地榆多酚抑菌作用研究進展

張貝智，張卓睿，馬嘉萍，賈洪旭，宋見喜，姜貴全,,*

（1.北華大學林學院，吉林 吉林 132013；2.北華大學材料科學與工程學院，吉林 吉林 132013；3.北華大學，吉林省木質材料科學與工程重點實驗室，吉林 吉林 132013）

食品在微生物繁殖、分解作用下發生腐敗變質，人體食用后可能攝入其中致病因素引起感染性中毒性疾病，這種由微生物感染而引起的食源性疾病嚴重危害消費者的健康[1-3]。人們利用食品防腐劑抑制食品中有害微生物生長繁殖，可在不改變食品風味的情況下延長食品保質期[4]。化學防腐劑在食品工業中被廣泛使用，但存在致癌、致畸等問題[5]。近年來，天然提取物因具有抗菌作用受到人們的廣泛關注[6]，這對人類健康和藥物研發有重要意義[7]，多酚類化合物是天然殺菌劑和防腐劑的主要來源[8]。

植物多酚是植物體內結構復雜的酚類次生代謝物，具有多元酚結構，按結構可分為沒食子酸酯類多酚和聚黃烷多酚[9]，主要存在于植物的皮、根、葉、果中，具有抗癌[10]、抗氧化[11]、抗突變[12]、抑菌[13]、降血脂[14]等多種生理活性。以植物多酚為原料的天然防腐劑因其性能高效、安全性好，且具有一定營養價值，廣泛用于食品工業領域[15]。地榆（Sanguisorba officinalisL.）是薔薇科（Rosaceae）地榆屬（SanguisorbaL.）多年生草本植物，紡錘形粗壯根，小葉短柄，花瓣呈紫紅色，萼筒內包含著果實。在我國，野生地榆占地榆蘊藏量的70%以上。地榆屬植物在世界范圍內約有30多種，我國共有7種，分布在國內南北各省。地榆適應能力強，其根可藥用，中藥名同稱地榆（Radix Sanguisorbae）[16]。地榆根性寒，味苦酸，無毒，具有抗過敏、止血、止痛和收斂的作用[17]。地榆營養成分豐富，化學組成主要包括維生素、無機鹽、多酚及三萜皂苷類有效成分，其礦物質和維生素含量是普通蔬菜的幾倍甚至十幾倍[18]，多酚含量約占12%～17%[19]，是優良抑菌劑來源。本文對地榆多酚的抑菌研究進行總結歸納，為地榆多酚在天然食品防腐劑的研發與應用提供參考。

1 地榆多酚簡介

地榆多酚主要包括花青素、鞣質、黃酮以及酚酸等活性成分，其中地榆鞣質又稱地榆單寧[20]，其組分按結構類型可分為三大類，即：①可水解鞣質類，包括沒食子酸、逆沒食子酸、低聚水解鞣質等；②縮合鞣質，包括黃烷-3-醇類、原花色素類等[21]；③復合鞣質，由部分水解鞣質與黃烷類縮合而成[22]。地榆多酚具有抗菌、降血糖、抗氧化性、抗炎和抗癌等眾多生理活性作用[23-27]，在食品衛生和醫藥等領域有著廣闊的應用前景。

2 地榆多酚抑菌作用的研究進展

在化學防腐劑副作用大以及濫用抗生素不斷出現抗藥性背景下，含有抗菌功能的植物多酚等抗微生物感染藥物的研發變得尤為緊迫。我國地榆資源豐富，而且地榆根中含有豐富的多酚類物質[28]，能保障其作為新型植物多酚抗菌劑的制備，其抗菌性潛力備受青睞。表1以最低抑菌濃度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）為衡量標準，總結了近年來地榆多酚的抑菌活性研究情況。

表1 地榆多酚的抑菌活性研究Table 1 Antibacterial activity of polyphenol from Sanguisorbaofficinalis

2.1 地榆多酚對細菌的抑制作用

由于地榆多酚提取純化方法不同，使得提取多酚的組成成分不同，對同一致病菌的抑制活性存在明顯的差異。研究表明，地榆多酚中原花青素、鞣質和黃酮類對金黃色葡萄球菌具有優良的抑菌效果，但不同組分的多酚其抑菌效果存在差異。丁輝煌[29]對地榆70%丙酮提取物經石油醚、乙酸乙酯溶劑依次萃取后，對乙酸乙酯部分進行LSA-800B大孔樹脂、葡聚糖凝膠Sephadex LH-20分離純化后得到地榆原花青素，并測定金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌及蠟樣芽孢桿菌4種菌液體培養基中原花青素最低抑菌濃度，結果表明：地榆原花青素對金黃色葡萄球菌的MIC值為900μg·L-1，抑制能力最強，對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和蠟樣芽孢桿菌也具有較強的抑制作用。周本宏等[30]用HPD-400大孔樹脂吸附純化地榆70%丙酮提取物制得地榆鞣質，采用試管二倍稀釋法測定金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌與單核增生李斯特菌3種革蘭陽性菌和大腸埃希菌、鼠傷寒沙門菌2種革蘭陰性菌菌液體培養基中地榆鞣質MIC，試驗結果顯示：地榆鞣質對革蘭陽性菌有一定的抑制效果，其中對金黃色葡萄球菌的MIC值為312 mg/L，對革蘭陰性菌無明顯抑制作用。Zhu等[31]對地榆的乙醇提取物過AB-8大孔樹脂純化得地榆多酚提取物（Polyphenolic Extract，PE）（主要包括沒食子酸、鞣花酸、兒茶素及其衍生物），評價其對革蘭氏陰性菌（大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌）和革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特菌和枯草芽孢桿菌）5個致病菌的抗菌能力，結果表明：純化后的PE對細菌有抑制效果，對金黃色葡萄球菌的MIC值為200 mg/L，且對革蘭陽性菌的抑制作用優于革蘭陰性菌。

此外，相同組分的地榆多酚對不同致病菌的抑制效果也不同。Liu等[32]評估了88種中藥的180種提取物對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的抗菌作用，通過不同溶劑提取得到抗菌效果較好的蕎麥、虎杖、地榆、何首烏等8種中草藥的9種提取物，經過抗菌測定與高效液相色譜-質譜-固相萃取技術-核磁共振聯用技術（HPLC-HRMS-SPE-NMR）鑒定發現，地榆提取物中發揮抑菌作用的主要成分是多酚，其對受試菌株的抑菌效果為：金黃色葡萄球菌=大腸桿菌＞枯草芽孢桿菌=銅綠假單胞菌。Kim等[33]分別用冷水、熱水和甲醇提取地榆根，然后依次用乙烷、乙酸乙酯和丁醇對3種提取液進行萃取純化，評估各部分對痤瘡丙酸桿菌、大腸桿菌、副溶血性弧菌、單核細胞增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性，試驗采用卡那霉素為對照，結果表明：地榆甲醇提取物對供試的各菌均有抑制作用，水提物僅對痤瘡丙酸桿菌有活性，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等菌種無明顯抑制作用，且3種地榆提取物的己酸乙酯部分比原提取物對痤瘡丙酸桿菌展示出更高的抑制活性，用高效液相色譜-紫外線聯用技術（HPLC-UV）和超高效液相色譜-四極桿-飛行時間質譜儀（UHPLC-QTOF-MS）對地榆甲醇、熱水和冷水提取物的乙酸乙酯部分進行化學成分測定，發現槲皮素、香豆素和薔薇酸是其發揮強抑菌活性的主要成分。

2.2 地榆多酚對真菌的抑制作用

Gawron-Gzella等[34]分別使用水和甲醇對地榆有效成分進行提取，進行定量分析后，確定提取物中主要成分為酚酸、黃酮類等，將其對5種革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、藤黃微球菌、枯草芽孢桿菌和糞腸球菌）、3種革蘭氏陰性菌（大腸桿菌、克雷白氏肺炎桿菌和綠膿桿菌）和真菌（白色念珠菌）進行抑菌試驗，結果顯示：地榆甲醇提取物和地榆水提物對除糞腸球菌外的革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有很強的抑菌活性，對白色念珠菌具有中等抑制活性，試驗結果表明地榆多酚對真菌有一定的抑制能力。Gatto等[36]探究了地榆、蒲公英等9種野生植物的提取物對青霉、碳曲霉和黑曲霉等真菌的抑制作用，結果顯示：地榆提取物能有效減少胚芽管伸長，通過高效液相色譜法鑒定出提取物主要組分為咖啡酸衍生物和類黃酮；隨著地榆提取液濃度的增加，其抗真菌活性也增強，呈現明顯的劑量效應關系。地榆提取液能完全抑制指狀青霉、意大利青霉、褐腐霉菌和黑曲霉菌的孢子萌發，對灰霉菌和擴展青霉也有良好的抑制效果，能有效降低真菌分生孢子，進一步研究表明地榆提取物的抑菌功效歸因于某些咖啡酸衍生物。

2.3 地榆多酚的抑菌機理

2.3.1 改變生物膜通透性

地榆多酚具有顯著的體外抑菌活性，能改變菌體生物膜通透性，并破壞細胞的完整性。地榆多酚作用金黃色葡萄球菌后，改變了菌體的細胞壁和細胞膜結構，部分菌體的細胞壁膜完全破損，細胞漿流出，改變了正常的滲透作用，使得胞內堿性磷酸酶（AKP）、小分子離子和DNA、RNA等大分子物質外泄，從而誘導細胞死亡[30]。張蕾等[35]使用乙酸乙酯、正丁醇、二氯甲烷等有機溶劑和水提取地榆中多酚類、三萜類和黃酮類化合物，并分析這些提取物對傷寒桿菌和痢疾桿菌的抗菌效果與機理，結果表明：地榆乙酸乙酯相、正丁醇相和乙醇相提取物有不同程度的抑菌作用，通過高效液相色譜法測得乙酸乙酯相提取物主要成分為沒食子酸，向受試菌液中加入該地榆提取液后，經測定電導率均顯著增加，表明細菌體內有電解質滲透，即地榆多酚可通過破壞細菌細胞壁合成及抑制細胞膜的形成，從而達到抑制傷寒桿菌和痢疾桿菌生長的效果，其抑制作用與提取液質量濃度、作用時間成正比。

2.3.2 抑制細胞代謝酶的活性

地榆多酚能通過與微生物代謝所需的酶結合，降低甚至使酶活性失活，從而影響菌體正常的生化反應，達到抑菌效果。Su等[37]研究了地榆甲醇提取液對創傷弧菌和可溶性環氧水解酶的抑制作用，結果表明：使用正丁醇、乙酸乙酯萃取地榆甲醇提取液得到23種化合物（其中編號1～5、15～18為多酚類化合物），化合物1、2的結構類似于鄰苯三酚，顯著抑制了創傷弧菌的生長，化合物2能有效降低創傷弧菌誘導的Hela細胞的毒性；化合物4為短鏈沒食子酸烷基脂，它能通過關鍵氫鍵殘基的介導與可溶性環氧水解酶結合發揮混合抑制作用，體現出以劑量依賴性方式對酶進行超過70%的抑制作用，IC50值為（7.0±0.5）μmol/L。

2.3.3 抑制微生物合成生長所需的基本物質

地榆多酚能干擾相關DNA和RNA的合成，阻礙遺傳物質和蛋白質的正常表達，導致微生物正常生理功能的喪失。Chen等[38]應用逆轉錄技術（PT-PCR）測試了耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcusaureus，MRSA）菌株中細胞生物膜相關基因的轉錄水平，結果表明：富含多酚的高濃度地榆乙醇提取液（＞7.5 mg/mL）對MSRA有明顯的抑制作用，低濃度地榆乙醇提取液（＜2.5 mg/mL）雖然對MRSA有輕微的抑制效果，但可以抑制icaADBC操縱子（編碼細胞間多糖黏附素合成酶）的轉錄，使MRSA菌株幾乎失去了生物膜形成的能力。郭海濤[39]研制的以地榆、大黃、梔子為原料的榆梔散對產超廣譜β-內酰胺酶大腸桿菌（ESBLs）DNA合成具有很強的抑制作用，推測可能是通過破壞DNA的雙鏈結構來實現的，具體抑制機制需要進一步探索。

植物多酚抑制微生物生長機理因多酚種類和受試菌株不同而有差異[40]，而且其抑制機理尚不明確[41]。地榆多酚可能通過改變生物膜的通透性、降低細胞代謝酶活性和抑制微生物合成生長所需的基本物質等途徑來達到抑菌作用。圖1總結了地榆多酚在分子水平上的抑菌作用機制。

圖1 地榆多酚在分子水平上的抑菌作用機制Fig.1 Antibacterial mechanismof polyphenol from Sanguisorba officinalis at the molecular level

3 地榆多酚抑菌作用應用

隨著地榆多酚抑菌作用的深入研究，目前已應用在食品衛生領域和醫學臨床試驗，在食品保藏、果蔬殺菌劑、動物細菌感染疾病和木材防腐等方面展現了其作為天然抑菌劑的巨大潛力。

Zhu等[31]研究發現，低濃度純化地榆多酚比山梨酸鉀和苯甲酸鈉的抗菌能力更強，可作為天然食品防腐劑的來源。Liu等[32]從88種傳統植物中篩選出地榆可用于預防和抑制被蛇咬后引起的繼發性細菌感染，同時發現地榆中多酚起主要的抑菌作用。Gatto等[36]從地榆中提取的咖啡酸衍生物能完全抑制杏和油桃的褐腐病。郭海濤[39]研制的榆梔散對大腸桿菌引起的雞纖維素性心包炎、肝周炎和氣囊炎有一定的效果，平均治愈率達89.3%，表明富含多酚的中藥制劑對雞大腸桿菌病有高效治療作用，有推廣意義。龐久寅等[42]發現地榆多酚提取物對白腐菌、褐腐菌等木腐菌有較強抑菌活性，對木材真菌的防治效力與其質量分數成正比，可以作為一種天然抑菌劑，用于低毒、高效木材防腐劑的研發。

4 結論

地榆資源分布廣泛，其富含的多酚類物質在止血、抗氧化、抗腫瘤、抗菌、降糖等方面研究都取得了很大進展，應用前景廣闊。地榆多酚抑菌高效，有研究表明其比化學防腐劑山梨酸鉀和苯甲酸鈉的抑菌效果更好，能有效抑制果蔬采摘后的霉菌生長，對家禽的大腸桿菌感染疾病有良好的治愈效果，掀起了國內外學者對其抑菌作用研究的熱潮。

本文通過對地榆多酚抑菌材料的整理歸納，發現仍有一些問題亟待解決。目前，關于地榆多酚抑菌研究雖相對成熟，但是國內外研究多涉及細菌抑制試驗，對于真菌抑制的研究不足，盡管國內對地榆提取物抑制真菌研究已有涉獵，但未對其中有效成分進行分離鑒定，無法證實地榆多酚是其發揮主要抑菌作用的活性成分；研究表明，地榆多酚對革蘭陽性菌抑制效果強于革蘭陰性菌，但其作用機理未見報道，同時，地榆多酚抑菌機制尚不明確，對菌體基本生命活動（新陳代謝、生長發育、遺傳和變異等）影響的研究還不夠深入；已證實地榆多酚對食物中單一食源性細菌、果蔬上個別霉菌和動物體內某一致病菌的抑制作用，但對復合菌種的抑制作用研究不足，而且添加地榆多酚后對食品品質、人體食用后健康的影響還有待深入研究。今后應在擴大地榆多酚對不同種類真菌、細菌研究基礎上，分離出高效抑菌成分，明確其抑菌機理，在解決對食品不良影響、保證人體攝入安全的前提下，開展在天然食品抑菌劑產品上的相關應用，這將對充分開發地榆資源以及研制天然食品抑菌劑具有重要意義。