断奶猪饮用从粪池中回收并经过水和氮管理系统处理后的水后的生长表现、血液学指标及血液化学成分

《Journal of Agriculture and Food Research》：Growth performance, hematology, and blood chemistry in weanling pigs consuming water recycled from a manure lagoon and then treated with a water and nitrogen management system

本研究通过气相色谱-质谱联用技术鉴定了牛至（O. vulgare）和秘鲁鼠尾草（M. mollis）精油中53和56种挥发性成分，以β-环糊精为壁材采用喷雾干燥法进行微胶囊化。结果显示，M. mollis微胶囊的包封效率（87±2%）和产率（19±3%）显著高于O. vulgare（72±3%、16±2%），且其水分活性（6±2%）和热稳定性（TGA分解温度达313℃）更优。体外抗菌试验表明，微胶囊化后精油对大肠杆菌（MIC=0.5 mg/mL）和金黄色葡萄球菌（MIC=0.5 mg/mL）的抑制效果持续优于游离态，且对灰霉病的抑制率高达100%。FTIR和XRD分析证实β-环糊精与挥发性成分形成稳定包埋结构。该技术为开发长效抗菌剂和功能性食品基质提供了新途径。

　　**解读：植物精油的微胶囊化及其抗菌活性研究**

本研究旨在探索两种植物精油——Origanum vulgare（牛至）和Minthostachys mollis（Mu?a）的化学特性，并通过微胶囊化技术提升其在实际应用中的稳定性与持续释放能力。植物精油因其丰富的生物活性成分而被广泛应用于食品、制药和化妆品行业，特别是在抗菌、抗氧化和抗炎方面表现出显著的效果。然而，这些精油在直接使用时存在一些技术挑战，如高挥发性、低水溶性以及对环境因素的敏感性，这些因素限制了它们在实际应用中的有效性。因此，本研究通过微胶囊化技术，旨在克服这些限制，提高精油的使用效率和长期稳定性。

### 精油的化学成分分析

通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对O. vulgare和M. mollis精油进行了化学成分分析，共鉴定出53种和56种挥发性化合物。主要成分包括氧杂萜烯类物质，如香茅醇（linalool）、肉桂醛（verbenone）和香茅乙酸酯（linalyl acetate），这些成分在精油的抗菌和抗氧化作用中发挥关键作用。研究还指出，O. vulgare精油中的主要成分是香茅醇（30.4%）和γ-萜烯（21.3%），而M. mollis精油则以胡椒酮（pulegone，41.9%）和香芹醇（carvacrol，23.1%）为主。这些差异表明，不同植物来源的精油在化学组成上存在显著差异，可能与植物的品种、地理环境、气候条件、采收时间和提取方法等因素有关。

值得注意的是，微胶囊化过程对精油的化学组成影响较小，主要成分如香茅醇和胡椒酮的相对比例在微胶囊化前后基本保持不变，仅部分挥发性成分有所减少。这说明β-环糊精作为微胶囊化壁材在保留精油活性成分方面表现出良好的效果。同时，研究还指出，微胶囊化过程中，由于β-环糊精的包封作用，精油的化学组成变化较小，且喷雾干燥的温和条件有助于维持其原有的特性。

### 微胶囊化技术及其优势

微胶囊化技术是一种广泛应用的保护生物活性成分的方法，尤其适用于食品和制药行业。本研究采用喷雾干燥法，这是一种工业上可行的工艺，具有成本低、操作简便和效率高的特点。该技术通过将精油与β-环糊精混合，形成稳定的微胶囊结构，从而提高精油的物理和化学稳定性，同时减少其挥发性和对环境因素的敏感性。

研究发现，M. mollis精油的微胶囊表现出更高的包封效率（87±2%）和产率（19±3%），而O. vulgare精油的微胶囊则分别为72±3%和16±2%。这一结果表明，M. mollis精油与β-环糊精之间的相互作用更为紧密，从而提高了其在微胶囊中的保留率。此外，两种微胶囊均表现出良好的水溶性（>83%）、低水活度（<0.3）和均匀的球形形态，这表明它们在水性环境中的稳定性较高，适用于各种应用场合。

### 抗菌活性评估

为了评估微胶囊的抗菌效果，研究分别测试了其对Escherichia coli和Staphylococcus aureus的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）。结果显示，未包封的精油（OEO和MEO）表现出更强的抗菌活性，其MIC和MBC值显著低于微胶囊形式（OM和MM）。然而，微胶囊在抗菌作用上表现出持续性，能够在较长时间内保持稳定的抗菌效果，形成超过2.5厘米的抑菌圈，表明其具有良好的缓释特性。

对于S. aureus，M. mollis精油微胶囊表现出更强的抗菌能力，其最大抑菌圈达到4.5厘米，而O. vulgare精油微胶囊为4厘米。这可能与M. mollis精油中胡椒酮和香芹醇等成分的持续释放有关。对于E. coli，尽管精油微胶囊的抑菌圈略小于未包封的精油，但其抗菌效果仍然显著，表明微胶囊在对抗耐药菌株方面具有一定的潜力。

此外，研究还测试了微胶囊对植物病原菌Botrytis cinerea的抑制效果。结果表明，M. mollis精油在所有浓度下均表现出更高的抑制率，尤其是在高浓度（100 mg/mL）时，其对菌丝生长的抑制率接近100%。这表明M. mollis精油在抗真菌方面具有更强的活性，其主要成分如胡椒酮和香芹醇可能在抑制真菌生长方面发挥重要作用。

### 物理化学性质分析

微胶囊的物理化学性质对其在实际应用中的稳定性至关重要。研究对微胶囊的产率、包封效率、溶解性、浊度、粘度、亲水性、含水量、水活度稳定性以及光学性质进行了系统分析。

在包封效率方面，M. mollis精油微胶囊的包封效率（87±2%）显著高于O. vulgare精油微胶囊（72±3%），表明其在保留精油成分方面更具优势。溶解性方面，两种微胶囊均表现出良好的水溶性，超过83%，这有助于其在水性环境中的应用。亲水性测试显示，O. vulgare微胶囊的亲水性较低，表明其在水中的分散速度较慢，而M. mollis微胶囊的亲水性较高，可能与其较高的水溶性和化学组成有关。

含水量方面，两种微胶囊的含水量均控制在6%至7%之间，符合喷雾干燥工艺的预期结果。较低的含水量有助于提高微胶囊的物理稳定性，减少微生物生长和成分降解的风险。水活度稳定性测试显示，M. mollis微胶囊在90分钟内表现出更高的稳定性，其水活度值波动较小，而O. vulgare微胶囊的水活度变化更为明显，这可能与其较低的包封效率和较高的挥发性有关。

在光学性质方面，M. mollis微胶囊的亮度（L*值）和白度指数均高于O. vulgare微胶囊，表明其在视觉上更加清晰，可能更适合某些食品和化妆品应用。此外，M. mollis微胶囊表现出更高的黄度指数（b*值），这可能与其精油成分的光吸收特性有关。

### 热力学性质分析

热稳定性是评估微胶囊在工业应用中是否适用的重要指标。研究通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）对微胶囊的热力学性质进行了分析。DSC结果显示，M. mollis精油微胶囊的热稳定性优于O. vulgare精油微胶囊，其热分解温度更高，表明其在高温环境下的结构更为稳定。TGA分析进一步支持了这一结论，M. mollis微胶囊在热分解过程中表现出较低的初始质量损失（2%），表明其对挥发性成分的保护效果更佳。

### 微结构分析

扫描电子显微镜（SEM）图像显示，两种精油的微胶囊均具有均匀的球形形态，但O. vulgare微胶囊表面较为粗糙，而M. mollis微胶囊则表现出更多的不规则结构。这些差异可能与精油的化学组成及其与β-环糊精的相互作用有关。此外，微胶囊的尺寸和形状在不同条件下保持一致，表明喷雾干燥法能够有效控制微胶囊的形态特征，为后续的工业应用提供良好的基础。

### 结论

综上所述，本研究通过喷雾干燥技术将O. vulgare和M. mollis精油微胶囊化，成功提高了其物理和化学稳定性，同时保留了大部分的生物活性成分。尽管微胶囊的初始抗菌活性略低于未包封的精油，但其缓释特性确保了在长时间内持续发挥抗菌和抗氧化作用。其中，M. mollis精油微胶囊在包封效率、产率和水活度稳定性方面表现尤为突出，显示出其在长期储存和应用中的优势。这些结果表明，微胶囊化技术为植物精油的工业化应用提供了新的可能性，特别是在需要长期保持活性成分的食品包装、药物缓释系统和生物材料等领域。

本研究不仅为植物精油的进一步开发提供了科学依据，也为未来相关领域的应用拓展提供了参考。通过优化微胶囊的配方和工艺参数，可以进一步提升其性能，使其更适用于各种工业需求。此外，微胶囊的物理化学性质和热稳定性使其在高温加工和储存过程中表现出良好的适应性，这为开发新型生物可降解材料和抗菌涂层提供了基础。未来的研究可以进一步探索不同壁材和工艺条件对微胶囊性能的影响，以期开发出更加高效和稳定的精油微胶囊产品。