金属掺杂ZIF-8纳米颗粒经透明质酸包覆并负载牛至精油用于菠菜（Spinacia oleracea）中单核增生李斯特菌的灭活

《ACS Agricultural Science & Technology》：Metal?Doped ZIF?8 Nanoparticles Coated with Hyaluronic Acid and Loaded with Oregano Essential Oil for Inactivation of Listeria monocytogenes on Spinach (Spinacia oleracea)

　　

本研究评估了一种基于ZIF-8（沸石咪唑酯骨架材料-8）的抗菌纳米复合材料，该材料通过Ag/Cu掺杂、透明质酸（HA）表面功能化及牛至精油（OEO）封装制备，以增强对包括单核增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）在内的食源性病原体的活性。金属掺杂剂、生物聚合物涂层与天然抗菌剂的联合引入，使单一纳米结构内具备互补的物理化学与抗菌功能。纳米颗粒通过常温沉淀法合成，并利用SEM、TEM、FTIR、XRD、zeta电位、粒径及DSC测试进行了全面表征。三重改性变体（OEO-Ag-ZIF-8-HA）表现出最优抗菌效力，其MIC与MBC分别为125 μg/mL与375 μg/mL，显著低于（p < 0.05）未掺杂ZIF-8（MIC：2000 μg/mL，MBC：8000 μg/mL）。细胞毒性评价显示良好生物相容性，OEO-Ag-ZIF-8-HA在250 μg/mL下细胞存活率大于90%。菠菜叶片测试将初始需氧平板计数降至2.89 log CFU/g，并在15分钟内维持李斯特菌低于4 log CFU/g（p < 0.05），在所测条件下抗菌性能优于标准氯控制组。处理组菠菜叶片在21 °C下5天内保持较对照组更鲜外观。这些结果表明OEO-Ag-ZIF-8-HA作为一种生物相容性抗菌材料在食品安全应用中具有潜力。

研究背景与立项依据

新鲜农产品尤其是叶菜类的食源性污染持续构成公共卫生威胁。单核增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）因耐冷藏与逆境存活能力，成为重点食源性病原体；其常经叶菜（如菠菜 Spinacia oleracea）表面气孔内化而逃逸传统表面消毒剂，且菠菜因表面积大、叶形复杂导致清洗消毒困难。氯基消毒剂在有机存在时效力下降并产生副产物，促使研究人员寻求替代方案。ZIF-8（zeolitic imidazolate framework-8，沸石咪唑酯骨架材料-8）因高比表面与化学稳定性被研作抗菌纳米材料，金属（Ag、Cu）掺杂可调控离子释放增强抑菌，但水相加工中易团聚、表面作用不足；透明质酸（HA，hyaluronic acid）包覆可提升分散性与生物相容性，牛至精油（OEO，oregano essential oil）含香芹酚与百里香酚等酚类但挥发快、水溶差。因此研究人员提出以HA包覆金属掺杂ZIF-8并负载OEO，构建兼具离子释放、膜破坏与缓释功能的复合纳米体系，并在菠菜上以短接触时间验证其替代氯消毒的可行性。论文发表于《ACS Agricultural Science & Technology》。

主要关键技术方法

研究人员采用常温沉淀法制备ZIF-8及Ag/Cu掺杂变体（30 mol%取代Zn²⁺为优），经HA水溶液吸附包覆得HA功能化颗粒，再以乙醇分散后滴加OEO、搅拌超声离心获OEO负载终产物。表征端依次用SEM/EDS元素面扫与TEM观形貌、FTIR与XRD证结构、zeta电位与粒径分析胶体行为、DSC评热稳。生物评价以L929成纤维细胞CCK-8测细胞毒性；抗菌端对ATCC 19115/35152/7644三株李斯特菌混合液行纸片扩散、肉汤稀释测MIC、亚培养计MBC（≥3-log杀灭）；实体应用取自德州超市菠菜，以MIC（125 μg/mL）与MBC（375 μg/mL）OEO-Ag-ZIF-8-HA溶液浸洗，测总需氧平板计数（APC）及牛津李斯特琼脂计数，并以200 ppm氯水为对照，21 °C储存观察外观。

研究结果

3.1 纳米颗粒表征

SEM与TEM显示ZIF-8为菱形十二面体，金属掺杂后尺寸减小、表面不规则，HA包覆现模糊外层，OEO负载后边缘圆化、聚集降低；EDS面扫证Zn/N均布及Ag/Cu成功掺入。FTIR中1580–1590 cm^?1 C═N、~420 cm^?1 Zn–N保留，HA样品现3300–3500 cm^?1 O–H与1650 cm^?1 C═O，OEO样品增2920–2960 cm^?1 C–H与酚类芳环峰。XRD示所有样品保ZIF-8晶相（7.4°、10.4°、12.8°等），HA/OEO使峰宽化强度降、无新晶相。Zeta电位由ZIF-8 +33.74 mV经掺杂降至+18~21 mV，HA包覆转负（?3~?7.8 mV），OEO负载略回调（?1~?4.9 mV）。DSC证热稳变化。结论：序贯改性未破环ZIF-8骨架，但改变表面电荷、结晶度与形貌。

3.2 细胞相容性与体外抗菌

CCK-8示OEO-Ag-ZIF-8-HA在250 μg/mL细胞存活>90%，2000 μg/mL以上毒性>50%。MIC/MBC：未掺杂ZIF-8为2000/8000 μg/mL，OEO-Ag-ZIF-8-HA最优达125/375 μg/mL（p<0.05），OEO-Cu-ZIF-8-HA次之。纸片扩散与肉汤稀释一致显示三重改性协同（Ag⁺/Cu²⁺/Zn²⁺离子释放+OEO膜破坏+HA分散）显著降低抑菌浓度。

3.3 菠菜实体应用

200 g菠菜以125 μg/mL浸1 min，初始APC降至2.89 log CFU/g；以375 μg/mL（PBS）浸1/5/10/15 min，李斯特菌15 min内压至<4 log CFU/g（p<0.05），同条件氯组效果较弱。21 °C储5天处理叶较水对照更鲜；4 °C封袋5天外观优于对照。结论：短接触即效、不依赖氯、兼护感官品质。

讨论与结论翻译

讨论指出，金属掺杂改离子释放动力学、HA层借羧基负电与亲水化抗团聚并助叶面铺展、OEO经框架限域缓解挥发降解，三者函数在单颗粒内互补，故OEO-Ag-ZIF-8-HA在有机干扰与短接触叶菜清洗场景优于氯。结论部分原文意译：OEO-Ag-ZIF-8-HA作为生物相容性抗菌材料，在叶菜表面消毒与活性包装整合方向具应用潜力；其以125 μg/mL MIC与375 μg/mL MBC在15 min内将菠菜表面李斯特菌压制于4 log CFU/g以下，细胞存活>90%于250 μg/mL，证实金属掺杂-ZIF-8骨架-HA包覆-OEO封装的序贯策略可有效降低对氯基消毒剂的依赖，并为即食农产品提供非热处理减菌方案。