复合胶束微胶囊与茶多酚棕榈酸酯对马拉精油风味热稳定性的共同调控作用及其在热加工食品中的应用

《Food Bioscience》：The combined regulation of complex coacervated microcapsules and tea polyphenol palmitate on the thermal stability of the flavor of mala essential oil and its application in heat-processed foods

农药残留与病原菌抗药性促使开发更安全的生物基抗真菌替代品。本研究通过将肉桂精油（CEO）与聚多酚接枝壳聚糖（PCSGA）复合，显著增强了抗真菌活性。体外实验显示协同增效作用，SEM/TEM证实破坏真菌细胞膜及细胞器，分子对接显示PCSGA与CYP51等靶蛋白强结合。体内苹果试验表明最优配方（200 μg/mL PCSGA + 300 μL/L CEO）能有效抑制目标真菌。

　　

卓旭|吴斌|牛彦飞|陈倩|梁坤|饶小平|吴春华

国家林业和草原管理局西南地区高效利用林业生物质资源重点实验室，西南林业大学，中国云南昆明，650224

摘要：

农药残留的存在以及病原体抗性的增加，迫切需要安全高效的生物基抗真菌替代品。本研究开发并评估了一种由没食子酸接枝壳聚糖的C₆-OH（PCSGA）与三种植物精油（EOs）组成的复合物的抗真菌活性。其中，含有肉桂精油的配方（CEO）表现出显著的协同效应。该复合物严重破坏了真菌细胞膜的通透性。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察显示细胞壁和膜受到严重损伤，导致细胞内容物泄漏和内部器官溶解。在苹果上的体内实验验证了该复合物的保护效果。分子对接预测PCSGA与肉桂醛与CYP51、SOD、POD和CAT蛋白之间存在强烈的结合相互作用。值得注意的是，PCSGA与CAT的结合能为-7.8 kcal/mol，而肉桂醛为-6.1 kcal/mol。总之，当PCSGA与CEO结合时，其抗真菌活性显著增强。在体内实验中，含有200 μg/mL PCSGA和300 μL/L CEO的配方对目标真菌具有杀菌效果。考虑到精油的挥发性，400 μg/mL PCSGA与600 μL/L CEO的组合在苹果保护方面显示出良好的潜力。

引言

真菌是最大的植物病原体群体。这些病原体通过多种机制对作物造成严重损害，导致全球产量大幅下降（Fones等人，2020年）。化学农药长期以来一直是控制植物病原体的核心手段，并主导了作物保护策略（Degani，2025年）。然而，公众对合成化学品安全性的日益关注，加上抗性真菌菌株的逐渐出现（Hay等人，2019年），使得研究重点转向开发环保替代品。1989年，联合国粮食及农业组织（FAO）启动了一个强调植物农药的国际项目（Kabir & Rainis，2013年）。例如，在孟加拉国，蔬菜种植者经常使用印楝提取物作为多种植物农药之一。多项研究表明，植物农药可以被视为合成农药的可行替代品，以维持生态平衡，保护人类和环境健康，并实现农业产出的可持续增长和农民收入（Carmello等人，2025年；Kabir等人，2024年；Manta等人，2025年）。

壳聚糖（CS）是一种从几丁质脱乙酰化得到的天然多糖。它主要来源于动物的外骨骼，如虾、蟹和龙虾的壳，也可以从昆虫角质层、真菌细胞壁和某些类型的藻类中提取（Kozma等人，2022年；Wijesekara & Xu，2024年；D. Zhou，2025年）。CS是仅次于纤维素的第二大天然聚合物，由于其显著的抗菌活性（Vicente等人，2024年）、优异的生物相容性和环保的可降解性（Zhou等人，2025年）以及广泛的可用性，成为开发生物农药的非常有前景的候选材料。没食子酸（GA）是一种天然植物多酚化合物，主要从中国五倍子中提取，以其强大的抗菌、抗病毒和抗氧化特性而闻名（Riaz等人，2024年）。Chang等人（Chang，2025年）成功开发了一种基于壳聚糖的薄膜，利用了木焦油酸中的丰富多酚，显示出广谱抗菌效果。这种薄膜在实际应用中有效减少了苹果的褐变和水分损失，并表现出强烈的抗氧化活性。在另一项研究中，Zhou等人（Zhou，2025年）通过将纳米羟基磷灰石掺入CS中并加载多酚化合物，制备了一种复合薄膜。他们发现这种改性薄膜有效抑制了半干Pampus cinereus鱼表面微生物的生长，从而延长了其保质期。Lu等人（2024年）合成了具有抗氧化、抗炎和广谱抗菌活性的光交联水凝胶，对革兰氏阳性细菌的效力更强。该水凝胶的特性已在体外和体内实验中得到验证，显示出作为生物医学敷料的潜力。Chen等人（2024年）开发了一种新型月桂酸壳聚糖疏水薄膜，其中“月桂酸”是GA的疏水衍生物。这种疏水薄膜可以快速捕获和消除细菌和生物膜，有效促进伤口愈合。

精油（EOs）主要是芳香族且天然存在的挥发性有机化合物，存在于植物的各个部分，如种子、花朵、果皮、茎、树皮和整个植物本身（Bhavaniramya等人，2019年）。某些用于防止储存期间食物腐败的植物精油被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为一般公认安全（GRAS）物质（Djenane等人，2012年）。这些精油作为有效的天然杀菌剂和抑菌剂，可以抑制采后水果和蔬菜中病原体的生长。例如，Chen等人（Chen，2025年）证明Artemisia argyi精油（AAEO）对Botrytis cinerea、Alternaria alternata和Penicillium digitatum具有强烈的抑制作用，有效降低了蓝莓在储存过程中的腐烂率。在另一项研究中，Yang等人（Yang，2025年）发现薄荷精油（PEO）对Listeria monocytogenes非常有效，突显了其作为强效天然抗菌剂的潜力。Yang等人（Yang等人，2024年）开发了装载牛至精油的明胶-阿拉伯树胶微胶囊。由此产生的薄膜有效延长了草莓的保质期7天。同时，在我们之前的研究中，我们的研究小组初步筛选了多种植物精油的抗真菌活性，并选择了三种最有效的精油进行进一步研究：肉桂精油（CEO）、广叶香叶油（LCO）和冬青精油（WEO）（Li等人，2025年）。

我们的研究小组之前进行了实验，评估了没食子酸改性壳聚糖产品的溶解性和抗氧化活性。这些评估包括对芒果的测试，证实了改性产品具有较高的水溶性并显著增强了抗氧化性能。值得注意的是，PCSGA是一种将GA接枝到CS的C₆-OH位置的改性产品，对某些植物病原真菌表现出强烈的抑制作用，并具有强大的抗氧化能力。这一结论也在使用其他天然产品修改CS的实验中得到了证实。例如，Xu等人（2025a，2025b）使用丙烯基海松酸，Li等人（2024）使用脱氢松香酸来修改CS。两组都获得了一致的结果：保留氨基的改性策略产生了具有更优抗真菌活性的产品。然而，PCSGA在控制Valsa mali（EC₅₀ = 196.57 μg/mL）和Phytophthora infestans (Mont.) de Bary（EC₅₀ = 182.82 μg/mL）方面的效果相对较弱，而在控制Phytophthora capsici（EC₅₀ = 68.69 μg/mL）方面效果较好，这由EC₅₀值可以看出。基于我们研究小组之前的实验结果，我们假设将具有抗真菌特性的PCSGA与已知具有强抗真菌活性的植物精油结合，将提高配方的整体抑制效果。

PCSGA是一种相对罕见的没食子酸改性壳聚糖类型，它专门在C₆-OH位置进行接枝，同时保留了自由氨基。C₂-NH₂基团是CS广谱抗菌活性的核心功能基团。质子化后，该基团带有正电荷，可以与真菌细胞膜的负表面发生强烈的静电相互作用，从而增加其通透性（Liu等人，2024年）。在N位置进行接枝会消除这种正电荷，可能会削弱基于电荷的抗菌机制。其次，C₆-OH位点的空间阻碍相对较低，反应性适中，有利于实现可控的改性和高程度的接枝。因此，C₆-OH接枝策略引入了新的功能基团（GA的酚羟基），同时保留了CS的天然多阳离子性质。这为创建多种协同抗菌机制奠定了结构基础。我们团队之前开发了一系列树脂酸改性的CS衍生物。这些研究主要侧重于利用疏水萜类结构来增强CS的疏水相互作用、成膜性能和抑制活性。本研究的根本区别在于引入了完全不同的功能。与疏水树脂酸不同，GA是一种强亲水的多酚。这导致PCSGA的关键性质发生了变化，包括溶解性和作用方式。因此，PCSGA不仅仅是之前工作的重复；而是基于不同机制假设和功能目标设计的新一代CS衍生物。

本研究首次系统地研究了PCSGA与植物精油的组合。通过体外筛选两种植物病原真菌，我们确定了最佳组合比例。随后的物理化学表征，包括电子显微镜、膜通透性测定和细胞质泄漏测试，证实PCSGA–精油复合物比单独的PCSGA或在相同浓度下的精油具有更强的抗真菌活性，并且对细胞造成了更大的损伤。体内实验在苹果上的进一步验证了这种增强的抗真菌效果，与四种特定蛋白质目标的分子对接模拟为实验结果提供了有力的解释。

材料

肉桂精油（CEO）、广叶香叶油（LCO）和冬青精油（WEO）为内部制备。壳聚糖（CS，分子量：30,000；脱乙酰度：≥85%；粘度（1% H₂O，20 °C）：200–250 cps；pH（1% H₂O）：6.5–8.5）购自上海Macklin生化科技有限公司。没食子酸（GA）、1-羟基苯并三唑（HOBt）、邻苯二甲酸酐（PA）、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、N,N-二甲基甲酰胺

结构分析

图1显示，PCSGA及其中间体的¹H NMR光谱中3.48-3.84 ppm范围内的峰归属于CS主链上的质子（Paiva等人，2021年），而7.33至7.95 ppm之间的峰对应于PMCS和PMCSGA中邻苯二甲酸酐（PA）环的芳香质子（Braz等人，2020年）。PCSGA的谱图中出现了新的峰，位于8.21和8.35 ppm，分别归属于没食子酸（GA）的邻位和对位羟基质子

结论

本研究成功合成了氨基保护的没食子酸改性壳聚糖（PCSGA），并评估了其抗真菌活性，包括单独使用以及与精油（CEO、WEO、LCO）结合使用的情况。对最有效配方的抗真菌机制进行了初步研究。实验结果表明，添加CEO显著增强了样品对V. mali的抗真菌活性。观察到CEO具有显著的协同效应

CRediT作者贡献声明

饶小平：验证、监督、方法学。吴春华：写作 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、资金获取、概念化。陈倩：验证、方法学、研究、形式分析。梁坤：验证、方法学、研究。吴斌：验证、方法学、研究。牛彦飞：验证、方法学、研究。卓旭：写作 – 审稿与编辑、初稿写作、验证、研究、数据

未引用参考文献

Chang等人，2016年；Chang等人，2025年；Yang等人，2025年；Zhou等人，2025年；Zhou等人，2025年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（32160414、32460369）；第十四个五年关键研发计划项目（2024YFD2201301）；云南省科学技术厅（202101BD070001-014）；星电产业人才支持计划（YNQR-CYRC-2019-012）的支持。