一种新型生物活性棉酚，结合了丝纤蛋白纳米可食用涂层，用于延长园艺作物的保质期

《Plant Nano Biology》：A novel bioactive gossypetin incorporating silk fibroin nano-edible coatings for shelf-life enhancement of horticultural crops

　　穆图拉克什米·穆图马尼卡姆（Muthulakshmi Muthumanickam）|拉梅什唐加姆·帕拉尼维尔（Rameshthangam Palanivel）|比内迪·塞萨德里·奇纳·莫尼什（Bynedi Seshadhri Chinna Mounish）|克里希纳斯瓦米·巴拉穆鲁甘（Krishnaswamy Balamurugan）
**印度泰米尔纳德邦卡拉伊库迪（Karaikudi）阿拉加帕大学（Alagappa University）生物技术系研究学者，邮编630003**

**摘要**
一个引人入胜且发展迅速的研究领域是利用可行的生物防腐方法延长易腐水果和蔬菜的保质期。本研究旨在开发一种基于棉兰素（gossypetin，简称G）、蜂蜜（hon）和丝素蛋白纳米颗粒（SNPs）的可食用活性纳米涂层，以延长水果和蔬菜的保存时间。通过紫外线（UV）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、透射电子显微镜（TEM）、Zeta电位和X射线光电子能谱（XPS）对合成的可食用纳米涂层进行了表征分析。实验结果表明，这种纳米涂层具有优异的血液相容性、无毒性及细胞相容性，并对大肠杆菌（E. coli）、枯草芽孢杆菌（B. subtilis）和黄曲霉（A. flavus）具有抗菌作用，显示出提升食品质量的能力。此外，还研究了G-Hon-SNPs可食用纳米涂层在延长水果和蔬菜长期耐久性及防止微生物感染方面的有效性。实验最显著的抗菌活性表现为在G-Hon-SNPs浓度达到500 μg/mL时，对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和黄曲霉的抑制效果最为明显。在储存27天、22天、16天和18天后，使用G-Hon-SNPs可食用纳米涂层处理的番茄、油葫芦、茄子及绿香蕉的重量损失分别减少了14.45%、27.94%、18.70%和21.74%。本研究结果表明，这种纳米复合材料有望成为一种安全、高效且环保的防腐剂，为延长园艺产品的保质期提供了新的解决方案。

**1. 引言**
食品保存与储存是极具挑战性的任务，尤其是对于农作物而言（Gidado等人，2024年）。全球已意识到这一问题，并决心到2030年将人均食物浪费量减少一半，从而在消费端和零售环节都实现这一目标（Ardra和Barua，2022年）。虽然聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度和低密度聚乙烯（HDPE/LDPE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）等非生物降解聚合物因广泛应用而对环境造成负面影响，但它们能够有效阻止食品变质和物理损坏（Ganjeh等人，2024年）。尽管目前有更多关于塑料回收的知识，但实际上只有大约三分之一的塑料得到了回收利用，说明现有废物处理技术仍存在不足。因此，迫切需要开发新的可生物降解、环保的替代品，尤其是那些源自化石燃料的聚合物，尤其是在食品包装领域。

纳米技术在食品安全方面的一个潜在应用是用于食品包装的纳米涂层。纳米涂层由聚合物基质和纳米级填充物组成（Das和Ganguly，2023年）。生物聚合物特别适合食品包装，因为它们通常具有较低的气体渗透性。有趣的是，添加水分或某些聚合物可能会降低其气体阻隔性能。近年来，生物聚合物作为可食用涂层的使用逐渐增加。可食用涂层可以通过增强机械性能和气体阻隔作用来保护食品免受微生物损害，并延长其储存时间；同时还能改善食品的感官特性（Valdés等人，2014年）。近年来，脂质、蛋白质和多糖等生物聚合物在可食用涂层中的应用日益增多。由于这些生物聚合物价格适中、可工业化生产、可生物降解且具有生物相容性，因此它们能够提供抗菌和抗氧化成分，从而增强食品保护效果（Cazón等人，2025年）。如今，大多数涂层都包含多种聚合物，以及作为增塑剂和活性成分的轻质分子。通过添加活性成分，可食用纳米涂层可进一步提升其抗菌、抗氧化、调节风味和颜色的功能。甘油、丙二醇和蜂蜜是常用的聚合物原料。纳米技术在食品和农业领域的应用展现了巨大的潜力，能够在不损害环境或人类健康的前提下实现食品包装和保存（Gupta等人，2024年）。壳聚糖（chitosan）、淀粉、海藻酸盐（alginate）、果胶（pectin）、黄原胶（xanthan）、车前子壳（psyllium）、阿拉伯树胶（Arabic gums）、玉米（corn）、纤维素及其衍生物（如羧甲基纤维素CMC和甲基纤维素MC）、普鲁兰（pullulan）、卡拉胶（alginate）、瓜尔胶（guar gum）（Beghetto等人，2026年）、明胶（gelatin）、聚乙烯醇（poly（vinyl alcohol）和丝素蛋白（silk fibroin）等都适用于食品包装（Wang等人，2025年）。利用电纺纳米纤维涂层、浸涂和喷涂涂层等多种技术，可以为易腐水果和蔬菜施加一层薄薄的可食用保护层（Odetayo等人，2022年）。Lindi等人报道，通过在含有葫芦巴籽黏液的活性可食用涂层薄膜中加入迷迭香油，苹果的保质期延长了30天（Lindi等人，2024年）。丝素蛋白作为生物骨架材料，蜂蜜作为天然保湿剂，聚乙烯醇作为电纺涂层的辅助成分，姜黄素作为抗氧化剂和抗菌剂，共同作用显著提升了苹果的口感、质地和颜色（Dravin Pratap Singh和Gopinath Packirisamy，2022年）。从辣木（Moringa oleifera）叶片中提取的棉兰素是一种六羟基黄酮类化合物，自古以来就被用于治疗2型糖尿病和炎症性疾病（Muthumanickam等人，2025年）。辣木是一种广泛种植的药用植物，其各个部分均可食用；研究显示，食用这种植物可显著增加人体对某些必需矿物质和有益植物化学物质的摄入量（Giuberti等人，2021年）。

本研究的目的是利用G-Hon-SNPs开发一种新型活性可食用纳米涂层。选择SNPs作为主要生物材料，是因为其具有出色的稳定性、良好的生物相容性和安全性以及机械性能。实验中将水果和蔬菜浸泡在G-Hon-SNPs溶液中以形成可食用纳米涂层。所有用于可食用涂层的物质均获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的批准。通过多种分析方法评估了这种纳米涂层的性能，包括UV、FTIR、XRD、TGA、TEM和XPS。结果表明，该纳米涂层在保持食品质量和延长保质期方面具有显著效果，是一种健康且环保的防腐方案。此外，还测试了该纳米复合材料的血液相容性和细胞相容性。

**2. 材料与方法**
2.1. **材料**
从Fibro Heal公司采购了纯度为99%的家蚕丝素蛋白（S，批次号FIB/RD/005），用于医药和营养保健品领域。棉兰素、二甲亚砜（Dimethyl sulfoxide）、乙醇（Ethanol）、DPPH和乙二胺四乙酸（Ethylene diamine tetra acetic acid）均购自Sigma-Aldrich公司。商业销售的Dabur蜂蜜在室温下保存。Himedia（印度）提供了用于细菌分析的Muller Hinton琼脂培养基。大肠杆菌（E. coli，MTCC 452）、枯草芽孢杆菌（B. subtilis，ATCC 19659）和黄曲霉（A. flavus，ATCC 9643）也来自Himedia公司。印度浦那的国家细胞科学中心（National Centre for Cell Science，Pune）提供了HCT-116（结直肠癌细胞系）和L929（小鼠成纤维细胞系）。Sigma-Aldrich公司提供了[3-(4, 5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑ium溴化物]（MTT，纯度≥97.5%）。所有分析级试剂均按原样使用，无需额外处理。

2.1.1. **SNPs的合成**
参考Zhao等人（2015年）的方法制备SNPs。将丝素蛋白溶液快速加入含有超过70%丙酮的溶剂中（使用20毫升注射器），并在另一个容器中剧烈搅拌。这种处理方式可快速生成乳状或丝状丝蛋白颗粒。不溶于水的颗粒通过纳米颗粒聚集形成沉淀物，随后用0.22 μM滤纸过滤。沉淀物在108,000倍重力下离心半小时，然后转移到铝箔上，在通风橱中结晶数天，以便进一步使用。

2.1.2. **G-Hon-SNPs可食用纳米涂层溶液的制备**
采用脱溶剂法制备G-Hon-SNPs溶液：将1毫克棉兰素溶解在1毫升乙醇中，再加入1毫升SNPs溶液（1毫升蒸馏水）。混合物在6000转/分钟的磁力搅拌器中室温下完全溶解5小时，随后加入5%蜂蜜。将含有棉兰素和蜂蜜的丝素蛋白纳米颗粒溶液在37°C下磁力搅拌10分钟，使棉兰素和蜂蜜充分溶解。通过改变方向，纳米涂层溶液能够从各个角度覆盖水果和蔬菜表面。将模型水果和蔬菜分别浸泡在溶液中三次，每次30-40秒，即可完成涂层处理。涂层后的蔬菜在室温下自然干燥（Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam，阿拉加帕大学，2025年）。这一技术已申请专利（印度专利申请号202541085405，见图S1）。

2.2. **物理化学表征**
记录了G-Hon-SNPs在190–800纳米波长范围内的紫外-可见吸收光谱，涵盖了紫外光和可见光区域。使用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析G-Hon-SNPs的官能团，确保信噪比良好，波数范围为4000–500 cm?1，分辨率为4 cm?1，每个样品扫描32次。热重分析（TGA）用于评估其热行为。热重分析在惰性氮气环境中进行，温度范围为25–800°C，升温速率为10°C/分钟。使用Litesizer DLS测量G-Hon-SNPs的结晶指数。通过Zeta电位仪（DLS）测定其表面电荷。将样品用去离子水稀释后在25°C下测量。使用透射电子显微镜（TEM）在120 kV magnification下观察G-Hon-SNPs纳米涂层的结构。样品在加载到显微镜前先在室温下风干。X射线光电子能谱（X-ray photo-electron spectroscope）揭示了G-Hon-SNPs的表面元素组成、氧化状态及内部结构。电子探测器垂直于样品放置，以避免离子枪对颗粒一侧的遮挡效应。

2.3. **抗菌研究**
2.3.1. **抗菌活性的评估**
采用圆盘扩散法评估G-Hon-SNPs纳米涂层的抗菌性能。研究菌种为大肠杆菌（E. coli）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis）。细菌培养基为Mueller Hinton肉汤（MHB），培养温度为4°C。将5毫米直径的无菌圆盘浸泡在50–500 μg/mL浓度的G-Hon-SNPs纳米涂层溶液中。培养时间为24小时。实验前所有设备需在121°C下高压灭菌30分钟。通过测量抑菌圈直径（单位：毫米mm）评估抗菌效果。常用抗生素氨苄西林（10 μg/圆盘）作为对照，实验重复三次（Palanivel等人，2025年）。

2.3.2. **抗真菌研究**
使用圆盘扩散法评估G-Hon-SNPs纳米涂层对黄曲霉（A. flavus）的抗真菌效果。真菌细胞在37°C下无菌培养过夜。培养结束后，将土豆葡萄糖琼脂（PDA）转移到Petri平板上并冷却。一定量的微生物接种物被涂抹在琼脂板的整个表面上。接下来，使用无菌镊子，将一个5毫米的无菌圆盘无菌地插入培养皿中。G-Hon-SNPs纳米涂层溶液以3.125至500微克/毫升的浓度加载到圆盘上。琼脂板在37±1°C的温度下保持整夜。抗菌物质G-Hon-SNPs纳米涂层通过分散在琼脂培养基中抑制所测试的微生物菌株的生长。在培养期后，测量并记录了抑菌圈的大小，单位为毫米。伊曲康唑作为对照，每个实验重复进行了三次（Parveen等人，2018年）。

2.4. DPPH测定
DPPH测试用于基于清除活性来检验开发的G-Hon-SNPs纳米涂层的抗氧化活性。将不同浓度的G-Hon-SNPs纳米涂层溶液（0、10、15、25和50微克/毫升）与商业标准样品抗坏血酸（0–50微克/毫升）与4毫克DPPH混合，在100毫升99.5%甲醇中溶解，并在黑暗中放置30分钟。使用紫外分光光度计在517纳米处测量样品的吸光度。G-Hon-SNPs纳米涂层清除DPPH自由基的能力通过以下公式确定：
清除活性(%) = 对照吸光度 – 样品吸光度 × 100 / 对照吸光度
通过绘制抑制百分比与样品浓度的关系图，有助于确定IC50值（Muthumanickam等人，2025年）。

2.5. 延时成像
收集了经过可食用浸涂处理的模型水果和蔬菜，以分析和比较涂层与未涂层蔬菜的结构变化。使用延时成像技术来分析质地、颜色变化、硬度以及外观。这项工作已发表在我们之前的专利中（印度专利申请号202541085405），由Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam（阿拉加帕大学，2025年）完成。

2.5.1. 扫描电子显微镜分析
将涂有G-Hon-SNPs层的番茄、蛇床瓜、茄子及青香蕉样本切成约5×5毫米的小块，用碳胶带粘贴在支撑棒上。使用电子显微镜在低真空模式下扫描样本。图像是在500倍放大倍数和220帕压力下拍摄的（Sani等人，2025年）。

2.5.2. 重量损失百分比
使用标准称重秤测量对照组（未涂层）和实验组（涂层）的水果和蔬菜，以评估涂层对气体、阳光、水分含量的屏蔽效果以及耐热性（Khan等人，2023年）。

2.5.3. 番茄初步评估
本研究使用新鲜番茄作为对照，检测了G-Hon-SNPs以及G-SNPs涂层番茄的大致成分。当番茄在室温下储存时，测定了其灰分、粗脂肪、粗纤维、粗蛋白、水分含量和碳水化合物的含量（Khalid等人，2023年）。

2.5.4. 消费者接受度测试
使用Belmes 2019方法评估了G-Hon-SNPs以及G-SNPs涂层与未涂层水果和蔬菜的颜色、风味、质地和气味。来自泰米尔纳德邦卡拉伊库迪阿拉加帕大学的20名学生（年龄在18-23岁之间）进行了评估。为了确保评估的一致性和可靠性，在评估前向学生们提供了适当的信息，并允许他们区分颜色、风味、质地和气味的变化，并表达他们的反应（Monisha Soni等人，2026年）。

2.6. G-Hon-SNPs的生物相容性
2.6.1. 细胞培养
从NCCS Pune获取的L929和HCT-116细胞，在添加了10% FBS和1%青霉素的DMEM培养基中培养。细胞在室温下、5% CO2的培养箱中保存。每48小时对细胞进行传代培养，每天更换培养基，并使用0.25%胰蛋白酶-EDTA从亚融合培养物中提取细胞（70–80%）。

2.6.1.1. 细胞相容性研究
通过细胞活力测定来评估G-Hon-SNPs对HCT-116细胞的细胞毒性及其对L929细胞的生物相容性。最初，将1×10^4个细胞接种到96孔板中，在37°C的CO2培养箱中培养24小时。然后将G-Hon-SNPs以0、25、50、75、100微克/毫升的浓度应用于细胞，持续一整天。添加MTT后，溶液在37°C的CO2培养箱中孵育4小时。去除MTT染料后，使用异丙醇溶解每个孔中的细胞（阴性对照）。最后，通过计算确定样品在570纳米处的吸光度以及细胞毒性和生物相容性（Muthumanickam等人，2025年）。
细胞活力(%) = (处理后吸光度 / 对照吸光度) × 100
通过绘制细胞活力百分比与样品浓度的关系图，确定IC50值。

2.6.2. 血液相容性研究
评估了G-Hon-SNPs的溶血潜力以判断其生物相容性。在37°C下处理2小时后，红细胞以3000转/分钟的速度离心10分钟。将大约10^9个红细胞与1毫升不同浓度的G-Hon-SNPs（0、100、200、300、400、500微克/毫升）在含有1%牛血清白蛋白的磷酸盐缓冲液中孵育1小时。使用微孔板读数器在540纳米处测量上清液的色强度。通过将其与100%蒸馏水中的红细胞进行比较来测定溶血百分比（Jiang等人，2020年）。
溶血百分比 = (样品吸光度 – 阴性对照吸光度) × 100 / (阳性对照吸光度 – 阴性对照吸光度)
磷酸盐缓冲液（阴性对照吸光度）；蒸馏水（阳性对照吸光度）

2.6.3. 生物成像应用
合成的G-Hon-SNPs由于具有增强的生物相容性、荧光发射特性和降低的毒性，使其适用于生物成像应用。商业荧光染料如碘化丙啶常用于DNA染色过程，因为它们能够穿透死细胞的细胞壁。为了进行细胞活力研究，科学家们正努力开发毒性更低、水溶性更好且价格更实惠的染料，以克服光漂白的负面影响。G-Hon-SNPs优异的特性使其适用于多种生物学应用。使用0.5至1毫克/毫升的G-Hon-SNPs进行了体内细胞成像研究（Prathap等人，2023年）。

2.7. 统计分析
所有实验数据均重复三次；必要时提供平均值±标准差。使用Microsoft Excel 2010进行统计分析，配对t检验用于确定处理组（涂层）与未涂层（对照）之间的显著差异，以及DPPH、细胞相容性和血液相容性研究中的显著差异。

3. 结果与讨论
3.1. 物理化学表征
G-Hon-SNPs纳米涂层的UV-Vis光谱如图1a所示。蜂蜜和棉酚的记录光谱出现在270纳米处，而生产的G-Hon-SNPs纳米涂层的峰值出现在417纳米处。这一结果已在我们之前的专利中报告（印度专利申请号202541085405）（Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam，阿拉加帕大学，2025年）。相似的发现表明，UV-可见吸收光谱的250–350纳米区域具有重要意义，因为它与蜂胶（Nichitoi等人，2019年）和蜂蜜植物来源中的挥发性化学物质及多酚有关（Ciucure，Gean? 2019年）。棉酚是一种黄酮类化合物，其最小波长为254.16纳米，最大波长为375.68纳米（Muthumanickam等人，2025年）。Paregowda等人（2025年）发现掺有Tulsi蜂蜜的氧化铈纳米颗粒在325纳米处出现了UV峰。纳米复合材料的UV-可见光谱显示蓝移，表明氧化锌纳米颗粒的荧光发射强度高于纳米复合材料（Malini等人，2015年）。

图1. (a) 显示G-Hon-SNPs最大波长的UV-Vis光谱。
FTIR分析验证了棉酚和蜂蜜确实被加载到了丝素纳米复合材料中。G-Hon-SNPs在3324厘米^-1处显示出由吸收的水分子引起的羟基伸缩振动峰。丝素纳米颗粒的酰胺I（羰基）在1626和1632厘米^-1处有峰值，酰胺II（氮-氢和碳-氢伸缩）在1530和1510厘米^-1处有峰值，酰胺III（碳-氮伸缩和羰基弯曲）在1220和1210厘米^-1处有峰值（Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam，阿拉加帕大学，2025年）。这一结果已发表在我们之前的专利中（印度专利申请号202541085405）。
分离出的黄酮类化合物棉酚在光谱中的显著峰值为1226.66（C-O，醚键）；1598.44，1468.62（C=C，芳香键）；3308.67（羟基伸缩）；1664.22（羰基）（Muthumanickam等人，2025年）。如图1b所示，纳米复合材料中也观察到了类似的吸收带，但强度较低。根据（Dravin Pratap Singh和Gopinath Packirisamy，2022年）的报道，类似的峰也在丝素、蜂蜜、纳米姜黄素和聚乙烯醇纳米纤维中发现。这些带在指定波数处的存在证实了棉酚和蜂蜜有效地附着在丝素纳米颗粒表面。FTIR光谱中3550至3000厘米^-1范围内的强OH峰表明GO层内的H键结合非常牢固。Ag NPs与PVA的OH相互作用导致1722、1421和1370厘米^-1处的峰强度减弱，表明这些振动发生了分离（Usman等人，2016年）。
热重分析用于评估G-Hon-SNPs纳米涂层随时间的降解情况。图1c显示了在75-85°C下纳米涂层的质量损失情况，纳米涂层在这些温度下质量损失更多。此外，在245–317°C范围内，由于SNPs和G的降解，重量残余百分比显著下降。丝素纤维、蜂蜜、纳米姜黄素和聚乙烯醇纳米纤维在250–320°C温度范围内的表现优于丝素纤维聚乙烯醇纳米纤维（Dravin Pratap Singh和Packirisamy，2022年）。根据（Lin等人，2015年）的研究，在重量减少的第二阶段，壳聚糖/纤维素-银纳米颗粒薄膜的降解始于274.2°C。
图1d显示了G-Hon-SNPs纳米涂层的XRD图谱。G-Hon-SNPs纳米复合粉末的衍射图显示了明显的衍射峰，表明其具有高结晶度。壳聚糖的XRD在11.8°和20.3°处显示出显著的结晶度（Monisha Soni等人，2026年）。（Hosseini等人，2013年）报告称，在碳纳米管（CNTs）与壳聚糖（ChS）的谱图中也观察到了类似的21.1°峰。先前的研究显示，壳聚糖（CS）的结晶度在2θ = 10°和20°处有两个结晶峰，这与XRD图谱中确定的CSNPs的峰相吻合。然而，CSNPs的结晶峰较弱，表明CSNPs的无定形结构是由于与三聚磷酸盐（TPP）的交联（Hu等人，2020年）。

通过DLS分析确定了胶体SNPs水溶液中的G-Hon zeta电位（图S2）。G-Hon-SNPs的zeta电位约为-21.3毫伏。之前对于基于丝胶的银纳米涂层观察到的zeta电位约为-43.86毫伏，显示出良好的稳定性和通过强静电排斥作用抑制纳米颗粒聚集的效果（Shaw等人，2024年）。除了电动力学或zeta电位研究外，还使用简单分散液中的颗粒大小分布作为控制参数，以评估银纳米颗粒聚集和最终沉淀的趋势（Shaw等人，2024年）。TEM用于观察SNPs和负载G-Hon的SNPs的大小和形态。TEM结果显示SNPs和G-Hon-SNPs的颗粒呈球形，有些聚集，颗粒大小约为139纳米（图2a和2b）。图2c和2d使用J图像显示了直方图的阈值和平均颗粒大小分布。根据（Liakopoulou等人，2025年），负载姜黄素的纳米颗粒大小在200–400纳米范围内。姜黄素-四链戊聚糖-聚(ε-己内酯)-多肽装载的靶向杂交纳米递送系统具有球形结构，大小约为150纳米，根据先前的研究（Hong等人，2021年）这些纳米颗粒分布均匀。Davoodbasha等人（2016年）的透射电子显微镜（TEM）分析显示，3%的壳聚糖溶液与1 mM的AgNO3结合后形成了相互连接的微孔结构，其中球形的银纳米颗粒（Ag NPs）在基质中均匀分布。为了实现结构的一致性，银离子很可能会与壳聚糖分子中的羟基、氨基和羰基发生显著作用。

图2. 升华纳米颗粒的透射电子显微镜图像：(a) SNP，刻度尺：100纳米；(b) 装载了G-Hon的SNP，刻度尺：200纳米；(c) 使用ImageJ处理的图像b的阈值；(d) 直方图的粒度分布。

为了研究G-Hon-SNP的电子状态，使用X射线光电子能谱（XPS）测量了每个组分的相互作用能。G-Hon-SNP的XPS图像（图3a）显示碳1s、氮1s和氧1s元素的峰值分别为285.52、400.05和530.34 eV。高分辨率的碳1s光谱显示出三个不同的峰，分别为284.24、284.50和285.14 eV，分别代表C-C、C-O和C=O（图3b）。氮1s光谱（图3c）分为三个峰，结合能分别为400.23、400.56和400.14 eV，对应于氨基酸中存在的不同形式的氮，如C-N-C、C-N和C-O。530.89 eV的峰进一步区分了氧1s光谱（图3d）。G-Hon装载的SNP纳米涂层的XPS光谱表明，G成功地在SNP上功能化。

图3. (a) G-Hon-SNP纳米涂层的XPS扫描光谱以及相应的(b)碳1s、(c)氮1s、(d)氧1s的高分辨率XPS扫描光谱。整个光谱表明，G和蜂蜜已成功应用于丝素纳米颗粒上。这一结果已在我们的先前专利中报告（印度专利申请号202541085405，作者Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam，Alagappa大学，2025年）。

根据Qingmiao Zhang等人（2020年）的研究，乙酰水杨酸、聚乙烯醇和天然共晶溶剂的XPS光谱显示了新的C=O键峰值（287.8 eV）和O–C=O键峰值（288.7 eV），表明ASA已有效整合到纳米纤维中。胶原蛋白、丝素和二氧化钙-二氧化硅的宽范围XPS光谱显示了C1s、N1s、O1s、Ca2p和Si2p元素的峰值，结合能分别为284.00 eV、398.00 eV、531.00 eV和104.00 eV（Jianjun Wu等人，2022年）。

3.2. 抗微生物研究
3.2.1. 抗细菌活性评估
新鲜食品容易受到多种细菌的侵害，这会导致收获后品质下降，显著缩短其保质期。可以在水果表面放置可食用的纳米涂层（如多糖和蛋白质基涂层），以阻止细菌、酵母和霉菌的生长（Cao, Sun 2010）。如图4所示，评估了G-Hon-SNP纳米涂层对B. subtilis和E. coli的抗菌效果。

图4. G-Hon-SNP对病原体（a）E. coli，（b）B. subtilis的抑菌圈。
在最高浓度500 μg/mL下，B. subtilis对G-Hon-SNP纳米涂层的抵抗力较低，抑菌圈平均为11±0.7毫米，而E. coli则更敏感，抑菌圈平均为12.8±1.2毫米。与对照组相比，G-Hon-SNP表现出强烈的抗菌活性（表1）。根据Bhawana等人的研究（2011年），附着在细菌细胞壁上的姜黄素颗粒通过穿透细胞并破坏肽聚糖层导致细胞器结构紊乱，从而抑制细菌生长。壳聚糖和设计纳米颗粒的抗菌活性归因于多种机制，例如带负电荷的细胞膜与带正电荷的壳聚糖之间的相互作用、膜通透性的增强、膜破裂以及细胞内物质的泄漏。由于缺乏质子化的氨基，壳聚糖在pH值高于6时失效（Qi等人，2004年）。研究发现，丝素和聚乙烯醇与姜黄素结合的 Minimum Inhibitory Concentration（MIC）对革兰氏阴性细菌为200 μg/mL，对革兰氏阳性细菌为225 μg/mL（Dravin Pratap Singh和Packirisamy，2022年）。这些结果与Lilia Setya Wahyuni等人（2025年）的研究结果一致。据报道，含有3%铜(II)离子和姜黄素的氧化锌可食用涂层对Staphylococcus aureus的抑菌圈为9.78毫米，对E. coli的抑菌圈为8.26毫米，表现出中等至强效的抗菌作用。纳米复合材料的抗菌效果在图S3中进行了说明，图中显示了微生物与抗菌包装接触后通过多种机制死亡，包括细胞膜破坏、细胞壁形成干扰、酶抑制和氧化应激诱导。此外，还有许多研究考察了不同可食用涂层和含有纳米颗粒的薄膜的抗菌性能，这些研究结果汇总在表2中。

表1. G-Hon-SNP对革兰氏阳性细菌（B. subtilis）和革兰氏阴性细菌（E. coli）的抑菌圈。
序号 细菌名称 抑菌圈（毫米）
1 E. coli 14±9.0±1.2 10.5±0.9 11.5±0.8 12.8±1.2
2 B. subtilis 14-- 9.0 3±0.5 10.27±1.9 11±0.7

表2. 含有纳米颗粒的不同可食用薄膜和涂层所抑制的微生物总结。
序号 主要可食用材料及纳米颗粒 抑制的微生物 参考文献
1 聚(ε-己内酯)、姜黄素、葡萄叶提取物、银 E. coli、S. aureus、S. enterica、P. aeruginosa、B. subtilis、C. albicans、A. flavus El-Sherbiny等人，2016
2 CS、ZnO B. subtilis、K. planticola Malini等人，2015
3 CS、ZnO S. enterica、E. coli、S. aureus Al-Naamani等人，2016
4 CS、银、ZnO E. coli、B. subtilis、Aspergillus、Rhizopus、Penicillium、S. aureus、酵母 Li等人，2010

3.2.2. 抗真菌研究
合成的G-Hon-SNP纳米涂层与抗生素类似，可作为抗真菌剂。使用琼脂盘扩散法评估了G-Hon-SNP对A. flavus的抗菌效果，如图5所示。形成的抑菌圈验证了纳米涂层的抗真菌效果。G-Hon-SNP纳米涂层周围的明显抑菌圈表明这些真菌菌落显著减少。为了验证稳定性，使用相同的储存溶液在五天内进行了三次抗真菌效果评估。

图5. 琼脂盘扩散法显示了G-Hon-SNP对A. flavus的抑菌效果，抑菌圈为15毫米，平均抑菌圈为14.1±1.9毫米，表明在最高浓度500 μg/mL的G-Hon-SNP纳米涂层下具有高抗真菌活性（表3）。与最低浓度合成的G-Hon-SNP纳米涂层相比，其活性非常低，结果表明浓度为500 μg/mL的G-Hon-SNP纳米涂层对A. flavus具有显著效果。根据先前的研究（Kumar等人，2014年），姜黄素的最低抑制浓度（MIC）在250 μg/mL至2000 μg/mL之间，可以抑制C. albicans的生长。

根据Gholamhosseinpour等人（2023年）的研究，含有Ocimum gratissimum L.精油的纳米乳液（OGEO）对所有真菌分离株的抗菌效果优于OGEO本身。这可能是因为OGEO和壳聚糖共同作用的结果。壳聚糖生物聚合物的调控释放以及精油纳米乳液中生物活性化学物质的快速进入真菌细胞促进了真菌生长的大幅抑制。先前的报告指出，基于壳聚糖的可食用涂层的最低抑制浓度分别为0.8、1.0、1.0、1.0、1.0 μL/mL，对A. flavus、A. humicola、A. tenuissima和B. cinerea有效（Monisha Soni等人，2026年）。

3.3. DPPH测定
G-Hon-SNP清除自由基的能力随浓度和时间的增加而增强，以抗坏血酸作为标准。图6显示G-Hon-SNP具有捕获自由基的能力，IC50值为25 ± 0.08 μg/mL。我们的结果与Monisha Soni等人（2026年）的研究一致，他们发现涂层有OGNe的草莓在储存第八天的IC50值显著低于壳聚糖对照组（26.50±1.11 μL/mL）。研究结果表明OGNe涂层在延长草莓保质期的同时保持了其抗氧化活性。使用DPPH和ABTS进行的先前研究也得到了类似的结果。在相同浓度下，CSNC比壳聚糖表现出更强的抗氧化活性。阳性对照物抗坏血酸在DPPH和ABTS清除方面活性最高（Hu等人，2020年）。

3.4. 延时成像
3.4.1. 涂有G-Hon-SNP的番茄
选择番茄作为模型水果，因为它们的保质期只有六到七天。可食用的纳米涂层将番茄的保质期延长了27天；而未涂层的番茄在第八天就开始失去弹性并散发出难闻的气味。未涂层的番茄作为对照（见图S4a）。

3.4.2. 涂有G-Hon-SNP的葡萄藤葫芦
未涂层的葡萄藤葫芦在第五天成熟；尽管不能食用，因为它在同一天开始分解。G-Hon-SNP纳米可食用涂层将成熟时间推迟了22天；一旦成熟，就可以作为水果食用（第一次成熟会使颜色变为粉红色）。真菌生长是对照组提前变质的主要原因之一，而SNP中的抗菌成分棉酚抑制了葡萄藤葫芦中的真菌生长（见图S4b）。

3.4.3. 涂有G-Hon-SNP的茄子
茄子的储存期为两到三天。可食用的纳米涂层将茄子的保质期延长了16天，同时保持了其新鲜度、硬度和韧性。如图S4c所示，未涂层的茄子（对照）在第四天就失去了硬度并开始散发异味。

3.4.4. 涂有G-Hon-SNP的青香蕉
涂有G-Hon-SNP的未成熟青香蕉需要额外两周才能成熟。成熟的香蕉可以食用；而未涂层的香蕉在四天后成熟，但由于同时开始腐烂而不适合食用。未涂层的香蕉提前变质的其中一个原因是真菌繁殖（见图S4d）。然而，含有抗菌成分棉酚的涂层香蕉没有出现真菌生长。

3.4.5. 扫描电子显微镜分析
图S5展示了应用于整个番茄、葡萄藤葫芦、茄子和其他样本的涂层形态。番茄涂层的分析显示了光滑连续的结构（见图S5a）。蘸有G-Hon-SNP的葡萄藤葫芦涂层显示出裂纹和孔洞（见图S5b），茄子涂层表面明显更光滑（见图S5c），而青香蕉的涂层有裂纹（见图S5d）。然而，基于G-Hon-SNP的涂层在番茄（涂层厚度14.15 ± 0.8 μM）、葡萄藤葫芦（涂层厚度11.12 ± 0.5 μM）、茄子（涂层厚度11.09 ± 0.2 μM）和青香蕉（涂层厚度12.16 ± 0.5 μM）上看起来致密且光滑。类似的研究表明，使用壳聚糖和氧化锌纳米颗粒可以延长草莓的保质期（Sani等人，2025年）。在生物降解性研究中，添加了栎多酚提取物的活性壳聚糖生物聚合物薄膜也观察到了类似的结果（Popescu等人，2022年），观察到壳聚糖基质的厚度减少，但形状没有明显变化。

3.4.6. 重量损失百分比
果实质量的预测也基于果实重量的减少。果实水分的损失是导致果实重量减少的主要原因（Eshghi等人，2014年）。未涂层和G-SNPs以及G-Hon-SNPs涂层的番茄、常春藤防护涂层茄子、常春藤防护涂层茄子以及绿色香蕉的重量被进行了检测，并评估了它们的重量损失百分比（图S4a、S4b、S4c和S4d）。尽管未处理果实的腐败速度更快，但处理果实的重量损失百分比明显低于对照组果实。如表4所示，未涂层果实比涂层果实蒸发水分的速度更快。此外，结果表明，涂层中的蜂蜜成分能够有效降低气体交换速率，并防止水分蒸发。涂层果实的重量损失较少，可能是因为涂层的保护和抗菌特性（Rahmati-Joneidabad等人，2025年）。由于新鲜产品在代谢过程中会按比例失去水分，并且在储存过程中会发生品质下降，因此水分损失也会影响低度加工产品的质量（Ferreira等人，2020年）。类似的研究结果显示，涂层果实的重量损失百分比显著低于未涂层果实，并且未涂层果实的腐烂速度明显快于涂层果实。未涂层果实比涂层果实蒸发水分的速度更快。该研究还表明，涂层中的蜂蜜起到保湿屏障的作用，防止水分蒸发，并且纳米纤维涂层有效地减缓了气体交换速率（Dravin Pratap Singh和Packirisamy，2022年）。由于涂层减缓了与年龄相关的过程并降低了细菌感染的风险，因此可以避免果实变质和重量损失。此外，重量损失还减少了果实的呼吸作用、水分损失和氧化过程，并对矿物质、氧气、二氧化碳和水分起到了屏障作用（Rahmati-Joneidabad等人，2025b）。表4. 涂层和未涂层蔬菜的重量损失对比研究。序号、蔬菜、初始重量（克）、最终重量（克）、重量损失百分比：1. G-Hon-SNPs涂层番茄58.13、49.73（27天后），14.45%；2. G-SNPs涂层番茄55.05、41.17（24天后），25.21%；3. 未涂层番茄53.16、38.09（7天后），28.34%；4. G-Hon-SNPs涂层常春藤葫芦28.20、20.32（22天后），27.94%；5. G-SNPs涂层常春藤葫芦26.12、17.77（17天后），31.96%；6. 未涂层常春藤葫芦21.42、9.43（5天后），55.94%；7. G-Hon-SNPs涂层茄子45.82、37.25（16天后），18.70%；8. G-SNPs涂层茄子42.23、32.59（10天后），22.82%；9. 未涂层茄子40.13、20.18（4天后），49.71%；10. G-Hon-SNPs涂层绿色香蕉79.01、61.83（18天后），21.74%；11. G-SNPs涂层绿色香蕉77.15、55.58（8天后），27.95%；12. 未涂层绿色香蕉74.86、38.03（4天后），49.19%。

对未涂层和G-SNPs以及G-Hon-SNPs涂层的番茄、常春藤防护涂层茄子、常春藤防护涂层茄子以及绿色香蕉的重量进行了检测，并评估了它们的重量损失百分比（图S4a、S4b、S4c和S4d）。尽管未处理果实的腐败速度更快，但处理果实的重量损失百分比明显低于对照组果实。未涂层果实比涂层果实蒸发水分的速度更快，如表4所示。此外，结果显示，涂层中的蜂蜜成分能够有效降低气体交换速率，并防止水分蒸发。涂层果实的重量损失较少，可能是因为涂层的保护和抗菌特性（Rahmati-Joneidabad等人，2025年）。由于新鲜产品在代谢过程中会按比例失去水分，并且在储存过程中会发生品质下降，因此水分损失也会影响低度加工产品的质量（Ferreira等人，2020年）。类似的研究结果显示，涂层果实的重量损失百分比显著低于未涂层果实，并且未涂层果实的腐烂速度明显快于涂层果实。未涂层果实比涂层果实蒸发水分的速度更快。该研究还表明，涂层中的蜂蜜起到保湿屏障的作用，防止水分蒸发，并且纳米纤维涂层有效地减缓了气体交换速率（Dravin Pratap Singh和Packirisamy，2022年）。由于涂层减缓了与年龄相关的过程并降低了细菌感染的风险，因此可以避免果实变质和重量损失。此外，重量损失还减少了果实的呼吸作用、水分损失和氧化过程，并对矿物质、氧气、二氧化碳和水分起到了屏障作用（Rahmati-Joneidabad等人，2025b）。

表4. 涂层和未涂层蔬菜的重量损失对比研究。
序号 蔬菜 初始重量（克） 最终重量（克） 重量损失百分比
1. G-Hon-SNPs涂层番茄 58.13 49.73 14.45%
2. G-SNPs涂层番茄 55.05 41.17 25.21%
3. 未涂层番茄 53.16 38.09 28.34%
4. G-Hon-SNPs涂层常春藤葫芦 28.20 20.32 27.94%
5. G-SNPs涂层常春藤葫芦 26.12 17.77 31.96%
6. 未涂层常春藤葫芦 21.42 9.43 55.94%
7. G-Hon-SNPs涂层茄子 45.82 37.25 18.70%
8. G-SNPs涂层茄子 42.23 32.59 22.82%
9. 未涂层茄子 40.13 20.18 49.71%
10. G-Hon-SNPs涂层绿色香蕉 79.01 61.83 21.74%
11. G-Hon-SNPs涂层绿色香蕉 77.15 55.58 27.95%
12. 未涂层绿色香蕉 74.86 38.03 49.19%

对未涂层新鲜番茄的成分进行了分析，其水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和碳水化合物的含量分别为75.12%、0.26%、0.06%和6.78%。此外，结果显示，涂有G-SNPs的番茄在储存21天后，其水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和碳水化合物的含量分别为92.79%、0.24%、0.05%和6.53%。根据表5，涂有G-Hon-SNPs的番茄在储存27天后，其水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和碳水化合物的含量分别为92.12%、0.21%、0.04%和7.14%。研究表明，蜂蜜能够使营养成分保持更长时间。我们之前的专利（印度专利申请号202541085405）也报告了这一结果（Rameshthangam Palanivel和Muthulakshmi Muthumanickam，Alagappa大学，2025年）。未涂层样品的成分下降更为明显，表明与未处理样品相比，涂层样品保留了更多的蛋白质。本研究的发现与先前研究一致，那些研究探讨了可食用果胶涂层对葡萄保质期的影响，发现蛋白质含量有所下降（Breceda-Hernández等人，2020年）。

4. 消费者接受度
带有可食用基材涂层的果品的消费者接受度仍然是一个主要问题，因为涂层可能会改变食品的感官特性（Guerreiro等人，2015年）。因此，研究人员检测了不同处理方式对番茄、常春藤葫芦、茄子和绿色香蕉感官特性的影响；结果如图S6a、b、c、d、e所示。在第0天，未涂层番茄、常春藤葫芦、茄子、绿色香蕉以及涂有G-SNPs和G-Hon-SNPs的样品在香气和风味评分上没有明显差异，颜色或质地也没有明显变化。无论处理方式如何，各种存储时间内的颜色、质地、风味和香气评分都有显著下降。涂有G-SNPs和G-Hon-SNPs的番茄、常春藤葫芦、茄子和绿色香蕉样品的评分高于对照组样品（p < 0.001）。然而，涂有G-Hon-SNPs的番茄、常春藤葫芦、茄子和绿色香蕉在颜色、质地、风味和香气方面的表现最好。我们的发现与Dravin Pratap Singh和Gopinath Packirisamy（2022年）的研究一致，他们发现使用含有纳米姜黄素和蜂蜜的SF水溶液进行直接纳米可食用涂层后，未涂层苹果片会变暗并缩小。然而，三天后，涂层片的形态、质地和颜色比未涂层片更好。涂层后，苹果的保质期延长了一个多月，同时保持了其质地、质量和光滑度。相比之下，未涂层苹果在第18天失去硬度，在第20天开始渗出汁液，一周后开始分解并散发出难闻的气味。而涂层苹果则几乎保持了三周的质地、硬度和风味。Maqbool等人（2011年）的类似研究也发现，经过33天的储存后，涂有10%阿拉伯胶和1.0%壳聚糖的香蕉表现出整体优势。

3.5. G-Hon-SNPs的生物相容性
3.5.1. 细胞相容性研究
使用MTT测试在L929和HCT-116细胞上分析了G-Hon-SNPs纳米涂层的生物相容性和细胞相容性（图S7）。结果发现，100 μg/mL浓度的G-Hon-SNPs纳米涂层与较高的细胞存活率相关，表明其生物相容性较高。然而，更高的纳米涂层浓度会导致HCT-116细胞死亡率增加。结果表明，100 μg/mL浓度的G-Hon-SNPs纳米涂层使HCT-116细胞的存活率为20.73 ± 0.02%，IC50约为75 μg/mL。此外，G-Hon-SNPs纳米可食用涂层对L929正常细胞无害，但对HCT-116细胞具有细胞毒性。因此，认为100 μg/mL浓度的G-Hon-SNPs纳米可食用涂层对人类也是安全的（Shaw等人，2024年）。类似的研究（Joshy等人，2020年）表明，含有姜黄素、芝麻油、硬脂酸和葡聚糖纳米颗粒的SF水溶液直接纳米涂层后的苹果切片在24小时（62 ± 6%）和48小时（37 ± 5%）的治疗后，SK-BR-3细胞的细胞活力显著降低。然而，即使暴露在最负载姜黄素的丝素纳米颗粒中，健康的正常人类细胞和人类胎盘来源的间充质干细胞也未显示出细胞毒性（Montalbán等人，2018年）。未来的体内研究应包含全面的毒理学分析，以验证纳米复合材料的生理条件下的安全性。

3.5.2. 血液相容性研究
通过溶血测试评估了G-Hon-SNPs纳米涂层在可食用、生物相容性和食品安全应用中的安全性。如图S8a、b所示，溶血活性取决于浓度。为此，红细胞在添加了1% BSA的磷酸盐缓冲液中与G-Hon-SNPs接触1小时，温度为37°C。然后测量破裂红细胞的血红蛋白量。结果显示，500 μg/mL浓度下的G-Hon-SNPs的溶血抑制率为4.47 ± 0.08%。因此，根据上述结果，使用G-Hon-SNPs具有良好的安全性、可食用性和生物相容性。溶血率可以推断涂层材料与红细胞的相互作用；低溶血率表明涂层材料的生物相容性高，对红细胞的伤害小（Chi等人，2021年）。Cao等人（2011年）也发现N, N'-bis (2-hydroxyethyl) polycaprolactone methylamine ammonium propane sulfonate具有溶血性。Shaw等人（2024年）的类似研究显示，50 mg/mL浓度的丝素银纳米颗粒（SS-Ag NPs）产生了1.153 ± 0.2%的溶血率。

3.5.3. 生物成像应用
秀丽隐杆线虫（C. elegans）在470 nm的激光激发波长下显示绿色荧光（图7）。G-Hon-SNPs表现出低毒性、强生物相容性和荧光发射。这项工作表明，将制备的纳米涂层应用于...

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图7. 用G-Hon-SNPs处理的秀丽隐杆线虫的荧光成像：(a) 未处理的E. coli OP50；(b) 0.5 mg/mL；(c) 0.75 mg/mL；(d) 1 mg/mL。激光激发波长为470 nm。比例尺：50 μM。细胞孵育后，对G-Hon-SNPs的生物图像分析显示，在1 mg/mL浓度下没有形态变化。由于G-Hon-SNPs的光稳定性、水稳定性和生物成像特性，它们更适合用于生物相容性和生物医学及其他生物应用。根据Atchudan等人（2021年）的研究，使用香蕉皮废弃物制成的碳量子点显示了线虫的生物图像。Nadarajan Prathap等人（2023年）的研究发现，即使在1 mg/mL浓度下，PJ-CDs也不会显著降低C. elegans细胞的活力，且在Prosopis juliflora叶提取物的碳 dots孵育过程中也没有观察到细胞形态变化。图8展示了G-Hon-SNPs可食用涂层的作用机制，它在水果表面形成一层薄保护层，防止水分损失和氧气渗透，同时允许生物活性物质的调控释放。这种屏障效应最终延长了园艺作物的保质期，抑制了微生物生长和氧化降解（Wang等人，2025年）。总体而言，我们的研究结果表明，G-Hon-SNPs纳米涂层是一种安全有效的手段，可以延长园艺作物的保质期。

4. 结论
本研究探讨了使用G-Hon-SNPs纳米涂层制备具有抗氧化和抗菌特性的可食用涂层的潜在益处。在食品纳米技术领域，丝素纳米颗粒是一种具有多种药理应用前景的基材，可用作可食用涂层材料。壳聚糖是一种抗氧化和抗菌成分，可以简单而一致地添加到SNPs中。上述结果表明，使用G-Hon-SNPs涂层可以有效延长易腐蔬菜（如番茄、绿色香蕉、常春藤葫芦和茄子）的保质期，同时保持其重量、硬度和果实品质。番茄是最易腐的蔬菜之一；六到七天后开始变质。而涂有G-Hon-SNPs纳米可食用涂层的番茄在27天内仍保持良好的质地和品质。与对照组相比，涂层的常春藤葫芦在第五天失去了硬度并开始成熟；处理后的常春藤葫芦保存时间超过二十二天，并显著减少了重量损失。未涂层的常春藤葫芦在第五天成熟并失去硬度。同样，涂层的茄子作为模型也保持了十六天的品质。处理的绿色香蕉在三个星期内减少了重量并保持了形状。大多数涂层方法是天然的，但成本较高，超出当地零售商的承受能力。未来的研究可以探索G-Hon-SNPs纳米可食用涂层在各种应用中的潜力，例如大规模食品包装和高级生物应用。上述研究结果表明，G-Hon-SNPs可食用纳米涂层作为一种高效、环保的抗菌剂，具有健康、无毒的特性，同时还能保护农作物免受癌症侵害，从而延长产品的保质期并保持其品质。未引用的参考文献包括：Muthumanickam和Palanivel（2025年）、Rameshthangam和Muthulakshmi（2025年）、Rameshthangam等人（2025年）、Wang等人（2025年）。

**资金情况**
本研究未获得任何特定来源的资助。

**作者贡献声明**
- Rameshthangam Palanivel：撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证、实验设计监督、软件使用、资源管理、研究方法制定、数据分析、数据整理、概念构思。
- Muthulakshmi Muthumanickam：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、结果验证、研究方法制定、数据整理、概念构思。
- Bynedi Seshadhri Chinna Mounish：撰写、审稿与编辑、研究方法制定、数据整理、概念构思。
- Krishnaswamy Dr. Balamurugan：撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证、实验设计监督、数据分析、数据整理、概念构思。