利用薄荷（Mentha piperita）提取物进行ZnO纳米粒子的绿色合成，并评估其对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）的抗菌潜力

《Applied Food Research》：Green synthesis of ZnO nanoparticles using Mentha piperita (Peppermint) extract and evaluation of their antimicrobial potential against Listeria monocytogenes

本研究利用薄荷提取物绿色合成氧化锌纳米颗粒，并通过表征证实其粒径约85.4 nm、球形结构及高纯度。纳米颗粒对耐药李斯特菌表现出显著抗菌活性，抑制圈直径达30-35 mm。在番茄保质期实验中，纳米颗粒将腐败率降低至10%，显著优于对照组。该研究为食品安全应用植物基纳米材料提供了新方法。

　　本研究探讨了利用植物提取物进行绿色合成锌氧化物纳米颗粒（ZnO NPs）的可行性，并评估了其在食品保存中的抗菌效果。研究重点在于利用薄荷（Mentha piperita）植物提取物作为天然的还原剂和稳定剂，通过温和的环境条件合成ZnO纳米颗粒。这种绿色合成方法不仅减少了对化学试剂的依赖，还避免了传统合成过程中可能产生的有害副产物，因此被认为是一种环保且可持续的替代方案。

### 研究背景与意义

在当今社会，纳米技术因其在多个领域的广泛应用而备受关注。特别是在食品工业中，纳米颗粒因其独特的物理化学性质，如较大的比表面积和高反应活性，被广泛应用于微生物控制、食品保鲜以及延长食品的保质期。锌氧化物纳米颗粒因其良好的抗菌性能而受到特别关注，它们能够有效抑制多种细菌、真菌和病毒的生长。此外，锌氧化物纳米颗粒对食品品质无显著影响，即使在较高浓度下使用，也不会破坏食品的营养成分和感官特性，因此被认为是一种安全的食品添加剂。

研究者们已经发现，通过植物提取物进行绿色合成的ZnO纳米颗粒在抗菌活性方面表现出色。薄荷作为一种常见的药用植物，富含多种生物活性化合物，如薄荷醇、薄荷酮、黄酮类、萜类和酚酸等。这些化合物不仅具有抗菌特性，还能作为纳米颗粒的稳定剂和还原剂，促进其形成并增强其抗菌效果。本研究选择薄荷作为合成ZnO纳米颗粒的来源，是因为它在自然环境中广泛存在，且其提取物在其他纳米颗粒合成研究中也显示出良好的应用潜力。

### 实验材料与方法

为了合成ZnO纳米颗粒，研究者首先从市场购买了薄荷植物，并通过水提取的方法获得了其提取物。具体步骤包括将新鲜的薄荷植物切成小块，用蒸馏水浸泡并进行均质化处理，随后通过过滤和离心得到纯净的提取物。该提取物被用作还原剂和稳定剂，与锌乙酸盐（Zn(CH?COO)?·2H?O）混合后，在恒温搅拌条件下形成纳米颗粒。

合成后的ZnO纳米颗粒通过多种技术手段进行表征，包括紫外-可见光谱（UV-Vis）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）。UV-Vis光谱用于检测纳米颗粒的形成，而SEM和EDX则用于分析其形貌和化学组成。实验结果显示，ZnO纳米颗粒在紫外光谱中表现出350 nm的吸收峰，表明其成功形成；SEM图像显示纳米颗粒的平均直径约为85.4 nm，且呈现球形结构；EDX分析进一步确认了纳米颗粒主要由锌和氧组成，且未检测到其他杂质。

### 抗菌活性测试

为了评估ZnO纳米颗粒的抗菌效果，研究者将其应用于多药耐药性李斯特菌（L. monocytogenes）的培养基中。通过琼脂扩散法，测量了纳米颗粒对细菌的抑制作用。结果显示，ZnO纳米颗粒在1 mg/mL浓度下对李斯特菌产生了显著的抗菌活性，抑制区的直径范围在30至35 mm之间。相比之下，使用蒸馏水和锌乙酸盐作为对照组时，未观察到明显的抑制区，这表明ZnO纳米颗粒的抗菌效果是其自身性质带来的，而非其他成分的干扰。

进一步的实验表明，ZnO纳米颗粒不仅对李斯特菌有效，还能显著延长番茄的保质期。研究人员将番茄分为四组，分别进行不同的处理：对照组（未处理）、李斯特菌感染组、ZnO纳米颗粒处理组以及同时受到李斯特菌感染并使用ZnO纳米颗粒处理的组。在五周的观察期内，对照组和感染组的番茄迅速出现腐烂和微生物生长，而使用ZnO纳米颗粒处理的番茄则表现出更缓慢的结构变化和微生物增殖，甚至在第五周仍能保持良好的形态和完整性。

### 食品保存效果分析

实验结果表明，ZnO纳米颗粒在食品保存方面具有显著优势。在五周的观察期内，对照组的番茄出现了明显的结构变形和腐烂现象，而受到李斯特菌感染的番茄则在一周内就表现出严重的微生物污染和异味。相比之下，仅使用ZnO纳米颗粒处理的番茄在五周后仍能保持良好的外观和质地，表明纳米颗粒具有良好的抗菌性能和食品保存效果。

这种效果可以归因于ZnO纳米颗粒的多种作用机制。首先，ZnO纳米颗粒能够通过释放锌离子（Zn2?）破坏细菌细胞膜的完整性，导致其失去生理功能。其次，纳米颗粒在与细菌接触时，能够产生大量的活性氧物种（ROS），进一步破坏微生物的细胞结构和代谢途径。此外，ZnO纳米颗粒的表面特性使其能够与细菌膜发生静电相互作用，从而增强其抗菌能力。

### 绿色合成的优势与挑战

与传统的化学合成方法相比，绿色合成ZnO纳米颗粒的方法更加环保和可持续。该方法避免了使用有毒的化学试剂，减少了能源消耗，并且利用了植物提取物中的天然成分作为还原剂和稳定剂。这种合成方式不仅降低了生产成本，还提高了纳米颗粒的生物相容性，使其更适用于食品保存领域。

然而，绿色合成方法也面临一些挑战。例如，纳米颗粒的大小和形状可能会受到多种因素的影响，如前驱体浓度、pH值和干燥条件等。这些因素可能会导致纳米颗粒的聚集或形态变化，从而影响其抗菌性能。此外，虽然EDX分析表明ZnO纳米颗粒主要由锌和氧组成，但未能检测到碳元素，这可能意味着有机表面配体在合成过程中被去除，因此需要进一步的研究来确认这些配体的存在及其对纳米颗粒性能的影响。

### 潜在应用与未来方向

本研究的成果表明，ZnO纳米颗粒具有广阔的应用前景。它们不仅可以作为食品添加剂用于延长食品的保质期，还可以用于食品包装材料，以防止微生物污染。此外，ZnO纳米颗粒的抗菌性能还可能在其他领域得到应用，如农业、医疗和生物传感器等。

未来的研究应进一步探讨ZnO纳米颗粒的作用机制，特别是在不同浓度和处理方式下的抗菌效果。此外，还需要进行系统的毒理学评估，以确保这些纳米颗粒在食品应用中的安全性。同时，研究者们也建议对ZnO纳米颗粒的最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）进行更详细的测定，以便为实际应用提供科学依据。

### 结论

综上所述，本研究成功地利用薄荷提取物进行绿色合成ZnO纳米颗粒，并验证了其在抗菌和食品保存方面的有效性。通过多种表征技术，研究人员确认了纳米颗粒的形成及其化学组成，并通过实验展示了其对李斯特菌的显著抑制作用。此外，ZnO纳米颗粒在延长番茄保质期方面表现出色，表明其在食品工业中具有重要的应用价值。

研究结果强调了绿色合成方法在食品工业中的潜力，特别是在提高食品安全性、延长保质期和减少对化学物质的依赖方面。虽然该方法仍需进一步优化，以确保纳米颗粒的稳定性和安全性，但其环保和可持续的特性使其成为未来食品保存技术的重要发展方向。未来的研究应继续探索ZnO纳米颗粒在不同食品中的应用效果，并对其进行更全面的评估，以确保其在实际应用中的可行性和安全性。