马铃薯淀粉源磷掺杂碳量子点的制备及其在食品抗菌应用中的性能研究

针对食品腐败微生物防控需求，研究人员通过水热法合成马铃薯淀粉源磷掺杂碳量子点(P-doped CDs)，发现其直径9.04±4.21 nm，荧光强度提升1.5倍，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)等食源性病原体的MIC值低至64 mg/L，光照条件下杀菌效率达100%。该研究为开发高效低毒的食品保鲜纳米材料提供了新策略。

　　

食品微生物污染是导致食源性疾病和食品腐败的关键因素，传统有机抗菌剂存在稳定性差、易诱发耐药性等问题。而无机纳米抗菌材料如碳量子点(Carbon dots, CDs)因其独特的物理化学性质成为研究热点。这类尺寸小于10 nm的零维碳材料具有荧光强度高、水溶性好、生物相容性优异等特点，但未经修饰的CDs抗菌效能有限。Tabriz医科大学的研究团队创新性地利用马铃薯淀粉——这种富含淀粉的食品加工副产物作为碳源，通过磷掺杂策略开发出新型抗菌纳米材料。

研究采用水热合成法，通过中心复合设计优化反应条件（温度120-200°C，时间6-20小时），确定最佳合成参数为188°C反应14小时。实验对比了磷掺杂与未修饰CDs的性能差异，发现磷掺杂使CDs直径从7.47±3.64 nm增至9.04±4.21 nm，荧光强度从67800 a.u.提升至100000 a.u.，zeta电位由-8.43 mV转变为+10.4 mV。FTIR光谱证实了P=O（1706 cm^-1）和P-C（1471 cm^-1）键的形成。

抗菌测试显示，磷掺杂显著增强CDs的杀菌效果：对金黄色葡萄球菌(S. aureus)的MIC值从512 mg/L降至64 mg/L，对大肠杆菌(E. coli)、沙门氏菌(S. Enteritidis)和铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的抑菌圈直径增加2-5 mm。光照条件下（15W LED，400-700 nm），P-doped CDs在30分钟内即可实现100%杀菌率，这归因于其光催化产生活性氧(ROS)的能力。MTT实验证实其在≤256 mg/L浓度下对HFF细胞存活率无显著影响。

该研究首次系统评估了马铃薯淀粉源CDs的磷掺杂效应，揭示了表面电荷调控（通过磷掺杂引入正电荷）与光催化协同的抗菌机制。相比化学合成前体，生物质碳源更具环保和经济优势。研究成果发表于《LWT》，为食品包装、表面消毒等应用提供了新型纳米抗菌剂选择，同时拓展了农产品副产物高值化利用途径。未来研究可进一步探索其在复杂食品基质中的稳定性和迁移规律，推动实际应用进程。