負載納米氧化鋅的明膠/乙基纖維素氣凝膠的制備及抑菌能力分析

潘晶晶，張 寵，劉雨雨，張 輝

（浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江 杭州 310058）

氣凝膠通常是指以納米級顆粒聚集而成的納米級多孔結構，并以氣態(tài)介質填充納米孔洞的三維多孔低密度固體材料[1]。由于氣凝膠材料特性優(yōu)良（如孔隙率大、比表面積大、熱導率低、電導率低等），在工業(yè)建筑、醫(yī)療、化工等領域被廣泛應用，近年來其在食品領域也體現(xiàn)出巨大的應用潛力，例如包埋不飽和油脂、降低油的氧化敏感性[2]。最近，有研究者提出一種新型方案，即將靜電紡絲技術與冷凍干燥技術相結合來構建氣凝膠的三維結構[3]，但這種制備技術在加工食品級氣凝膠中仍然十分少見。

明膠因良好的生物相容性、生物可降解性而常被加工成氣凝膠，在醫(yī)藥、材料等領域應用廣泛。但是，由于存在機械性能弱、防水性差以及熱力學不穩(wěn)定等問題，明膠氣凝膠在食品領域的應用受到了極大的限制。為了擴展這類材料的應用范圍，通常添加具有良好機械性能的纖維素或纖維素衍生物以形成結構穩(wěn)定的三維結構[4]。乙基纖維素因具有疏水性、高韌性、高生物相容性等特點，是共混材料的理想選擇[5]。本課題組前期研究表明，利用明膠和乙基纖維素制成的共混薄膜材料有良好的疏水性和熱穩(wěn)定性，而且，由于乙基纖維素分子鏈上殘留的羥基具有一定的持水能力，可增加材料的滲透性能，并裝載疏水活性物質[5]。

納米氧化鋅是一種粒徑范圍為1～100 nm的多功能納米金屬氧化物，其來源廣泛、價格低廉、結構穩(wěn)定、安全無毒[6]。納米氧化鋅與細菌細胞之間的化學相互作用會產(chǎn)生光誘導的活性氧化物（reactive oxygen species，ROS），產(chǎn)生H2O2并且釋放Zn2+離子，而其物理相互作用則會使細胞膜破裂、細胞內化或機械損傷，從而體現(xiàn)出殺菌效應[7]。目前，納米氧化鋅在食品中主要是作為抗菌類食品添加劑使用，盡管對哺乳動物細胞可能存在遺傳毒性[8]，但現(xiàn)有研究表明，納米氧化鋅不會對人體健康構成重大威脅[9]。

本研究采用靜電紡絲與冷凍干燥相結合的新技術制備明膠/乙基纖維素氣凝膠，用于裝載納米氧化鋅。首先，通過靜電紡絲技術制備明膠/乙基纖維素納米纖維膜，再結合冷凍干燥技術將該膜制備成氣凝膠，并添加海藻酸鈉（sodium alginate，SA）和氯化鈣（CaCl2）進行交聯(lián)，分析交聯(lián)前后氣凝膠的形貌、物理性能、熱穩(wěn)定性、化學結構和水穩(wěn)定性，并裝載不同質量濃度的納米氧化鋅，分析其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌效果。研究結果將為食品級氣凝膠的制備提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 菌株與試劑

大腸桿菌（ATCC 25922）、金黃色葡萄球菌（CMCC 26003）為食品營養(yǎng)與代謝實驗室保藏。

乙基纖維素（3 ～7 c P，20～30 kDa）、明膠（TypeB，Bloom250，100 kDa）、海藻酸鈉、納米氧化鋅上海阿拉丁公司；乙醇、乙酸 國藥集團化學試劑有限公司；二水氯化鈣 生工生物工程股份有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

分析天平 德國Sartorius公司；磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司；攪拌器 德國VMA公司；冷凍干燥器 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；SU8010掃描電子顯微鏡 日本日立公司；差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC） 美國PE公司；熱重分析（thermogravimetric analysis，TGA）儀美國TA公司；X射線衍射儀 德國布魯克公司；傅里葉變換紅外光譜儀 美國Nicolet公司；Z020萬能材料試驗機 德國Zwick公司；TPS 2500 S熱導系數(shù)測試儀凱戈納斯儀器商貿（上海）公司。

1.3 方法

1.3.1 明膠/乙基纖維素氣凝膠的制備

將質量比為1∶1的乙基纖維素與明膠溶于體積比為6∶2∶2的乙酸/乙醇/水混合溶劑中，配成總質量濃度為30 g/100 mL的溶液，置于60 ℃水浴中磁力攪拌2 h后，室溫（25 ℃）攪拌至溶質完全溶解。參照Liu Yuyu等[5]的方法，使用食品營養(yǎng)與代謝實驗室自行搭建的靜電紡絲設備制備復合纖維膜，該設備主要由高壓電源（Gamma高壓儀表）、帶泵注射器（LSP02-1B實驗室推拉注射泵）和接地滾筒接收器3 個部分組成。電紡參數(shù)為電壓15 kV、流速1.0 mL/h、接收距離為10 cm；環(huán)境參數(shù)為室溫25 ℃和相對濕度50%。制備好的膜使用打孔機打成形狀均勻的小圓片，浸泡于體積分數(shù)為10%的乙醇溶液中，使用攪拌器于104 r/min轉速下攪拌15 min（分3 次，每次5 min），打碎成質量濃度為1 g/100 mL的糊狀液體。用此糊狀液體作為原料制備以下3 組氣凝膠：1）將上述糊狀液體裝于6 孔板中，在超低溫冰箱（－80 ℃）中放置24 h，待液體完全凍結，取出后在冷凍干燥機中放置24 h完全除去水分，所得氣凝膠記為EG11；2）在上述糊狀液體中加入0.5 g/100 mL海藻酸鈉，置于磁力攪拌器上于500 r/min常溫下攪拌1 h，按上述步驟所得氣凝膠記為EG11-SA；3）將EG11-SA氣凝膠浸泡于0.5%氯化鈣（CaCl2）溶液4 h，取出后再冷凍干燥12 h，所得氣凝膠記為EG11-SA/Ca。

1.3.2 形態(tài)分析和孔隙率的測定

采用SU8010掃描電子顯微鏡觀察氣凝膠樣品的表面及截面微觀形貌。掃描電子顯微鏡的加速電壓為5～10 kV。用尺子量取每個樣品的直徑、高度與質量，計算其表觀密度（ρA），根據(jù)以公式（1）計算樣品的孔隙率，每個樣品做3 組平行。其中，乙基纖維素和明膠的真實密度（ρR）分別為1.14 g/cm3和1.41 g/cm3。

1.3.3 熱導率的測定

用TPS 2500 S熱導系數(shù)測試儀測定氣凝膠的導熱系數(shù)（以熱導系數(shù)表征熱導率）。對于EG11、EG11-SA氣凝膠，輸出功率15 mW，升溫時間20 s；對于EG11-SA/Ca氣凝膠，輸出功率10 mW，升溫時間40 s。所有樣品平行測定3 次，取平均值。

1.3.4 水穩(wěn)定性的測定

將樣品稱質量并測定體積后，在蒸餾水中浸泡24 h，取出后拭去表面水分，再次稱質量并測量表面尺寸。隨后，將浸水的氣凝膠放入烘箱，在50 ℃下烘干30 min，測定烘干后的質量，根據(jù)公式（2）、（3）、（4）分別計算氣凝膠的尺寸穩(wěn)定性、吸水能力與持水能力。

1.3.5 機械性能的測定

使用Z020萬能材料實驗機測定氣凝膠的機械性能。實驗采用壓縮測試，彈性模量測試速率2 mm/min，壓縮變形量為50%。

1.3.6 熱穩(wěn)定性的測定

氣凝膠樣品的熱穩(wěn)定性采用DSC和TGA儀進行分析。DSC分析條件：樣品質量為6～8 mg；在0 ℃下平衡20 min；升溫速率為10 ℃/min；氮氣流速為50 mL/min；溫度最高值為250 ℃。TGA條件：樣品質量為2 mg左右；氮氣環(huán)境；樣品升溫速率為10 ℃/min，升溫范圍為50～600 ℃。

1.3.7 X射線衍射分析

氣凝膠樣品的結晶特性采用X射線衍射儀進行分析。分析條件：光源Cu Kα（λ＝1.540 6 ?），傾角0.02°，掃描速率1（°）/min，掃描范圍2θ＝4°～80°。所有樣品均測定3 次。

1.3.8 傅里葉變換紅外光譜分析

氣凝膠樣品的化學結構采用傅里葉變換紅外光譜儀進行分析。將樣品與KBr按照1∶50質量比混合壓片后進行分析，分析條件：掃描范圍4 000～400 cm－1，分辨率4 cm－1，光譜記錄頻率為16。所有樣品均測定3 次。

1.3.9 氣凝膠的抑菌實驗

在乙基纖維素/明膠溶液中加入質量濃度分別為0、1、1.5、2 g/100 mL納米氧化鋅，采用1.3.1節(jié)方法制備氣凝膠，分別記為Z0-EG11-SA/Ca、Z1-EG11-SA/Ca、Z1.5-EG11-SA/Ca、Z2-EG11-SA/Ca。采用打孔法[10]評估氣凝膠對大腸桿菌（Escherichia coli）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑菌活性。通過傾注平板法，將1 mL濃度為105CFU/mL的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌菌液接種到已滅菌的培養(yǎng)基中，待培養(yǎng)基冷卻凝固后使用已滅菌的鋼管打出直徑8 mm的圓孔，然后在孔中放入經(jīng)紫外光（ultraviolet，UV）照射滅菌1 h、直徑為8 mm的氣凝膠，37 ℃下恒溫培養(yǎng)24 h后，采用Nano Measurer 1.2軟件計算抑菌圈的平均直徑，每個氣凝膠樣品做3 組平行。

1.3.10 UV照射后的抑菌動力學分析

稱取約11 mg氣凝膠，UV（364 nm、250 W）滅菌0.5 h。然后將氣凝膠加入到含有20 mL培養(yǎng)液的已滅菌離心管中。其中一組UV照射1 h，另一組避光處理1 h。隨后向每支離心管中加入0.2 mL菌液（106CFU/mL），再置于恒溫搖床進行37 ℃培養(yǎng)。使用酶標儀在600 nm波長處測定菌濃度，每隔2 h測一次，共測24 h。選取空白培養(yǎng)液和加入Z0-EG11-SA/Ca氣凝膠的培養(yǎng)液分別作為空白和陰性對照。每個樣品均做3 次平行。抑菌率按公式（5）計算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Origin pro 9.0軟件t分布檢驗單因素方差分析，后續(xù)使用Tukey分析進行檢驗，當P＜0.05時表示結果間差異顯著。繪圖采用Origin pro 9.0軟件。所有經(jīng)過3 次重復測定的數(shù)據(jù)都采用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 形態(tài)分析結果

圖1為3 種氣凝膠的外觀，其中，EG11氣凝膠質地蓬松，EG11-SA氣凝膠質地較為緊密，EG11-SA-Ca質地最為緊密，體積相對最小。從圖2掃描電子顯微鏡觀察結果可以看出，3 種氣凝膠的形態(tài)結構上有顯著差異。EG11氣凝膠由于未進行交聯(lián)，表面呈現(xiàn)出粗糙的多孔狀，截面的孔隙小且密集，孔徑約分布在10～100 μm之間，纖維松散地纏繞在一起。EG11-SA氣凝膠表面光滑致密，這與Meng Chihan等[11]制備的海藻酸鈉氣凝膠的表面結構相似。交聯(lián)海藻酸鈉后截面空隙直徑明顯增大，大致分布于50～200 μm之間，組織呈片狀相互連接。EG11-SA/Ca氣凝膠表面致密，空隙直徑較EG11-SA氣凝膠明顯減小，組織間有薄層相互連接，結構穩(wěn)定性大幅增強。

圖1 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的俯視圖（A）與側視圖（B）Fig.1 Vertical view (A) and lateral view (B) of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

圖2 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的表面（A）與截面（B）掃描電子顯微鏡圖Fig.2 Scanning electron micrographs of the surface (A) and cross-section (B) of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

2.2 孔隙率與熱導率

表1 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的孔隙率與熱導率Table 1 Porosity and thermal conductivity of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

由表1可知，EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的孔隙率分別為99.46%、98.30%、97.15%。交聯(lián)SA后，氣凝膠的孔隙率降低，應該與SA本身形成的凝膠有關。再交聯(lián)Ca2+后，孔隙率繼續(xù)降低，證明Ca2+與SA交聯(lián)產(chǎn)生穩(wěn)定的雞蛋盒（egg-box model）結構[12]，在氣凝膠結構中起到了一定的填充支持作用。通常，當孔隙度超過80%時即為高孔隙度體系，因此，本實驗中各氣凝膠材料的孔隙率均達到高孔隙率水準。

EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的熱導率分別為0.033 04、0.034 40、0.035 46 W/（m·K）。結合孔隙率實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，孔隙率越低，材料的熱導率越高。一般而言，隔熱材料的熱導率在0.03～0.17 W/（m·K）之間，因此，3 種氣凝膠均屬于隔熱材料。

2.3 水穩(wěn)定性分析結果

表2 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的尺寸穩(wěn)定性、吸水能力、持水能力Table 2 Dimensional stability, water-absorbing capacity, and water-holding capacity of EG11, EG11-SA, and EG11-SA/Ca aerogels

如表2所示，經(jīng)過24 h水浸泡處理后，交聯(lián)SA后的氣凝膠尺寸穩(wěn)定性比未交聯(lián)氣凝膠有所提升。趙謀明等[13]通過研究離子強度與明膠、海藻酸鈉混合凝膠黏度之間的關系，發(fā)現(xiàn)明膠帶正電的氨基與海藻酸鈉上帶負電的羧基存在較強的靜電引力，二者同時存在時會增加體系的穩(wěn)定性。EG11-SA/Ca氣凝膠的尺寸穩(wěn)定性最好，這是因為Ca2+與海藻酸鈉的古洛糖醛酸單元結合，形成一種穩(wěn)定的雞蛋盒結構[12]，導致整個體系更加不易破壞。從實驗結果可知，24 h水浸泡處理后，EG11與EG11-SA兩組氣凝膠尺寸縮小，而EG11-SA/Ca氣凝膠尺寸膨脹，這是由于在浸泡過程中，前兩組氣凝膠的表面成分從氣凝膠體脫落，而交聯(lián)緊密的第3組氣凝膠則體現(xiàn)出了吸水膨脹的效果。

由表2可知，交聯(lián)海藻酸鈉后氣凝膠吸水能力顯著上升，這與SA具有較強的親水性有關，但EG11-SA/Ca氣凝膠吸水能力下降，這是由于Ca2+與海藻酸鈉間形成交聯(lián)作用，導致材料結構變得更加緊密。由表2可知，EG11氣凝膠的持水能力數(shù)據(jù)不可測，因為該組樣品測定過程中無法避免質量大幅損失，應用價值較低。交聯(lián)SA之后氣凝膠的持水性增強，但EG11-SA/Ca氣凝膠持水能力有所下降，證明EG11-SA/Ca氣凝膠具有較好的可重復利用性。

2.4 機械性能分析結果

氣凝膠的應力-應變曲線如圖3所示，3 種氣凝膠表現(xiàn)出經(jīng)典的應力-應變線性關系，這表明氣凝膠在50%的應力下表現(xiàn)出彈性行為。在相同應變下，交聯(lián)后的氣凝膠（EG11-SA/Ca）具有更高的應力，表明其具有更好的機械性能。表3為3 種氣凝膠的彈性模量以及變形量50%時的壓強。相比EG11氣凝膠，EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的彈性模量分別提高了33、50 倍，證實該交聯(lián)方式可顯著提高氣凝膠的機械性能，具有實際應用意義。結合掃描電子顯微鏡觀察結果可知，EG11氣凝膠是納米纖維通過相互纏繞搭建而成的，結構間沒有支持與聯(lián)結。交聯(lián)海藻酸鈉的氣凝膠由于海藻酸鈉與明膠間具有靜電作用力，使其組織間相互連接，提高了整體結構的機械性能。然而，Ca2+與海藻酸鈉交聯(lián)可以形成更加穩(wěn)定的結構，進一步提高氣凝膠的機械性能。

圖3 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的形變關系圖Fig.3 Stress vs strain curves of EG11, EG11-SA, EG11-SA/Ca aerogels

表3 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的壓縮性能Table 3 Compression performance of EG11, EG11-SA, and EG11-SA/Ca aerogels

2.5 熱穩(wěn)定性分析結果

表4 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的TGA參數(shù)Table 4 Mass loss rate and maximum degradation temperature of thermogravimetric analysis curves for EG11, EG11-SA, EG11-SA/Ca aerogels

氣凝膠的熱穩(wěn)定性分析結果如圖4和表4所示。依據(jù)圖4A中TGA曲線，氣凝膠的熱重分析過程可分為4 個階段：0～150 ℃是第一階段，主要受易揮發(fā)成分脫離的影響[14]；150～230 ℃為第二階段，單純明膠分子會在220 ℃會發(fā)生變性，但是由于與乙基纖維素進行復合電紡，明膠分子發(fā)生螺旋向無定型的結構轉變，所以在加熱過程中未檢測到EG11的變性過程，這與Bigi等[15]的研究結果相似。而在該溫度下的質量損失主要是海藻酸鈉分子處于熱降解階段，海藻酸鈉分子的糖苷鍵斷裂，發(fā)生脫羧反應產(chǎn)生碳酸鹽，并且釋放出二氧化碳和水[16]，從而導致質量減少；第三（230～390 ℃）與第四（390～600 ℃）階段分別對應于多聚物的分解和碳化。微分熱重（differential thermogravimetry，DTG）曲線在240 ℃的峰是由于海藻酸鈉的變化所致，李博等[17]的研究認為這一階段主要是由于海藻酸鈉分子鏈斷裂分解為穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，加入Ca2+后，這一溫度有所提高，且質量損失比率明顯降低[16]。如表4所示，第三階段EG11-SA氣凝膠的最大分解溫度降低，穩(wěn)定性變差，但是，交聯(lián)Ca2+后穩(wěn)定性重新提高。

圖4 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的TGA（A）與DTG（B）曲線Fig.4 Thermogravimetric analysis (A) and differential thermogravimetry (B)curves of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

如表5和圖5所示，DSC表征進一步證明了交聯(lián)后氣凝膠穩(wěn)定性的提升。這主要體現(xiàn)在第三部分，明膠在220 ℃左右會熱分解[18]，經(jīng)過交聯(lián)后，該處的熱分解峰消失，這是由于明膠經(jīng)過電紡后螺旋結構部分解開，經(jīng)過SA交聯(lián)形成較多的無定形結構[19]，相比于EG11氣凝膠，在交聯(lián)Ca2+后，焓變增加到249 J/g，證明氣凝膠穩(wěn)定性提升。而EG11-Ca/SA的tm高于EG11和EG11-SA的tm，表明經(jīng)過Ca2+交聯(lián)氣凝膠的熱穩(wěn)定性顯著增加。

表5 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的DSC分析參數(shù)Table 5 Differential scanning calorimeter analysis parameters of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

2.6 X射線衍射分析結果

圖6 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的X射線衍射圖譜Fig.6 X-ray diffraction curves of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

圖6 為氣凝膠的X射線衍射圖譜，EG11氣凝膠的衍射峰位在8°與22°左右，與其所含明膠與乙基纖維素的衍射峰位相一致。在交聯(lián)之后，這些衍射峰強度發(fā)生明顯下降，且交聯(lián)的程度越高，衍射強度降低的越多，這是由于明膠與海藻酸鈉之間的分子相互作用導致明膠螺旋晶體結構部分解開，特征峰消失。Sajjan等[20]也報道了相似的結果，他們認為明膠和海藻酸鈉之間存在氫鍵或者靜電作用力，導致明膠的三維螺旋結構減少，使明膠的特征峰發(fā)生顯著降低。

2.7 傅里葉變換紅外光譜分析結果

圖7 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.7 Fourier transform infrared spectra of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

如圖7所示，明膠的特征峰主要有1 650 cm－1的酰胺峰I（VC＝O）、1 550 cm－1的酰胺峰II（δNH+VCN）以及1 241 cm－1的酰胺峰III（δNH）[21]。理論上氨基帶的振動強度越高，明膠分子中的螺旋結構含量越多[22]，從圖7中可見，EG11氣凝膠在交聯(lián)以后，1 550 cm－1的酰胺峰II強度明顯降低，說明明膠的螺旋結構減少。此外，交聯(lián)后的氣凝膠酰胺峰I出現(xiàn)了紅移，說明明膠分子螺旋結構含量降低，與交聯(lián)劑間形成了更多的氫鍵[23]。3 400 cm－1附近的峰代表了—OH的伸縮振動，證實EG11-SA氣凝膠中明膠與海藻酸鈉間的氫鍵形成，而Ca2+交聯(lián)作用卻減少了氫鍵作用，導致該峰又發(fā)生了藍移[24]。

2.8 抑菌圈實驗結果

裝載納米氧化鋅的氣凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果如表6所示。對于陰性對照組，該氣凝膠沒有抑菌能力，但納米氧化鋅裝載量分別為1、1.5、2 g/100 mL時，氣凝膠對大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為1.28、2.40、3.89 mm，對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為1.00、1.52、1.88 mm。氣凝膠的抑菌能力與納米氧化鋅的質量濃度呈正相關關系，且對于大腸桿菌的抑菌效果優(yōu)于金黃色葡萄球菌。這與Diez-Pascual等[25]的研究結果相一致，他們將納米氧化鋅加入到3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物中，發(fā)現(xiàn)納米氧化鋅對大腸桿菌的抗菌效果優(yōu)于金黃色葡萄球菌。這可能與兩種細菌的細胞壁厚度有關，革蘭氏陽性菌的肽聚糖網(wǎng)層次較多且交聯(lián)致密，革蘭氏陰性菌的細胞壁更容易被納米氧化鋅顆粒穿透，達到殺死細菌的效果[26]。

表6 EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠的抑菌圈數(shù)據(jù)Table 6 Inhibition zones of EG11, EG11-SA and EG11-SA/Ca aerogels

2.9 UV照射后的抑菌動力學

圖8 UV輻射對Z2-EG11-SA/Ca氣凝膠抑菌動力學的影響Fig.8 Effect of UV radiation on the antibacterial activity ofZ2-EG11-SA/Ca aerogel

如圖8A所示，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的生長曲線可以分為3 個階段：分別為遲滯階段、指數(shù)生長階段、穩(wěn)定階段。通過圖8B可以看出，陰性對照組氣凝膠幾乎沒有任何抑菌能力，但是Z2-EG11-SA/Ca氣凝膠在指數(shù)生長階段有連續(xù)抑制作用。相比于避光處理組，經(jīng)UV照射的氣凝膠組也顯示出了更好的抑菌性能。對大腸桿菌的抑菌率最高達到63.85%，對金黃色葡萄球菌的抑菌率最高達到50.88%。因此，UV照射能夠強化裝載納米氧化鋅氣凝膠的抑菌能力。Sirelkhatim等[27]認為UV照射強化納米氧化鋅抑菌能力的機理是其促進ROS的生成。Li Yang等[28]的研究也表明，氧化鋅經(jīng)UV照射后會生成3 種類型ROS，而且，ROS濃度越高，對大腸桿菌的抑菌能力則越強。

3 結 論

本實驗以乙基纖維素、明膠為原料利用靜電紡絲技術制備納米纖維膜，經(jīng)過冷凍干燥制備EG11氣凝膠，并成功利用海藻酸鈉、氯化鈣對氣凝膠進行交聯(lián)，制備出EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠，同時選取EG11-SA/Ca氣凝膠裝載抑菌物質納米氧化鋅測定其抑菌能力。EG11、EG11-SA、EG11-SA/Ca氣凝膠都具有高孔隙率與良好的隔熱性能。其中，明膠分子中的三維螺旋結構部分解開，與海藻酸鈉形成了氫鍵，同時，海藻酸鈉的羧基與明膠的氨基存在靜電引力，使得兩者能夠相互交聯(lián)，形成更加穩(wěn)定的結構。在此基礎上，添加Ca2+與海藻酸鈉進一步交聯(lián)，提高了整體結構的穩(wěn)定性，在3 種氣凝膠中具有最佳的機械性能和水穩(wěn)定性。抑菌實驗結果表明，EG11-SA/Ca氣凝膠中的納米氧化鋅最佳添加量為2 g/100 mL，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌具有明顯的抑菌效果。不僅如此，UV照射還可顯著提高氣凝膠的抑菌性能。