐剂和活性包装材料。

为了通过溶液静电纺丝生产纳米纤维，已经对100多种有机聚合物进行了广泛的研究，包括天然和合成的变体。合成聚合物具有显著的优点，包括强大的机械性能，多功能性和持久耐用性。尽管如此，这些聚合物确实存在某些缺点，例如在合成过程中存在残留的有机溶剂，有限的水溶性和不充分的生物相容性。此外，这些合成聚合物的工业化生产不可避免地造成一定程度的环境污染。随着生态友好和可持续发展的原则，越来越多的研究人员将注意力转向天然聚合物。这些天然替代品通常被称为生物聚合物，主要由多糖和蛋白质组成。天然聚合物具有生物可降解性、无毒性和良好的生物相容性等优点，是静电纺丝纳米纤维的理想材料。蛋白质可以进一步分类为来自植物或动物。人们对用植物聚合物代替合成聚合物或动物聚合物制造的功能材料越来越感兴趣，因为它们具有更好的可持续性和更低的环境影响。因此，植物蛋白作为结构形成聚合物在许多商业应用中被研究。目前使用的植物蛋白的主要来源包括豆类（如豌豆、扁豆、蚕豆、大豆和卢平）；谷物（如玉米、大麦、大米、小麦和燕麦）；绿叶（如紫花苜蓿、茶叶、萝卜、甜菜、藻类和浮萍）；油籽（如向日葵、棉花、亚麻、油菜籽、大麻和芝麻）；坚果（如杏仁、核桃、开心果、腰果和花生）；和伪谷物（如苋菜、藜麦和奇亚藜）。来自这些不同来源的蛋白质在其所含氨基酸的数量、类型、序列和交联以及其构象和聚集状态方面存在差异，这影响了它们的功能、营养特征和生物活性。

研究人员已经研究了植物蛋白在设计用于食品应用的静电纺纳米纤维方面的潜力。然而，仅从植物蛋白中生产电纺丝植物蛋白纳米纤维（EPPNFs）通常具有挑战性，并且所生产的纤维通常不具有商业应用所需的功能属性。静电纺丝植物蛋白由于其溶解度差和对该过程的敏感性而具有挑战性。然而，它们可以与其他聚合物结合，制成性能更好的复合纤维，用于药物输送和食品包装等各种应用。此外，植物蛋白在纺丝溶液中的构象和聚集状态必须仔细控制。实际上，通常需要蛋白质完全溶解并具有随机线圈结构才能获得良好的可旋展性。通过调整静电纺丝工艺参数和溶液特性，可以根据不同的应用定制静电纺丝材料的结构和物理化学性能。在静电纺丝过程中利用植物蛋白的能力可能会导致纳米材料的发展，这些纳米材料可能在食品工业中具有各种应用，特别是在食品包装应用中。电纺丝植物蛋白在食品包装中的应用是一项新的重要发展，因为它有可能成为传统塑料的可持续、可生物降解的替代品。这些蛋白质提供增强的屏障特性，控制生物活性化合物的释放，并且可以根据特定的食品保存需求进行定制。随着市场对环保包装的需求不断增长，这种创新的方法为食品包装行业的研究、差异化和解决环境问题提供了机会。

本文综述了食品和食品包装中eppnf的制备、表征和应用的最新进展。讨论了静电纺丝制造技术、纤维功能化方法以及可用于组装eppnf的不同类型的植物蛋白。最后，讨论了epppnf在食品工业中广泛应用的主要障碍。

二、摘要

静电纺丝是一种相对简单的技术，根据不同的静电纺丝条件，可以生产出具有不同性能的纳米级和微米级纤维。本文综述了电纺植物蛋白纳米纤维（EPPNFs）在食品和食品包装中的应用。讨论了电纺丝工艺的发展和优化的最新进展。最后，强调了目前在食品和食品包装应用中实施EPPNFs的挑战，包括潜在的安全性和可扩展性问题。植物蛋白纳米纤维和微纤维的生产在未来可能会增加，因为许多行业希望用更可持续、可再生和环境友好的生物聚合物取代合成材料。因此，EPPNFs很可能会在包括活性食品包装和药物输送在内的各个领域找到越来越多的应用。

三、结论

静电纺丝是一种制备微尺度或纳米尺度纤维的通用方法，可用于食品包装材料。电纺丝纤维具有高的表面体积比、可调的表面性能、良好的机械强度和高孔隙率，有利于食品包装应用。通过改变聚合物溶液组成和静电纺丝工艺参数，可以为特定应用定制静电纺丝纤维的形态和功能。同轴静电纺丝可用于制造核壳结构。研究了多喷嘴静电纺丝提高生产率的能力。电纺丝纤维可以由植物蛋白生产，但它们通常必须与其他聚合物结合，这些聚合物可能是天然的，也可能是合成的。这些植物基静电纺纤维可以设计成具有良好的生物可降解性、生物相容性和可持续性。这项技术在食品工业中有广泛的潜在应用，包括活性剂的封装、过滤器的制造、包装材料的生产、培养肉支架的制造以及质地调节剂的制造。然而，仍然需要大量的研究来形成具有所需技术功能属性的植物基电纺纤维，以及为商业应用创建可扩展的制造工艺。

图1.传统静电纺丝五行工艺示意图。A)用一根针制成的静电纺纤维，从而得到均匀的纤维。B)用同轴静电纺丝制成的具有核-壳结构的静电纺纤维。C)乳液静电纺丝形成的具有核壳结构的静电纺纤维。D)混纺静电纺丝生产的纤维。

图2.用于电纺纳米纤维功能化的各种技术示意图：(a)封装；(b)热后处理；(c)物理吸收；(d)纳米颗粒沉积；(e)聚电解质的逐层组装；(f)化学附着。