摘要：電流體動力學(xué)加工技術(shù)作為一種新型非熱加工技術(shù)，逐步應(yīng)用于食品科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，助力未來食品工業(yè)發(fā)展。本文對電流體動力學(xué)加工技術(shù)的工作原理、分類及影響因素，用于食品加工的生物分子原料以及該技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述，同時總結(jié)并展望未來該技術(shù)在食品領(lǐng)域的發(fā)展。電流體動力學(xué)加工技術(shù)由靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)所組成，該技術(shù)可生產(chǎn)功能復(fù)雜的微米/納米級纖維體或微粒，用于食品功能成分的微膠囊包埋、固定化酶、生物傳感器與食品活性包裝開發(fā)、食品3D打印輔助技術(shù)等開發(fā)。未來研究可以圍繞提升纖維體/微粒產(chǎn)量，減少溶劑毒性殘留，該技術(shù)與食品3D打印融合等方面，助力未來食品工業(yè)發(fā)展。
關(guān)鍵詞：電流體動力學(xué)加工技術(shù)，非熱加工，微米/納米，3D 打印，未來食品近年來，
隨著新興領(lǐng)域多學(xué)科的發(fā)展，納米科技推動新型功能食品和包裝材料的開發(fā)，同時它也助推電流體動力學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展。電流體動力學(xué)作為多相流體力學(xué)、電動力學(xué)以及微流動學(xué)等的交叉學(xué)，它離不開電場與帶電流體之間的相互作用，根據(jù)相互作用的差別，該技術(shù)還可再細(xì)分為靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)。靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)互為“姊妹”，通過電壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)高溫加熱，富集或包埋形成微米/納米級纖維或微粒體。同時兩種技術(shù)也存在差異，靜電紡絲技術(shù)對纖維組成、取向及結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制化“雕刻”，富集并形成超微纖維。靜電噴霧技術(shù)則將聚集纖維的高分子聚合物溶液進(jìn)一步干燥、包埋，構(gòu)建微米/納米級微膠囊。
目前電流體動力學(xué)加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于組織工程、儲能轉(zhuǎn)換、食品包裝、藥物輸送及釋放，以及催化劑、傳感器、過濾材料等各個領(lǐng)域。在食品領(lǐng)域，該技術(shù)可成功應(yīng)用于功能性食品活性成分包埋，圍繞包埋特性，可進(jìn)一步應(yīng)用于食品包裝、固定化酶、生物傳感器、3D打印輔助設(shè)備等研發(fā)。國內(nèi)外對電流體動力學(xué)加工技術(shù)在食品中的應(yīng)用已有初步闡述，目前在食品領(lǐng)域，靜電紡絲技術(shù)開發(fā)呈現(xiàn)多元化，而對于靜電噴霧技術(shù)的定制化開發(fā)仍具有提升空間。
目前，關(guān)于電流體動力學(xué)加工技術(shù)中靜電紡絲技術(shù)與靜電噴霧技術(shù)有哪些異同點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)，它如何應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域等仍然缺乏系統(tǒng)性的深入剖析和梳理，因此本文系統(tǒng)闡述電流體動力學(xué)加工技術(shù)及分類，并深入探討靜電紡絲技術(shù)與靜電噴霧技術(shù)的異同點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，整理該技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的研究動態(tài)，從而為電流體動力學(xué)加工技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)代食品工業(yè)提供理論參考。
1 電流體動力學(xué)加工技術(shù)
電流體動力學(xué)加工技術(shù)分為靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)，它能夠生產(chǎn)功能復(fù)雜的微米/納米級纖維體或微粒，所需成本較低。靜電紡絲技術(shù)采用高電壓使高分子聚合物液滴表面帶電荷，通過噴絲頭將帶電液滴噴出。靜電紡絲技術(shù)所采用的噴絲頭相對固定，通過對噴絲頭噴出的帶電流體牽拉伸長，使聚合物鏈纏結(jié)，從而生產(chǎn)納米/微米級纖維。靜電噴霧技術(shù)通過高電壓使帶電流體加速，從噴絲頭噴出后，瞬間將形成/未形成泰勒錐的帶電流體分解為微小液滴，由于微小液滴自重力作用，將在接收器表面進(jìn)一步形成噴霧，達(dá)到納米/微米級包埋。
1.1 靜電紡絲技術(shù)
在20世紀(jì)30～40年代，靜電紡絲技術(shù)首次在美國以專利形式問世。該技術(shù)通過高電場電壓，可對高分子纖維進(jìn)行有效“雕刻”，使纖維直徑達(dá)到微米/納米級別，可達(dá)傳統(tǒng)熔紡技術(shù)生產(chǎn)纖維直徑的10−4～10-2，多樣化纖維（不同尺寸和形狀）通過選擇并優(yōu)化高分子聚合物溶液、改進(jìn)加工條件獲得，總之該技術(shù)通過“電紡”，可以將功能性纖維富集，同時還可根據(jù)需要，靈活、高效制備微米/納米級纖維，起到美化“編織物”，增強(qiáng)纖維功能與營養(yǎng)特性。
圖1 靜電紡絲和靜電噴霧加工流程圖
一般靜電紡絲設(shè)備由3個重要組成部分：噴絲頭（流量泵、注射器及針頭）、金屬收集器和高壓電源（1～30kV）（圖1）。由圖1所示，高分子聚合物溶液通過配有單一流量泵的噴絲頭噴出，高電壓電場使之帶電，當(dāng)帶電高分子聚合物液滴的噴絲頭的靜電力超過表面張力時，帶電液滴呈現(xiàn)泰勒錐結(jié)構(gòu)；當(dāng)噴絲頭電壓繼續(xù)增加，帶電液滴會在原基礎(chǔ)上被接收器端低電位電壓吸引而變形并拉長錐型；當(dāng)帶電液滴錐型與水平角度達(dá)到33.5°時，逐漸呈現(xiàn)牛頓力學(xué)流體特性，形成超細(xì)纖維形態(tài)；當(dāng)帶電液滴電壓增加到臨界值，高分子聚合物溶液靜電斥力將超過表面張力等作用，進(jìn)一步拉長錐型，最終促使它與噴絲頭分離；如果帶電液滴溶液濃度低、未形成泰勒錐，或分離泰勒錐后的帶電液滴只能隨之自由落體，后續(xù)可采用靜電噴霧法處理（圖2）。當(dāng)噴絲頭設(shè)備通電，帶電高分子聚合物分子液滴形成“流動”狀態(tài)，通過剪切、蒸發(fā)、沉降作用富集纖維至接收器，靜電紡絲技術(shù)獲得纖維的尺寸受高分子聚合物溶液黏度、界面張力、分子質(zhì)量、電導(dǎo)率、進(jìn)料速率、噴絲頭與接收器距離、電壓、空氣濕度、氣流速率、溫度等條件影響，另外高分子聚合物溶液分子結(jié)構(gòu)、帶電情況和流變學(xué)特征也顯著影響纖維結(jié)構(gòu)。
圖2 靜電紡絲過程中高分子聚合物溶液液滴形態(tài)變化
如果需要實(shí)現(xiàn)富集纖維的多元化、定制化構(gòu)型，需要對現(xiàn)有靜電紡絲設(shè)備進(jìn)行“變體改良”。根據(jù)纖維組成，“變體型”靜電紡絲可分為混合靜電紡絲、同軸靜電紡絲、乳液靜電紡絲和邊緣型靜電紡絲；根據(jù)纖維取向，可細(xì)分為旋轉(zhuǎn)芯軸靜電紡絲、間隙靜電紡絲、磁靜電紡絲、移動噴絲頭型靜電紡絲；根據(jù)“被雕刻”纖維結(jié)構(gòu)，還可以分為多噴絲頭靜電紡絲、圖案型靜電紡絲及3D型靜電紡絲（圖3）。
圖3 靜電紡絲技術(shù)變體流程圖
注：（a）在線混合型；（b）雙組分型；（c）同軸型；（d）乳液型；（e）邊緣型；（f）旋轉(zhuǎn)芯軸型；（g）間隙靜電紡絲；（h）磁靜電型；（i）移動噴絲頭型；（j）多噴絲頭型；（k）圖案型；（l）3D型靜電紡絲。
靜電紡絲技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下：優(yōu)點(diǎn)：該技術(shù)操作簡單、成本較低；富集纖維具有較高的比表面積、疏松多孔結(jié)構(gòu)，它可對疏水性、親水性化合物直接包埋，且包埋效率較高；富集纖維機(jī)械性能較好；有助于提升生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性，更好保留其功能特性；有助于纖維富集過程中的改性與緩釋釋放等。缺點(diǎn)：纖維生產(chǎn)量較低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；納米纖維從高聚物溶液富集仍然面臨技術(shù)、安全性挑戰(zhàn)。
1.2 靜電噴霧技術(shù)
靜電噴霧技術(shù)和靜電紡絲技術(shù)同樣是利用電場對液滴的作用而設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行“變體”改良。其工作效率也會受高分子聚合物溶液、儀器及環(huán)境等因素影響，早在1952年，Vonnegut等利用電場電壓，通過電霧化的形式獲取微粒，該技術(shù)利用高電壓作用使液滴霧化產(chǎn)生靜電力，通過溶劑蒸發(fā)，使液滴下降時的方向與接地電極相一致，當(dāng)通入5～10kV的電源，高度電離化的液滴流（0.1mm內(nèi)徑）被進(jìn)一步濃縮、蒸發(fā)、包埋并而形成微米或納米級微粒。
靜電紡絲技術(shù)與靜電噴霧技術(shù)的差異點(diǎn)主要與高分子聚合物溶液濃度、溶液內(nèi)部分子間纏結(jié)等有關(guān)，如果高分子聚合物溶液分子間交聯(lián)強(qiáng)、溶液濃度較高，可直接富集微米或納米級纖維，可直接采用靜電紡絲技術(shù)；然而，如果高分子聚合物溶液濃度較低、分子交聯(lián)弱，需要采用靜電噴霧技術(shù)將顆粒流溶液進(jìn)一步揮干，形成有效包埋，獲得微米或納米級微膠囊。
靜電噴霧技術(shù)工作流程如圖4所示。它使注射器頂端的高分子聚合物溶液瞬間帶電，然后在高壓作用下，使該溶液有效霧化、迅速剪切、濃縮蒸發(fā)、包埋而獲得微米或納米級微粒，工作流程分為以下3步：a.高分子聚合物溶液在高壓電場作用下瞬間加速，液滴泰勒錐逐漸形成（或未形成）并與噴絲頭分離；b.高分子聚合物溶液液滴瞬間裂解為微型液滴；c.微型液滴在收集器表面采用噴霧形式獲得微米/納米級包埋體。靜電噴霧設(shè)備的“變體改良”形式主要有同軸靜電噴霧和乳液靜電噴霧等。
圖4 靜電噴霧技術(shù)變體工作簡圖
靜電噴霧技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。優(yōu)點(diǎn)：有效利用帶電液滴自分散特點(diǎn)，避免液滴間聚合；能夠有效包埋、生產(chǎn)微米/納米級微膠囊顆粒；操作簡易、性價比高；溶劑使用量相對較少、避免使用更多表面活性劑、溶劑殘留量較少，能夠應(yīng)用于農(nóng)業(yè)食品領(lǐng)域。缺點(diǎn)主要是微米/納米顆粒獲得量較少，偶爾需要使用交聯(lián)試劑，會面臨食品安全挑戰(zhàn)。
1.3 影響電流體動力學(xué)加工技術(shù)效果的重要因素
通過電流體動力學(xué)加工技術(shù)富集纖維或包埋微粒效率很大程度上受高分子聚合物溶液特性、加工與環(huán)境條件的影響。高分子聚合物溶液特性包括高分子聚合物溶液種類、黏度、分子質(zhì)量、表面張力、極性等；加工條件包括溶液電導(dǎo)率、流速、施加電壓、噴絲頭-接收器距離等，環(huán)境條件包括溫度和濕度。
高分子聚合物溶液的黏度受濃度、分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、構(gòu)象及溶液類型等因素影響。它顯著影響電流體動力學(xué)加工的纖維體/微膠囊直徑。如果黏度高，低表面張力有助于穩(wěn)定靜電紡絲纖維體的形成，增加“電紡”纖維直徑；而黏度低、高表面張力有助于靜電噴霧微膠囊的形成，通過調(diào)節(jié)溶液酸堿性、表面活性劑含量等，改變界面張力，從而有利于“電紡”和“電噴”有效切換。
如果高分子聚合物溶液不導(dǎo)電，就不能采用靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)處理。如果在高分子聚合物溶液體系適當(dāng)加入極性溶液（如水、乙醇、甲酸、乙酸、異丙醇、二甲基亞砜、丙酮）或非極性溶液（氯仿、乙酸乙酯），溶液電導(dǎo)率會影響“電紡”和“電噴”產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)變化，適當(dāng)提升溶液電導(dǎo)率，有助于縮小電流體加工產(chǎn)品的直徑。
高分子聚合物流量泵流速對噴絲頭注射速率、高分子聚合物溶液泵出速率及有效含量等都會有一定影響。噴絲頭-接收器距離（一般為5～15cm），距離增加伴隨著電壓升高，適當(dāng)增加距離有助于縮小電流體加工產(chǎn)物內(nèi)徑，而距離不足可能導(dǎo)致溶劑部分蒸發(fā)，影響高分子聚合物的漂浮時間，對電流體加工產(chǎn)物有負(fù)面影響。
另外，環(huán)境條件中的溫度、濕度也會影響電流體動力學(xué)加工產(chǎn)品的加工效果，需要根據(jù)電流體動力學(xué)加工所得產(chǎn)物的特性，優(yōu)化溫濕度條件，在操作時維持恒溫、恒濕狀態(tài)。
2 用于食品加工的生物分子原料
電流體動力學(xué)加工技術(shù)所用食品加工的生物分子原料主要有3種類型：多糖、蛋白及其他類功能因子。
多糖由重復(fù)的單糖組成（糖苷鍵相連），多糖原料來源較為豐富、提純成本較低、并具有化學(xué)多樣性和生物活性，常用于食品電流體動力學(xué)加工。纖維提取、富集及包埋溶液對于多糖的選擇需要根據(jù)多糖分子質(zhì)量、功能基團(tuán)、帶電及改性難易程度而有所差異，當(dāng)然為避免或延緩多糖溶液剪切變稀，還需要再添加助紡劑，如聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、支鏈淀粉等。比較常見的多糖有黃原膠、海藻酸鈉、淀粉、環(huán)糊精、普魯蘭多糖、葡聚糖、改性纖維素、殼聚糖等。這些多糖應(yīng)用于食品電流體動力學(xué)加工技術(shù)時需要酸度調(diào)節(jié)劑及其他“助紡因子”參與，如甲酸、乳酸、三氟乙酸、二甲亞砜、二甲基乙酰胺、甲酰胺、丙酮、戊二醛、二氯甲烷、甘油、乙醇、Na2CO3等。
蛋白由特定的氨基酸序列的多肽組成（肽鍵相連），其特殊的空間結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能受外界因素的影響而發(fā)生變化，常用于食品電流體動力學(xué)加工技術(shù)所用的蛋白質(zhì)有玉米朊（Zein）、面筋蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白、明膠等。蛋白質(zhì)類原料可能由于自身表面張力較高，難以在“電紡”過程中形成穩(wěn)定泰勒錐，另外其分子質(zhì)量較低，“電紡”過程會受到紡絲纏繞較為困難、溶液帶電能力有限等因素影響，因此也需要根據(jù)“電紡”與“電噴”需要，及時加入高分子聚合物溶液中有機(jī)溶劑（如三氟乙醇）、蛋白變性劑（如β-巰基乙醇和二硫蘇糖醇）、表面活性劑等其他“助紡劑”，通過調(diào)節(jié)pH、輔助加熱等對蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，穩(wěn)定高聚物溶液特性。
其他類功能因子，如類黃酮、羥基肉桂酸、花色素和類胡蘿卜素等，具有抗氧化、抗炎癥、抗菌性和抗癌等功能，然而這類功能因子易于氧化、降解等，引起食品變色、產(chǎn)生不良風(fēng)味。因此需要通過蛋白質(zhì)、多糖混合的高分子聚合物溶液，并結(jié)合“電紡”“電噴”，實(shí)現(xiàn)最大限度地維系其功能特性。
3 電流體動力學(xué)加工技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用
靜電紡絲技術(shù)能夠?qū)⒏呔畚锶芤和ㄟ^高電壓電場，加強(qiáng)食品中多樣化纖維紡絲定向纏繞、混合，形成微米/納米級纖維體，它可根據(jù)需要對纖維體靈活“改造”；靜電噴霧技術(shù)則通過高電壓電場作用，濃縮、蒸發(fā)高分子聚合物溶液中溶劑，使壁材-芯材形成良好包埋，生產(chǎn)出微米/納米級微膠囊顆粒。由于電流體動力學(xué)加工技術(shù)的核心是生產(chǎn)微米或納米級纖維體或微膠囊顆粒，在食品中除了像傳統(tǒng)紡織一樣“修飾”食品，提升感官沖擊力度；還可以通過“電噴”方式構(gòu)建食品微膠囊，它可有效保護(hù)食品中的功能因子特性，有效保障食品中的功能因子的緩釋釋放，生產(chǎn)出高品質(zhì)食品。它主要應(yīng)用于食品功能因子微膠囊包埋、固定化酶、生物傳感器與食品活性包裝開發(fā)、食品3D打印輔助技術(shù)，并適用于未來食品加工。
3.1 食品功能因子微膠囊包埋
微膠囊包埋技術(shù)對于活性功能因子的保護(hù)和運(yùn)載發(fā)揮了重要功能。它將食品中活性成分（如抗氧化劑、必需氨基酸、維生素、益生菌等）包埋到壁材（如糖類、蛋白質(zhì)、脂類）中，微膠囊包埋不僅提升了食品功能因子的穩(wěn)定性、生物可利用度、緩釋釋放的精準(zhǔn)性，同時可避免該類物質(zhì)氧化、降解，產(chǎn)生不良?xì)馕丁?/div>
通過噴霧干燥、冷凍干燥、乳化、凝聚法、納米沉淀法等可以實(shí)現(xiàn)食品功能因子的微膠囊包埋。當(dāng)然上述方法工藝流程相對復(fù)雜，對被包埋物（芯材）有一定要求，生產(chǎn)出的食品微膠囊不能達(dá)到微米/納米級。而電流體動力學(xué)加工技術(shù)能夠在常溫操作，很好地實(shí)現(xiàn)微米/納米級微膠囊包埋。例如，采用靜電紡絲技術(shù)，可將高分子聚合物溶液（蛋清:聚環(huán)氧乙烷=1:0.3）制備為纖維體，通過靜電噴霧技術(shù)，可將40%乳清蛋白作為壁材，其他生物活性物質(zhì)作為芯材進(jìn)行微膠囊包埋，微米級微膠囊尺寸為1724±524nm，亞微米級為336.6±218.8nm，納米級（Nano）為83.1±11.5nm（圖5）。除了多糖作為電流體動力學(xué)加工的壁材，該技術(shù)還可以利用更多天然膠體（如大豆蛋白、膠原、明膠、谷朊粉、酪蛋白）溶液作為纖維富集液或壁材，富集功能性纖維或包埋食品功能活性物質(zhì)（如益生菌、β-胡蘿卜素、槲皮素、阿魏酸、葉酸），劉凱龍等認(rèn)為，通過電流體微膠囊包埋，在整體反應(yīng)條件溫和的前提下，成功實(shí)現(xiàn)納米/微米級微膠囊包埋乳雙歧桿菌、嗜酸乳酸桿菌、植物乳桿菌、嬰兒雙歧桿菌等益生菌，為后續(xù)開發(fā)高活性、高活菌數(shù)量益生菌制劑提供一種可行的途徑。電流體動力學(xué)加工技術(shù)通過生物兼容、可降解、食品級高分子聚合物溶液，從而富集功能性纖維，并有效包埋、穩(wěn)定熱敏性食品功能因子。
圖5 靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)高分子聚合物纖維（a）及靜電噴霧技術(shù)微膠囊（b）形態(tài)圖
注：a 中高分子聚合物溶液由蛋清:聚環(huán)氧乙烷=1:0.3組成；b 中高分子聚合物由蛋清:聚環(huán)氧乙烷=1:0.3組成。
3.2 固定化酶的開發(fā)
酶是具有高效、特異性的天然催化劑，然而單獨(dú)使用成本較高、難回收、對熱和pH敏感、酶活性容易失活，很難進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。固定化酶技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)將酶固定在特定位置，在增強(qiáng)其穩(wěn)定性的同時，高效發(fā)揮其催化能力?？傮w而言，靜電噴霧技術(shù)在酶的固定化方面開發(fā)得比較少，同軸靜電紡絲和多噴絲頭靜電紡絲技術(shù)更多用于酶的包埋，它能夠?qū)⒚肝锢?共價吸附、富集到納米纖維表面，并形成疏松多孔的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)揮固定化酶的催化能力。例如，Coelho等采用該技術(shù)結(jié)合聚乙烯醇/聚丙烯酸納米纖維能夠有效固定α-淀粉酶的酶活能達(dá)到90%。Jaworek采用該技術(shù)將Candida rugosa中的脂肪酶通過海藻酸鈉溶液固定，其中固定化酶效率達(dá)到98.2%～99.2%，酶活力最高可達(dá)752IU/g，達(dá)到非固定化酶活力的75%。
3.3 生物傳感器的開發(fā)
生物傳感器通過生物來源傳感元件（如酶、微生物、免疫系統(tǒng)、組織、器官、細(xì)胞）識別，選擇性定量或半定量特殊化學(xué)物質(zhì)（如尿素、細(xì)菌、氣體、乙醇、葡萄糖、抗原），通過響應(yīng)信號轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)快速、無損、低成本、批量檢測，廣泛應(yīng)用于食品物理、化學(xué)及生物反應(yīng)檢測，電流體動力學(xué)加工技術(shù)將特殊的生物傳感元件固定在納米纖維上，從而開發(fā)生物傳感器。例如，Neo等采用該技術(shù)將葡萄糖氧化酶固定到金電極表面，從而形成電流響應(yīng)的酶傳感器，該電極能夠快速對0.5mmol/L葡萄糖響應(yīng)，實(shí)時、在線監(jiān)測食品發(fā)酵情況。Marx等采用該技術(shù)將果糖脫氫酶與戊二醛交聯(lián)、固定于金納米纖維，形成酶傳感器，該傳感器響應(yīng)靈敏、精確性較好。
3.4 食品活性包裝（涂膜）
食品活性包裝，是將活性成分與包裝材料融為一體的技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)包裝相比，活性成分的釋放有助于進(jìn)一步延長包裝食品貨架期、維持其品質(zhì)與安全特性。近年來，天然高分子聚合物的活性食品包裝材料逐漸成為研發(fā)的重點(diǎn)。電流體動力學(xué)加工技術(shù)可通過改進(jìn)原始包裝結(jié)構(gòu)與功能，靜電噴霧技術(shù)可將生物活性成分富集至纖維體中，以天然高分子聚合物作為壁材（基材），活性物質(zhì)作為芯材，通過微膠囊包埋，有機(jī)融合原始包裝材料，從而開發(fā)食品活性包裝（涂膜），靜電紡絲技術(shù)則富集生物活性功能纖維，可直接附著在食品表面形成活性涂膜（表1）。從表1可以看出，電流體動力學(xué)加工技術(shù)可有效富集高分子聚合物溶液纖維，有效對生物活性成分進(jìn)行微膠囊包埋，通過與食品包裝融合，從而賦予食品包裝更多功能特性（如抗氧化、抗菌、護(hù)色、防水等）。
3.5 食品3D打印輔助技術(shù)
電流體動力學(xué)加工技術(shù)加工所用的原材料取材廣泛，能夠進(jìn)一步用于融化物、乳液等高分子聚合物溶液加工，可與納米材料生產(chǎn)有機(jī)融合，生產(chǎn)納米/微米級纖維及微膠囊。如果將現(xiàn)有靜電紡絲噴絲頭與食品3D打印機(jī)“無縫鏈接”，有助于高效、定制化生產(chǎn)可復(fù)制、高品質(zhì)3D打印食品，助力未來食品3D打印技術(shù)發(fā)展。
靜電紡絲技術(shù)可富集、生產(chǎn)出微米/納米級纖維，靈活“修飾”3D打印食品，改善食品外觀。靜電噴霧技術(shù)可實(shí)現(xiàn)食品功能性成分及不易進(jìn)行3D打印的食品原料（如肌肉纖維、活細(xì)胞、益生菌）微米/納米級微膠囊包埋，如果該技術(shù)與食品3D打印融合，可另辟蹊徑打印部分“不可打印”3D食品原料，進(jìn)一步改善3D打印食品原料營養(yǎng)單一，長期食用可引發(fā)慢病風(fēng)險(xiǎn)的情況。
電流體動力學(xué)加工技術(shù)生物制備所用的打印“墨汁”為聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚環(huán)氧乙烷和絲素蛋白等。聚己內(nèi)酯作為其中一種生物可降解、低熔點(diǎn)（59～64℃）、溶解性好、使用簡便的合成聚酯，能夠廣泛應(yīng)用于熔融沉積成型和選擇性激光燒結(jié)型食品3D打印系統(tǒng)，將電流體動力學(xué)加工技術(shù)（靜電紡絲）與3D打印相結(jié)合，容易生產(chǎn)出3D打印所需的食用“墨汁”，起到“雕刻”3D打印食品的作用。例如，該技術(shù)生產(chǎn)出的聚己內(nèi)酯/玉米朊食用“墨汁”具有較好的楊氏模量、應(yīng)力、細(xì)胞生物兼容性和可降解性，目前國內(nèi)外關(guān)于該技術(shù)與3D打印融合方面的研究在組織工程學(xué)已經(jīng)有所涉及，而在食品領(lǐng)域的研究仍然比較少，后續(xù)研究可考慮靜電噴霧技術(shù)與食品3D打印融合方向，提升3D打印食品營養(yǎng)，拓展該技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。
4 結(jié)論與展望
靜電紡絲和靜電噴霧技術(shù)如“左膀右臂”，共同組成電流體動力學(xué)加工技術(shù)。該技術(shù)屬于非熱加工技術(shù)，可用于包埋食品功能因子（形成微膠囊）、固定化酶及生物傳感器、食品活性包裝、食品3D打印輔助技術(shù)等。未來需要進(jìn)一步優(yōu)化電流體動力學(xué)加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微米/納米級纖維/微粒工業(yè)化生產(chǎn)；需將更多新食品資源（如動/植物基蛋白、益生元、益生菌）納入該技術(shù)的研發(fā)領(lǐng)域，減輕供需壓力；需要研發(fā)與該技術(shù)匹配的天然、低毒、生物可降解、環(huán)境友好型高分子聚合物材料，部分或全部取代合成高分子聚合物溶劑，保證食品安全。該技術(shù)需要將多元化消費(fèi)者需求、營養(yǎng)健康、大食物觀、食品安全等理念“內(nèi)化于心、外化于行”，有機(jī)融合其他新技術(shù)（如大數(shù)據(jù)、智能制造、3D打?。?，將為推動未來食品發(fā)展注入新的動力，直面效率、定制化、綠色環(huán)保、可持續(xù)、食品安全、健康飲食等未來食品研發(fā)的痛點(diǎn)問題，助力全球化經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
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