白藜蘆醇與蟹殼衍生物碳點復合物的制備與表征:該復合物具有優(yōu)異的溶解性、光穩(wěn)定性、抗氧化性能及抗菌活性
《Food Bioscience》:Preparation and characterization of the complex of resveratrol and crab shell derived carbon dots with improved solubility, photostability, antioxidant, and antibacterial properties
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時間:2026年02月28日
來源:Food Bioscience 5.9
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本研究通過合成蟹殼衍生碳點(C-CDs)與白藜蘆醇的復合物(CR),利用紫外-可見光譜、熒光光譜等技術揭示了兩者通過內濾效應和靜態(tài)淬滅機制相互作用,顯著提升白藜蘆醇的水溶性(CR4達9.03倍)、光穩(wěn)定性(紫外光穩(wěn)定性提高34.06%)及抗氧化(ABTS+清除率達97.87%)和抗菌活性(對金黃色葡萄球菌等有效),為開發(fā)天然納米載體增強功能成分應用提供新策略。
王美慧|杜曉|李飛|鄧毅|李家輝|孔寶華|劉倩|王輝
中國黑龍江省哈爾濱市東北農業(yè)大學食品科學學院,郵編150030
摘要
白藜蘆醇因其健康益處而受到廣泛關注,但由于其穩(wěn)定性差和生物利用度低,實際應用受到限制。在本研究中,我們通過將白藜蘆醇與蟹殼衍生的碳點(C-CDs)結合,合成了一系列復合物(CR),并系統地研究了C-CDs與白藜蘆醇之間的相互作用對CR性質的影響。結果表明,白藜蘆醇通過內部過濾效應和靜態(tài)淬滅機制抑制了C-CDs的發(fā)光。C-CDs顯著提高了白藜蘆醇的水溶性和光穩(wěn)定性(P < 0.05)。含有40毫克白藜蘆醇的CR4的水溶性是游離白藜蘆醇的9.03倍,其紫外線穩(wěn)定性比游離白藜蘆醇高34.06%。此外,C-CDs的淬滅作用還增強了白藜蘆醇的抗氧化和抗菌性能。在50微克/毫升白藜蘆醇當量的條件下,CR4對ABTS+自由基的清除率顯著提高,這歸因于白藜蘆醇水溶性的增加,達到了97.87%。CR4對金黃色葡萄球菌等腐敗細菌表現出明顯的抗菌效果。這些結果表明,C-CDs可以作為合適的納米載體,提高疏水性生物活性成分的水溶性、光穩(wěn)定性和抗氧化及抗菌能力。
引言
白藜蘆醇(3,4′,5-三羥基芪)是一種常見的疏水性多酚,來源于多種水果和堅果,如葡萄和花生(Tavassoli等人,2024年)。白藜蘆醇具有多種功能特性,如抗氧化、抗衰老、抗炎、抗菌和抗動脈粥樣硬化作用,以及血管保護作用。它被廣泛用作膳食補充劑,推薦每日攝入量可達150毫克,并適用于食品加工(Singh等人,2015年)。除了健康益處外,白藜蘆醇還因其抗菌作用可用于食品保存。作為一種有前景的生物活性化合物,白藜蘆醇是提高食品質量和包裝系統安全性的天然替代品(Bahramian等人,2024年)。然而,白藜蘆醇的水溶性差限制了其口服生物利用度(低于1%)和抗菌效果(Vestergaard & Ingmer,2019年)。此外,白藜蘆醇對紫外線(UV)輻射敏感,在90分鐘的紫外線照射下,80%的順式結構會轉化為反式結構或降解,導致生物活性下降。因此,提高白藜蘆醇的水溶性、光穩(wěn)定性和生物活性是其在醫(yī)藥和食品領域應用的關鍵(Tavassoli等人,2025年)。
可以通過多種方法改善白藜蘆醇的局限性,如微膠囊、膠束、脂質體、乳液和納米顆粒。所有這些載體都具有高比表面積、良好的水溶性和高生物利用度。例如,蛋白質、淀粉和脂質體(Baek等人,2023年)被用于制備納米顆粒,從而提高了白藜蘆醇的溶解度和穩(wěn)定性。Choi等人(2022年)發(fā)現,將馬鈴薯淀粉顆粒與白藜蘆醇結合后,白藜蘆醇的紫外線穩(wěn)定性和生物利用度有所提高,但與游離白藜蘆醇相比,2,2-二苯基-1-吡啶肼(DPPH)抗氧化活性沒有顯著差異(P > 0.05)。同樣,其水溶性增加了400倍,但甲基-β-環(huán)糊精與白藜蘆醇結合后,對DPPH自由基的清除效果沒有顯著差異(P > 0.05)(Duarte等人,2015年)。雖然這些常見的納米載體能有效提高白藜蘆醇的水溶性和穩(wěn)定性,但它們的抗氧化和抑菌能力有限,從而僅能輕微增強其生物活性,限制了白藜蘆醇的潛在應用。因此,有必要開發(fā)綠色、安全且有效的方法來提高白藜蘆醇的水溶性、穩(wěn)定性、抗氧化活性和抗菌能力。
碳點(CDs)是一類新型的零維碳納米材料,具有多種優(yōu)良特性,包括水溶性、光致發(fā)光、低細胞毒性、良好的生物相容性和出色的光穩(wěn)定性。此外,它們的合成相對簡單,某些CDs還具有抗氧化和抗菌能力(Tohamy,2025年)。Kousheh等人(2020年)通過水熱法從嗜酸乳桿菌無細胞上清液中合成了抗菌性的環(huán)二羥基苯甲酸酯(CDs)并進行了表征。實驗研究表明,與AMP相比,CDs對2,2-二苯基-1-丙胺(DPPH)、2,2'-偶氮二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)和羥基自由基的清除能力顯著增強,相應的半最大抑制濃度(IC50)分別為10.240、7.265和574.730微克/毫升(Feng等人,2023年)。CDs在醫(yī)學領域被廣泛用作載體,但其在生物活性物質中的應用研究有限。N摻雜的CDs與聚吡咯納米顆粒結合用于生物成像和光熱治療。研究人員還利用N摻雜CDs的pH依賴性特性來靶向輸送阿霉素進行癌癥治療。此外,研究表明CDs可以提高某些物質的溶解度和生物利用度。CDs在醫(yī)學領域被廣泛用作載體,但在生物活性物質中的應用研究仍有限。在食品包裝領域,Mao等人(2025年)使用天然植物多酚綠原酸作為碳源,通過溫和的合成方法制備了綠原酸碳點。Jv等人(2023年)報告稱,將葉黃素與CDs混合后,其光穩(wěn)定性和協同氧化活性得到增強。根據現有文獻,引入CDs有望解決白藜蘆醇的局限性。然而,目前尚無關于使用CDs作為納米載體來提高白藜蘆醇的水溶性、光穩(wěn)定性、抗氧化性能和抗菌效果的報道。
本研究合成了具有抗菌和抗氧化特性的蟹殼衍生物CD-白藜蘆醇復合物(CR),以解決白藜蘆醇水溶性差和對紫外線輻射敏感的問題。使用紫外-可見光(UV-vis)光譜儀、熒光光譜儀、傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜儀、X射線衍射儀(XRD)和差示掃描量熱法(DSC)測量了C-CDs與白藜蘆醇之間的相互作用。C-CDs作為一種新的輸送系統,用于提高疏水性白藜蘆醇的水溶性。此外,還通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察了C-CDs、白藜蘆醇和CR的形態(tài)。最后,評估了C-CDs、游離白藜蘆醇和CR的光穩(wěn)定性、抗氧化活性和抗菌能力。
材料
蟹殼購自中國黑龍江省哈爾濱市的Trust Mart超市。白藜蘆醇(純度99%)購自上海源業(yè)生物有限公司(上海)。2,2-二苯基-1-吡啶肼(DPPH)和2,2'-偶氮二(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(ABTS+)購自上海新華藥業(yè)試劑有限公司(上海)。本研究中使用的其他化學品和試劑均為分析級。
碳點(C-CDs)的制備
蟹殼碳點(C-CDs)的制備...
C-CDs的熒光光譜和復合物的UV-vis光譜
研究了C-CDs的熒光發(fā)射光譜對激發(fā)波長的依賴性。如圖1 A所示,隨著激發(fā)波長從350納米增加到400納米,發(fā)射峰從442納米明顯紅移至474納米。這表明C-CDs的熒光具有激發(fā)依賴性,說明C-CDs的成功合成(Sun等人,2023年)。
結論
本研究采用水熱法成功合成了C-CDs,并制備了C-CDs與白藜蘆醇的復合物(CR)。結果表明,白藜蘆醇通過內部過濾效應和靜態(tài)淬滅機制抑制了C-CDs的發(fā)光。此外,C-CDs提高了白藜蘆醇的水溶性和光穩(wěn)定性。與其他實驗組相比,CR4表現出最高的負載效率、最佳的親水性和最強的光穩(wěn)定性。
CRediT作者貢獻聲明
杜曉:正式分析、概念化。
王美慧:撰寫初稿、可視化、數據整理。
李家輝:指導、方法學設計。
孔寶華:指導。
李飛:研究、正式分析。
鄧毅:指導、方法學設計、概念化。
劉倩:指導。
王輝:撰寫、審稿與編輯、資金獲取、概念化。
未引用參考文獻
Singh等人,2015年;Tejwan等人,2022年;Wang等人,2024年;Wang等人,2024年。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金(32302129)的支持。
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