地榆多酚抑菌作用研究进展

张贝智，张卓睿，马嘉萍，贾洪旭，宋见喜，姜贵全,,*

（1.北华大学林学院，吉林 吉林 132013；2.北华大学材料科学与工程学院，吉林 吉林 132013；3.北华大学，吉林省木质材料科学与工程重点实验室，吉林 吉林 132013）

食品在微生物繁殖、分解作用下发生腐败变质，人体食用后可能摄入其中致病因素引起感染性中毒性疾病，这种由微生物感染而引起的食源性疾病严重危害消费者的健康[1-3]。人们利用食品防腐剂抑制食品中有害微生物生长繁殖，可在不改变食品风味的情况下延长食品保质期[4]。化学防腐剂在食品工业中被广泛使用，但存在致癌、致畸等问题[5]。近年来，天然提取物因具有抗菌作用受到人们的广泛关注[6]，这对人类健康和药物研发有重要意义[7]，多酚类化合物是天然杀菌剂和防腐剂的主要来源[8]。

植物多酚是植物体内结构复杂的酚类次生代谢物，具有多元酚结构，按结构可分为没食子酸酯类多酚和聚黄烷多酚[9]，主要存在于植物的皮、根、叶、果中，具有抗癌[10]、抗氧化[11]、抗突变[12]、抑菌[13]、降血脂[14]等多种生理活性。以植物多酚为原料的天然防腐剂因其性能高效、安全性好，且具有一定营养价值，广泛用于食品工业领域[15]。地榆（Sanguisorba officinalisL.）是蔷薇科（Rosaceae）地榆属（SanguisorbaL.）多年生草本植物，纺锤形粗壮根，小叶短柄，花瓣呈紫红色，萼筒内包含着果实。在我国，野生地榆占地榆蕴藏量的70%以上。地榆属植物在世界范围内约有30多种，我国共有7种，分布在国内南北各省。地榆适应能力强，其根可药用，中药名同称地榆（Radix Sanguisorbae）[16]。地榆根性寒，味苦酸，无毒，具有抗过敏、止血、止痛和收敛的作用[17]。地榆营养成分丰富，化学组成主要包括维生素、无机盐、多酚及三萜皂苷类有效成分，其矿物质和维生素含量是普通蔬菜的几倍甚至十几倍[18]，多酚含量约占12%～17%[19]，是优良抑菌剂来源。本文对地榆多酚的抑菌研究进行总结归纳，为地榆多酚在天然食品防腐剂的研发与应用提供参考。

1 地榆多酚简介

地榆多酚主要包括花青素、鞣质、黄酮以及酚酸等活性成分，其中地榆鞣质又称地榆单宁[20]，其组分按结构类型可分为三大类，即：①可水解鞣质类，包括没食子酸、逆没食子酸、低聚水解鞣质等；②缩合鞣质，包括黄烷-3-醇类、原花色素类等[21]；③复合鞣质，由部分水解鞣质与黄烷类缩合而成[22]。地榆多酚具有抗菌、降血糖、抗氧化性、抗炎和抗癌等众多生理活性作用[23-27]，在食品卫生和医药等领域有着广阔的应用前景。

2 地榆多酚抑菌作用的研究进展

在化学防腐剂副作用大以及滥用抗生素不断出现抗药性背景下，含有抗菌功能的植物多酚等抗微生物感染药物的研发变得尤为紧迫。我国地榆资源丰富，而且地榆根中含有丰富的多酚类物质[28]，能保障其作为新型植物多酚抗菌剂的制备，其抗菌性潜力备受青睐。表1以最低抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）为衡量标准，总结了近年来地榆多酚的抑菌活性研究情况。

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

2.1 地榆多酚对细菌的抑制作用

由于地榆多酚提取纯化方法不同，使得提取多酚的组成成分不同，对同一致病菌的抑制活性存在明显的差异。研究表明，地榆多酚中原花青素、鞣质和黄酮类对金黄色葡萄球菌具有优良的抑菌效果，但不同组分的多酚其抑菌效果存在差异。丁辉煌[29]对地榆70%丙酮提取物经石油醚、乙酸乙酯溶剂依次萃取后，对乙酸乙酯部分进行LSA-800B大孔树脂、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20分离纯化后得到地榆原花青素，并测定金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌及蜡样芽孢杆菌4种菌液体培养基中原花青素最低抑菌浓度，结果表明：地榆原花青素对金黄色葡萄球菌的MIC值为900μg·L-1，抑制能力最强，对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和蜡样芽孢杆菌也具有较强的抑制作用。周本宏等[30]用HPD-400大孔树脂吸附纯化地榆70%丙酮提取物制得地榆鞣质，采用试管二倍稀释法测定金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌与单核增生李斯特菌3种革兰阳性菌和大肠埃希菌、鼠伤寒沙门菌2种革兰阴性菌菌液体培养基中地榆鞣质MIC，试验结果显示：地榆鞣质对革兰阳性菌有一定的抑制效果，其中对金黄色葡萄球菌的MIC值为312 mg/L，对革兰阴性菌无明显抑制作用。Zhu等[31]对地榆的乙醇提取物过AB-8大孔树脂纯化得地榆多酚提取物（Polyphenolic Extract，PE）（主要包括没食子酸、鞣花酸、儿茶素及其衍生物），评价其对革兰氏阴性菌（大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌和枯草芽孢杆菌）5个致病菌的抗菌能力，结果表明：纯化后的PE对细菌有抑制效果，对金黄色葡萄球菌的MIC值为200 mg/L，且对革兰阳性菌的抑制作用优于革兰阴性菌。

此外，相同组分的地榆多酚对不同致病菌的抑制效果也不同。Liu等[32]评估了88种中药的180种提取物对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抗菌作用，通过不同溶剂提取得到抗菌效果较好的荞麦、虎杖、地榆、何首乌等8种中草药的9种提取物，经过抗菌测定与高效液相色谱-质谱-固相萃取技术-核磁共振联用技术（HPLC-HRMS-SPE-NMR）鉴定发现，地榆提取物中发挥抑菌作用的主要成分是多酚，其对受试菌株的抑菌效果为：金黄色葡萄球菌=大肠杆菌＞枯草芽孢杆菌=铜绿假单胞菌。Kim等[33]分别用冷水、热水和甲醇提取地榆根，然后依次用乙烷、乙酸乙酯和丁醇对3种提取液进行萃取纯化，评估各部分对痤疮丙酸杆菌、大肠杆菌、副溶血性弧菌、单核细胞增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性，试验采用卡那霉素为对照，结果表明：地榆甲醇提取物对供试的各菌均有抑制作用，水提物仅对痤疮丙酸杆菌有活性，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌种无明显抑制作用，且3种地榆提取物的己酸乙酯部分比原提取物对痤疮丙酸杆菌展示出更高的抑制活性，用高效液相色谱-紫外线联用技术（HPLC-UV）和超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱仪（UHPLC-QTOF-MS）对地榆甲醇、热水和冷水提取物的乙酸乙酯部分进行化学成分测定，发现槲皮素、香豆素和蔷薇酸是其发挥强抑菌活性的主要成分。

2.2 地榆多酚对真菌的抑制作用

Gawron-Gzella等[34]分别使用水和甲醇对地榆有效成分进行提取，进行定量分析后，确定提取物中主要成分为酚酸、黄酮类等，将其对5种革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、藤黄微球菌、枯草芽孢杆菌和粪肠球菌）、3种革兰氏阴性菌（大肠杆菌、克雷白氏肺炎杆菌和绿脓杆菌）和真菌（白色念珠菌）进行抑菌试验，结果显示：地榆甲醇提取物和地榆水提物对除粪肠球菌外的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有很强的抑菌活性，对白色念珠菌具有中等抑制活性，试验结果表明地榆多酚对真菌有一定的抑制能力。Gatto等[36]探究了地榆、蒲公英等9种野生植物的提取物对青霉、碳曲霉和黑曲霉等真菌的抑制作用，结果显示：地榆提取物能有效减少胚芽管伸长，通过高效液相色谱法鉴定出提取物主要组分为咖啡酸衍生物和类黄酮；随着地榆提取液浓度的增加，其抗真菌活性也增强，呈现明显的剂量效应关系。地榆提取液能完全抑制指状青霉、意大利青霉、褐腐霉菌和黑曲霉菌的孢子萌发，对灰霉菌和扩展青霉也有良好的抑制效果，能有效降低真菌分生孢子，进一步研究表明地榆提取物的抑菌功效归因于某些咖啡酸衍生物。

2.3 地榆多酚的抑菌机理

2.3.1 改变生物膜通透性

地榆多酚具有显著的体外抑菌活性，能改变菌体生物膜通透性，并破坏细胞的完整性。地榆多酚作用金黄色葡萄球菌后，改变了菌体的细胞壁和细胞膜结构，部分菌体的细胞壁膜完全破损，细胞浆流出，改变了正常的渗透作用，使得胞内碱性磷酸酶（AKP）、小分子离子和DNA、RNA等大分子物质外泄，从而诱导细胞死亡[30]。张蕾等[35]使用乙酸乙酯、正丁醇、二氯甲烷等有机溶剂和水提取地榆中多酚类、三萜类和黄酮类化合物，并分析这些提取物对伤寒杆菌和痢疾杆菌的抗菌效果与机理，结果表明：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，通过高效液相色谱法测得乙酸乙酯相提取物主要成分为没食子酸，向受试菌液中加入该地榆提取液后，经测定电导率均显著增加，表明细菌体内有电解质渗透，即地榆多酚可通过破坏细菌细胞壁合成及抑制细胞膜的形成，从而达到抑制伤寒杆菌和痢疾杆菌生长的效果，其抑制作用与提取液质量浓度、作用时间成正比。

2.3.2 抑制细胞代谢酶的活性

地榆多酚能通过与微生物代谢所需的酶结合，降低甚至使酶活性失活，从而影响菌体正常的生化反应，达到抑菌效果。Su等[37]研究了地榆甲醇提取液对创伤弧菌和可溶性环氧水解酶的抑制作用，结果表明：使用正丁醇、乙酸乙酯萃取地榆甲醇提取液得到23种化合物（其中编号1～5、15～18为多酚类化合物），化合物1、2的结构类似于邻苯三酚，显著抑制了创伤弧菌的生长，化合物2能有效降低创伤弧菌诱导的Hela细胞的毒性；化合物4为短链没食子酸烷基脂，它能通过关键氢键残基的介导与可溶性环氧水解酶结合发挥混合抑制作用，体现出以剂量依赖性方式对酶进行超过70%的抑制作用，IC50值为（7.0±0.5）μmol/L。

2.3.3 抑制微生物合成生长所需的基本物质

地榆多酚能干扰相关DNA和RNA的合成，阻碍遗传物质和蛋白质的正常表达，导致微生物正常生理功能的丧失。Chen等[38]应用逆转录技术（PT-PCR）测试了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcusaureus，MRSA）菌株中细胞生物膜相关基因的转录水平，结果表明：富含多酚的高浓度地榆乙醇提取液（＞7.5 mg/mL）对MSRA有明显的抑制作用，低浓度地榆乙醇提取液（＜2.5 mg/mL）虽然对MRSA有轻微的抑制效果，但可以抑制icaADBC操纵子（编码细胞间多糖黏附素合成酶）的转录，使MRSA菌株几乎失去了生物膜形成的能力。郭海涛[39]研制的以地榆、大黄、栀子为原料的榆栀散对产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（ESBLs）DNA合成具有很强的抑制作用，推测可能是通过破坏DNA的双链结构来实现的，具体抑制机制需要进一步探索。

植物多酚抑制微生物生长机理因多酚种类和受试菌株不同而有差异[40]，而且其抑制机理尚不明确[41]。地榆多酚可能通过改变生物膜的通透性、降低细胞代谢酶活性和抑制微生物合成生长所需的基本物质等途径来达到抑菌作用。图1总结了地榆多酚在分子水平上的抑菌作用机制。

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

3 地榆多酚抑菌作用应用

随着地榆多酚抑菌作用的深入研究，目前已应用在食品卫生领域和医学临床试验，在食品保藏、果蔬杀菌剂、动物细菌感染疾病和木材防腐等方面展现了其作为天然抑菌剂的巨大潜力。

Zhu等[31]研究发现，低浓度纯化地榆多酚比山梨酸钾和苯甲酸钠的抗菌能力更强，可作为天然食品防腐剂的来源。Liu等[32]从88种传统植物中筛选出地榆可用于预防和抑制被蛇咬后引起的继发性细菌感染，同时发现地榆中多酚起主要的抑菌作用。Gatto等[36]从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。郭海涛[39]研制的榆栀散对大肠杆菌引起的鸡纤维素性心包炎、肝周炎和气囊炎有一定的效果，平均治愈率达89.3%，表明富含多酚的中药制剂对鸡大肠杆菌病有高效治疗作用，有推广意义。庞久寅等[42]发现地榆多酚提取物对白腐菌、褐腐菌等木腐菌有较强抑菌活性，对木材真菌的防治效力与其质量分数成正比，可以作为一种天然抑菌剂，用于低毒、高效木材防腐剂的研发。

4 结论

地榆资源分布广泛，其富含的多酚类物质在止血、抗氧化、抗肿瘤、抗菌、降糖等方面研究都取得了很大进展，应用前景广阔。地榆多酚抑菌高效，有研究表明其比化学防腐剂山梨酸钾和苯甲酸钠的抑菌效果更好，能有效抑制果蔬采摘后的霉菌生长，对家禽的大肠杆菌感染疾病有良好的治愈效果，掀起了国内外学者对其抑菌作用研究的热潮。

本文通过对地榆多酚抑菌材料的整理归纳，发现仍有一些问题亟待解决。目前，关于地榆多酚抑菌研究虽相对成熟，但是国内外研究多涉及细菌抑制试验，对于真菌抑制的研究不足，尽管国内对地榆提取物抑制真菌研究已有涉猎，但未对其中有效成分进行分离鉴定，无法证实地榆多酚是其发挥主要抑菌作用的活性成分；研究表明，地榆多酚对革兰阳性菌抑制效果强于革兰阴性菌，但其作用机理未见报道，同时，地榆多酚抑菌机制尚不明确，对菌体基本生命活动（新陈代谢、生长发育、遗传和变异等）影响的研究还不够深入；已证实地榆多酚对食物中单一食源性细菌、果蔬上个别霉菌和动物体内某一致病菌的抑制作用，但对复合菌种的抑制作用研究不足，而且添加地榆多酚后对食品品质、人体食用后健康的影响还有待深入研究。今后应在扩大地榆多酚对不同种类真菌、细菌研究基础上，分离出高效抑菌成分，明确其抑菌机理，在解决对食品不良影响、保证人体摄入安全的前提下，开展在天然食品抑菌剂产品上的相关应用，这将对充分开发地榆资源以及研制天然食品抑菌剂具有重要意义。