将甜菊提取物封装在木质素纳米颗粒中：一种促进其在活性包装中应用的策略

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Encapsulation of stevia extract in lignin nanoparticle: A strategy to facilitate its use in active packaging

　　**Fatemeh Taghinia|Maryam Nikzad|Mohsen Ghorbani|Maryam Khavarpour**
**伊朗巴博尔诺希尔瓦尼理工大学化学工程系**

**摘要：**
近年来，纳米技术的进步使木质素纳米颗粒（LNPs）成为食品应用中生物活性化合物的可持续载体。本研究采用反溶剂沉淀法将姜黄素（SE）封装在LNPs中，以提高其物理化学稳定性、热稳定性、抗菌活性和控释行为。制备并表征了不同SE载量的纳米制剂。最优配方（SE0.03-LNP）的封装效率（EE）达到了89.42%，平均粒径为173.8纳米，粒径分布窄（PDI < 0.1），胶体稳定性高（ZP ≈ ?41 mV）。形态分析表明颗粒呈均匀球形，热重分析显示其热稳定性优于游离SE。封装还增强了抗氧化活性，并显著提高了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果，MIC/MBC值比未封装提取物降低了约4至6倍。在食品模拟介质中的释放研究表明，其释放过程遵循Fickian扩散机制，符合Ritger–Peppas模型。总体而言，这种SE载纳米制剂为天然抗氧化剂的控释提供了一种有前景的绿色纳米载体，具有在活性食品包装和食品保鲜领域的应用潜力。

**引言：**
植物是次级代谢产物的重要来源，长期以来在多个学科中得到应用[1]。近年来，植物提取物在制药和食品行业受到越来越多的关注，主要是因为它们的天然来源以及被认为比合成添加剂具有更少的不良影响[2]。这些提取物含有多种具有不同功能的生物活性分子，如抗菌、抗氧化和抗炎作用。来自植物的化合物能够抑制细菌、病毒、真菌和原生动物的生长[3]。根据化学结构，植物成分可以分为苷类、多糖类、多酚类、有机酸类、黄酮类、萜类和生物碱类等。由于这些特性，植物基化合物越来越受到重视，特别是对于那些重视天然产品且希望产品副作用最小的消费者[4]。随着消费者对无添加剂的食品需求增加以及对合成防腐剂和抗菌素抗性问题的关注，研究和开发稳定有效的植物来源生物活性物质在科学和工业上都具有重要意义。然而，许多植物提取物的实际应用受到其低稳定性和对环境因素敏感性的限制。

**结论：**
天冬甜菜（Stevia rebaudiana）是一种原产于南美的菊科多年生植物/灌木，已被广泛用于饮料和其他产品的天然甜味剂和调味剂[5]。该植物富含黄酮类、单宁、生物碱等酚类化合物，具有抗氧化和抗菌潜力[6]。其叶片中的绿原酸（包括二咖啡酰奎宁酸和咖啡酰奎宁酸衍生物）含量较高[6]。这些植物化学物质因其抗氧化、抗病毒和抗菌特性而在制药、营养和健康领域得到广泛应用[7]。然而，与许多其他植物提取物一样，天冬甜菜提取物（SE）在高温、光照、碱性pH或高湿度等不利条件下容易降解[6]。因此，开发提高SE稳定性的方法对于其在食品系统中的广泛应用至关重要。近年来，食品纳米技术已经成为一个快速发展的跨学科领域，涉及包装、配方、营养、安全、加工和健康等多个方面[8]。纳米封装技术特别有价值，因为它可以保护敏感的生物活性化合物免受环境因素的影响，实现定位释放，并改善封装材料的物理稳定性；甚至在作为食品防腐剂使用时可以掩盖草本提取物或精油强烈的气味[9]。通过这种方法，生物活性成分可以安全地融入食品中，同时提高产品的安全性和整体质量。持续的研究为这些化合物开发了多种载体系统，如纳米乳液、脂质体、纳米胶束、聚合物纳米颗粒和微球[10]。其中，基于生物聚合物的纳米颗粒因其优良特性（如水稳定性、生物降解性、生物相容性和明确的结构组织）受到各行业的关注[10]。已有研究表明，多种生物聚合物（如淀粉、壳聚糖、海藻酸盐、纤维素、木质素和白蛋白）可用于SE的封装[11-13]。尽管有一些关于使用生物聚合物作为SE外壳的研究，但专门针对SE设计的环境友好型、结构稳定且功能活性的纳米载体的研究仍非常有限[14-16]。

**木质素：**
木质素是地球上第二丰富的天然聚合物，含有多种官能团，如烷基羟基、羧基、酚羟基、甲氧基和羰基[4]。作为一种两亲性聚合物，木质素具有可再生、天然和可生物降解的优点[13]。尽管其复杂的分子结构限制了其广泛应用[15]，但其良好的分散性在复合材料中的不良分散性给广泛应用带来了挑战[16]。此外，木质素的疏水性可能导致在水系中的沉淀[17]。最近的研究表明，将木质素加工成纳米级结构可显著提高其表面积、胶体稳定性和功能性[18]。木质素纳米颗粒（LNPs）表现出更好的分散性、可调的表面化学性质和强大的界面活性，使其成为先进材料应用的理想选择[18, 19]。除了封装用途外，LNPs还因其多功能性（如抗氧化活性、紫外线屏蔽能力和机械增强潜力）而受到关注[20-23]。例如，基于木质素的纳米结构已被成功应用于纤维素纳米悬浮液中，显著提高了紫外线阻挡性能[20]；从制浆副产物中提取的木质素可用于制备高性能的缓释凝胶和液晶基纳米复合材料[21, 22]。这些发展突显了木质素作为生物质废弃物的高价值材料的重要工业意义[24]。

**作者贡献声明：**
Mohsen Ghorbani负责撰写、审阅和编辑；Maryam Khavarpour负责撰写、审阅和验证；Fatemeh Taghinia负责撰写初稿和实验研究；Maryam Nikzad负责撰写、审阅和项目管理。作者声明不存在可能影响本文工作的经济利益或个人关系。

**致谢：**
本工作得到了巴博尔诺希尔瓦尼理工大学（BNUT）研究生奖学金BNUT/40040115007/1404的支持。

**人工智能声明：**
本文使用人工智能辅助语法检查软件进行了语法检测，以提高可读性和理解性。

**资助信息：**
本研究得到了巴博尔诺希尔瓦尼理工大学（BNUT）的资助。