喷雾干燥菊粉-羧甲基纤维素钠微载体：实现固态-胶态转变用于富含多酚提取物的叶面递送

本研究针对植物多酚提取物稳定性差、叶面应用难的问题，开发了一种基于菊粉(INU)和羧甲基纤维素钠(CMC)的喷雾干燥微载体系统(F-CHES)。该系统实现了高包封率(98.58%)、优异的化学稳定性(12周保留率≥94.86%)和水分散胶态转化能力，形成的透明涂层可促进活性成分在叶面的均匀覆盖，为可持续植物保护提供了创新解决方案。

　　

在可持续农业和绿色植保理念的推动下，利用植物源活性成分替代化学农药已成为研究热点。板栗苞片提取物(CHES)富含水解单宁和酚酸，对Alternaria alternata、Fusarium solani和Botrytis cinerea等植物病原菌表现出显著抗真菌活性。然而，这类多酚提取物存在水溶性差、化学稳定性低、叶面应用时易降解等问题，严重限制了其实际应用。为解决这些技术瓶颈，研究人员开始探索先进的递送系统，其中基于多糖的微胶囊化技术因其生物相容性好、可调控释放等特点受到广泛关注。

以往的研究多采用麦芽糊精、树胶或淀粉等高分子量壁材形成单聚合物或多聚合物基质，但菊粉(INU)和羧甲基纤维素钠(CMC)这两种具有互补理化性质的多糖组合尚未被系统研究用于多酚提取物的微胶囊化。菊粉是一种聚合度(DP)约15的低分子量果聚糖，具有优异的溶解性、水相容性和低温加工性；而CMC是一种线性水溶性阴离子纤维素衍生物，具有稳定、增稠和成膜特性。二者的战略组合有望协同改善递送性能和系统稳定性。

在这项发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》的研究中，意大利萨莱诺大学药学院的Rita Patrizia Aquino团队开发了一种创新的喷雾干燥微颗粒系统(F-CHES)，用于板栗苞片多酚提取物的稳定化和叶面递送。研究人员通过优化INU(5% w/v)和CMC(0.5-1% w/v)的配比，并添加少量十二烷基硫酸钠(SLS 0.05% w/v)改善疏水性多酚的分散性，成功制备了具有固态-胶态转变特性的微载体系统。

研究采用了多种先进技术方法：通过UHPLC-UV-ESI-HRMS和HPLC-DAD对提取物进行化学表征；利用喷雾干燥技术制备微胶囊；采用半固态(HRMAS)和固态(CPMAS)核磁共振分析基质-提取物相互作用；通过扫描电镜(SEM)和激光光散射(LLS)分析颗粒形态和尺寸；使用动态光散射(DLS)和ζ电位分析胶态行为；并通过光学显微镜评估叶面涂层形成行为。

2.3.1. 喷雾干燥过程

研究人员比较了空白(F-BLK)和载药(F-CHES) formulations的喷雾干燥产率。结果显示，空白配方在不同CMC浓度下均获得较高产率(73.42%-75.53%)，而载药配方产率略低(59.87%-70.42%)，但仍处于可接受范围。F-CHES 0.8配方(含0.8% CMC)实现了最佳包封效率(98.58%)，实际提取物含量(20.12%)与理论值(20.41%)高度吻合，表明该CMC浓度能有效保持颗粒的结构完整性和表面覆盖度。

2.3.2 MAS NMR分析基质-提取物相互作用(HRMAS和CPMAS)

魔角旋转(MAS) NMR光谱分析揭示了CHES提取物与多糖基质之间的分子水平相互作用。HRMAS NMR显示F-CHES 1谱图中出现了CHES特有的额外峰(1.65-2.8 ppm和芳香区)，证实了CHES的成功装载。轻微的向低场位移和信号展宽表明CHES组分化学环境改变和分子流动性降低，提示与基质存在弱相互作用。CPMAS NMR进一步证实了这些发现，INU显示较短的optimal cross-polarization contact time(OCT)和proton spin-lattice relaxation time in the rotating frame(T1ρH)值(8048 μs和2400 μs)，而CMC表现出较长的弛豫时间(12174.5 μs和2917 μs)。有趣的是，与F-BLK 1相比，F-CHES 1的T1ρH和OCT值降低，提示CMC保留量相对较少，可能与喷雾干燥过程中与CHES提取物的竞争性相互作用有关。

2.3.3 形态学和颗粒尺寸

扫描电镜分析显示，空白F-BLK 0.8配方呈现形态良好、表面光滑的球形微粒，而F-CHES 0.8配方则表现出一定程度表面异质性，有较小颗粒附着在较大颗粒表面，表明多酚化合物的存在影响了干燥过程中的基质形成。尽管如此，两种配方均未出现熔融或破碎迹象，支持了微粒的结构完整性。

2.3.4 尺寸分析和颗粒在分散液中的行为

激光光散射分析显示F-CHES 0.8干粉呈多峰粒径分布，主要体积峰集中在8.06 μm (d₅₀)，Span值为2.1，表明粒径分布总体可控。当分散于水中时，动态光散射分析显示流体动力学直径显著减小至0.55 μm，表明微粒解聚成胶态。ζ电位为-37.2 mV，反映了CMC赋予的负表面电荷，该值在胶态稳定性公认阈值(±30.0-40.0 mV)内，有助于保持分散均匀性。

2.3.5 F-CHES 0.8水分散液的叶面涂层性能

在生菜叶面上的应用研究表明，F-CHES分散液能够形成透明薄膜。喷洒后立即观察到水合分散液，60秒后形成顺应叶片自然微起伏的保形层。SEM分析进一步证实了连续、光滑、 cohesive涂层的形成，表明该配方能形成均匀覆盖，可能增强配方保留率和活性成分的均匀递送。

2.3.6 稳定性

在ICH加速稳定性条件下，F-CHES 0.8在12周内保持了94.86%-99.17%的槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷含量，波动在ICH Q1A(R2)指南规定的5%可接受变异范围内。SEM分析证实储存后微粒结构完整性保持良好，尽管观察到轻微团聚现象，但单个颗粒基本保持原始形态。

该研究成功开发了一种基于INU-CMC-SLS基质的工程化微颗粒系统(F-CHES)，用于封装多酚丰富的植物提取物。该系统表现出高工艺产率、可控粒径、优异包封效率以及在水中有效转变为胶态分散体的能力。其双重行为(固态时为微颗粒，水分散时转为纳米尺度材料)在农业应用中特别有利，因为稳定性、水分散性、可喷雾性和叶面覆盖度对植物配方的生物成功至关重要。INU-CMC基质能够保持连贯的微观结构，作为物理屏障保护多酚化合物免受环境应力(湿度、温度和氧化降解)的影响。这些发现不仅促进了多糖科学中对多组分碳水化合物基质包封植物活性成分的理解，也突出了它们作为可持续农业和作物保护策略中适应性递送系统的潜力。该系统的设计符合有机农业原则，为富含酚类的副产物提取物提供了可生物降解且植物相容的载体。