电纺丝食品包装材料在制备过程中如何优化工艺参数以提高性能？

电纺丝食品包装材料在制备过程中如何优化工艺参数以提高性能？

电纺丝食品包装材料在制备过程中，可以通过多种方式优化工艺参数以提高性能。以下是详细的介绍：

选择合适的聚合物基质

• 天然聚合物：蛋白质和多糖等天然聚合物在食品包装中有潜在应用价值。例如，以蛋白质为基质的材料可能具有良好的生物相容性和可降解性。以多糖为基质的材料可能具有较好的保湿性和阻隔性能。在选择天然聚合物时，需要考虑其来源、成本、性能等因素。例如，邵平、艾芳米、千佩玉在《静电纺丝聚合物基质的分类及食品抗菌包装的应用》中指出，静电纺丝技术与食品抗菌包装的结合，在未来将得到更加广泛的应用，抗菌包装也将朝着更加多元化的方向发展1。

• 合成聚合物：聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚丙烯等合成聚合物也可用于电纺丝食品包装材料的制备。这些聚合物具有不同的性能特点，如聚乙烯醇具有良好的水溶性和生物相容性；聚乳酸具有良好的生物降解性和机械性能。在选择合成聚合物时，需要考虑其物理化学性质、加工性能、成本等因素。例如，Esen Alp Erbay 和 Ahmet Faruk Yesilsu 在《Fabrication and Optimization of Poly (ɛ-caprolactone) /Rosemary Extract Electrospun Nanofibers by Electrospinning Using Response Surface Methodology for Active Food Packaging Applications》中，以聚（ɛ- 己内酯）/ 迷迭香提取物（PCL/RE）电纺纳米纤维作为食品活性包装材料，通过响应面法确定了考虑纤维直径、药物释放和机械强度的最佳制备条件3。

优化电纺丝工艺参数

• 浓度：聚合物溶液的浓度对电纺丝过程和纤维性能有重要影响。较高的浓度可能导致纤维直径增大，而较低的浓度可能导致纤维形态不规则。例如，在制备聚（ɛ- 己内酯）/ 迷迭香提取物电纺纳米纤维时，研究发现纤维形态主要受迷迭香提取物浓度的影响。当提取物浓度增加时，纤维直径减小，这是因为表面张力发生变化，导致更细的纤维形态3。

• 电压：电压是影响电纺丝过程的另一个重要参数。较高的电压通常会导致纤维直径减小，但过高的电压可能会引起电弧放电，影响纤维的质量。例如，在制备聚乳酸 / 亚硝酸盐发色纤维包装时，随着电压的增加，聚乳酸纤维的平均直径先增加后降低。最终确定了适宜的纺丝工艺参数，其中电压为 15 kV5。

• 接收距离：接收距离也会影响纤维的形态和性能。较短的接收距离可能导致纤维堆积和粘连，而较长的接收距离可能使纤维直径增大。例如，在制备聚（ɛ- 己内酯）/ 迷迭香提取物电纺纳米纤维时，优化后的接收距离为 10 cm3。在制备聚乳酸 / 亚硝酸盐发色纤维包装时，适宜的接收距离为 25 cm5。

添加功能性成分

• 抗菌成分：为了提高食品包装的抗菌性能，可以添加抗菌成分。例如，在静电纺丝制备的 PVA/Zein/Gelatin 基三组分活性食品包装中，具有良好的抗菌性能，能够延长不同食品的货架期，如红薯、土豆和泡菜等。该包装通过添加抗菌成分，保证了食品的质量，延长了食品的保质期4。

• 抗氧化成分：添加抗氧化成分可以防止食品氧化变质。例如，在电纺姜黄素 / 埃洛石纳米管活性纤维膜的制备中，将姜黄素负载到埃洛石纳米管中，然后与聚乙烯醇共混电纺制备纳米纤维膜。该纤维膜具有一定的抗氧化活性，能够为生物活性成分在食品活性包装中的应用提供参考2。

• 发色成分：在食品包装中添加发色成分可以使食品具有更好的外观。例如，通过静电纺丝技术制备聚乳酸 / 亚硝酸盐发色纤维，其具有优秀的缓释效果，可以应用于肉及肉制品的发色包装5。

采用响应面法等优化方法

响应面法是一种优化实验设计的方法，可以通过建立数学模型来确定最佳的工艺参数组合。例如，在制备聚（ɛ- 己内酯）/ 迷迭香提取物电纺纳米纤维时，采用响应面法确定了考虑纤维直径、药物释放和机械强度的最佳制备条件3。在优化电纺丝食品包装材料的制备过程中，可以结合不同的优化方法，根据具体的性能要求和实验条件进行选择。

综上所述，电纺丝食品包装材料在制备过程中，可以通过选择合适的聚合物基质、优化电纺丝工艺参数、添加功能性成分和采用优化方法等方式来提高性能。这些方法可以单独使用，也可以结合使用，以满足不同食品包装的需求。

参考资料：

1. 静电纺丝聚合物基质的分类及食品抗菌包装的应用|邵平
2. 电纺姜黄素/埃洛石纳米管活性纤维膜的制备及其在食品包装中的应用|姚国钦
3. Fabrication and Optimization of Poly(ɛ-caprolactone) /Rosemary Extract Electrospun Nanofibers by Electrospinning Using Response Surface Methodology for Active Food Packaging Applications|Esen Alp Erbay
4. Fabrication of Electrospun PVA/Zein/Gelatin Based Active Packaging for Quality Maintenance of Different Food Items|Sana Ullah
5. 聚乳酸/亚硝酸盐发色纤维包装的制备及其释放行为|张悦