将Nepeta pogonosperma L.的精油包裹在纳米植物体中，以实现其在静电纺纳米纤维中的持续释放

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Nanophytosomal encapsulation of Nepeta pogonosperma L. essential oils for sustained release in electrospun nanofibers

纳米植体制备Salep/PVA电纺垫增强精油稳定缓释用于食品包装，主成分1,8-桉叶油醇（28.21%）和Nepetalactone（13.49%），包封效率90.33%，粒径105.74 nm，对HT-29细胞毒而未损伤HUVEC，在水和油介质中90天保持活性。

　　

穆罕默德·埃克拉米（Mohammad Ekrami）|贝赫达德·肖克罗拉希·扬切什梅（Behdad Shokrollahi Yancheshmeh）|尼玛·莫巴希（Nima Mobahi）|内加尔·罗沙尼-德赫拉吉（Negar Roshani-Dehlaghi）|阿里·埃克拉米（Ali Ekrami）|扎赫拉·埃玛姆-乔梅（Zahra Emam-Djomeh）|穆罕默德雷扎·萨莱希（Mohamadreza Salehi）|穆罕默达明·穆罕默迪法尔（Mohammadamin Mohammadifar）

伊朗卡拉杰德黑兰大学农业工程与技术学院食品科学与技术工程系转移现象实验室（Transfer Phenomena Laboratory, TPL）

摘要

本研究旨在通过开发一种基于静电纺丝萨莱普黏液（Salep mucilage, SA_MU）/聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol, PVA）纳米纤维的缓释系统来解决对可持续食品包装日益增长的需求，该系统负载了纳米植物囊泡（Nanophytosomes, NP_H）包裹的Nepeta pogonosperma L.精油（N_{EO）。该研究旨在提高NEO在食品包装应用中的生物利用度和稳定性。气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC–MS）分析显示，1,8-桉叶油醇（1,8-Cineole, 28.21%）和4aα-7α-7aα-牛儿茶酮（4aα-7α-7aα-Nepetalactone, 13.49%）是NEO的主要成分。实验结果表明，NEO在60 mg/L浓度下对人类结肠癌细胞（HT-29）具有明显的细胞毒性，但对正常人脐静脉内皮细胞（Human Umbilical Vein Endothelial Cells, HUVEC）则无毒性。NPH-NEO具有较小的粒径（105.74 nm）、较低的聚分散指数（Polydispersity Index, PDI，0.243）、负的Zeta电位（?12.51 mV）、较高的包封效率（90.33%），并且通过场发射扫描电子显微镜（Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM）验证其具有显著的热力学稳定性及球形结构。差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）和傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）进一步证实了NPH-NEO在静电纺丝层中的存在。这些静电纺丝层能够在水、乙醇和油性介质中实现NEO的局部和持续释放，并在90天内保持其抗氧化和抗菌活性。因此，NPH-NEO负载的SAMU/PVA静电纺丝层为活性、多阶段释放的食品包装提供了一个有前景的平台，可提升包装的稳定性、生物活性，并有助于改善食品安全性和保质期。}

引言

Nepeta pogonosperma L.属于唇形科（Lamiaceae），具有显著的生物活性，包括抗氧化和镇痛作用，但由于其强烈的风味和稳定性问题，其在食品和制药领域的应用受到限制（Sharifi & Sharifi, 2023）。尽管如此，精油（Essential Oils, EO）由于气味浓烈、稳定性差和溶解度有限，在食品和制药行业仍面临诸多挑战（Qazi et al., 2025）。因此，需要开发有效的包封技术来提升它们的性能。微米和纳米级载体因能增强生物活性化合物的溶解度、稳定性和控制释放而受到广泛关注。其中，基于脂质的纳米囊泡（Nanophytosomes）因能有效稳定精油并提高其生物利用度而备受重视（L. Li et al., 2025）。触发型和靶向释放机制进一步实现了对化合物释放的空间和时间控制，提高了释放效率和选择性（W. Zhang et al., 2022）。 纳米囊泡作为基于脂质的囊泡系统，最近在提高草药提取物（尤其是精油）的生物利用度和稳定性方面展现了巨大潜力，能够保护精油免受环境降解。本研究将纳米囊泡包封技术与静电纺丝纳米纤维相结合，为食品包装中的精油释放提供了可控性和保护作用（Keskin et al., 2024; Maleki et al., 2025）。与传统固体脂质纳米颗粒相比，纳米囊泡在酸性环境中的稳定性更强，干燥过程中不易聚集，且载药量更大（L. Li et al., 2025）。传统的缓释系统通常受单一、时间依赖的释放机制限制，对不同环境的适应性较差（Westlake et al., 2022）。而纳米囊泡可实现双阶段释放机制，能够动态响应环境刺激，从而更灵活、精确地调节释放动力学（L. Zhang et al., 2023）。 静电纺丝纳米纤维因其高表面积、优异的载药能力和可控的缓释性能而成为混合释放系统的理想选择（Gunderen et al., 2025; Sree et al., 2025）。这些特性使其特别适用于需要长时间释放和稳定性的制药、生物医学和食品包装领域（Sree et al., 2025; Wang et al., 2025）。除了静电纺丝外，还有多种其他纤维加工技术可用于制备特定应用的功能性纳米纤维。例如，熔融纺丝（Melt Spinning）是纺织工业中常用的纤维制备方法，但难以生产出与静电纺丝同等细小的纤维，且可能需要较高的加工温度，可能影响某些生物活性化合物的性质（Azizi et al., 2025）。溶液吹塑（Solution Blow Spinning）利用高压空气形成纳米纤维，但纤维的均匀性和机械性能较差（Yavuz et al., 2025）。静电纺丝的优势在于能生产出直径可调的纤维，具有较大的表面积，并能将多种生物活性化合物纳入纤维基质（Rêgo et al., 2025）。此外，静电纺丝还能精确控制纤维的形态和孔隙率，这对优化释放特性和与环境相互作用至关重要（Gunderen et al., 2025）。然而，静电纺丝过程相对较慢，不适合大规模生产；同时，使用溶剂可能带来环境问题，尽管最新的绿色静电纺丝方法正在解决这些问题（M. Ekrami, Ekrami et al., 2022）。在选择合适的纤维加工技术时，了解各种技术的优缺点至关重要。 天然和合成聚合物均可通过静电纺丝制成纳米纤维。萨莱普（Salep）是一种富含葡甘露聚糖（Glucomannan，16–55%）的兰花块茎提取物，因其生物相容性、功能性及药用价值而备受青睐（M. Ekrami, Ekrami et al., 2022）。 在本研究中，我们结合了萨莱普黏液和PVA静电纺丝纳米纤维，并利用纳米囊泡技术包裹N_EO，开发了一种新型的缓释食品包装系统，旨在提高食品包装中生物活性化合物的稳定性、生物利用度和可控释放。这种系统能够实现长时间、局部的释放，增强抗氧化和抗菌性能，为活性食品包装提供了新的解决方案。通过将纳米囊泡包封技术与静电纺丝纳米纤维结合，本研究克服了传统精油释放系统的局限性，提升了生物活性保留率。未来还需进一步研究以验证其在实际食品环境中的有效性。

材料

Nepeta pogonosperma L.样本采集自伊朗卡兹温省（Qazvin Province），并在伊朗卡拉杰德黑兰大学农业工程与技术学院食品科学与技术工程系的转移现象实验室（Transfer Phenomena Laboratory, TPL）进行保存。如需参考，可随时索取。本研究使用的材料信息如下： - Na₂SO₄（无水，超纯） - 甲醇（实验室级） - 二甲基亚砜

N_EO的化学特性

N_EO呈黄色（图2A），具有强烈的香气，提取率为2.03%。GC/MS分析显示其化学组成为：1,8-桉叶油醇（28.21%）、4aα-7α-7aα-牛儿茶酮（13.49%）和α-萜品醇（5.02%），这些成分与先前研究结果一致（Ali et al., 2012）。

结论

本研究成功开发了一种基于静电纺丝萨莱普黏液/聚乙烯醇纳米纤维的缓释食品包装系统，该系统负载了纳米植物囊泡包裹的Nepeta pogonosperma精油。主要目标是提高N_EO在食品包装中的稳定性、生物利用度和可控释放。包封过程实现了90.33%的高包封效率，N_EO颗粒的粒径为105.74 nm，聚分散指数较低。

CRediT作者贡献声明

穆罕默德·埃克拉米（Mohammad Ekrami）：撰写初稿及可视化制作。 贝赫达德·肖克罗拉希·扬切什梅（Behdad Shokrollahi Yancheshmeh）：审稿与编辑。 尼玛·莫巴希（Nima Mobahi）：实验研究。 内加尔·罗沙尼-德赫拉吉（Negar Roshani-Dehlaghi）：实验研究。 阿里·埃克拉米（Ali Ekrami）：实验研究。 扎赫拉·埃玛姆-乔梅（Zahra Emam-Djomeh）：项目监督与管理。 穆罕默德雷扎·萨莱希（Mohamadreza Salehi）：概念设计。 穆罕默达明·穆罕默迪法尔（Mohammadamin Mohammadifar）：资金筹集与数据管理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。

性质	条件	结果
粒径（纳米）		105.74 ± 6.88 nm
Zeta电位（mV）		?12.51 ± 1.09 mV
聚分散指数（PDI）		0.243 ± 0.026
pH值		6.68 ± 0.34
包封效率（%）		90.33 ± 6.25%
载药量（%）		32.18 ± 2.74%
稳定性	25°C下30天