维生素E与丁香油共载壳聚糖纳米粒的合成及其抗氧化抗菌机制研究

本研究针对食品工业中维生素E(Vit E)和丁香油(CEO)因疏水性和不稳定性导致应用受限的问题，通过乳液/离子凝胶法成功制备了共载壳聚糖纳米粒(ChNPs)。该纳米载体显著提升了活性成分的稳定性与生物利用度，ABTS/DPPH实验显示其抗氧化活性达75.66-77.7%，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抑菌圈达14-17 mm，并完全抑制黑曲霉(A. niger)生长。分子对接证实壳聚糖(Ch)、丁香酚和α-生育酚与微生物靶蛋白强结合，为开发天然食品防腐剂提供了新策略。

　　

在食品工业中，植物精油(EOs)和维生素等活性成分因其卓越的抗氧化和抗菌特性备受关注，但它们的挥发性、光热敏感性和水溶性差等"先天缺陷"严重制约了实际应用。以丁香油(CEO)为例，虽然其富含的丁香酚(eugenol)具有广谱抗菌作用，但在加工和储存过程中极易分解；同样，维生素E(Vit E)作为脂溶性抗氧化剂，也难以在水基食品体系中发挥作用。如何让这些"娇气"的活性成分保持稳定并高效释放，成为食品科学领域的重大挑战。

针对这一难题，伊朗伊斯法罕大学的Davoud Mahmoudi团队在《Scientific Reports》发表研究，创新性地采用乳液/离子凝胶法，将CEO与Vit E共载于壳聚糖纳米粒(ChNPs)中。这种绿色制备工艺无需有毒表面活性剂，通过壳聚糖(Ch)与三聚磷酸钠(TPP)的静电作用自组装成纳米载体，既保留了生物活性又实现了协同增效。研究人员通过动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)等技术证实获得了粒径<50 nm的单分散纳米粒，其表面丰富的羟基和氨基赋予优异的胶体稳定性。

关键技术方法

研究采用乳液/离子凝胶两步法：先将CEO与Vit E超声乳化于壳聚糖醋酸溶液，再通过TPP交联固化。通过正交实验优化Ch/TPP质量比(0.5:1)和油相浓度(7.4 mg mL^-1)。采用ABTS/DPPH法评估抗氧化活性，通过琼脂扩散法和微量肉汤稀释法测定对S. aureus和E. coli的抗菌效果，MTT法检测人成纤维细胞毒性。分子对接模拟采用HDOCK服务器分析Ch、丁香酚与α-生育酚对微生物靶蛋白的结合模式。

主要研究结果

Synthesis of ChNPs and their loading with CEO and Vit E

优化后的CEO-Vit E ChNPs在4℃下可稳定储存3个月以上，其流体力学直径由198.1 nm增至306.6 nm，透射电镜显示实际粒径<50 nm。

Antioxidant activity measurement

共载纳米粒的ABTS自由基清除率(75.66%)显著高于游离CEO(55.97%)，48小时内Vit E的缓释使其抗氧化活性从36.2%提升至77.7%。

In vitro cell studies

CEO-Vit E ChNPs对S. aureus的抑菌圈达16.1 mm，最小抑菌浓度(MIC)为987.5 μg mL^-1，50 mg mL^-1浓度可完全抑制A. niger生长。MTT实验显示载药纳米粒的细胞存活率(72.84%)显著高于空白ChNPs(35.61%)。

Molecular docking

壳聚糖六聚体与S. aureus DNA旋转酶(PDB 2XCT)的结合能达-343.58，形成22个氢键；α-生育酚与烟曲霉角鲨烯环氧化酶(PDB 4UYM)的结合能为-173.11，显著优于丁香酚(-104.25)。

结论与意义

该研究开创性地构建了CEO-Vit E共载壳聚糖纳米递送系统，其多重优势体现在：① 离子凝胶法制备工艺绿色简便，避免使用有毒乳化剂；② 纳米载体使疏水性活性成分的ABTS清除率提升20%，抗菌效果优于部分抗生素；③ 分子层面揭示了Ch通过破坏微生物细胞壁合成(MurA)、DNA复制(旋转酶)和膜稳定性(角鲨烯环氧化酶)的多靶点作用机制。这种"天然抗菌剂+营养强化剂"的纳米共载策略，为开发功能性食品防腐剂提供了新范式，有望替代传统化学防腐剂应用于烘焙食品、生鲜包装等领域。未来研究可进一步探索该体系在肠道健康、伤口敷料等跨学科领域的应用潜力。