《Applied Nano》：Hydrolates as Sustainable Phytochemical Resources for Nano-Enabled Strategies in Food Preservation, Active Packaging, and Sustainable Agriculture
水馏物（hydrolates）是芳香植物蒸馏过程中产生的含水副产物，其组成和功能与相应的精油（essential oils）存在差异。本批判性综述将植物来源、蒸馏条件、化学组成、定量生物学性能、食品或农业应用以及纳米制剂（nano-enabled formulation）的成熟度相关联。直接水馏物研究显示出显著的异质性：所报道的抗菌性能范围为最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）5.69–500 μL mL?1至食品模型中约1–3.5 log的减菌量，而抗氧化结果强烈依赖于测定方法和报告单位。食品中的证据以新鲜农产品、水产品、乳制品、肉类和饮料最为充分，但烘焙制品的直接验证仍属空白。水馏物具有水相兼容性，且感官强度通常低于精油，然而活性化合物浓度低、批次变异性大、微生物易感性高和货架稳定性有限等因素制约了其可重复使用性。在纳米策略中，一项直接以薰衣草水馏物制备纳米乳剂的研究报告了粒径225.4 ± 3.2 nm、多分散指数（polydispersity index, PDI）0.098 ± 0.011，并表现出增强的抗菌活性；然而，水馏物特异性的包封效率（encapsulation efficiency, EE）、释放动力学、长期稳定性、食品验证和田间试验大多未见报道。脂质体（liposomes）、聚合物纳米颗粒（polymeric nanoparticles）、纳米凝胶（nanogels）和活性薄膜（active films）因此仍主要为可迁移的概念，其依据来自精油、提取物或分离化合物的研究，而非已确立的水馏物技术。未来工作应采用标准化生产和质量标志物、游离水馏物和空白载体对照、实际基质、安全性和非靶标测试、放大分析以及定量可持续性评估。水馏物是有前景的可持续植物化学资源，但纳米策略优势的主张需要直接的比较性证据。
1 引言
水蒸馏和蒸汽蒸馏产生精油相和体积大得多的水相馏分。后者常被视为低价值废液，尽管其中含有蒸馏衍生的亲水性挥发性成分，且使用时可免除疏水性精油所需的增溶步骤。回收该馏分符合芳香植物生物质的循环利用原则，但仅回收本身并不能证明可持续性：稀水产品的储存和运输、稳定化投入以及单位水馏物所获得的性能均需纳入考量。水馏物即冷凝和分相后回收的水性蒸馏副产物，其化学特性受挥发性和水油分配系数的控制，因此相对富含含氧单萜、醇类、酚类、醛类和酮类，而相应精油则保留较大比例的疏水性烃类。水馏物并非“稀释的精油”，而是独立的含水基质，具有更低的浓度、不同的成分比例、独特的微生物稳定性和不同的感官及制剂约束。原始研究既展示了潜力也体现了变异性：鼠尾草水馏物对藤黄微球菌的MIC
50和MIC
90分别为5.69和7.81 μL mL
?1，而牛至相关水馏物对16株单核细胞增生李斯特菌则需125–500 μL mL
?1。向食品的转化具有基质依赖性。先前综述已确立了水馏物的定义、组成、生物特性和广泛用途，本综述的独特贡献在于建立了从来源和工艺到化学标志物、生物学终点、实际基质性能、载体需求和成熟度的定量链条。纳米制剂常被提出用于改善保留率、保护不稳定组分和调控释放，然而证据基础是不对称的：一项直接薰衣草水馏物纳米乳剂研究报告了粒径225.4 ± 3.2 nm和PDI 0.098 ± 0.011，抗菌活性强于未制剂化水馏物；而针对脂质体、聚合物纳米颗粒、纳米凝胶和活性薄膜的水馏物特异性包封效率、释放动力学、长期稳定性、真实食品性能和田间持久性普遍缺失。因此本综述对水馏物直接证据与从精油、提取物或分离化合物迁移而来的证据进行了全程区分。
2 综述方法
文献检索于2026年8月11日在Scopus、Web of Science核心合集、PubMed和Google Scholar中进行，检索时间从数据库建库至更新日期。核心布尔检索式为水馏物或水溶剂或芳香水和组成、抗微生物、抗氧化、食品保鲜、包装、农业、纳米乳剂、脂质体、纳米颗粒、纳米凝胶、包封或控释的组合。按数字对象标识符和标题去重，经标题和摘要筛选后进行全文评估。纳入标准为报告了植物和加工信息、水馏物组成、定量抗微生物/抗真菌/抗氧化/食品/农业/安全性/稳定性数据或可测量的制剂性能的主要研究。仅涉及精油、溶剂提取物或分离化合物的研究被排除在直接证据综合之外，仅在载体缺乏直接水馏物研究时作为明确标注的可迁移证据保留。提取字段涵盖植物来源和器官、蒸馏方法和条件、化学浓度或相对丰度、总酚含量、抗氧化终点和单位、MIC/MBC/MFC、抑菌圈、微生物log减菌量、货架期结果、食品或农业模型以及安全性或非靶标结果。制剂系统额外提取粒径、PDI、zeta电位、包封或保留效率、储存稳定性、释放动力学、对照、基质兼容性和放大约束。本综述未声称PRISMA完整性，而是采用透明的资格规则和证据层级：直接实际基质或田间证据、直接水馏物体外证据和可迁移载体证据。
3 水馏物的定义、生产及理化特性
3.1 定义
水馏物，又称水溶剂、花水、草本水或芳香水的定义。与以疏水性挥发性成分为主的精油不同，水馏物主要由蒸馏水组成，富含低浓度的水溶性挥发性和半挥发性化合物，特别是含氧组分，以及痕量分散的精油微滴。术语使用存在不标准化问题：水馏物和水溶剂指植物蒸馏后回收的水相，而花水常更严格地指来自花朵的馏出物，芳香水还可能包含非蒸馏直接副产物的稀释或调配制品。ISO 9235:2021将芳香水/水馏物纳入芳香天然原料并区分了蒸馏来源的芳香水与其他芳香制剂。监管分类通常由预期应用和产品宣称而非术语本身决定。同一水馏物根据用途、暴露途径和功能宣称可能被视为化妆品成分、食品相关成分、农业投入品或活性包装系统组件。从历史上看，水馏物长期被视为低价值副产物，但由于其生物活性潜力、水相兼容性和循环经济相关性而日益受到关注。
3.2 系统分类
按应用导向，水馏物可同时依据植物来源、主导化学家族、生产方法和预期用途进行分类。唇形科药用和芳香植物常产生以含氧单萜和酚类衍生物为主的水馏物；香料水馏物可能含醛类、苯丙素类或萜类；柑橘类水馏物通常与果皮来源的含氧挥发物相关；花源水馏物常含醇类、酯类和芳香含氧化合物。这些类别并非互斥，但为连接来源、加工、化学和应用提供了可重复的框架。
3.3 生产
水馏物主要在水蒸馏或蒸汽蒸馏过程中获得。产量和化学组成受植物和操作参数强烈影响，包括物种、器官、采收期、提取时间、温度或加热方式、料水比、粒径和冷凝条件。分馏收集表明水馏物质量直接与工艺参数相关。生产应被理解为工艺依赖性操作而非精油提取的被动结果。短提取时间可能限制含氧和亲水性化合物的回收，而延长蒸馏可增加极性组分提取，但也可能促进水解、降解或热不稳定分子损失。酶预处理等策略可进一步改变传质和挥发性物质分布。未来研究应标准化报告蒸馏参数，包括植物材料特性、料水比、提取时间、温度或加热方式、冷凝条件、水馏物产量、pH、储存条件和主要挥发性成分。
3.4 基本化学组成
水馏物主要由水组成，富含低浓度的极性和亲水性挥发性及半挥发性化合物。关键点在于不应视为稀释的精油。化合物分布受挥发性、极性、水溶性和相分配的支配：精油富集疏水性单萜和倍半萜烃类，而水馏物优先保留含氧和亲水性成分，包括醇类、酚类衍生物、醛类、酮类和含氧萜烯。这种化学差异导致水馏物与相应精油在水性食品基质、可食涂层、喷雾制剂和纳米结构亲水系统中的生物学和技术行为可能不同。
3.5 影响组成的因素
植物来源是主要决定因素，物种和基因型定义了特定类别挥发性化合物的生物合成能力。植物器官是第二层次的变异性来源。环境条件如气候、土壤、海拔、地理来源和季节变化进一步影响次生代谢物生物合成。加工参数在分配中起决定作用。该变异性对纳米系统开发有直接影响：极性、浓度、pH、挥发性组成和化学类别分布的差异可能影响载体选择、包封或保留效率、胶体稳定性和释放行为。
3.6 初始局限性
活性化合物浓度低是主要挑战之一。理化和微生物不稳定性同样关键：高水活性使水馏物易受微生物污染、氧化、水解、pH变化和挥发性成分损失的影响。组成变异性进一步限制了标准化和大规模使用。这些局限性为基于制剂的策略提供了有力理由，纳米系统应被视为对水馏物固有局限性的技术响应而非单纯的创新附加。
4 水馏物的分析表征与质量控制
分析表征是将水馏物从可变副产物转化为标准化功能成分的关键步骤。气相色谱-质谱联用（GC-MS）仍是挥发性化合物分析最广泛使用的技术，但主要适用于挥发性和热稳定化合物。核磁共振（NMR）、高效液相色谱（HPLC）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）可扩展极性和非挥发性组分的覆盖范围。水馏物质量标志物可包括主要含氧萜烯、酚类衍生物、醇类、醛类、酮类、pH、电导率、总溶解固体、微生物负荷和储存稳定性指标。标志物选择应以应用为导向。最低水馏物制剂数据集应关联：（i）植物和工艺身份；（ii）绝对标志物浓度或验证指纹图谱；（iii）pH、电导率和微生物质量；（iv）粒径、PDI和zeta电位；（v）水馏物特异性保留率或EE；（vi）化学和胶体储存稳定性；（vii）应用相关介质中的释放；（viii）含游离水馏物和空白载体对照的生物学性能。
5 水馏物的生物活性
生物活性随化学馏分、施加体积、接触时间、目标生物体和测试基质而变化。定量范围很宽：浓缩丁香水馏物对白色念珠菌的抑菌圈达23.5 mm；鼠尾草水馏物对藤黄微球菌的MIC
50和MIC
90分别为5.69和7.81 μL mL
?1；牛至相关水馏物对16株单核细胞增生李斯特菌需125–500 μL mL
?1。化学抗氧化测定提供筛选信息但不能确立保鲜效果。在猪肉模型中，限制脂质氧化的水馏物仅表现出有限的抗菌作用，薰衣草水馏物在某些剂量组合下可能具有促氧化作用。Satureja montana的数据表明“天然”并不意味着环境无害：对靶标生物具有杀灭作用的浓度超过非靶标土壤微生物LC
50数个数量级。最具决策相关性的是由定量终点、明确的制剂、实际基质和适当对照支持的水馏物。纳米策略仅在至少改善一项可测量的局限性——保留率、稳定性、释放、有效剂量或基质性能——而不恶化安全性、感官质量或非靶标暴露时才具有合理性。
6 游离水馏物的应用与局限性
6.1 食品保鲜
6.1.1 水果和蔬菜
百里香和迷迭香水馏物洗涤在20分钟后使苹果上大肠杆菌O157:H7分别减少1.42和1.33 log CFU g
?1；牛至水馏物在40分钟后消除可检测的金黄色葡萄球菌。最近一项研究表明，500 μL mL
?1牛至水馏物浸泡5分钟在冷藏储存后使芝麻菜上单核细胞增生李斯特菌减少约1.0 log CFU g
?1，且无明显理化和感官损失。
6.1.2 肉制品
猪里脊肉用Thymus mastichina、Lavandula luisieri或Origanum virens水馏物腌制24小时并储存8天，结果显示条件性而非均匀的积极响应。牛至和百里香水馏物防止脂质氧化，而抗菌作用有限；薰衣草保护作用微弱且在某些比例下可能具有促氧化性。
6.1.3 水产品
野生百里香水馏物掺入冰中延长了外高加索鲃的冷藏储存期。第20天时需氧平板计数低于6 log CFU g
?1（对照7.59），假单胞菌计数为5.67对7.42 log CFU g
?1，总挥发性碱氮为28.15对81.13 mg 100 g
?1；处理组鱼在第20天仍具感官可接受性。
6.1.4 乳制品
在Kashar奶酪中，以3%苹果酸酸化的丁香水馏物制剂在45分钟后对大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌分别实现3.30和3.52 log CFU g
?1的减少；对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和黄曲霉的减少约为1.8–2.0 log CFU g
?1。酸化制剂优于单独水馏物，这证明是栅栏系统的证据。
6.1.5 烘焙产品
未找到符合条件的直接水馏物面包或烘焙挑战研究。抗真菌薄膜、涂层和精油系统提供可迁移的设计概念，但不能确立水馏物剂量、释放、感官接受度或面包无霉菌货架期。烘焙应用应作为证据空白呈现。
6.1.6 饮料
柠檬草水馏物干基含0.21%精油等效物质和0.73 g kg
?1柠檬醛。在抹茶饮料中20%添加量降低了感知涩味，提供柑橘风味，79天内无真菌增殖。
6.2 农业应用
Satureja montana水馏物在25% v/v时对产气巴斯德菌、无乳链球菌和鲍曼不动杆菌具有杀灭作用，50% v/v对另外七种细菌和白色念珠菌有效。同时，河流微生物群落的48小时LC
50为16.99% v/v，而土壤微生物群落仅为0.078% v/v。实验室抗真菌、抗细菌、驱避、抗植物病毒和化感筛选对候选物选择有用，但低于温室和田间证据水平。所选文献中无水馏物特异性纳米制剂提供了完整数据集。
6.3 化妆品、皮肤病学、制药和生物医学用途
局部使用提供水性制剂和耐受性的有用信息，但其暴露途径和性能标准与食品、食品接触材料和作物处理不同，不能替代所审应用的经口、迁移、膳食暴露或环境评估。
6.4 直接应用的主要局限性
游离水馏物将低活性化合物浓度与高水活性、批次变异性、挥发性损失和微生物污染易感性相结合。高处理量或长接触时间可能损害通量和感官质量，而运输和冷/无菌储存可能抵消循环经济收益。植物身份、蒸馏参数、标志化合物、微生物限度和货架期活性保留的标准化是制剂化的前提。
7 纳米技术中的水馏物：现状与先进策略
7.1 纳米增强水馏物系统的原理
纳米增强水馏物系统应被理解为克服游离水馏物特定局限性的技术方案，而非通用载体制剂。主要目标包括改善化合物保留率、减少挥发和降解、保护不稳定组分、增强与靶标表面的相互作用以及实现生物活性分子的渐进或局部释放。有效性必须通过水馏物特异性实验设计证明，包括游离水馏物与纳米制剂水馏物在等效条件下的比较。
7.2 纳米乳剂和脂质基系统
最直接的制剂证据是薰衣草（Lavandula × intermedia）水馏物纳米乳剂，流体动力学直径225.4 ± 3.2 nm，PDI 0.098 ± 0.011。化学图谱得以保留；游离水馏物在测定条件下无活性，而制剂对大肠杆菌的MIC为0.75% v/v，对蜡状芽孢杆菌为0.06% v/v。但EE、释放动力学、zeta电位、长期储存性能和食品基质验证未报告。
7.3 脂质体和聚合物纳米颗粒
脂质体含磷脂双层包围的水性隔室，可保留水相容组分。聚合物纳米颗粒可提供机械稳定性、可调表面性质和控释行为。水馏物与浓缩提取物和精油的差异在于活性分子更稀释，可能对pH、离子强度和储存条件的变化更敏感。应为水馏物装载脂质体设计包含游离水馏物对照的比较实验。基于多糖、蛋白质或虫胶的纳米颗粒已被探索用于递送和保护食品生物活性物质。水馏物特异性研究仍然稀缺，来自植物提取物、精油和分离化合物的证据只能作为概念基础。
7.4 纳米凝胶和热响应系统
纳米凝胶的水合聚合物网络与含水亲水性生物活性系统兼容，可在三维基质内保留水相容组分，同时实现扩散控制或刺激响应释放。食品生物聚合物来源的纳米凝胶因溶胀能力、生物相容性和可调网络结构而被探索。热响应系统可通过温度变化引起的溶胶-凝胶转变，实现液态施用后在食品表面原位结构化。此类系统对水馏物的优势仍主要停留在概念层面。
7.5 纳米增强在食品保鲜和活性包装中的应用
微生物生长、氧化和质量劣化常发生在界面处。纳米增强策略的目标是调节活性物质的定位、保留、释放速率和与靶标基质的相互作用。活性包装是最有前景的途径之一，水馏物或载药载体可掺入生物降解薄膜、可食涂层或聚合物基质中。控释是核心设计标准。水馏物掺入可能影响薄膜机械性能、水蒸气渗透性、溶胀行为、光学性质、香气释放和向食品基质的迁移。当前证据主要来自精油、植物提取物或分离的天然抗菌剂。
7.6 纳米增强在可持续农业中的应用
水馏物被视为可喷洒的水性生物活性投入品，但直接性能可能受稀释、挥发、紫外线暴露、降雨、温度波动和叶片表面弱附着力的限制。聚合物纳米颗粒、纳米乳剂、脂质体、水凝胶、纳米凝胶和纳米结构涂层已被探索用于天然化合物的控释递送。制剂目标是在叶片表面保留稀释的亲水性生物活性物质并延长与植物病原体、害虫或靶标组织的相互作用。需要在温室和田间条件下直接验证。
7.7 比较分析、技术成熟度和新兴趋势
与精油基纳米结构系统相比，水馏物基纳米制剂呈现独特的技术特征：浓度较低但水相兼容性更强。从技术成熟度水平（TRL）角度看，大多数水馏物基纳米增强系统仍处于早期阶段。新兴趋势包括多功能水馏物系统，结合生物活性保留、控释、生物降解性以及与食品、包装或农业基质的兼容性。
8 可持续性与循环经济：水馏物的增值化
水馏物的增值化应置于循环经济、生物质效率和可持续加工的背景下。回收和使用水馏物可能提高资源效率、减少废物并扩展芳香和药用植物加工的价值链。可持续性不应仅从副产物起源推断，而应通过可测量指标证明：避免处置量、合成添加剂或农用化学品减少量、附加产品价值、储存需求、加工成本、能源和水消耗以及与配方、运输和最终使用相关的环境影响。生命周期评价（LCA）、技术经济分析和与传统保鲜或农业投入品的比较评估是重要工具。生物精炼概念提供了综合芳香植物加工框架，其中水馏物用作水性生物活性馏分，固体残渣用于堆肥、附加化合物提取、生物能源或生物材料生产。将水馏物纳入纳米系统可能增加技术和经济价值，但取决于功能增益是否证明额外材料、加工步骤、能源需求和成本是合理的。
9 挑战与未来展望
主要挑战包括组成变异性、活性化合物低浓度、理化和微生物稳定性不足、定量生物学数据不充分、生产和表征协议缺乏标准化以及实际食品、包装、温室和田间系统中的验证有限。纳米增强应用面临载体选择、制剂可重复性、胶体稳定性、保留效率、释放行为、安全性评估、可扩展性和监管接受度等额外挑战。未来研究应从描述性报告转向整合化学图谱、制剂设计、生物学性能、安全性和应用可行性的转化研究。标准化、定量生物活性评估、机制理解、纳米制剂设计、安全性评价、监管规划、可扩展性和可持续性分析将至关重要。
10 结论
水馏物是化学性质独特的水性馏出物，而非稀释的精油。直接食品证据支持在新鲜农产品、水产品、乳制品、肉类和饮料中的特定用途；未发现符合条件的烘焙研究。纳米增强优势尚不能作为类别性结论。薰衣草水馏物纳米乳剂提供了直接概念验证，但对脂质体、聚合物纳米颗粒、纳米凝胶、热响应凝胶和纳米增强薄膜，水馏物特异性EE、释放、长期稳定性、真实食品功效和田间数据未检索到。决定性的下一步实验是比较性的：化学标准化水馏物、游离水馏物和空白载体对照、完整的胶体和释放表征、实际食品或作物验证、感官或非靶标安全性、放大以及生命周期或技术经济比较。只有在此类条件下证明可测量优势的解决方案才应被描述为已验证的水馏物纳米技术。
