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多酚复合材料的种类及应用研究进展

2021-07-29姚卫蓉

食品科学 2021年13期
关键词:槲皮素脂质体复合材料

姜 楠,姚卫蓉,高 媛,王 蒙,*

(1.北京农业质量标准与检测技术研究中心,农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(北京),北京 100097;2.江南大学食品学院,江苏 无锡 214122)

多酚是植物体内重要的次生代谢产物,主要通过莽草酸和丙二酸途径合成,广泛存在于水果、蔬菜中,是果蔬感官品质和营养品质的主要决定因素。多酚的研究历史悠久,已被证实具有多种生物活性,不仅对植物生长发育和信号传导具有一定的影响,还可以减轻细胞和组织中蛋白质、脂质和碳水化合物的氧化损伤,从而降低患高血糖、高血脂、心脑血管等慢性疾病的风险[1-3]。因此,多酚不仅可以作为膳食补充剂添加到食品中以提高食品的功能特性,还可作为有效的功能成分应用于药品及保健品中。另外,多酚还具有显著的抗氧化特性及抑菌能力,对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)、大肠杆菌(Escherichia coli)、绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等食源性致病菌和扩展青霉(Penicillium expansum)、链格孢霉(Alternaria alternata)、镰刀菌属(Fusarium)等产毒真菌具有良好的抑制效果[4-7],因此还可作为抑菌剂、防腐剂等应用于贮藏保鲜及污染物控制等农产品质量安全领域。

多酚化合物结构中存在多个羟基,在光、热和碱性条件下极不稳定,易受外界环境因素的影响,而且大多数多酚的溶解性较差,不溶于水,易溶于有机溶剂,这大大限制了它们在食品、药品、农业等众多领域的应用[8]。因此,制备多酚改性复合材料以提高亲脂性多酚的水溶解度和生物利用率已成为解决该类问题的有效手段和研究热点。含有大量羟基的多酚对生物大分子聚合物有很高的亲和力,可通过非共价或共价的相互作用与生物大分子结合,形成具有协同功能属性的多功能复合物,从而提高多酚的稳定性及生物利用率[9]。利用该性质,众多学者集中于通过蛋白质、多糖、脂类等生物大分子与多酚相互作用,制备成多酚乳液、脂质体、微胶囊、纳米颗粒等新型复合体,从而运载多酚使其在生物体内发挥功效。还有研究将多酚或富含多酚的植物提取物作为主要活性成分,参与金属纳米材料的合成,获得更具功能特性的多酚-金属纳米材料[10-12]。现有的综述重点关注了多酚复合材料作为运载体系在生物体内提高多酚的生物利用率方面的研究,还缺少对多酚复合材料的结构表征技术以及污染物防控应用等方面的综述。本文就近年来关于多酚复合材料的最新报道进行分析总结,具体综述了多酚复合材料的不同类型、结构表征和主要技术手段以及应用现状,并对多酚复合材料在未来的研究重点进行了展望,以期为该领域的研究提供新思路。

1 多酚复合材料的种类

1.1 生物大分子复合材料

近年来以改善食品成分的性质、增强食品的功能特性或者为医学、药品等领域生产特定新产品为目的的生物大分子-多酚复合材料的合成成为研究热点。多糖、蛋白质、磷脂等生物大分子因其高度的生物相容性、生物降解性和多功能性而被广泛应用。生物大分子与多酚通过接枝、偶联或聚合等方式发生反应,对多酚进行分子修饰,从而合成具有理想物理化学性质的新材料。

1.1.1 多糖

多糖与多酚能够通过非共价相互作用和共价相互作用形成复合材料,其中非共价相互作用主要包括疏水相互作用、氢键和离子作用(静电相互作用)等方式,而共价相互作用主要通过酶氧化、碳二亚胺交联、自由基诱导等方式发生复合[9,13]。目前,关于多酚与多糖复合的研究以非共价键结合为主,尤以环糊精、壳聚糖、葡聚糖以及细胞壁多糖等通过非共价相互作用形成的复合材料较为突出。

环糊精是由淀粉制成的环状低聚糖,具有中空圆筒立体环状结构,因此具有较强的分子络合能力,通过与多酚形成包合物,增加其水溶性和生物利用度。和厚朴酚与厚朴酚是中药材厚朴中最主要的两种活性成分,具有抗癌、抗肿瘤作用。但是由于其溶解性较差且易被氧化,因此在医药领域的应用受到限制。环糊精与中药材厚朴酚聚合,制备成厚朴酚/β-环糊精和厚朴酚羟丙基-β-环糊精。相对于厚朴酚单体,厚朴酚/β-环糊精和厚朴酚羟丙基-β-环糊精的溶解性提高8.39、31.50 倍,通过改善溶解性也提高了厚朴酚在小鼠体内的生物利用率[14]。Feng Runliang等[15]运用有机溶剂加热的方法将普朗尼克F-127与环糊精制备成聚合物,随后用该聚合物包裹和厚朴酚,最终制备成负载和厚朴酚的胶束,增强了和厚朴酚的水溶性和载药能力。近年来电纺纳米纤维用于包封生物活性成分已在食品包装领域显示出较好的应用前景[16]。利用静电纺丝技术将姜黄素和环糊精制备成电纺聚合纳米纤维材料,全新的复合材料具有包容性更强的网络结构,可以瞬间溶解,提高姜黄素的生物利用率[17]。

壳聚糖是自然界中唯一的天然碱性多糖,具有优异的生物相容性、生物降解性以及多种生物活性,长期以来广泛应用于食品加工、农产品贮藏保鲜、生物医学等领域。以壳聚糖为载体,通过与不同种类的多酚进行复合,进而改善多酚的疏水性及易被氧化的研究一直以来备受关注。通过静电沉积法将槲皮素包封在壳聚糖/卵磷脂聚合物中,制备成均匀的球形纳米胶囊。与天然的槲皮素相比,复合后的槲皮素纳米胶囊具有更高的稳定性和抗氧化性,且对HepG2细胞的抑制作用无显著差异[18]。Yu Chenghua等[19]运用温和的化学方法,在40 ℃条件下使用磷酸盐缓冲液将对羟基苯甲酸丁酯和对香豆酸接枝到壳聚糖分子上,热稳定性和抗氧化性实验结果表明对香豆酸的抗氧化性和热稳定性显著增加。绿色多功能纺织材料的开发是近年来最新的研究热点,Saini等[20]通过层层组装合成了壳聚糖-茶多酚功能化改性纺织材料,经测试该材料的抑菌率范围为75%~97%,抗氧化率为58%~96%,紫外线防护系数大于22.5。

除上述研究较多的环糊精-多酚、壳聚糖-多酚复合改性材料之外,科研人员还以纤维素、果胶等为载体进行了多酚改性材料制备的研究。羧甲基纤维素是一种纤维素多糖,具备良好的成膜特性,被广泛应用于食品的包装加工中。但是纤维素膜本身不具备任何抗氧化性及抑菌性,因此将具有功能活性的多酚与羟甲基纤维素进行络合,制备成具有抗氧化性及抑菌特性的新型复合材料,可改善羧甲基纤维素的应用受限问题。韭菜提取物中的活性成分为没食子酸、儿茶素、对香豆酸、阿魏酸、异槲皮素和芦丁,将其与羧甲基纤维素合成可食膜,该膜的抗拉力、厚度、水溶性、溶胀度均有所改善,尤其是抗氧化能力提高60%[21]。肉桂提取物富含原花青素,但是具有强烈的苦味、涩味,且易被降解。利用明胶、阿拉伯胶、果胶、腰果树胶、角叉菜胶等多糖将肉桂提取物进行包封形成胶囊包裹材料,使用明胶/角叉菜胶和明胶/腰果树胶合成的新型胶囊包裹材料可增强贮藏过程中多酚和花青素的稳定性,添加到冰淇淋中的感官评价结果表明使用明胶/阿拉伯树胶和明胶/角叉菜胶能够显著掩盖苦味和涩味[22]。此外,也可利用黄原胶经反溶剂沉淀法制备含有肉桂皮提取物的虫胶纳米颗粒,颗粒具有光滑的外表面,纳米胶囊有效地提高了肉桂多酚的稳定性,体外释放实验结果表明90%以上的肉桂多酚是在小肠中释放的,且90 ℃热处理20 min后多酚保留率仍高于90%[23]。

1.1.2 蛋白质

蛋白质是食品组分中具有重要生理功能的一大类物质,由于氨基酸组成和序列的多样性导致蛋白质的构象和功能有很大不同,其主要的功能特性有乳化性、凝胶性、起泡性等。多酚和蛋白质之间的相互作用主要有非共价相互作用和共价相互作用,但是考虑到适应人体正常生理环境以及温和的实验条件,目前关于多酚和蛋白质的复合研究多集中在非共价键相互作用,共价键结合的研究报道较少[24]。非共价相互作用主要包括离子键、氢键、静电吸附、范德华力以及疏水相互作用等,对多酚和蛋白质的物理化学性质和功能特性均有一定的改善。多酚与蛋白质发生聚合后可以提高多酚的亲水性、稳定性以及生物利用度,同时蛋白质的抗氧化性、热稳定性、凝胶性也会得到改善[25]。因此,近年来蛋白质-多酚复合改性材料的制备越来越受到人们的关注。

β-乳球蛋白是一种转运蛋白,可高效运输疏水性物质,已有研究表明β-乳球蛋白可作为芦丁、绿原酸、阿魏酸、茶多酚等多酚物质的配体,多酚被β-乳球蛋白包裹,可有效改善多酚的疏水性和不稳定性[26-27]。最新研究表明将不同类型的多酚(单宁酸、没食子酸、表没食子儿茶素)和蛋白质(酶、抗体、转运蛋白和荧光蛋白)组装到不同的基底物质上,即可合成全新的功能性多酚-蛋白质复合材料。牛血清白蛋白是血浆中常见的一种球蛋白,常被用作多酚-蛋白质组装的模型蛋白。将牛血清白蛋白和单宁酸同时固定于聚二甲硅氧烷、塑料或玻璃等基质上,即可组装形成多酚-蛋白复合材料,该组装材料可制备成纳米金棒或涂布于大肠杆菌上,还可附载到其他有机或无机物质上,适用于不同长度(20 nm~1 cm)的底物[28]。此外,两亲性嵌段共聚物具有成本低、不易被酶降解、良好的药物控释性和缓释性等优点,在纳米生物材料中得到了广泛应用。有学者采用简单的自组装工艺制备了一种新的两亲性三嵌段槲皮素-白蛋白纳米复合材料,此材料颗粒粒径小于200 nm,具有良好的水溶性和稳定性,可保持体外长达12 d的持续药物释放。对肾上皮细胞的细胞毒性研究也表明,槲皮素-白蛋白纳米颗粒具有无毒、可保护晶体诱导引起的细胞损伤[29]。

值得注意的是,采用蛋白-多糖-多酚3 类物质复合的方式制备成三元复合改性材料也是近年来的研究热点,三元复合物集合了3 种单体各自的功能特性,更利于在不同体系中应用。Liu Runhua等[30]表征了乳铁蛋白-透明质酸-表没食子儿茶素没食子酸酯三元复合材料,该复合材料在不同的pH值条件下表现出不同的形态,且抗氧化性也与pH值、表没食子儿茶素没食子酸酯的浓度有关,三元复合材料的制备为天然抗氧化物质的传递提供了新思路。利用反溶剂沉淀法将白藜芦醇包封在玉米醇溶蛋白中,制备成白藜芦醇-玉米醇溶蛋白颗粒,其粒径小于70 nm,再涂覆海藻酸盐和壳聚糖复合膜,以此体系用来运输白藜芦醇,可显著改善醇溶蛋白颗粒中白藜芦醇的释放和生物可及性[31]。

1.1.3 脂类

多酚与脂类物质复合改性材料的制备是改善多酚低溶解度、胃肠道易降解以及低吸收等问题的有效方法,尤以磷脂、油脂等高分子为载体,通过与多酚复合制备成脂质体、乳液等形式的新型复合材料较为突出[32-33]。

由于磷脂同时含有亲水相和亲油相基团,且具备广泛的生物学功能,因此常用磷脂分子制备脂质体。脂质体是一种由双亲性分子(通常为磷脂分子)在水相中自组装而成的球型小泡,由于其特殊的结构,使其既可以将水溶性活性物包覆在脂质体内部,又可以将油溶性物质包覆在脂质体夹层中,还可以将活性物质吸附连接在脂质体的表面,是一种生物相容性和安全性能好的包覆载体[34-35]。pH驱动法是基于亲脂性多酚溶解度随pH值改变的原理而建立的新型包封材料制备方法[36-37]。姜黄素分子在酸性环境下由于不带电,水溶解度极低;当pH值逐渐升高,大于姜黄素酚羟基的电解离常数时,酚羟基逐步电离,姜黄素分子带电,水溶解度会显著升高。有学者利用该原理制备了姜黄素-磷脂脂质体,结果表明姜黄素-磷脂脂质体的稳定性和包封率较高,但不是所有亲脂多酚改性材料都适用于该方法的制备,槲皮素-磷脂脂质体的稳定性较差;因此,当采用pH驱动法包封亲脂性多酚时,需要选择碱性稳定性较好的多酚[38]。采用薄膜蒸发法制备的槲皮素-磷脂脂质体是均匀分布的球形颗粒,不仅改善了槲皮素的水溶性,还提高了生物利用度。经槲皮素纳米脂质体处理后,小鼠血清中谷丙转氨酶、草谷转氨酶、血清胆红素水平均明显优于单纯槲皮素处理组,同时还可以保护小鼠的肝细胞免受损伤[39]。黄芩苷是一种黄酮类的多酚,它与卵磷脂通过添加不同比例的乙醇、甘油和丙二醇以及少量的水,分两步水化成黄芩苷脂质体囊泡,通过结构表征发现脂质体囊泡呈三维结构,形成立体网络,因此具有高黏度,同时可在12 个月的贮藏期内保持稳定[40]。

1.2 金属纳米复合材料

近年来,依托于纳米技术将金属元素和植物源天然产物复合用于开发新型功能性材料的研究成为热点。在现有的纳米材料中,纳米金粒子、纳米银粒子因其特殊的功能属性备受关注。金是一种惰性材料,具有抗氧化性,纳米金粒子和天然产物合成后可以保留功能性成分的药理特性,且毒性较低[41]。纳米银粒子具有优良的化学稳定性、催化性能,同时具有抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤等生物功效[42-43]。除了纳米金粒子、纳米银粒子外,纳米铂粒子、纳米钯粒子、氧化锌等金属纳米材料也可用于复配多酚物质以改善其溶解性、稳定性、抗氧化性,提高多酚的生物利用率。

在制备多酚金属纳米材料的过程中,有研究使用多酚纯品,也有研究利用富含多酚的植物提取物直接与纳米金属材料进行复合。Milanezi等[44]合成了槲皮素-纳米金颗粒,并对新材料进行了表征,同时通过细胞实验评价了其抗氧化性、抗真菌活性以及细胞毒性。槲皮素-纳米金颗粒呈球形,粒径小于100 nm。抗氧化实验结果显示新合成的槲皮素-纳米金颗粒抗氧化活性显著高于槲皮素单体,同时具有显著的抗真菌活性,对烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)的抗菌质量浓度为0.1~0.5 mg/L,对成人纤维细胞(L929cells)无细胞毒性。臭豆腐木(Premna integrifoliaL.)叶片水溶液提取物中富含没食子酸((67.23±0.23)μg/mg)和芦丁((58.1±2.29)μg/mg),与1 mmol/L AgNO3在中性条件下日光暴露25 min形成纳米颗粒,合成的纳米颗粒呈球形,粒径在9~35 nm范围内,具有良好的抑菌性能[45]。龙葵叶(Solanum nigrumleaves)是一种药用植物,因含有大量芹菜素、香豆酸、山柰酚、木犀草素等多酚成分,具有多种生物功效。分别用氯金酸、硝酸银、氯化钯与龙葵叶提取物持续加热搅拌10 min形成胶体,通过结构表征,形成的Ag、Au、Pd纳米颗粒呈分布均匀的球形纳米粒子,粒径分别为3.46、9.39、21.55 nm,且纳米银粒子对大肠杆菌的抑菌效果最显著[46]。类似的研究还有用黑果山姜(Alpinia nigra)提取物、鼠尾草(Salvia officinalis)提取物分别与Ag、Au合成纳米粒子,合成的多酚金属纳米复合材料表现出较好的抑菌性能和催化性能[47-48]。

氧化锌纳米颗粒也是一种具有功能特性的金属材料,可作为催化剂、光学传感器、化妆品添加剂、治疗糖尿病药物等应用于众多领域,但是其在制备过程中存在粒度不均匀、溶剂不稳定、效率低等问题。为了解决上述问题,Liu Zuliang等[49]利用富含多酚的石榴叶提取物与醋酸锌在加热的条件下复合制备了新型多酚-氧化锌纳米粒子,结构表征结果表明粒子平均粒径为7 nm,氧化锌纳米颗粒被石榴叶提取物包裹,具有结晶性质,可作为治疗儿童白血病的新材料。

1.3 其他高分子聚合物

多酚除了与上述生物大分子以及金属元素复合形成功能性材料以外,近年来以环糊精为底物与金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)复合进而包封多酚的研究引起国内外学者的关注。环糊精-金属有机框架材料(cyclodextrin-metal-organic frameworks,CD-MOFs)是一种结晶性多孔材料,具有可调的外部尺寸和内部孔隙率以及高比表面积等多种利于封装和传输的特性[50-51]。有研究表明将白藜芦醇包封在CD-MOFs中可以显著提高其光稳定性、抗氧化性以及缓释特性[52-53]。此外,多酚对各种金属离子具有很强的螯合能力,能够形成多酚-金属网络[54]。利用该性质,首先将单宁酸/壳聚糖复合物(tannic acid/chitosan,TA/CS)修饰于碳纳米管(carbon nanotube,CNT)表面,通过真空过滤形成CNT@CS/TA薄膜,该薄膜用来提供高渗透通道,薄膜表面的单宁酸由于含有—COOH,可与Fe3+进一步形成具有超亲水性/疏油性的CNT@CS/TA-FeOOH纳米薄膜[55]。由此可见,多酚由于特殊的功能性质,与配合物复合的过程中不仅可以改善自身的不良特性,还可以根据具体应用环境赋予合成材料新的功能特性。

2 多酚复合材料的结构表征技术

多酚化合物与蛋白质、多糖、金属等结合的过程复杂,形成复合物的结构和机制需要借助光谱、波谱、质谱、显微镜以及物理化学行为分析等技术进行解析,通过获得某些特征参数如特征光谱系数、结合常数、亲和力指数、结合位点及空间结构变化等信息对结构进行表征,通过显微技术获得多酚复合材料的形态、粒径等信息[56-57]。近年来借助于软件,通过计算模拟分子间相互识别的过程是用于推测多酚复合材料构象的新方法,如分子对接、分子动态模拟等技术,该分子模拟技术常用于推测多酚与蛋白质、多糖等生物大分子的聚合物的结合位点及空间构象[58-60]。

理化性质的测定也可用于表征多酚复合材料的结构,可进一步解释说明多酚复合材料的包封率、附载率、溶解性、渗透性、稳定性、抗氧化性、抗紫外线辐照、抑菌性、生物可利用度、安全性等特性,如通过2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除实验测定多酚复合物的抗氧化性[25,61];利用体外消化模型来研究包封后的多酚复合物的溶解性和生物利用率[53];开展贮藏实验,将多酚复合物贮藏一定时间,定期取样测定平均粒径、包封率、Zeta电位,以此考察复合物的稳定性[29-30,40,62];选择适宜的细胞模型及动物模型,通过测定细胞凋亡率以及观察切片组织损伤程度等指标来评价多酚复合物的安全性[49,63]。当然,溶液离子浓度、多酚的负载量、温度、配合物类型、配合物浓度等都是影响多酚复合材料理化性质及结构的因素。多酚复合材料结构表征的常见技术手段及主要功能如表1所示。

表1 用于多酚复合材料结构表征的技术类型及主要功能Table 1 Common techniques used for structural characterization of polyphenol composites and their major functions

3 多酚复合材料的应用现状

在各种植物中已经鉴别出多达10 000多种多酚化合物,根据酚环的数量以及酚环上连接基团的不同可以将多酚分为酚酸类、类黄酮类、芪二苯乙烯类和木脂素类[64]。由于多酚种类繁多,且各具功能特性,另一方面,与多酚结合的复配物的种类、性质、形态也多种多样,这就给多酚复合材料的应用带来较大的空间,通过分析最新的研究结果发现多酚复合材料在以下3 个方面的应用较为广泛。

3.1 食品工业

考虑到食用的安全性,目前应用于食品加工领域的多酚复合材料通常是多酚-蛋白、多酚-多糖、多酚-脂类复合物。将多酚添加到食品中一方面可利用多酚的营养功能使食品具有功能特性;另一方面可利用多酚的抑菌性和抗氧化性将其作为食品防腐剂或抗氧化剂。此外,也可根据与多酚结合的蛋白质、多糖、脂类的不同,利用大分子本身的性质改善食品加工中出现的问题。

以壳聚糖、羧甲基纤维素、果胶等为底物,通过添加多酚,制备成具有保鲜、抑菌、抗氧化功能的食品包装材料的应用最为广泛。海桑叶提取物富含多酚,将其与壳聚糖通过氢键和酯键结合制备薄膜并涂布于香蕉上,结果表明该膜具有良好的抑菌性,能够显著降低透光率,同时还延长了香蕉的贮藏期[65]。将茶多酚加入到玉米磷酸二淀粉/羧甲基纤维素膜里,可制备成具有良好防潮性能和抑菌性能的可食膜,不仅可作为食品包装材料,也可用于食品保鲜[66]。添加没食子酸的果胶涂层可应用于日本生鲈鱼片的贮藏保鲜,实现在-4 ℃保鲜20 d,同时显著降低微生物总数,具有较好的感官品质[67]。多酚复合材料除用作可食膜以外,还可作为功能性原料添加到食品加工中。低甲氧基果胶包封表没食子儿茶素没食子酸酯和白藜芦醇两种多酚形成脂质体,该脂质体粒径较大,Zeta电位较高,将其添加到橙汁中,具有良好的稳定性,可作为橙汁的功能成分[68]。

3.2 医药领域

越来越多的流行病学和临床证据表明天然多酚具有强大抗氧化、消炎、抗肿瘤、调节机体免疫、改善大脑神经功能等多种医疗功效,但受到多酚物质本身的水溶解性、稳定性差以及生物利用度低等问题的限制,在医药领域的应用一直是国内外学者亟待解决的问题。多酚复合材料的合成为这一问题提供了新的思路和方法,目前已有多项关于多酚复合材料用于疾病治疗以及药物合成的研究[69-70]。

将多酚复合材料作为药物用于某种疾病的靶向治疗是近年来应用的主要趋势。Gunnera tinctoria是主要分布于智利的一种药用植物,该植物叶片富含没食子酸,以该植物叶片提取物为基底,通过添加果胶、淀粉等物质合成生物材料,该材料对血管内皮细胞无损伤作用,同时可增加纤维细胞和肉芽组织的数量,催生新血管生成,促进伤口愈合[71]。新型透明质酸负载槲皮素纳米粒子可用于靶向治疗癌症,以透明质酸作为配体的纳米给药系统具有肿瘤特异性靶向作用,可促进槲皮素在肿瘤部位的积累,从而增加药物浓度,减少药物剂量,达到更好的治疗效果[72]。此外,研究表明包裹白藜芦醇和表儿茶素的壳聚糖水凝胶体系可用于治疗阴道感染,多酚运载体系对细胞毒性较小,且在体外释放时间较长;槲皮素和没食子酸脂质体可用于治疗阴道念珠菌感染,两种多酚具有协同增效作用,因此,多酚复合物具有作为治疗阴道炎替代药物的应用前景[73-74]。此外,光热疗法是癌症治疗的主流方法,以绿茶多酚为还原剂合成纳米铂粒子,由于绿茶多酚本身具有抗肿瘤的功效,因此新合成的绿茶多酚-纳米铂粒子作为光热疗法的光敏剂,可显著提高结肠癌细胞的死亡率[75]。

3.3 植物病害防控

长期以来,病原微生物对抗生素的耐药性导致在农业生产中农药和化肥的过度使用,使得农产品中的农药含量超标,引发食品安全问题,同时对人体健康构成重大威胁。因此,以多酚为代表的植物抑菌剂作为绿色安全的防控手段得到国内外农业领域科研工作者的高度重视。与此同时,伴随着纳米技术已在生物医学、抗菌治疗方面表现出显著的优势,因此基于多酚-纳米复合材料用于农业领域控制病害虫和病原体生长在近几年已经成为一个新兴的研究领域[76]。

通过对最新的研究分析发现,多酚-银纳米粒子复合材料在体外抑菌方面的优势较为突出。金属Ag本身具有良好的抑菌性能,其抗菌能力在纳米水平上得到了增强,因此作为抑菌材料在用途上也得到了改善。研究人员将纳米银粒子与甜菊苷复合,分散于甲壳胺低聚糖醇溶液中,有效的多酚成分为姜黄素、阿魏酸、没食子酸、水飞蓟素。体外抑菌实验表明,复合体系可显著抑制黄色镰孢菌(Fusarium culmorum)和樟疫霉菌(Phytophthora cinnamomi)的菌丝生长,该抑菌材料有望成为磷、铝和甲氧基等传统杀菌剂的替代品,应用于农作物的真菌病害防护[77-78]。有学者用纳米银粒子与紫叶欧洲山毛榉(Fagus sylvaticaL.)多酚粗提液制备抑菌复合材料具有显著的抗氧化和抑菌性能,发现其可有效抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)以及绿脓假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的生长[79]。多酚-纳米银粒子复合材料不仅对细菌、真菌有抑制作用,还对寄生虫及其幼虫具有消杀功能。苦瓜皮多酚提取物作为还原剂介导的纳米银粒子粒子对白纹伊蚊和埃及伊蚊具有显著的杀灭功能,可导致虫体完全死亡[80]。

4 结 语

多酚物质种类丰富、功能强大,不仅具有营养功能特性,还具有天然抑菌活性。虽然存在水溶性差、稳定性差、生物利用度低等问题,但是多酚复合材料的合成成为解决上述问题有效、安全、简便的技术手段,也是近年来关于多酚物质应用的研究热点。总结文献的研究成果发现还存在一些问题:1)在人体直接摄入的食品及医药领域中,多酚复合材料还很难实现精确地靶向释放和吸收,这就导致多酚物质的功能活性不能完全发挥作用;2)目前关于多酚复合材料的结构表征及机理研究较多,且相当数量的研究仅关注单一多酚或者单一配合物,而关于多酚复合材料的实际应用研究较少,尤其在植物真菌病害防控方面的应用研究存在不足;3)用于评价多酚复合材料生物安全性的研究较少,缺少安全性评价会限制新材料在实际生产中的应用。

基于上述问题,今后关于多酚复合材料的研究方向可重点关注以下几个方面:1)可根据不同的应用场景,有针对性地合成多酚复合材料,尝试将不同包封技术结合,提高其靶向释放和定点吸收的有效性;2)增加两种以上多酚或配合物协同效应的研究,全面了解多酚复合材料的性能,实现多种营养物质的同时输送,重点落到应用与转化方面,开发出可用于食品补充剂和医疗行业的新产品;3)加强体外细胞培养和体内动物毒理的研究,以探索多酚复合材料联合用药的疗效和潜在毒性;4)充分发挥多酚物质的抑菌、抗氧化功效,加强多酚复合材料在植物病害方面关于抑菌机制的研究,重点开发高效绿色环保的植物源抑菌产品。

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