基于柑橘皮废弃物的氧化银纳米颗粒制备及其生物医用与环境应用研究：一种农业废弃物高值化策略

《Food Science & Nutrition》：Exploring the Biomedical and Environmental Application of Silver Oxide Nanoparticles Derived From Citrus sinensis Peel: A Valorization Approach

　　

研究人员采用农业废弃物作为前驱体，开发了一种环境友好且可持续的功能纳米材料合成路径。本研究利用甜橙（Citrus deliciosa，CD）与柑（Citrus nobilis，CN）的果皮提取物，通过绿色合成法制备了氧化银纳米颗粒（AgO-NPs）。果皮提取物中的生物活性化合物充当了天然还原剂与稳定剂。紫外-可见光谱（UV-Vis）在400–460 nm范围内显示出特征吸收峰，证实了AgO-NPs的成功形成。动态光散射（DLS）分析显示，AgO-NPs的水合粒径分布在14至55 nm之间。扫描电子显微镜（SEM）观察表明，纳米颗粒主要呈球形。傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定了纳米颗粒表面的官能团。来源于CD果皮提取物的AgO-NPs表现出显著的抗菌性能，对痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae）、大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）的抑制圈直径范围为19至21 mm。在DPPH自由基清除法测定的抗氧化实验中，CD来源的AgO-NPs在浓度为70 μg/mL时的抑制率达到65%，显示出其强效的中和活性氧（ROS）的能力。此外，α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶抑制实验证明了AgO-NPs具有显著的体外酶抑制活性。除生物医学应用外，CD来源的AgO-NPs还表现出优异的光催化活性，在紫外光照射下，对亚甲基蓝（MB）的降解率达73.51%，对甲基橙（MO）的降解率达71%。这些多功能特性共同凸显了利用柑橘废弃物制备的AgO-NPs在医疗与环境领域的应用潜力。以果皮为前驱体不仅实现了农业废弃物的增值利用，还通过促进纳米材料的生态友好与可持续发展，支持了循环经济建设。

论文解读：《Food Science 》刊发柑橘皮源氧化银纳米颗粒的多功能应用研究

研究背景与意义

当前，环境污染加剧、微生物耐药性上升以及代谢性疾病（如糖尿病）的高发，对全球公共卫生与生态系统构成了严峻挑战。传统工业排放导致水体中含有大量难以降解的合成染料，而抗生素的滥用则催生了耐药病原体。在此背景下，纳米技术因其材料具备独特的理化性质，被视为同时应对生物医学与环境危机的有力工具。特别是金属基纳米颗粒，如氧化银纳米颗粒（AgO-NPs），因其卓越的抗菌、抗氧化及催化性能备受关注。然而，传统的化学与物理合成方法往往涉及有毒还原剂、有机溶剂及高能耗过程，不仅增加了环境负担，还可能残留毒性。因此，利用植物资源，尤其是农业废弃物进行纳米材料的绿色合成，成为了实现可持续发展与循环经济的关键途径。柑橘是全球产量最高的水果之一，其加工产生的皮渣通常被丢弃，造成了资源浪费与环境污染。柑橘皮富含酚类化合物、黄酮、多糖及维生素C等生物活性成分，是理想的绿色还原剂与稳定剂来源。基于此，研究人员开展了利用柑橘皮废弃物合成多功能AgO-NPs的研究，旨在探索其在抗菌、降糖及环境治理方面的应用潜力。

主要技术方法

研究人员选取了甜橙（Citrus deliciosa，CD）与柑（Citrus nobilis，CN）的果皮作为样本，经清洗、干燥、研磨成粉后制备水提物。采用改进的化学沉淀法，将硝酸银（AgNO₃）溶液在碱性条件下与不同浓度的果皮提取物混合，通过调控反应温度与搅拌速率诱导氧化银纳米颗粒（AgO-NPs）的形成。合成的纳米颗粒经由紫外-可见光谱（UV-Vis）确认表面等离子体共振效应，利用动态光散射（DLS）测定粒径分布，通过扫描电子显微镜（SEM）与能量色散X射线光谱（EDS）分析形貌与元素组成，并借助傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）及X射线衍射（XRD）对其理化性质进行全面表征。在功能评价方面，采用琼脂扩散法与微量肉汤稀释法评估抗菌活性；利用DPPH自由基清除实验检测抗氧化能力；通过α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶抑制实验评估体外抗糖尿病潜力；并以亚甲基蓝（MB）与甲基橙（MO）为目标污染物，在紫外光照射下评估其光催化降解性能。

研究结果

3.1 样品的近似分析

研究人员首先对两种柑橘皮粉进行了营养成分分析。结果显示，CD皮的水分、灰分及蛋白质含量略高于CN皮，而CN皮的碳水化合物含量稍高。总酚含量（TPC）与总黄酮含量（TFC）测定表明，CD皮提取物含有更高浓度的生物活性物质，这为其更强的还原能力提供了物质基础。

3.2 AgO-NPs的合成机理

研究证实，柑橘皮提取物中的酚类、黄酮、有机酸及蛋白质等植物化学物质，其表面的羟基（-OH）、羰基（>C=O）及羧基（-COOH）在pH 8的条件下，能够螯合并还原银离子（Ag⁺）。同时，溶解氧的存在促进了Ag-O键的形成，通过成核作用生成氧化银而非单质银，提取物中的多糖与蛋白质则吸附在颗粒表面防止团聚，起到了稳定剂的作用。

3.3 紫外-可见光谱分析

反应溶液颜色由浅棕变为深棕色，标志着AgO-NPs的生成。UV-Vis光谱在400–480 nm处出现的特征吸收峰对应于AgO-NPs的表面等离子体共振（SPR）效应，进一步验证了纳米颗粒的成功合成。

3.4 氧化银纳米颗粒的表征

DLS结果表明，CD与CN来源的AgO-NPs水合粒径分别为14–55 nm与14–50 nm，其中CD在4%浓度下获得最小粒径（14.59 ± 3.44 nm），CN在2%浓度下获得最小粒径（15.11 ± 1.15 nm）。FTIR光谱中536–618 cm^-1处出现的Ag-O伸缩振动峰，以及硝酸盐特征峰的消失，确证了氧化银的形成。SEM图像显示，CN来源的颗粒形状不规则且易团聚，而CD来源的颗粒呈均匀球形且分散性更佳。EDS图谱中强烈的银峰与氧峰进一步证实了AgO-NPs的元素组成。热分析（TGA/DSC）显示CD来源的纳米颗粒具有更高的热稳定性与结晶度，这归因于其提取物中植物化学物质的强稳定作用。XRD结果揭示了CD来源的纳米颗粒具有面心立方（fcc）结构的银及Ag₂O相，结晶度优于CN来源。

3.5 柑橘皮源AgO-NPs的生物医学潜力

抗菌实验显示，CD来源的AgO-NPs抑菌圈直径为19–21 mm，显著优于CN来源（17–19 mm），且对革兰氏阴性菌的抑制效果尤为突出。其最低抑菌浓度（MIC）与最低杀菌浓度（MBC）均低于CN组。抗氧化实验表明，在70 μg/mL浓度下，CD组对DPPH自由基的清除率达65%。在抗糖尿病活性方面，CD来源的AgO-NPs对α-淀粉酶的抑制率为69.33%（IC₅₀= 110.22 μg/mL），对α-葡萄糖苷酶的抑制率为73.17%（IC₅₀= 114.62 μg/mL），虽略低于阳性对照阿卡波糖，但仍表现出显著的体外酶抑制活性。

3.6 柑橘皮源AgO-NPs的环境潜力

光催化降解实验证明，CD来源的AgO-NPs在90分钟紫外光照下，对亚甲基蓝（MB）的降解率为73.51%，对甲基橙（MO）的降解率为71.68%，其效率均高于CN来源。这主要归因于CD组纳米颗粒更小的尺寸、更高的结晶度以及表面植物化学物质的协同作用，有效促进了光生电子-空穴对的分离与氧化还原反应的进行。

结论与讨论

本研究成功利用柑橘皮废弃物通过绿色合成法制备了氧化银纳米颗粒（AgO-NPs）。研究发现，不同品种柑橘皮的植物化学成分差异显著影响了纳米颗粒的理化性质与功能表现。其中，甜橙（CD）皮因富含更高含量的酚类与黄酮类物质，所制备的AgO-NPs具有更小的粒径、更高的结晶度、更好的分散性以及更强的热稳定性。这些物理化学优势直接转化为更优异的生物医学与环境性能：CD来源的AgO-NPs展现出广谱抗菌活性、高效的自由基清除能力以及对碳水化合物水解酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）的显著抑制作用，同时在紫外光驱动下能有效降解有机染料污染物。该研究不仅提供了一种安全、低成本且环境友好的纳米材料制备策略，实现了农业废弃物的高值化利用，还为开发兼具疾病治疗与水污染修复功能的多功能纳米平台提供了实验依据，对推动绿色纳米技术与循环经济的发展具有重要意义。