天然植物源的抑菌活性及在洗涤中的应用现状

胥鑫萌 童天娇 刘 伟 刘军海

(陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西汉中，723000)

天然植物源来源广泛、种类繁多，是由糖类、蛋白质等初级产物衍生出来的一类次级代谢产物，如黄酮、精油、生物碱、多糖、多酚等，具有诸多生物活性，特别是其广谱抗菌、抑菌活性高等特点备受关注，吸引了众多学者的研究与开发，目前，已取得了大量可靠的实验证实。

近年来，在洗涤领域中由于化学合成物质的广泛使用，使越来越多的消费者对其产生一种抗拒心理，而发展天然植物抑菌物的应用是打开洗涤市场的一项重要举措。与化学合成物相比，天然植物源不仅能保证与之相当的功效性，而且还有着无可比拟的安全性和无污染性，将其用于洗涤领域的应用，不仅能有效替代化学合成物对环境的污染，而且还能减少对人体皮肤的直接伤害，有效缓解消费者使用之后的心理压力。

1 天然植物源的抑菌活性

1.1 黄酮的抑菌活性

黄酮类化合物，广义上具有2-苯基色原酮结构，狭义上具有C6-C3-C6结构。根据其中央C3的氧化程度、是否成环等特点，又被分为黄酮醇、异黄酮、黄烷酮等。黄酮类化合物广谱抗菌、种类繁多、结构复杂，导致其具有不同的抑菌活性，近年来，备受研究者的关注与重视。目前，有关黄酮类化合物抑菌作用的研究，主要涉及抑菌能力的测定、具有抑菌能力的黄酮种类以及抑菌作用的构效关系等领域[1]。

植物中的黄酮类化合物均有抑菌性，如从秦岭龙胆[2]、韩信草[3]、甘草根[4]等天然产物中提取的黄酮对微生物的活性都具有不同程度的抑制作用。牛鹤丽[5]等研究对比了纯化前、后的大蓟根总黄酮对3种细菌的抑菌活性，抑菌性试验表明，枯草芽孢杆菌＞大肠杆菌＞金黄色葡萄球菌，随后与未纯化时的提取物相比发现，纯化后的总黄酮对3种细菌的抑菌能力具有明显提高(P＜0.05)。庞纪伟等[6]研究发现，同浓度下蒲公英全草水提物的抑菌效果要优于根水提物，由此说明，不同部位的抑菌成分有着不同的抑菌活性。此外，提取方法不同，黄酮的抑菌能力也不同，研究发现，银杏叶黄酮在微波条件下对大肠杆菌的抑菌性能最为明显，而在超声条件下对金黄色葡萄球菌的抑菌性能最为明显[7,8]。从焦翔等[9]的研究中可知，沙棘醇提物总黄酮的抑菌效果明显高于水提物，故不同的提取溶剂也对黄酮的抑菌活性有影响。

目前，有关黄酮抑菌活性的研究报道颇多，多数研究主要集中于纯化前后、最优提取条件下的不同受试菌的抑菌研究；而有关黄酮抑菌的结构关系少有研究，虽然黄酮的抑菌活性主要与黄酮芳环上羟基多少和羟基的位置有关[10]，但其定性、定量的准确构效关系仍不明确。今后，在黄酮测菌能力的基础上，深入研究其不同结构的抑菌关系，进一步推动黄酮作为天然抑菌剂的发展与应用。

1.2 精油的抑菌活性

精油属挥发性含香物质的总称，亦称芳香油、挥发油。其中，萜类物质占主要成分，除此之外，还包括醇类、酚类、醚类、醛、酮、羧酸等含氧衍生物。在这些成分中，除了小分子酚类、萜烯类和醛酮类具有较强的抑菌活性外，其他含氧衍生物也具有一定的抑菌活性[11]。近年来，植物精油对细菌、真菌以及酵母菌的抑菌作用已得到广泛的证实，如牛至精油对灰霉菌和青霉的抑菌活性较高[12]，山苍子精油对沙门菌的抑制作用较强[13]，茶树精油对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌活性显著[14]等。

不同精油对相同菌种或不同菌种的最低抑菌浓度均有所差异。杜丽霞[15]等研究表明，丁香罗勒精油对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有较高的抗菌性（其MIC分别为0.16 mg/ml和0.31 mg/ml）。霍归国[16]等研究发现，当莳萝蒿精油在1.625～15 μl/ml浓度范围内时，其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果和浓度呈正相关。此外，精油的广谱杀菌特点也被研究者证实，在一定的供试浓度条件下，荔枝木质精油对7种食源性致病菌和3种霉菌均具有良好的抑菌效果[17]，薄荷精油对5种植物病原真菌具有一定的抑菌能力[18]，且月桂、百里香、罗勒和马郁兰精油对5种细菌也具有一定的抑菌能力（MIC均为0.49 mg/ml）[19]。

植物精油与多种天然产物复配对其抑菌活性具有协同作用。研究表明，香雪兰精油本身对白色念珠菌的抑菌圈直径大于单一成分，故证明香雪兰精油的抑菌效果优于单一成分[20]。丁香精油与茶多酚复合的抗菌液具有良好的协同抑菌作用，且对细菌的抑菌时间具有高效持久性[21]。田程飘等[22]首次发现沉香精油对枯草芽孢杆菌生长有较好的抑制作用，且超临界提取沉香精油的抑菌MIC优于水蒸气蒸馏提取沉香精油，因此，选择合适的提取方法对植物精油的抑菌活性至关重要。

植物精油较高的抑菌活性是被实验所证实的，其目前的研究主要集中于抑菌活性和抑菌机制方面的研究，而并没有深入到分子内部的研究，因此，只能停留于实验阶段。近年来，对单一植物精油的抑菌活性取得了大量的研究进展，而有关精油与其他天然产物复配的抑菌性研究较少。需要注意的是，后续应在现今的基础性研究上，更多关注于精油和其他天然产物复配的抑菌活性，以及复配以后的其他生物活性。

1.3 生物碱的抑菌活性

生物碱是由多种生物产生的，但主要来源于植物。目前，被研究发现的生物碱数量大约在12 000种，虽然尚存少数生物碱没有确定的结构式，但其大多数种类都具有复杂的含氮杂环结构，这使它们都具有较强的生物活性。生物碱作为一种天然产物有效成分在抑制病原菌方面具有巨大潜力，其抑菌活性起作用的常见官能团是羟基、甲氧基及亚甲基二氧基，位于骨架环结构的指定位置[23]。

生物碱对细菌生长抑制作用具有一定的选择性，如包怡红等[24]发现在一定温度和pH范围内，细叶小檗果中的总生物碱对革兰氏阳性和阴性细菌均有抑制作用。郭朝万等[25]发现苦参碱对痤疮丙酸杆菌、金黄色葡萄球菌以及表皮葡萄球菌的抑菌活性具有不同程度的敏感，且相同敏感所对应的样品浓度也有所差异。李永春等[26]用乙醇从臭椿树皮中提取的活性成分为粗生物碱，通过菌丝生长速率法检测其对禾谷镰刀菌的抑制效果最为明显，对芍药灰霉病菌没有抑制作用。周琦等[27]采用液体倍比稀释法测定魔芋飞粉生物碱对4种供试菌的最小抑菌质量浓度，发现其对金黄色葡萄球菌所需的抑菌质量浓度为10 mg/ml，而对枯草芽孢杆菌和鼠伤寒沙门氏菌的抑菌质量浓度均为40 mg/ml。

生物碱在杀菌抗毒方面的能力是毋庸质疑的，但其现有的提取物为粗生物碱，掺入的其他物质对其抑菌活性的化学结构难以确定，严重影响了其抑菌性的深入研究。目前，生物碱的抑菌性研究尚处于初级阶段，有关其抑菌机制、抑菌性结构的活性强弱等问题有待进一步研究，因此，距离相关产品的生产与应用还要面临更多的权威与挑战。

1.4 多糖的抑菌活性

多糖是由许多相同或者不同的单糖α-或者β-糖苷键组成的聚合度超过10个的化合物组成的混合物。根据其来源可分为植物多糖、动物多糖以及微生物多糖三大类，皆为多个单糖分子缩合、失水而成的天然生物大分子，与维持生物的多种生理有关[28-29]。其中，多糖的理化性质、糖苷键丰富的链接方式和复杂的空间构型等都对其生物活性产生不同程度的影响。目前，有关多糖抑菌性的报道已取得了大量的研究成果，常用的测菌活性方法有：牛津杯法等。

现如今，越来越多的植物多糖被发现具有抑菌活性。孙伟等[30]采用牛津杯法发现经分离、纯化后的桑叶多糖在浓度大于1.0 mg/ml时，对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌的活性均有着不同程度的抑制，且纯化后抑菌作用显著增强。尹术华等[31]采用抑菌圈法发现白扁豆非淀粉多糖对李斯特菌和大肠杆菌都具有抑制作用，且对李斯特菌的抑菌活性优于大肠杆菌。此外，茯苓多糖[32]对金黄色葡萄球菌的抑菌作用优于大肠杆菌和枯草芽孢杆菌，与其具有相似抑菌效果的还有大叶千斤拔多糖[33]、红景天多糖[34]等。

目前，多糖的抑菌活性已得到了广泛证实，而有关多糖抑菌量效关系的研究至今尚不明确，抑菌效果的应用仍尚欠成熟，可能是抑菌方法的不同，也可能是其复杂结构的影响。今后，与多糖化学结构和抑菌机制相关的问题还需业内人员投入大量的时间和精力去研究，有关抑菌活性的广泛应用仍需更长的路要走。

1.5 多酚的抑菌活性

多酚，又称植物单宁，是由芳环上的氢原子被羟基或其他功能衍生物取代的一类化合物，属植物的重要次级代谢产物，广泛存在于天然植物的茎、叶、皮等部位，在可可豆中的含量较高。多酚除了具有较强的抗氧化活性之外，其抑菌活性也是不容忽视的。多酚是植物产生自我保护的重要成分之一，且每种植物的抑菌成分都有所差异，如茶多酚是茶叶的主要抑菌成分，原花青素是葡萄仔的主要抑菌成分，鞣花酸是石榴皮的主要抑菌成分等。

道地药材祁白术具有显著的抗氧化和抑菌活性。研究发现[35]，祁白术多酚对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌以及枯草芽孢杆菌的抑制作用呈明显的剂量效应。抑菌试验表明[36]，滤纸片法测得燕麦多酚对细菌的抑菌效果为：大肠埃希菌>枯草芽孢杆菌>产酯酵母>黑曲霉，这与牛津杯法测得的结果相同。李彦坡等[37]从松毛菇中提取的多酚，通过试验发现其对酿酒酵母的抑菌效果最为明显，并且纯化后的抑菌能力强于纯化前。周亚星等[38]研究从半枫荷叶提取总多酚，采用试管二倍稀释法测定其对金黄色葡萄球菌的抑菌效果优于大肠杆菌。

近年来，天然多酚的抑菌活性引起了越来越多研究者的关注，已成为目前的研究热点和重点，但其存在的问题也随之而来，例如多酚和受试菌种之间的抑菌关系尚不明确，多酚结构对多酚抑菌机制是如何影响的，尚不得而知。

1.6 其他天然植物源的抑菌活性

除了以上介绍的黄酮、精油、生物碱、多糖、多酚具有抑菌活性之外，其他天然植物源的抑菌活性也可与之媲美，如有机酸、香豆素、木脂素等。有研究发现[39]，当肉桂醛、柠檬酸以及水杨酸质量浓度均为26.67 mg/ml时，对处理毛白杨中黑曲霉的抑菌效果最佳。香豆素[40]对灰葡萄孢霉菌的呼吸代谢具有阻碍作用，对灰葡萄孢霉菌细胞膜的渗透具有干扰作用，对灰葡萄孢霉菌细胞壁酶的活性具有抑制作用，进而抑制其生长。微量肉汤稀释法和菌丝生长速率法协同测菌结果显示[41]，野艾蒿中双四氢呋喃类木脂素对番茄早疫病菌、玉米纹枯病菌、禾谷镰刀病菌、甜瓜枯萎病菌、水稻稻瘟病菌均具有浓度不同、抑菌效果不同的作用，且得出双四氢呋喃类木脂素中苯环上的亚甲二氧基结构对其发挥抑菌活性至关重要。

2 在洗涤中的应用现状

随着绿色环保的理念不断深入人心，越来越多的消费者对洗涤产品有效成分的安全性愈加重视。天然植物源低毒低害，对多种微生物细菌具有杀菌抗菌谱广的优点，将其应用于洗涤领域中，意义非凡。多年来，天然安全的洗护用品始终是研究者们关注的焦点，从天然植物中提取抑菌活性成分并对其进行深入研究是目前国内外的研究热点。

从果皮中提取的无患子皂苷在杀菌和洗涤方面潜力巨大，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在99.95%以上[42]。箬叶黄酮抑菌洗手液[43]、马齿苋水提物抑菌洗手液[44]、甘草次酸抑菌免洗洗手液[45]等都对不同细菌具有明显的抑菌圈直径。槐果碱、绿原酸、金银花提取物复配的植物消毒剂对细菌的灭菌率≥99.97%[46]。苦参、小檗碱、黄芩苷、大黄及金银花经两两复配后能够达到对受试菌的抑菌要求[47]。

从目前的研究成果来看，国内外对天然植物源在洗涤中的杀菌作用处于起步阶段，相关研究尚欠深度和广度。虽然其抑菌活性效果显著，但能广泛推荐的屈指可数。主要由于相关产品未能有效结合几种抑菌物之间复配的抑菌效果，使得多数产品的抑菌成分过于单一化，抑菌效果略微不足；多数具有抑菌性的植物源量极微且结构差异大，对其提取、分离、纯化等需要开展大量而复杂的研究工作，故其尚未被完全开发应用于洗涤领域中。

3 结语和展望

近些年，国内外对天然植物源的抑菌研究主要集中于有效成分的提取、生物活性的评价、活性物质的开发等方面，而对其有效成分的结构、活性机制等分子内部的研究不够深入，天然植物源的抑菌目前尚没有规模化地应用于实际生产中，但其应用潜力巨大，是今后天然产物研究领域的热点之一。

总的来看，黄酮、精油以及多糖的的抑菌活性目前的研究报道最多，其抑菌效果显而易见，但有关其量效关系、活性成分有效复配的相关研究鲜有报道；生物碱复杂的化学结构难以实现对其抑菌机制的深入研究，今后，应更加注重其相关结构的分析与检测；多酚与菌种之间的影响因素尚不明确，建议后续开展有关多酚结构和不同菌种之间的关系以及多酚抑菌机制等研究工作。有关有机酸、香豆素、木脂素等相关研究同样也存在上述问题，今后应在现有的研究基础上，综合考虑主要因素带来的影响，尽量降低次要因素的影响度。目前，有关天然植物源单一成分的抑菌活性报道较多，而活性成分有效复配的研究较少，应引起相关人员的关注，因为多种抑菌活性成分的结合具有更强的抑菌效果。

上述天然植物源在抑菌方面所存在的问题，进一步限制了其相关产品的研发。就其目前在洗涤领域中的应用而言，相关抑菌产品单一，仅在洗手液中体现较多，而未能广泛深入到其他生活洗涤用品。天然植物源抑菌物在洗涤领域中的应用应朝着多元化方向研究，而不能仅满足于现有的研究成果，应在前人已取得的研究基础上，广开研究，使天然植物源更好地应用于人们的生活中。

今后，若能应用各种先进的科技手段，筛选并确定其有效抑菌成分的结构，研究其不同的抑菌机制，并对其活性物质进行局部修饰或生物化学合成，将会摆脱其供不应求的尴尬现状，开发出更多的洗涤产品，对推动天然植物源应用于人类生活具有积极的意义。