天然酚类-Cu2-xSe光热纳米颗粒联合近红外辐照在柑橘采后防治扩展青霉中的应用

《LWT》：Natural phenolics-Cu 2-xSe photothermal nanoparticles and their combination with near-infrared irradiation for control of Penicillium expansum in postharvest citrus fruits

本研究针对柑橘采后由扩展青霉(Penicillium expansum)引起的青霉病，开发了一种基于天然酚类化合物还原制备的Cu2-xSe光热转换纳米颗粒(NPs)。研究发现，该纳米颗粒在1064 nm近红外(NIR)光辐照下具有良好的光热效应，单独使用即可抑制扩展青霉生长，联合NIR辐照可显著增强其体外及柑橘果实体内的抗真菌活性。其作用机制涉及破坏真菌细胞壁/膜结构及导致线粒体功能障碍。体内实验表明，该纳米颗粒联合NIR处理能更有效地延缓柑橘果实腐烂，并较好地保持果实品质（如可溶性固形物、可滴定酸、维生素C和总酚含量）。本研究为开发新型、高效、低耐药风险的果蔬采后保鲜策略提供了新思路。

　　

柑橘，以其丰富的品种、营养和风味深受消费者喜爱，是我国南方重要的经济作物。然而，一场看不见的“蓝色危机”正悄然威胁着这份甜蜜的产业。由扩展青霉(Penicillium expansum)引起的柑橘青霉病，是导致采后柑橘腐烂、品质下降并造成巨大经济损失的主要元凶之一。更令人担忧的是，扩展青霉还能产生桔青霉素和展青霉素等霉菌毒素，直接威胁食品安全和人体健康。目前，化学杀菌剂仍是防治采后青霉病的常用手段，但长期大量使用不仅带来环境危害，更易导致病原菌产生耐药性，使得防治效果大打折扣。面对这些挑战，开发新型、高效且环境友好的杀菌剂和杀菌方法，为柑橘果实构筑一道坚固的“防霉墙”，已成为产业可持续发展的迫切需求。

正是在此背景下，一项发表于《LWT - Food Science and Technology》的研究为我们带来了创新的解决方案。西南大学的研究团队将目光投向了纳米材料与光热治疗的交叉领域。他们巧妙地利用天然酚类化合物（如单宁酸、橙皮苷和没食子酸）作为还原剂，成功制备了具有光热转换性能的Cu_2-xSe纳米颗粒。这些纳米颗粒在第二近红外窗口（NIR-II, 1064 nm）激光照射下，能高效地将光能转化为热能，好比一个个微小的“纳米加热器”。研究旨在探究这种新型纳米材料本身及其联合近红外光辐照，在防治扩展青霉及其导致的柑橘采后腐烂方面的效果与机制，并评估其对果实贮藏品质的影响，以期找到一种超越传统化学防治的新途径。

为开展此项研究，作者团队运用了几项关键的技术方法。首先，他们以天然酚类化合物为还原剂和稳定剂，通过改良的化学还原法合成了三种酚类-Cu_2-xSe纳米颗粒（TA-, HD-, GA-Cu_2-xSe NPs），并利用扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对其形貌、尺寸、晶体结构和元素价态进行了系统表征。同时，通过监测纳米颗粒溶液在1064 nm激光照射下的温升，评估了其光热转换性能、浓度与功率密度依赖性以及光热稳定性。在生物学评价方面，研究采用了微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MFC)，通过牛津杯法测定菌落生长直径，并统计孢子产量，系统评估了纳米颗粒在体外对扩展青霉的抑制效果。为了深入揭示其抗真菌机制，研究人员结合了多种荧光染色技术：采用钙白荧光染色(CFW)评估细胞壁完整性，碘化丙啶(PI)染色评估细胞膜完整性，JC-10荧光探针检测线粒体膜电位变化，并使用活性氧(ROS)检测试剂盒探测细胞内ROS水平。此外，通过扫描电镜直接观察了经处理后的菌丝体形态变化。在果实体内实验中，研究选用“爱媛38号”柑橘（购自浙江黄岩天口福家庭农场，采后未经任何化学处理）进行创伤接种，模拟自然感染过程，定期测量病斑直径，并系统测定了处理后果实的硬度、可溶性固形物(TSS)、可滴定酸(TA)、抗坏血酸(Vc)及总酚含量，以综合评价纳米颗粒处理对果实腐烂的抑制效果及对果实贮藏品质的影响。

3.1. 酚类-Cu_2-xSe NPs的表征

研究人员成功合成了三种近球形、尺寸均一的酚类-Cu_2-xSe纳米颗粒，其中以单宁酸制备的TA-Cu_2-xSe NPs尺寸最小（约18.73 nm）。表征证实所合成颗粒为Cu_2-xSe晶体，且铜、硒元素以混合价态（Cu⁺/Cu²⁺， Se⁰/Se^2-）存在。这些纳米颗粒在NIR-II区（~1100 nm）有显著吸收，并在1064 nm激光照射下表现出优异的光热转换性能，温升可达23.3 °C (0.5 W/cm², 6 min)，且性能呈浓度与功率密度依赖性，并具有良好的光热稳定性。

3.2. 酚类-Cu_2-xSe NPs在体外联合或不联合NIR辐照下的抗真菌活性

体外抗真菌实验表明，三种酚类-Cu_2-xSe NPs对扩展青霉均具有抑制活性，其中TA-Cu_2-xSe NPs的抑制效果最佳，其MIC为30 mg/mL。纳米颗粒单独处理可浓度依赖性地抑制扩展青霉菌丝生长和孢子萌发。至关重要的是，联合1064 nm NIR辐照能显著增强所有纳米颗粒的抗真菌效果，导致菌落直径更小、孢子产量更低。这证明纳米颗粒的光热转换性能能够有效提升其杀菌效力。

3.3. 酚类-Cu_2-xSe NPs抗扩展青霉的潜在机制

通过机制探究发现，酚类-Cu_2-xSe NPs的抗真菌作用是多途径的。扫描电镜观察显示，处理后的菌丝体表面变得粗糙、皱缩甚至扭曲。PI染色结果表明，纳米颗粒处理破坏了真菌细胞膜的完整性，且损伤程度随浓度增加而加剧，联合NIR辐照后损伤更甚。CFW染色提示，纳米颗粒联合NIR处理可能影响了细胞壁的成分或结构。有趣的是，ROS检测并未发现处理组有显著的ROS积累，研究人员推测这与纳米颗粒中Cu⁺、Se⁰等不稳定价态元素可清除ROS有关。JC-10染色结果则清晰地表明，纳米颗粒处理会导致扩展青霉线粒体膜电位显著下降，表明引起了线粒体功能障碍，且NIR辐照加剧了这一效应。因此，抗真菌机制主要归因于对真菌细胞壁/膜结构的破坏以及诱导线粒体功能失调。

3.4. 酚类-Cu_2-xSe NPs对柑橘果实中扩展青霉的防治效果

在柑橘果实体内接种实验中，酚类-Cu_2-xSe NPs处理能有效延缓由扩展青霉引起的青霉病病斑扩展，且效果呈浓度依赖性。TA-Cu_2-xSe NPs的防治效果最好。联合NIR辐照处理后，各浓度纳米颗粒组的病斑直径均显著小于单独纳米颗粒处理组，证实了光热效应的协同增强作用。

3.5. 酚类-Cu_2-xSe NPs处理对果实品质的影响

研究不仅关注防病效果，还系统评估了对果实品质的影响。接种扩展青霉会加速果实软化，并导致TSS、TA、Vc及总酚含量下降。而酚类-Cu_2-xSe NPs处理，特别是高浓度(2MIC)处理，能显著延缓果实软化，并使上述品质指标的含量维持在接近未接种健康果实的水平。联合NIR辐照处理后，对果实品质的维持效果更佳，几乎能达到健康果实的品质水平，表明该处理策略在防病的同时能很好地保持果实的营养与商品价值。

研究结论与意义

本研究成功开发了一种基于天然酚类化合物还原制备的Cu_2-xSe光热纳米颗粒。该材料兼具良好的抗真菌活性和NIR-II光热转换性能。研究发现，纳米颗粒单独使用即可通过破坏扩展青霉的细胞膜、细胞壁及引致线粒体功能障碍来抑制其生长，而联合1064 nm NIR辐照可利用其光热效应显著增强这种抗真菌活性。在柑橘果实模型中，该策略不仅能更有效地延缓青霉病引起的腐烂，还能较好地维持果实采后的硬度、糖酸、维生素和抗氧化物质含量，综合保鲜效果优于单独使用纳米颗粒。

该研究的创新性与重要意义在于：在方法学上，首次引入天然酚类化合物参与合成Cu_2-xSe NPs，提升了材料的生物相容性；在应用层面上，开创性地将NIR-II光热治疗策略与纳米材料结合，应用于果蔬采后真菌病害的防治领域。这为解决化学杀菌剂耐药性难题提供了新思路，展示了一种“纳米材料+物理光热”协同作用的绿色保鲜新策略，为未来开发高效、低残留、低风险的农产品采后保鲜技术奠定了重要的实验与理论基础，具有广阔的转化应用前景。当然，研究也指出，未来走向实际应用前，仍需对纳米材料进行系统的长期安全性与残留评估，并解决大规模操作中精准靶向施用的工程化挑战。