板栗加工副产物抑菌作用的研究进展

刘袆帆，李妍馥，庄储仲，马路凯，钟玉鸣，肖更生，王琴，余元善，余强，林文渊

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东省岭南特色食品科学与技术重点实验室，广东广州 510225）

（2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）

（3.南昌大学食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌 330031）

（4.广东绿百多生物开发有限公司，广东湛江 524052）

板栗属于壳斗科，栽培历史已超过3000年，是我国重要的食用坚果[1]。板栗在我国种植范围广，全国共20多省、直辖市、自治区都有栽培历史[2]，其中山东、河南、河北等省份是我国板栗的著名产区，其总年产量约1.0×106t，约占全球总产量的70%[3]。常见的板栗加工产品主要包括炒板栗、糖水罐头板栗、速冻板栗仁、板栗脯、板栗粉、板栗酱、板栗饮料、板栗酒等。

随着我国板栗种植面积的扩大，产量不断增加，板栗深加工不断深入，深加工技术不断成熟，新产品层出不穷，其板栗壳、板栗花、板栗总苞、板栗次果及次品等副产物产量也日益增多。板栗加工副产物常作为废弃物，造成资源浪费、环境污染等问题[4]。板栗加工副产物含有丰富的生物活性成分，其中，板栗总苞包含多种酚酸衍生物[5]，具有抗氧化、抗肿瘤[6]、抗糖尿病功效[7]；板栗壳含有丰富的纤维素和木质素[8]，可提取栲胶和天然色素，通过加工进行系列产品开发，作为饲料添加剂和食用菌的袋料，还可用之烧制栗苞炭[9]；板栗花含有丰富的黄酮类物质[10]，能够抑制黑色素形成且显著降低细胞中酪氨酸酶活性及其蛋白表达水平[11]。同时，随着对板栗加工副产物的深入研究，关于其抑菌方面的应用逐渐受到关注，因此，本文对板栗加工副产物的主要活性物质、抑菌成分及其抑菌机制和应用情况进行综述，以期为板栗加工副产物在替代化学合成杀菌剂方面的开发与利用等方面提供思路。

1 板栗加工副产物的主要活性物质

表1 板栗副产物中的活性成分Table 1 The active constituents of chestnut by-product

板栗总苞是板栗总苞为板栗毛壳，又名风栗壳、板栗壳斗，其主要活性成分为多酚和黄酮。板栗壳是板栗的总皮，其主要活性成分包括纤维素、木质素、多糖（或苷类）、有机酸、酚类、内酯、香豆素（或其苷类）、黄酮（或皂苷类）、植物甾醇（或三萜）和鞣质等[12-15]。板栗花是指栗树的雄性花序，呈长条形穗状花序。板栗花中不仅含有氨基酸、蛋白质、还原糖、粗纤维等营养成分，还含有黄酮、挥发油等多种生物活性物质[16,17]。

2 板栗加工副产物的抑菌成分

2.1 板栗总苞的抑菌成分

经研究发现，板栗总苞水提物和醇提物具有抑菌作用，其中已被证实主要发挥抑菌功效的成分有没食子酸和水溶性色素，详见表 2，是否有其他化学成分发挥抑菌功效还有待进一步研究。张琳等人[29]从板栗总苞醇提物中分离出9种化合物，得到山奈酚、没食子酸、没食子酸正丁酯、没食子酸甲酯、3,4-二羟基苯甲酸、2,4,6-三羟基苯甲酸、鞣花酸、苯甲基-6-O-β-D-吡喃葡萄糖苷。焦启扬等人[30,31]分离板栗总苞的醇提物鉴定得到 18种化合物，首次分离出齐墩果酸、2-羟基-丁二酸二丁酯、豆甾-4-烯-6β-3酮，并发现醇提物对大肠杆菌、藤黄微球菌、金黄色葡萄球菌起到抑菌作用，尤其对藤黄微球菌抑菌活性最强，对其进行分离和结构鉴定，证实醇提物中主要的抑菌成分为没食子酸。You等人[18]发现板栗总苞中的水溶性色素具有抑菌功效，可能是其中的类黄酮原花青素B3（缩合单宁），槲皮素-3-O-糖苷和类固醇皂苷元发挥作用。

2.2 板栗壳的抑菌成分

板栗壳乙酸乙酯提取物、水提物、醇提物、碱提物、丙酮提取物均具有抑菌活性，有研究发现其中起抑菌作用的成分主要是黄酮类物质、可水解单宁和原花青素，详见表 2。席芳等人[32]从板栗壳中鉴定出成分有β-谷甾醇、β-胡萝卜苷、豆甾-5-烯-3β,7α-醇等 19种化合物，并首次从板栗壳中分离出豆甾-5-烯-3β,7α-醇等11种化合物。李云雁等人[33,34]发现板栗壳中含黄酮类色素，色素得率达64 mg/g[35]，板栗壳色素经研究鉴定具有抑菌活性。Scalbert[36]发现单宁对真菌、细菌和酵母的最低抑菌浓度（MIC）存在巨大差异，提出单宁对不同的微生物存在不同抑菌方式的可能性。韦琴等人[26]用 65%的乙醇对板栗壳进行提取得到原花青素，发现其对啤酒酵母菌、真菌类的白色念珠菌、金黄色葡萄球菌均具有抑制作用。

2.3 板栗花的抑菌成分

近年来，研究者发现板栗花提取物能广泛抑制细菌活性，其中板栗花提取物中的主要抑菌成分见表2。高丽梅等人[28]采用重结晶、凝胶柱色谱、硅胶柱色谱等分离方法对板栗花进行化学分离，分离出11种化合物，发现板栗花中的黄酮类物质含量较高，且主要以游离黄酮如槲皮素、山奈酚、杨梅黄酮、异鼠李素等与糖基结合形成糖苷的形式存在。吴雪辉等人[10]用三种方法在板栗花中提取出黄酮类物质，发现其均能有效消除·OH与DPPH·。陈亚蓝等人[27]发现，板栗花黄酮具有较强的还原力，清除·OH能力显著高于Vc对照组，且对Hela细胞活力起明显抑制作用，抑制率高达81%。板栗花提取物中已被证实有抑菌功效的是黄酮类物质，而该物质中最具抑菌活性的是槲皮素和山奈酚。

表2 板栗副产物的抑菌成分Table 2 Chestnut by-product extract with antibacterial effect

3 板栗加工副产物抑菌成分的抑菌机制

通过整理相关文献，归纳得到板栗加工副产物中抑菌成分的主要机制包括：（1)破坏菌体细胞结构使胞内物质外漏，导致菌体死亡；(2)影响菌体蛋白质正常表达，破坏蛋白质生理功能；(3)影响菌体酶活性，引起菌体细胞功能障碍，影响菌体能量代谢与菌体生长，使菌体死亡。

3.1 破坏菌体细胞结构

板栗加工副产物中的抑菌成分可直接对菌体细胞结构进行破坏，从而起到抑菌作用。没食子酸通过破坏菌体细胞，使得大部分菌体细胞出现破损状态，导致细胞原生质外漏，从而起到抑菌作用[56]。没食子酸对荧光剂单胞菌的细胞膜[57]和水稻细菌性条斑病菌细胞壁[58]具有破坏作用。槲皮素对大肠杆菌的细胞壁有破坏作用，但对金黄色葡萄球菌抑菌效果较差[59]。原花青素对菌体细胞作用，使得菌体细胞表面产生褶皱且细胞壁遭到破坏，从而起到抑菌作用[60]。Cushnie[61]发现黄酮醇高良姜素使细菌细胞聚集，可能暗示细胞膜是该化合物活性的靶位点，也可能暗示抑菌实验中检测到的细菌数量减少部分归因于聚集效应。该研究结果警醒研究者不能仅仅通过细菌数量多少判定抑菌成分活性强弱，而应进行多项验证。板栗加工副产物含有的抑菌成分还可间接破坏菌体细胞结构，如通过膜交互作用抑菌、抑制信号受体和抑制酶活性。正常细胞膜具有选择透过性，当细胞损伤或受到侵扰时，细胞膜选择透过性会被破坏，引起细胞外膜渗透性增大[62]。黄酮类化合物通过膜交互作用对大肠杆菌起到抑菌作用，其中影响其抑菌活性的主要因素是黄酮类化合物的电子效应与疏水性，且疏水性的影响更大[63]。黄酮类化合物还可通过抑制群体感应信号受体来抑制铜绿假单胞菌的粘附和生物膜的形成[64]。原花青素[65]通过抑制β-内酰胺酶的活性，降低了细菌细胞膜的稳定性，其具体表现为细菌对低渗透压和高离子强度溶液的耐受性降低。

3.2 影响菌体内蛋白质

板栗加工副产物中的抑菌成分通过破坏细胞结构或改变细胞膜的通透性降低可溶性蛋白含量以及抑制菌体可溶性蛋白的表达能力，从而起到抑菌作用。没食子酸通过破坏菌体细胞膜让菌体内蛋白质类物质等细胞内容物溶出，从而起到抑菌作用[57]，对菌体可溶性蛋白的表达能力起到明显的抑制作用，但不会对菌体总蛋白量产生明显影响[66]。槲皮素通过对大肠杆菌部分蛋白的正常表达进行干扰，破坏菌体细胞结构以及影响菌体正常生理功能，使细菌细胞膜通透性增大，可溶性蛋白大量渗出[67]，从而达到抑菌效果[59]。原花青素通过抑制菌体可溶性蛋白含量起到抑菌作用[68]。

3.3 影响菌体内活性物质

板栗加工副产物抑菌成分通过影响菌体内活性物质，从而破坏菌体细胞结构以及影响菌体可溶性蛋白，影响菌体生长繁殖或使菌体死亡，达到抑菌效果。槲皮素通过使细菌细胞膜通透性增大，进而影响细菌内ATP酶活性，且槲皮素浓度越大，作用时间越长，β-半乳糖苷酶大量溶出，起到破坏菌体细胞结构、抑制菌体生长繁殖的作用[67]。槲皮素与催化 d-Ala-d-Ala肽聚糖前体组装中连接的酶特异性结合，与ATP结合区重叠，抑制酶的活性，从而抑制幽门螺杆菌和大肠杆菌[69]；通过抑制ATP酶活性和DNA转录，起到抑制大肠杆菌繁殖的作用[70]。槲皮素通过抑制DNA回旋酶，抑制细菌旋酶的超卷曲活性并诱导DNA切割，也抑制了回旋酶b的ATP酶活性[70]，达到抑菌效果。黄酮通过抑制DNA旋转酶的催化活性，阻止DNA结合或催化，达到抑菌效果[71]。黄酮醇、黄烷-3-醇和黄酮类化合物已被证明可以通过 ATP合成酶抑制能量代谢，导致细胞凋亡[72]。

4 板栗加工副产物在抑菌方面的应用

目前，板栗加工副产物制备的抑菌产品鲜少在市场进行流通，多数产品仍处于实验室研究阶段。吴龙云[47]运用板栗壳浸膏抑制醋酸所致小鼠腹膜炎症渗出和巴豆油所致的小鼠耳廓肿胀，并发现与黄连相比，板栗壳浸膏对大肠杆菌的抗菌作用更强；对宋内氏、绿脓杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌作用更弱；对鲍氏、福氏、志贺氏杆菌的抗菌作用基本相同。刘绍雄等[41]发现板栗苞壳提取物能够抑制思茅松毛虫肠道细菌，因此，板栗苞壳提取物为开发治理思茅松毛虫的新型生物农药提供了新思路。李利红等[73]发现板栗壳碱提物在兽医临床中对常见菌具有一定抑菌活性，抗生素中添加板栗壳提取物具有增强抗生素抑菌效果的作用，可以减少抗生素用量。周国燕等[24]发现板栗壳提取物在较低浓度下对苹果汁有较明显的抑菌作用。李云雁等[74]发现板栗壳提取物热稳定性好，在经高温处理后与高温处理前抑菌效果并无明显差异。因此，板栗加工副产物是一种较有效的天然抑菌剂和值得大力推广使用的食品防腐剂。

5 结语

板栗是我国重要的经济作物，板栗加工副产物拥有巨大的发展前景。板栗加工副产物中主要的抑菌活性成分包括黄酮、原花青素、单宁、没食子酸等，可以通过破坏菌体细胞结构、影响菌体内蛋白质、影响菌体内活性物质等方式影响细菌的生长繁殖甚至导致菌体死亡，从而达到抑菌目的。目前，对板栗加工副产物抑菌物质的研究已有较大突破，但对板栗总苞及板栗壳抑菌成分的研究水平和层次不够成熟，板栗加工副产物抑菌成分的具体抑菌机制还需进一步研究，板栗加工副产物抑菌物质的产品开发仍有较大的发展空间。因此，加强对板栗加工副产物抑菌成分的深入分析，明确其具体作用机制，开发高效低毒的抗菌药物，对于板栗加工副产物抑菌成分的应用意义重大。