环糊精包封四氢姜黄素改善水溶性:合成、表征及作为一种新型杀菌剂的抗真菌活性
通过与不同的环糊精(CDs)形成包合物，提高了四氢姜黄素(THC)分子的溶解度，这是一种很有前途的生物农药衍生物。随机甲基化β-环糊精(me - β cd)在大小、取代基或结构发生变化的cd中效果最好。差示扫描量热法1H-和2d核磁共振(NMR)证实了MeβCD中包含四氢大麻酚(THC)。
突出了
甲基化β-环糊精提高了100倍四氢姜黄素的水溶性。
THC/ me - β cd复合物的化学计量比为1:1。
DSC,1H-和2D-NMR显示THC络合作用。
对MeβCD和THC/MeβCD无抗真菌活性。
MeβCD的聚合使其具有抗真菌特性。
旋转框架的Overhauser效应谱尤其阐明了四氢呋喃(THC)芳香质子与CD腔内质子之间的特殊相互作用。采用Higuchi和Connor方法研究了四氢大麻酚(THC)与MeβCD之间的复合物形成，得到了一个591 M的缔合常数−1．四氢大麻酚负载MeβCD对靶菌无明显抑制作用镰刀菌素graminearum．然而，负载四氢大麻酚的me - β cd聚合物对真菌生长有25%的抑制作用，从而使它们成为无溶剂、水和生物基杀菌剂制剂的理想材料。
介绍
植物容易受到真菌，线虫和昆虫的攻击，产生产量损失和若干种属镰刀菌素通常被认为是欧洲最重要的作物污染。其中,镰刀菌素graminearum可感染玉米、小麦或大麦等谷物，导致产量下降高达50% (Shah等人，2017年)，但也可能产生霉菌毒素，可能导致人类和动物的健康问题。如今，防治虫害的策略尤为重要镰刀菌素物种主要依靠合成杀菌剂，这些杀菌剂可能对人类健康有害，对环境有害(古普塔2011年；聪明,2003）.正如Kumar和Singh(2015)所提到的，合成农药进入食物链及其生物积累引发了一些不可预见的后果。现在重要的是要发展替代战略，以克服合成农药的缺点。因此，科学研究转向了可持续和可再生产品的使用，表现出显著的功效，同时对人的危害小，环境友好。
酚类化合物属于研究最多的一类天然活性物质，可能用于生物农药配方。它们存在于几乎所有的植物中，并具有抗氧化特性(Dai， & Mumper, 2010)。含有酚类衍生物的精油(Avanço等，2017)或谷物提取物(Heidtmann-Bemvenuti, Tralamazza, Jorge Ferreira， & Corrêa, Badiale-Furlong, 2016)已被用于控制真菌的发育。纯酚类化合物，如香芹酚，百里酚和o-甲酚也显示出了降低菌丝发育的能力(Teodoro, Ellepola, Seneviratne， & Koga-Ito, 2015;Wang等人，2019)。在这方面，四氢姜黄素(THC)，由姜黄素氢化而得，姜黄素是存在于姜黄L．通常被称为姜黄，在生物杀虫剂配方方面显示出了很好的结果(Coma, Portes, Gardrat, Richard-Forget， & Castellan, 2011)。THC由两个愈创木脂基亚基组成，由一个含有β-二酮基的C7脂肪链连接(THC，图1一个)，并表现出抗氧化、抗真菌和抗霉菌毒素的特性。不幸的是，它的水溶性非常低，严重限制了它在水基配方中的潜在应用。文献中报道了许多增加酚类化合物溶解度的分散技术(Zhang, Xing, Zhao， & Ma, 2018.)，其中，喷雾干燥、溶剂蒸发、冷冻干燥和脂质体形成等封装技术很吸引人(Fang， & Bhandari, 2010;穆宁，& Edwards-Lévy, 2011)。由于其天然来源和GRAS状态(Braga, 2019)，环糊精(CDs)特别适合作为疏水活性剂的载体材料(Cheirsilp， & Rakmai, 2017;Del Valle, 2004;Nardello-Rataj， & Leclercq, 2014;Pinho, Grootveld, Soares， & Henriquez, 2014)。简而言之，CDs是一种生物聚合物，通常由6、7或8个β-链葡萄糖单元组成，其漏斗状结构由外部亲水性壳层和内部疏水性腔体组成(图1)B）.亲水部分使其具有水溶性，而内部的亲油性使其具有捕获疏水分子的能力。CDs在农业上很少被使用(Morillo, 2006年)，而有报道称包络复合系统可以增加水溶性较差的活性剂的溶解度(Singh等人，2020年)，从而减少了应用剂量(Morillo, 2006年)。例如，CDs已被用于包埋合成的有害杀菌剂，如多菌灵(Wang et al.， 2017)或百菌清(Gao et al.， 2019)以及两种植物提取物香芹酚和芳樟醇(Campos et al.， 2018)。所有获得的包合物都更有效地控制害虫，导致最低活性浓度的降低。
目前工作的目的是研究天然和修饰的CDs，以增加四氢大麻酚的表观水溶性，从而创造新的抗真菌生物基复合物，有可能用于生物杀虫剂的应用。
首先考察了环糊精结构对四氢大麻酚溶解性的影响，选择了最合适的环糊精。利用示差扫描量热法、核磁共振谱和扫描电镜对四氢大麻酚负载me - β cd配合物的物理化学性质进行了深入的表征。最后，比较了几种四氢大麻酚负载环糊精与游离四氢大麻酚对模型菌株的生物活性f . graminearum．
材料
当使用缩写CD时，它既指“环糊精”，也指本研究中任何类型的环糊精(βCD、γCD、MeβCD、Poly-βCD和Poly-MeβCD)。
β环糊精Kleptose®(βCD)随机甲基化-β-环糊精Kleptose Crysmeb®(me -β cd)飞速上升(法国Lestrem E0002批)。柠檬酸(CTR)，次磷酸二氢钠(NaH2阿宝2•H2O)和碳酸钠(Na2有限公司3.)用于合成βCD聚合物(Poly-βCD)由Sigma Aldrich (Saint-Quentin Fallavier, France)提供。
me - β cd取代度为0.5，分子量为1184 g/mol。γ-环糊精(γCD)购自TCI欧洲。cd的FTIR和DSC光谱可以补充信息(图S1和图S2)。
以柠檬酸为交联剂，次磷酸钠为催化剂，聚-βCD和聚-我-βCD的摩尔比分别为59/40/1和61/40/1，根据Junthip, Tabary, Leclercq， & Martel(2015)方法合成了βCD (Poly-βCD)和me -βCD (Poly- me -βCD)的阴离子水溶性聚合物。简单地说，去除水分后，固体混合物在140°C真空下固化30分钟。然后加入水，过滤得到的悬浮液，通过6-8 kDa膜(SPECTRAPOR 1, Spectrumlabs)在72小时内对水透析滤液。最后，通过冷冻干燥回收水溶性阴离子型CD聚合物。平均摩尔质量(Mn)衡量水尺寸排阻色谱法(SEC) 11800克/摩尔和15600克/摩尔,分别聚-βCD和Poly-MeβCD(多分散性= 1.7),使用DIONEX终极3000配备了黎明HELEOS II多角度光散射和OPTILAB雷克斯微分折射计(4列Shodex OH-Pak 30厘米,流量 = 0.5毫升/分钟,聚合物浓度 = 3g /L，流动相 = 0.1 M NaNO3.和南3., dn /直流 = 0.139)。基于H的积分值1和柠檬酸亚甲基信号(CH2Poly-βCD和Poly-MeβCD分别含有72.0 wt%的βCD和63.4%的MeβCD。用这个百分比来计算CD腔的浓度。聚合物的FTIR光谱在Tabary et al.(2016)的工作中有补充信息(图S3)和DSC光谱。
四氢姜黄素Tetrapure (THC)购自Sabinsa Corporation SabiWhite®(美国)。
马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基(马铃薯淀粉4g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L)来自Biokar。适用于羧甲基纤维素介质(CMC介质，CMC低粘度15g /L;酵母提取物1 g/L;MgSO4；7小时2O 0.5 g / L;NH4没有3.1 g / L;KH2阿宝41 g/L)，产品由Aldrich (Saint-QuentinFallavier，法国)提供，培养基中使用的所有盐均为分析级。
菌株CBS 185.32f . graminearum采用法国INRAe MycSA实验室标本(Centre INRA de Nouvelle-Aquitaine Bordeaux UR1264 MycSA, INRAe, Villenave d 'Ornon, France)作为抗真菌研究的目标菌株。
文章信息:Anne Loron, Christian Gardrat, Nicolas Tabary, Bernard Martel, Véronique Coma。四氢姜黄素包封于环糊精中改善水溶性:合成、表征及作为新型生物杀菌剂的抗真菌活性，碳水化合物聚合物技术与应用，2021。https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100113。