石榴不同器官生物合成银纳米颗粒对产量、结构、抗氧化活性及抗菌活性的比较影响

《Food Bioscience》：Comparative Influence of Punica granatum Organ-Specific Biosynthesis of Silver Nanoparticles on Yield, Structure, Antioxidant, and Antimicrobial Activity

　　

**摘要**

对园艺产品中微生物腐败和采后损失的日益关注，促使人们更加迫切地寻找可持续的保鲜策略。本研究利用石榴（*Punica granatum*）不同器官——花（AgNPs-FE）、叶（AgNPs-LE）、果皮（AgNPs-PE）和种子（AgNPs-SE）的代谢特征萃取物，生物合成了银纳米粒子（AgNPs），以比较评估器官特异性植物化学组成对纳米粒子性质和生物活性的影响。代谢组学分析揭示了酚类、鞣质和类黄酮在各器官中的差异性分布，这些因素对纳米粒子的合成和稳定作出了贡献。合成的纳米粒子通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）以及能量色散X射线光谱（EDS）进行了表征。上述分析证实，合成的银纳米粒子主要为球形，晶粒尺寸在15.34至18.63 nm之间，平均粒径在10.67至17.05 nm之间。果皮来源的AgNPs（AgNPs-PE）产量最高，而种子来源的AgNPs（AgNPs-SE）对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、屎肠球菌和单核细胞增生李斯特菌等食源性致病菌表现出更强的抗菌活性。此外，银纳米粒子对蕉腐病菌复合体（*Lasiodiplodia theobromae*）、新假尾孢菌（*Neopestalotiopsis clavispora*）和胶孢炭疽菌复合体（*Colletotrichum gloeosporioides*）的形态和超微结构产生了不利影响。这些结果凸显了这些纳米材料作为生物活性剂控制采后微生物污染和氧化应激的潜力。然而，要充分实现这些材料的潜力，仍需进一步评估，尤其是在食品包装系统中的整合、迁移、释放、细胞毒性以及食品接触性能方面。

**引言**

园艺产品的采后损失仍是全球面临的重大挑战，高达40%的水果和蔬菜因氧化应激和微生物污染而损失，尤其是由真菌和细菌病原体引起的损失（Kahramano?lu, 2017；Porat等, 2018）。真菌感染在微生物造成的总损失中占有相当比重，凸显了真菌在采后腐败中的主导地位（Cerioni & Rapisarda, 2025）。已有文献记录了多个属的多种真菌物种在全球范围内引起水果和蔬菜的采后病害。然而，导致炭疽病和蒂腐病的真菌物种复合体，如蕉腐菌属（*Lasiodiplodia*）、新假尾孢属（*Neopestalotiopsis*）和炭疽菌属（*Colletotrichum*），造成的经济损失尤为严重，尤其是在热带和亚热带地区（Rahul等, 2015；Tesfay等, 2017）。这些病原体在采前即可侵染，并在条件适宜时持续占主导地位。其症状通常在水果和蔬菜的储存、运输和销售过程中显现，并随着果实成熟而加剧（Gomes等, 2015；Rahul等, 2015；Bambalele等, 2023）。虽然蕉腐菌和炭疽菌物种复合体是采后病害中最常见的，但关于新假尾孢物种复合体作为新兴采后病原体的研究尚有限，该复合体与某些常见水果的果实斑点、炭疽病和蒂腐病相关，尤其在南非地区（Baggio等, 2021；Van der Vyver等, 2025）。此外，关于控制这些新兴病原体相关感染的策略数据有限，凸显了对替代性、有效且可持续的抗菌剂的迫切需求。

在诸多技术中，化学处理——尤其是合成杀菌剂——仍然是预防水果和蔬菜采后感染最常用的方法；然而，对其毒性和对人體健康及环境不利影响方面的担忧依然突出（Tesfay等, 2017）。由于上述局限性，许多地区对合成杀菌剂的使用进行了越来越严格的限制，凸显了对更安全和更可持续替代方案的迫切需求（Tesfay & Magwaza, 2017）。在此背景下，银纳米粒子（AgNPs）作为一种极具前景的抗菌剂脱颖而出，其对抗多种微生物——包括多重耐药菌株——均表现出高效性（Ahmed等, 2016；Ghiu??等, 2018）。这些抗菌特性与多种机制相关，包括膜破坏、活性氧的生成以及Ag?离子的释放，这些因素可能共同促成了其抗菌活性（Al-Shmgani等, 2017；Bocate等, 2019）。因此，利用植物来源的生物分子作为还原和稳定剂进行银纳米粒子的绿色合成，已成为一种可持续的方法，该方法有效利用了水果和蔬菜生产者及加工者产生的食物废弃物，从而减少废物和环境污染，同时支持循环经济原则（Kumar等, 2021）。

在此背景下，石榴（*Punica granatum* L.）果实属于石榴科，富含多酚类物质，包括类黄酮、鞣质、鞣花酸和没食子酸（Prakash & Prakash, 2011；Hosseini等, 2016），为金属基纳米粒子的绿色合成提供了一个极具吸引力的生物资源，这主要归功于其丰富且多样的植物化学组成。然而，石榴果实总重量中约有54%由果皮和种子组成，这些部分通常作为废弃物处理，尤其是在果汁工业中（Ko等, 2021）。特别是石榴果皮，是石榴皮素的主要来源，这是一种高分子量多酚类分子，因其可解离的羟基而表现出显著的药理效应（Venkitasamy等, 2019）。这些官能团在还原金属离子和稳定纳米粒子方面发挥着关键作用，从而影响其理化性质和生物活性。此外，该植物的多个部位——包括叶、花、种子、果皮、茎和根——因其丰富多样的营养物和植物化学物，在各类纳米材料的绿色生物合成中作为介导剂具有巨大潜力（Leta等, 2023；Valero-Mendoza等, 2023；Dali等, 2026）。这预示着可以通过器官特异性控制来优化纳米粒子的合成效率、产量和功能性能。

尽管已有多项研究探索了利用植物萃取物进行银纳米粒子的绿色合成，但关于源自石榴不同器官的银纳米粒子效应的比较证据仍然有限。此外，关于器官特异性植物化学谱如何影响纳米粒子生物活性、理化特征和产量的比较证据也十分有限。事实上，很少有研究探讨纳米材料的生产效率与其功能生物活性之间的关系（Vera等, 2023）。弥合这一空白对于合理设计具有定制性质和增强生物活性的植物介导纳米材料至关重要。

因此，本研究首次比较性地研究了利用石榴不同器官——花、果皮、叶和种子——进行银纳米粒子的生物合成，旨在将器官特异性植物化学组成与纳米粒子形成及生物活性联系起来。具体而言，本研究评估了植物化学物质分布对纳米粒子产量、形态和尺寸的影响，以及它们对关键采后真菌和细菌病原体的抗氧化和抗菌活性。代谢组学分析与理化及生物学分析的整合，为调控植物介导纳米粒子合成与功效的结构-功能关系提供了简明见解。

**材料与方法**

**石榴器官及化学品的采集**

不同石榴器官——包括叶、花、果皮和种子——于2024年采收季从南非约翰内斯堡Kameelfontein的Ubali石榴农场（25°38′31.9″ S, 28°27′33.0″ E）采集。这些石榴废弃物被运送至南非约翰内斯堡大学采后与农产品加工研究中心实验室。本研究中使用的化学品均购自Sigma-Aldrich（南非），未经进一步纯化。

**石榴萃取物的制备**

（本节内容在原文中缺失）

**统计分析**

所有收集的数据均使用GenStat第20版（VSN International Ltd., 英国）进行方差分析（ANOVA）。均值比较采用Duncan多重极差检验（DMRT），显著性水平为5%（p < 0.05）。除仪器表征外，所有实验均重复三次（n = 3），结果以均值 ± 标准误表示。

**不同石榴器官中单个代谢物的LC-MS/MS分析**

尽管利用不同植物物种和器官进行包括银纳米粒子在内的各类纳米粒子绿色合成的研究已被广泛报道（Sharma等, 2019；Akintelu等, 2020），然而控制并预测所产生纳米材料的性质仍然具有挑战性，这主要归因于植物物种间的植物化学物质多样性以及这些化合物在器官间的特异性分布，使得难以精确定位绿色合成背后的确切机制。（综合比较评估——为确保对本研究所报告结果进行综合比较评估，表7提供了纳米粒子合成产量、理化特征和生物学表现的综合比较总结。在所有性能指标中，没有任何单一石榴萃取物在所有方面都达到最优。相反，每种萃取物均展现出各自的独特优势，这些优势可能对特定应用领域有益。在此方面，果皮来源的银纳米粒子表现出最高……）（本节内容在原文中有所截断）

**结论**

本工作成功报道了利用石榴植物不同器官（花、叶、果皮和种子）的水提物进行银纳米粒子（AgNPs）的生物合成，并确立了器官特异性植物化学组成对纳米粒子产量、理化特征和生物活性的影响。这些器官的代谢组学分析揭示了酚类、类黄酮、鞣质及其他生物活性化合物的差异性分布，这些因素对……

**CRediT作者贡献声明**

Olaniyi Amos Fawole：写作——审阅与编辑、可视化、验证、监督、资源、项目管理、调查、经费获取、形式分析、数据整理、概念化。

Jerry Adeyemi：写作——审阅与编辑、写作——初稿、可视化、监督、软件、项目管理、方法学、调查、概念化。

Kasiemobi Chiagozie Ezeora：写作——审阅与编辑、方法学、形式分析、数据整理。

Sibonelo Ngubane：（原文截断）

**未引用参考文献**

Ghiu??等, 2018。

**伦理批准**

不适用。

**利益冲突声明**

作者声明，他们不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

**数据可用性**

作者确认，支持本研究结果的数据可在文章中找到。支持本研究结果的原始数据可根据合理要求从通讯作者处获取。

**竞争利益声明**

作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

**致谢与资助**

本研究得到南非国家研究基金会（项目编号：SPAR231013155231；CPRR23033088376及PMDS23042697785）、约翰内斯堡大学研究委员会以及南非国家农业部通过南非农业研究委员会的资助支持。

**作者信息**

Sibonelo Ngubane | Kasiemobi Chiagozie Ezeora | Jerry Oluwasegun Adeyemi | Olaniyi Amos Fawole

约翰内斯堡大学，植物学与植物生物技术系，采后与农产品加工研究中心，P.O. Box 524, Auckland Park, Johannesburg 2006, 南非