儿茶素介导绿色合成硒纳米颗粒的抗菌活性及其在草莓保鲜中的应用研究

《Food Quality and Safety》：Antibacterial activity of catechin-mediated green-synthesized selenium nanoparticles and their application in strawberry preservation

本研究针对草莓采后易腐烂变质问题，开发了基于儿茶素-壳寡糖-硒纳米颗粒（Catechin-CSeNPs）的新型保鲜材料。通过绿色合成法制备了四种粒径为19.1-78 nm的纳米颗粒，其中EGCG-CSeNPs表现出最优抗菌活性，其机制涉及膜电位降低、核酸蛋白泄漏和ATP酶活性抑制。斑马鱼模型证实其生物安全性，草莓保鲜实验表明可延长货架期一倍并提升品质，为浆果类水果保鲜提供了稳定安全的解决方案。

　　

草莓因其柔软质地、易失水和易受微生物污染而高度易腐，这给采后保鲜带来了重大挑战。开发绿色、高效且有益健康的抗菌保鲜材料因此至关重要。在这项发表于《Food Quality and Safety》的研究中，浙江大学团队创新性地利用儿茶素单体作为还原剂、壳寡糖（COS）作为分散剂，成功制备了四种儿茶素-壳寡糖-硒纳米颗粒（Catechin-CSeNPs），为草莓保鲜提供了新策略。

研究采用透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对纳米颗粒进行表征，并通过最小抑菌浓度（MIC）测定、生长曲线分析、扫描电镜（SEM）、活死染色、膜电位检测、核酸蛋白泄漏测定和ATP酶活性分析探究其抗菌机制，最后通过斑马鱼胚胎毒性实验和草莓保鲜应用评估其生物安全性和保鲜效果。

3.1 Catechin-CSeNPs的合成与表征

研究发现四种Catechin-CSeNPs呈不规则球形，粒径分布为19.1-78 nm，其中ECG-CSeNPs粒径最小（19.1 nm）。化学结构分析表明存在酚羟基氢键和羰基螯合的双重稳定机制。XPS证实硒以零价态（Se⁰）存在，完全还原了硒酸盐。这种儿茶素与COS的协同稳定策略显著提升了纳米颗粒的胶体稳定性和生物活性。

3.2 Catechin-CSeNPs的抗菌活性

抗菌实验显示纳米颗粒对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）抑菌效果优于革兰氏阴性菌（大肠杆菌），其中EGCG-CSeNPs活性最强（MIC=0.25 mmol/L）。抗菌效力与儿茶素酚羟基数量正相关（EGCG>ECG/EGC>EC）。生长曲线表明EGCG-CSeNPs能完全抑制金黄色葡萄球菌生长。

3.3 Catechin-CSeNPs处理下金黄色葡萄球菌的结构变化

SEM观察发现纳米颗粒可引起细菌细胞膜破裂和内容物泄漏。活死染色显示EGCG-CSeNPs在2 MIC浓度下导致70%细菌死亡。膜电位检测表明纳米颗粒引起浓度依赖性膜去极化，破坏细胞电化学平衡。

3.4 Catechin-CSeNPs处理下金黄色葡萄球菌内部组分的变化

纳米颗粒处理导致核酸和蛋白质泄漏增加，Na⁺K⁺-ATP酶和Ca²⁺Mg²⁺-ATP酶活性显著抑制。表明抗菌机制涉及膜结构破坏、渗透性改变和能量代谢干扰等多靶点作用。

3.5 EGCG-CSeNPs的生物安全性评价

斑马鱼胚胎暴露实验显示EGCG-CSeNPs处理组在运动轨迹、游动速度和距离方面与对照组无显著差异，证实其良好的生物相容性。

3.6 EGCG-CSeNPs处理下草莓贮藏期间的变化

草莓保鲜实验表明，EGCG-CSeNPs处理可显著降低腐烂率（50% vs 对照81.7%）、减少重量损失（26.5% vs 对照64.9%），同时维持较高的超氧化物歧化酶（SOD）活性（9.8 U/g）和较低的丙二醛（MDA）含量（145.8 nmol/g）。此外，处理组草莓的可滴定酸度、可溶性固形物、抗坏血酸、总酚和还原糖含量均得到更好保持，有效延长货架期一倍。

该研究成功开发了基于儿茶素和壳寡糖的绿色合成硒纳米颗粒，其中EGCG-CSeNPs展现出最优抗菌活性和保鲜效果。其抗菌机制主要通过破坏细胞膜完整性、引起膜去极化、抑制ATP酶活性等多途径实现。在草莓保鲜应用中，EGCG-CSeNPs能有效抑制微生物生长、延缓品质劣变、维持营养成分，且斑马鱼模型证实其生物安全性。这项工作为浆果类水果采后保鲜提供了一种稳定、安全、高效的新型材料，在食品保鲜领域具有重要应用前景。