揭示沙特山地木瓜（Vasconcellea pubescens）的生化特性：一种具有营养价值且具有治疗意义的野生食物来源

《Journal of Agriculture and Food Research》：Unveiling the biochemical properties of Saudi mountain papaya ( Vasconcellea pubescens): A wild nutritious food source with therapeutic relevance

本研究通过喷雾干燥法将迷迭香和mu?a精油微胶囊化，分析其理化性质及抗菌效果。结果表明，微胶囊显著提高精油稳定性，延长释放时间，且mu?a微胶囊包封效率（87±2%）和热稳定性优于迷迭香（72±3%）。两者对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈均大于2.5 cm，且微胶囊保持持续抗菌活性。

　　植物精油在食品、制药和化妆品领域因其显著的抗菌、抗氧化和抗炎特性而受到越来越多的关注。然而，由于它们具有高挥发性、低水溶性和对环境因素的敏感性，直接应用存在一定的技术限制。为了克服这些限制，本研究旨在通过微胶囊化技术保护这些精油，提高其物理化学稳定性，并评估其在控制释放系统中的抗菌效果。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），我们鉴定出从 *Origanum vulgare*（百里香）和 *Minthostachys mollis*（穆尼亚）中提取的精油中含有53种和56种挥发性化合物，其中以含氧单萜类化合物如香茅醇、香芹醇和芳樟醇为主。研究结果显示，使用β-环糊精作为壁材制备的 *M. mollis* 微胶囊表现出更高的包封效率（87±2%）和产率（19±3%），而 *O. vulgare* 微胶囊的包封效率和产率分别为72±3%和16±2%。此外，两种微胶囊均显示出高水溶性（>83%）、低水分活度（<0.3）、均匀的球形形态和良好的热稳定性，这些特性通过差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）进行了验证。

在抗菌活性方面，研究发现，自由状态下的精油表现出比其微胶囊化形式更低的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC），尤其是在对抗 *Escherichia coli* 和 *Staphylococcus aureus* 时，差异显著（p<0.05）。尽管如此，由于活性成分的可控释放，微胶囊在抑制区域大小方面仍表现出一致的抗菌效果，抑制区域超过2.5厘米。这表明，虽然微胶囊在初始抗菌效果上有所减弱，但其能够维持持续的抗菌活性，这对于需要长期作用的工业应用而言具有重要意义。此外， *M. mollis* 微胶囊在水分活度稳定性和光学性能方面表现出色，进一步证明了其在持续释放系统和功能性基质中的应用潜力。

研究中使用的微胶囊化技术，特别是喷雾干燥法，被认为是一种在食品和香料工业中具有广泛应用前景的策略。该方法能够在干燥室中将乳液雾化，形成稳定的粉末状微胶囊。喷雾干燥的条件包括190°C的进料温度、90°C的出料温度、2078 G的进料速度、1643 G的抽吸速度、100 wc的真空压力以及2 kg/cm2的雾化压力。这些参数对于微胶囊的形成和稳定性至关重要。微胶囊的产率和包封效率取决于所用的壁材料，β-环糊精因其形成包合物的能力而成为一种有效的选择。该材料能够有效封装精油中的挥发性化合物，提高其溶解性、稳定性和对不利环境条件的抵抗力。

为了评估精油的物理化学特性，研究采用了多种方法，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、折射率、密度、总酚含量、抗氧化活性（DPPH）等。通过FTIR分析，研究者观察到了精油与β-环糊精之间的相互作用，表现为特定波数范围内的峰位移动，这表明了有效的包封。此外，精油的折射率和密度与其化学组成密切相关，如百里香精油中的薄荷醇和穆尼亚精油中的异薄荷酮等成分对光的传播和材料的物理特性产生了影响。研究发现，百里香精油的总酚含量为59±2 mg GAE/g，而穆尼亚精油为25±2 mg GAE/g，这与它们的化学组成差异有关。

在抗氧化活性方面，研究采用了DPPH自由基还原法，结果显示百里香精油的抗氧化能力为59±1 μmol Trolox/g，而穆尼亚精油为25±2 μmol Trolox/g。微胶囊化过程在一定程度上降低了精油的抗氧化活性，但保留了相当大的生物活性成分，这对于其在控制释放系统和功能性包装中的应用具有重要意义。这些结果表明，虽然微胶囊化可能会对某些抗氧化特性产生影响，但整体上能够维持精油的生物活性，这需要通过直接的食品系统测试进一步验证。

研究还评估了精油对 *Botrytis cinerea*（灰霉）的抗真菌活性。结果显示，穆尼亚精油在所有浓度下均表现出更高的抑制效果，而百里香精油在100 mg/mL浓度下也达到了100%的抑制率。这些结果表明，这两种精油都具有显著的抗真菌活性，能够有效控制植物病原真菌的生长和繁殖。此外，微胶囊化后的精油在抑制效果上表现出持续性，表明其能够维持长时间的抗菌和抗真菌活性。

在物理化学特性方面，研究还评估了微胶囊的溶出度、浊度、粘度、润湿性、水分含量和水分活度稳定性。结果显示，百里香微胶囊的溶出度为85±2%，而穆尼亚微胶囊为83±3%。这两种微胶囊均表现出良好的水溶性，这有助于它们在食品和医药领域的应用。润湿性方面，百里香微胶囊的润湿时间更短（7.3±0.1秒），表明其具有更好的再水化能力。水分含量在两种微胶囊中均保持在较低水平（6-7%），这有助于维持微胶囊的结构稳定性和延长其货架期。

通过扫描电子显微镜（SEM）观察微胶囊的微观结构，发现百里香微胶囊在尺寸和形状上更为均匀，而穆尼亚微胶囊则表现出更大的形态异质性。这些差异可能与精油的化学组成及其与壁材料的相互作用有关。热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）进一步证实了微胶囊的热稳定性，其中穆尼亚微胶囊表现出更高的热稳定性，其热分解温度比百里香微胶囊更高，表明其在高温处理中的适用性更强。

X射线衍射（XRD）分析显示，两种微胶囊均表现出一定的结晶性，但穆尼亚微胶囊的结晶性更为显著。这可能与其化学组成和结构排列有关。总体而言，研究结果表明，微胶囊化技术不仅能够保护精油中的生物活性成分，还能够提高其在不同环境下的稳定性，从而扩大其在食品、医药和农业领域的应用潜力。

本研究的结论强调了微胶囊化作为提高精油稳定性和延长其生物活性的有效策略。尽管自由状态下的精油在抗菌活性上表现更优，但微胶囊能够实现持续释放，从而确保长期的抗菌效果。此外，穆尼亚微胶囊在包封效率、产率和水分活度稳定性方面均优于百里香微胶囊，这进一步支持了其在功能性基质中的应用潜力。综上所述，本研究不仅揭示了精油的化学特性，还评估了其在微胶囊化后的物理化学性能，为未来开发抗菌和抗氧化功能材料提供了科学依据。