《BioTech》：Biomaterials, Composites, and Nanotechnology: The Amazonian Potentialities
编辑推荐：
摘要专业翻译
泛亚马逊生物多样性代表着高价值化合物与可再生原材料尚未充分开发的宝库，尤其是亚马逊森林中丰富的植物物种。尽管亚马逊资源开发的法律框架以可持续管理系统为基础，但不可避免地仍会产生大量植物残渣，这为在循环经济框架内对其进行增值利用创造了机遇。亚马逊生
摘要专业翻译
泛亚马逊生物多样性代表着高价值化合物与可再生原材料尚未充分开发的宝库，尤其是亚马逊森林中丰富的植物物种。尽管亚马逊资源开发的法律框架以可持续管理系统为基础，但不可避免地仍会产生大量植物残渣，这为在循环经济框架内对其进行增值利用创造了机遇。亚马逊生物质及其副产品既能提供结构性生物聚合物与增强材料（如纤维素、淀粉、蛋白质和纤维），也能提供生物活性化合物（如酚类化合物、色素和精油）。这些化合物因其抗氧化、抗菌和抗炎特性而具有重要价值；然而，其应用常受限于化学不稳定性、低生物利用度以及对加工和储存条件的敏感性。创新的复合材料以及微米和纳米材料可应对上述挑战，从而在食品、化妆品、生物技术和制药工业中实现应用。本综述批判性地审视了当前从亚马逊资源中提取、加工并将其转化为微米或纳米结构化生物材料的方法、新兴趋势和知识空白，揭示了其组成、材料性能、生物活性化合物的生物学效应及应用之间的内在关联。
论文主体内容专业总结
1. 引言
亚马逊生物群落约占巴西领土面积的60%，是全球重要的生物多样性宝库，涵盖极其丰富的植物、动物和微生物物种，以及显著的遗传和化学多样性。该区域的果实物种表征研究已鉴定出酚类化合物（phenolic compounds）、黄酮类化合物（flavonoids）、类胡萝卜素（carotenoids）及其他与抗氧化和抗炎特性相关的代谢产物。同时，多种亚马逊植物基质含有脂质和纤维等结构和营养组分，可被回收并增值用于高价值应用。以a?aí（Euterpe oleracea）、buriti（Mauritia flexuosa）、cupua?u（Theobroma grandiflorum）、castanha-do-Brasil（Bertholletia excelsa）、bacaba（Oenocarpus distichus）、pracaxi（Pentaclethra macroloba）等本土物种以及malva（Malva sylvestris）、cúrcuma（Curcuma longa）和mandioca（Manihot esculenta）等栽培物种的果实、种子、叶片、果皮和油脂等组分为研究对象，已开展了大量关于其化学成分和功能特性的研究。近期文献强调了更可持续的提取和加工技术的潜力，推动从单一目标产品获取模式向生物质分馏模式的转变，以同时回收高价值和低价值化合物，从而整合生物多样性、技术创新和生物经济理念。这一视角与生物炼制（biorefinery）概念直接相关，即生物质被视为不同组分的集成来源，可根据其特征和附加值进行分离、转化并导向不同产品。级联增值系统可减少整个生产链中的损失。结构组分如木质纤维素纤维（lignocellulosic fibers）、纤维素、淀粉和其他生物聚合物可作为基体、填料或增强剂，赋予材料增强的机械、热学、阻隔和功能性能。生物活性化合物虽具有抗氧化和抗炎活性，但其化学不稳定性、低生物利用度及对光、温度、氧气和pH等条件的敏感性限制了其直接应用。微米和纳米结构化策略可扩大其应用潜力。
2. 方法论
在Scopus和SciELO数据库中进行了结构化文献检索，覆盖2016年至2026年间发表的研究，围绕植物源结构组分、生物活性化合物与天然提取物、微米和纳米技术方法、技术应用以及可持续性和循环经济框架下的生物质增值等主题领域展开。初步检索在SciELO?中获得3199条记录，在Scopus?中获得541篇文献。应用预定资格标准后，保留了168篇科学文章进行详细分析。纳入标准限于2016年至2026年间发表的原创研究文章，且须研究亚马逊资源用于新型生物材料、复合材料制备及纳米技术应用。非英文文献、综述论文以及仅讨论潜在应用而无实验配方数据的研究被排除。采用VOSviewer 1.6.21对标题、摘要和关键词进行术语共现分析，构建网络和时间叠加可视化图谱，以识别主题聚类及其在分析期内的分布。
3. 文献概览
VOSviewer网络可视化揭示了三个主要主题聚类。红色聚类以亚马逊及其环境背景为中心，关键词包括Amazon、Amazon rainforest、Amazonia、Brazilian Amazon、Peru和South America等地理定位术语，以及climate change、deforestation、precipitation、environment和expansion等，表明研究聚焦于生态转型和区域环境动态。绿色聚类代表亚马逊天然纤维和木质纤维素资源的材料表征，关键词如cellulose、lignin、natural fiber、reinforcement、mechanical properties、strength和morphology，表明利用这些材料作为复合材料增强剂的兴趣。FTIR、SEM、电子显微镜、光谱学和X射线衍射等分析技术表明该文献群体聚焦于化学成分、微观结构、结晶度和力学性能。蓝色聚类聚焦于植物和果实来源产品的提取、加工、表征和应用，关键词如extraction、characterization、production、treatment、stability和application，指向将生物资源转化为可用产品的研究。nanotechnology和potential的出现表明对高价值应用的新兴兴趣。时间叠加分析显示，biomaterials、antioxidant activity和particle size等术语出现在较近期出版物中，表明研究范围正在拓宽，超越传统的生物质结构应用。
4. 用于复合材料开发的亚马逊生物资源
亚马逊生物质的组成多样性使得同一原料既能提供纤维、纤维素、淀粉和其他多糖等结构组分，也能提供生物活性化合物。这种互补性支持通过分馏和增值不同生物质组分来获得更高价值产品的生物炼制开发。木质纤维素纤维主要作为复合材料中的增强剂进行探索，而纤维素分离和纳米结构化则拓宽了其应用潜力，特别是通过调节结构、机械和阻隔性能。淀粉主要用作聚合物基体，特别是用于生产可生物降解薄膜和包装材料。果胶和其他多糖在结构组分中探索较少。Ferreira等人观察到PBAT弹性模量增加48–72%，取决于所掺入的亚马逊纤维，并确定纤维含量是决定curauá生物复合材料拉伸强度的主要因素，碱处理也影响纤维-基体粘附。Mathias等人从黄麻和malva纤维中获得纤维素纳米晶体（cellulose nanocrystals），结晶度从约60%增加到85%。Braga等人证明，提高源自a?aí中果皮的纤维素的纳米纤化程度可使结晶度从55%增加到63%，并将薄膜的水蒸气渗透率从62.51降至36.75 g·mm·kPa?1·day?1·m?2。Romani等人将a?aí籽粉掺入淀粉基薄膜中，在5%掺入水平下观察到分散性改善并引入了抗氧化活性。Oliveira等人发现，向含ucuuba纤维的热塑性淀粉生物复合材料中添加buriti油可降低吸水率并改善加工流动性和纤维粘附。从亚马逊可可壳中回收的富含鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I（rhamnogalacturonan I）的果胶纯度为91.05%，从a?aí种子中表征了高结晶度的甘露聚糖（mannan），表明其他组分可从这些生物质中回收，但其向材料的转化尚未得到充分证明。
4.1 植物源生物聚合物与结构组分
亚马逊植物资源提供多种结构组分，具有开发生物基材料的潜力。在所选择的研究中，木质纤维素纤维、纤维素、纳米纤维素和淀粉最为突出，果胶等探索较少的多糖也在其中。这些组分被用于不同的技术目的，从增强聚合物基体到开发薄膜、生物塑料和微米及纳米结构化材料。木质纤维素纤维主要作为复合材料中的增强剂进行探索，而纤维素分离和纳米结构化通过调节结构、机械和阻隔性能拓宽了其应用潜力。淀粉主要用作聚合物基体，特别是用于生产可生物降解薄膜和包装材料。果胶和其他多糖在结构组分中探索较少。
4.2 生物活性化合物与天然提取物
亚马逊生物多样性提供了多样化的生物活性化合物来源。所选研究主要突出果实、叶片、果皮和其他植物组分中的酚类化合物、类胡萝卜素、色素和萜烯，主要与抗氧化和抗菌特性相关，在食品、化妆品和制药领域具有潜在应用。酚类化合物是最常报道的生物活性化合物，包括在多种亚马逊资源中鉴定出的黄酮类化合物、单宁、儿茶素和原花青素。在Byrsonima spicata、Tapirira guianensis和Myrcia splendens的树皮中，DPPH自由基抑制率超过92%。类胡萝卜素和天然色素在亚马逊果实中尤为突出，peach palm果皮显示出相关的类胡萝卜素浓度，tucum?被鉴定为β-胡萝卜素的丰富来源。Genipap可生产含有genipin、geniposide和其他环烯醚萜的蓝色色素。精油和萜烯代表另一相关组别，芳樟醇（linalool）和β-石竹烯（β-caryophyllene）等化合物主要与抗氧化和抗菌活性相关。在Aniba rosaeodora中，叶片芳樟醇含量在旱季为47.5%，雨季为74.4%，表明原料变异性对标准化的重要性。bacaba-de-leque在油提取后的残余果肉保留了酚类化合物、花青素和抗氧化能力，体现了序贯增值策略。
5. 微米和纳米技术方法
微米和纳米结构化策略日益被探索用于保护生物活性化合物，但针对亚马逊生物资源的研究相对有限。喷雾干燥系统（spray-dried systems）的性能取决于加工条件、载体组成和被掺入化合物的理化特性之间的相互作用。在cupua?u和a?aí生物活性化合物的微囊化过程中，增加麦芽糊精浓度并未显著改善工艺产率，较高比例下产率降至约60–62%。麦芽糊精可提高玻璃化转变温度（Tg）从而降低粘性，但过高浓度可能增加进料粘度、损害液滴雾化和干燥，导致颗粒在干燥室壁上沉积。在9.6%浓度下，麦芽糊精部分保留了酚类和黄酮类化合物。阿拉伯胶（gum Arabic, GA）和麦芽糊精（maltodextrin, MD）组合在50:50比例下保留了酚类化合物，同时维持了适当的干燥效率。较高的干燥温度有利于总酚类和黄酮类化合物的保留，归因于快速水分蒸发和较短干燥时间限制了氧气暴露和氧化反应，但较高温度对花青素和抗坏血酸等热不稳定化合物产生负面影响。在纳米尺度上，掺入的化合物可能影响所得生物材料的物理化学组织。patawa果实提取物封装在乙酰化腰果胶/壳聚糖纳米颗粒中，改变了聚合物体系的结构组织。亚马逊Piper alatipetiolatum精油的纳米封装行为与zerumbone不同，zerumbone的明确结构和显著疏水性被认为有利于其与疏水性PCL核心的相互作用，而精油更大的化学复杂性则与聚合物基体内较低的保留率相关。a?aí介导的银纳米颗粒（AgNPs）合成中，花青素被提出作为封端剂。guaraná介导的AgNPs表现出超过两年的胶体稳定性。较高温度有利于形成更小、更均匀的a?aí介导AgNPs，但超过40 °C会损害稳定性，促进聚集和更大的多分散性。尽管封装效率中等（33%），Piper或zerumbone-PEG-PCL制剂在吸附、复制和灭活阶段显著减少了寨卡病毒。patawa提取物的纳米封装显著增强了其抗氧化响应，并对Escherichia coli、Salmonella enteritidis和Staphylococcus aureus产生抗菌活性。guaraná介导纳米颗粒对非癌细胞报告的细胞毒性表明，生物活性并不必然意味着选择性或安全性。
6. 掺入亚马逊生物资源的生物材料的技术性能与应用
亚马逊生物资源的化学和结构多样性使其能够掺入用于多种技术目的的生物材料中，包括食品、化妆品、制药和生物技术行业。a?aí油掺入鱼明胶可食用涂层中改变了基质的结构组织，有助于番茄在储存期间保持品质，减少质量损失并维持更大硬度。buriti油掺入多糖基薄膜中增加了拉伸强度和弹性模量，同时降低了断裂伸长率。a?aí介导的银纳米颗粒在环境相关浓度下对C. elegans表现出抗菌活性和最小毒性。guaraná衍生纳米颗粒表现出细胞毒性和杀幼虫效应。Aniba canelilla精油掺入以羟乙基纤维素或壳聚糖水凝胶增稠的纳米乳液中，表现出纳米级液滴尺寸（约150 nm）、控制释放以及表皮和真皮中主要油成分的增强保留。羟乙基纤维素基体系保留了该油的抗炎活性，减少了水肿和炎症标志物。
7. 可持续性与循环经济视角
亚马逊资源利用的可持续性不应仅被理解为生产链产生残渣的增值。亚马逊生物经济被提出作为一种从生物多样性中创造价值同时促进活体功能性森林维持的模型。果实、种子、油、树脂、纤维、叶片和其他植物组分可作为生物活性化合物和技术感兴趣材料的来源，无需移除植物。然而，这些产品并非固有可持续的。收获的强度和频率、所利用的植物部位以及每个物种的再生能力可决定这些活动的生态影响。循环经济通过最大化已进入生产链的生物质利用增加了第二个维度。在a?aí价值链中，种子可占果实质量的80–95%。Lima等人烘烤并研磨a?aí种子以生产天然无咖啡因的咖啡替代品，在100 °C制备的提取物含有21.78 mg GAE/g酚类化合物，FRAP法测定的抗氧化能力为183.33 μmol TE/g。cupua?u种子油提取后的固体副产品仍含有16.9 ± 1.8 mg/g多酚，以及表儿茶素和糖基化槲皮素。a?aí种子、巴西坚果壳、油棕壳和babassu残渣已被评估作为活性炭生产的前体。生命周期评估（LCA）、技术经济分析（TEA）和过程集成等定量工具对于比较替代增值路线和识别环境与经济权衡非常重要。名古屋议定书和巴西第13,123/2015号法律为遗传资源和相关传统知识的获取及惠益分享提供了相关框架。
8. 现状、挑战与未来展望
亚马逊衍生生物材料的当前格局反映了从传统生物多样性开发向整合更复杂、增强型生物材料平台的转变。植物提取物、油、多糖、木质纤维素残渣和天然纤维已被掺入微米和纳米结构、薄膜、食品、食品包装和增强复合材料中。然而，这些应用的技术成熟度仍不均匀。纤维、纤维素和淀粉已被掺入具有可测量机械和阻隔性能的复合材料、薄膜和包装系统中，而其他亚马逊组分仍主要处于提取、表征或概念验证阶段。现有文献主要由实验室规模研究组成，难以评估向技术和经济可行应用进展的程度。生物资源的内在变异性可能影响生物活性组成和材料性能，强调需要更大的原料表征和标准化。未来研究应优先考虑应用特定验证、长期稳定性、毒理学评估和工艺可扩展性。在纳米技术方法方面，未来研究应超越仅证明颗粒形成或报告封装效率，而应确定结构化是否确实改善了生物活性保留、物理化学稳定性和相对于相应未封装生物资源的生物性能。
