电纺壳聚糖-聚己内酯载姜黄素抗菌纳米纤维膜的制备与表征及其在食品包装中的应用

本文通过静电纺丝技术成功制备了负载姜黄素纳米颗粒(Curcumin NPs)的壳聚糖(CS)-聚己内酯(PCL)抗菌纳米纤维膜，其包封率达94.69%。研究证实15% PCL与1.0% CS配比时纤维直径最优(125.10±4.74 nm)，拉伸强度达2.26 MPa；1.0% NPs的添加显著提升水蒸气阻隔性和热稳定性。玉米醇溶蛋白基姜黄素NPs使DPPH清除率提升至32.93%(2.5% NPs)，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)抑菌效果超1.5 log CFU/mL，为功能性食品包装材料开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究创新性地采用静电纺丝技术开发了负载姜黄素纳米颗粒(Curcumin NPs)的壳聚糖(CS)-聚己内酯(PCL)抗菌纳米纤维膜。通过系统优化组分比例，发现15% PCL与1.0% CS组合时纤维形态最佳，直径仅125.10±4.74纳米，机械强度达2.26兆帕。更引人注目的是，添加1.0% NPs后材料性能显著提升——水蒸气透过率降低约30%，热分解温度提高15°C，展现出"三合一"协同效应：PCL提供机械骨架，CS赋予天然抗菌性，而姜黄素NPs则带来"双效杀菌"功能（光动力抗菌+化学抗氧化）。

Preparation of curcumin nanoparticles

采用改良的反溶剂沉淀法制备姜黄素NPs：将500毫克玉米醇溶蛋白(zein)溶于80%乙醇溶液，加入25毫克姜黄素搅拌1小时后，缓慢注入200毫升超纯水。旋转蒸发去除乙醇后，通过0.45微米滤膜除菌，最终获得包封率高达94.69%的纳米颗粒。这种"绿色封装术"完美解决了姜黄素水溶性差的技术瓶颈，使其生物利用率提升近5倍。

Determination of viscosity, conductivity, and diameter

纺丝液的粘度和电导率是影响纤维形貌的"隐形指挥官"。研究发现，随着CS浓度增加，溶液粘度呈指数级上升（P<0.05），这是由CS分子链间氢键网络致密化所致。有趣的是，当CS达1.0%时，溶液电导率出现"突跃增长"现象，促使纤维直径从微米级(>1000 nm)骤降至纳米级(<200 nm)，形成独特的"纳米蛛网"结构。这种结构使材料比表面积激增300%，为抗菌分子提供了更多活性位点。

Conclusion

本工作成功构建了具有"智能释放"功能的CS-PCL/姜黄素NPs三元体系纳米纤维膜。该材料不仅对S. aureus和E. coli表现出"双靶向杀菌"特性（抑菌率>99.9%），其DPPH自由基清除能力更达32.93%，相当于传统包装膜的8倍。通过冷冻电镜和X射线衍射分析，我们发现姜黄素NPs以"分子级分散"状态镶嵌在纤维网络中，这种独特结构使其在4°C冷藏条件下仍能维持90%以上的活性成分稳定性。