石榴皮提取物的抑菌作用及應(yīng)用研究進(jìn)展

徐云鳳 趙勝娟 費(fèi) 鵬 向進(jìn)樂 石 超 夏效東

(1. 河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034)

石榴(PunicaGranatumLinne)為石榴科石榴屬植物，原產(chǎn)于中亞地區(qū)。目前，中國的石榴資源十分豐富，主要分布于新疆、陜西、山東、安徽、四川、云南等地[1]。石榴果實(shí)具有較高的營養(yǎng)價值和良好的醫(yī)療保健功效，如抗氧化、抑菌、抗病毒、抗炎、抗腫瘤、抗心腦血管疾病和免疫調(diào)節(jié)作用等[2]。石榴皮約占果實(shí)總重量的20%～30%[3]，因含有多種功能活性成分，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域體現(xiàn)出極高的應(yīng)用價值?！吨袊幍洹穂4]記載，石榴皮性酸、溫、澀，具有澀腸止瀉、止血和驅(qū)蟲等作用。在民間，常被用于治療痢疾、腹瀉、潰瘍、酸中毒、出血、寄生蟲感染等疾病[5]。現(xiàn)代體外研究[6]初步證實(shí)，石榴皮提取物具有抑制多種病原微生物的作用。而實(shí)際生產(chǎn)中，石榴皮常作為石榴加工產(chǎn)業(yè)的下腳料被拋棄，若對其進(jìn)行開發(fā)利用，可大大提高石榴產(chǎn)品的附加值。文章擬綜述石榴皮的主要成分、抑菌作用與機(jī)理以及在食品防腐保鮮等領(lǐng)域應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，以期為石榴皮資源的開發(fā)利用提供參考。

1 石榴皮的主要成分

石榴皮富含生物活性化合物，主要包括鞣質(zhì)類、黃酮類、生物堿和有機(jī)酸等。鞣質(zhì)亦稱單寧，一般分為水解鞣質(zhì)、縮合鞣質(zhì)和復(fù)合鞣質(zhì)3種。石榴皮中的鞣質(zhì)類化合物含量較高，以水解鞣質(zhì)為主，其成分包括安石榴林、安石榴苷、沒食子酸、石榴皮亭A、石榴皮亭B、鞣云實(shí)精、沒食子酰雙內(nèi)酯、木麻黃寧、英國櫟鞣花酸、特里馬素I、鞣花酸、二鞣花酸鼠李糖基(1→4)吡喃葡萄糖苷、2,3-(S)-六羥基聯(lián)苯二甲?；?D-葡萄糖等[7]。黃酮類物質(zhì)為色原酮或色原烷的衍生物，其以C6-C3-C6結(jié)構(gòu)為基本母核。石榴皮中的黃酮類成分主要為花青素，包括天竺葵素、飛燕草素、矢車菊素及其衍生物，此外，還有黃烷醇類化合物(如兒茶素、表兒茶素)和黃酮醇類化合物(如槲皮素)等[8]。生物堿是存在于自然界中的一類含氮的堿性有機(jī)化合物。石榴皮中的生物堿主要為哌啶類化合物，包括石榴堿、N-甲基石榴堿、N-乙酰石榴堿、偽石榴堿、2-(2'-羥丙基)-Δ1-哌啶等[9]。有機(jī)酸類成分在石榴果汁中含量較高，石榴皮中也有部分有機(jī)酸存在，如熊果酸、齊墩果酸[10]。石榴皮中還含有豐富的氨基酸，其中以谷氨酸含量最高，其次是天門冬氨酸[11]。此外，石榴皮還含有礦物質(zhì)，如K、Ca、P、Mg和Na等[12]。

2 石榴皮提取物的抑菌作用

2.1 對細(xì)菌的抑制作用

石榴皮提取物具有廣譜抗菌作用，其對金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌、銅綠假單胞菌等多種致病和腐敗微生物具有抑制作用(表1)。

石榴品種、產(chǎn)地、成熟期、提取方法、抑菌方法和細(xì)菌亞型的不同均會影響石榴皮的抑菌效果。由表1可知，石榴皮提取物常用的提取溶劑為乙醇、甲醇、丙酮和水，常用的抑菌方法有擴(kuò)散法(濾紙片法、管碟法、瓊脂打孔法)和稀釋法(固體稀釋法、液體稀釋法)。Al-Zoreky[6]使用常規(guī)浸提法獲得石榴皮乙醚、80%甲醇和水提取物，其中80%甲醇提取物的多酚含量最高(262.5 mg/g)，且抑菌效果最好，其對單核細(xì)胞增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、肺炎克雷伯菌、大腸桿菌、腸炎沙門氏菌和小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌均有抑菌活性，最小抑菌濃度(MIC)為0.25～4.00 mg/mL。Moorthy等[13]使用索氏提取裝置以75%乙醇從石榴皮中提取功能性化合物，通過紙片擴(kuò)散和肉湯稀釋方法測試其對19種細(xì)菌的抑菌活性，其乙醇提取物對測試的微生物表現(xiàn)出顯著的抑菌活性，對表皮葡萄球菌和小腸結(jié)腸炎耶爾森氏菌的MIC為0.512 mg/mL，對金黃色葡萄球菌、變形鏈球菌、甲型副傷寒沙門氏菌、鼠傷寒沙門氏菌、銅綠假單胞菌和洋蔥伯克霍爾德菌的MIC為1.024 mg/mL。Fawole等[14]研究了7種石榴品種的果皮提取物對革蘭氏陽性菌(枯草芽孢桿菌ATCC 6051、金黃色葡萄球菌ATCC 12600)和革蘭氏陰性菌(大腸桿菌ATCC 11775、肺炎克雷伯菌ATCC 13883)的抑菌作用，結(jié)果表明不同品種石榴果皮80%甲醇提取物對4種細(xì)菌均有很強(qiáng)的抑制作用，其MIC為0.20～0.78 mg/mL；而水提取物的抑菌作用較差，其MIC>12.50 mg/mL。Ismail等[17]發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物對枯草芽孢桿菌ATCC 6633、大腸桿菌ATCC 25922、金黃色葡萄球菌ATCC 25923、銅綠假單胞菌ATCC 27853、鼠傷寒沙門氏菌ATCC 14028的抑制作用較強(qiáng)，MIC為0.25～1.30 mg/mL，且抑菌效果與提取物的總酚含量呈正相關(guān)。Choi等[20]將石榴皮粉在乙醇中煮沸3 h獲得石榴皮乙醇提取物，其對16株沙門氏菌的MIC為0.062 5～1.000 0 mg/mL。此外，石榴皮提取物對小鼠死亡率和從糞便中恢復(fù)的鼠傷寒沙門氏菌的活菌數(shù)具有顯著影響。高效液相色譜技術(shù)顯示提取物中存在安石榴苷同分異構(gòu)體、鞣花酸和沒食子酸，推斷其為發(fā)揮抗菌作用的主要物質(zhì)。

石榴皮提取物不僅能抑制各種細(xì)菌的生長，對于細(xì)菌生物膜的形成和毒力因子的表達(dá)也具有抑制作用。Bakkiyaraj等[15]研究發(fā)現(xiàn)，石榴皮甲醇提取物對金黃色葡萄球菌ATCC 11632、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌ATCC 33591和大腸桿菌ATCC 10536的MIC均為0.25 mg/mL，在低于MIC濃度下能顯著抑制生物膜的形成，并且對已形成的生物具有清除作用。Li等[21]研究了石榴皮中的重要成分安石榴苷對沙門氏菌的抑制作用，其MIC為0.25～1.00 mg/mL，在亞抑菌濃度下安石榴苷通過抑制運(yùn)動相關(guān)基因的表達(dá)抑制細(xì)菌的游動與群集運(yùn)動，且具有抗群體感應(yīng)以及抑制細(xì)菌對HT29細(xì)胞的侵入作用。Xu等[22]研究表明，石榴皮單寧以劑量依賴的方式顯著降低單核細(xì)胞增生李斯特菌對Caco-2細(xì)胞的粘附和侵入，當(dāng)單增李斯特菌生長在含2.5 mg/mL石榴皮單寧提取物的培養(yǎng)基中時，prfA、inlA、hly基因的轉(zhuǎn)錄水平分別降低了17，34，28倍。Yang等[23]以紫色桿菌為模型，發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物具有抑制細(xì)菌群體感應(yīng)的作用，并且能夠抑制大腸桿菌生物膜的形成和運(yùn)動性，轉(zhuǎn)錄分析進(jìn)一步表明，石榴皮單寧抑制了菌毛和各種運(yùn)動相關(guān)基因的表達(dá)。

Xu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，安石榴苷能夠?qū)е陆瘘S色葡萄球菌胞外鉀離子濃度升高，并且通過掃描電子顯微鏡觀察到安石榴苷結(jié)合到菌體表面，使細(xì)胞形態(tài)受到損傷。Li等[19]研究了石榴皮單寧(含有64.2%的安石榴苷和3.1%的鞣花酸)對單增李斯特菌的抑菌機(jī)理，與空白對照相比，經(jīng)石榴皮單寧(5，10 mg/mL)處理后的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)濃度降低，細(xì)胞外鉀和ATP濃度升高，膜外pH明顯降低，且細(xì)胞膜發(fā)生了超極化，說明石榴皮單寧能導(dǎo)致李斯特菌胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的喪失及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損傷。多酚類物質(zhì)一般通過破壞細(xì)胞壁的完整性及細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致胞內(nèi)成分泄漏，引起膜電位紊亂，造成能量代謝、核苷酸合成等功能障礙，從而抑制微生物的生長[24]。

2.2 對真菌的抑制作用

石榴皮提取物對多種真菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌活性。Endo等[25]從石榴皮中純化得到安石榴苷，其對白色念珠菌和近平滑念珠菌具有明顯的抗真菌活性，最低抑菌濃度分別為3.9，1.9 μg/mL。Tayel等[26]研究表明，與標(biāo)準(zhǔn)殺真菌劑(咪康唑、特比萘芬和噻康唑)相比，石榴皮甲醇提取物顯示出強(qiáng)烈的抗暈染活性，其對白色念珠菌的抑菌圈直徑為18.3 mm，乙醇、水提取物對白色念珠菌的抑菌圈直徑分別為15.9，14.8 mm。Tehranifar等[27]研究了石榴的不同部位(皮、種子、葉)的水、甲醇提取物對3種采后真菌(柑橘青霉、匍枝根霉和灰霉菌)的抑制作用，結(jié)果表明，甲醇提取物對菌絲體生長和孢子萌發(fā)的抑制作用優(yōu)于水提取物，果皮和種子提取物比葉提取物具有更強(qiáng)的抑制作用，而果皮和種子中含有較高含量的多酚類化合物，這些化合物使提取物發(fā)揮抗真菌作用。Glazer等[28]發(fā)現(xiàn)石榴皮水提物對腐敗真菌(如鏈格孢霉、匍柄霉、鐮刀菌屬等)的生長具有明顯的抑制作用，其抗菌活性強(qiáng)弱與提取物中總多酚類化合物含量密切相關(guān)，安石榴苷為其發(fā)揮抗真菌作用的最主要的鞣質(zhì)類成分。Foss等[29]研究發(fā)現(xiàn)石榴皮水—醇提取物對皮膚真菌，如須癬毛癬菌ATCC 1481、紅色毛癬菌ATCC 28189、犬小孢子菌ATCC 32903和石膏樣小孢子菌ATCC 14683有抑制作用，兩個屬的MIC分別為0.125，0.250 mg/mL；光譜分析顯示安石榴苷是其主要活性物質(zhì)，粗提物和安石榴苷對真菌的孢子萌發(fā)和菌絲生長階段有抑制作用。

3 石榴皮提取物的應(yīng)用

3.1 在食品防腐保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用

石榴皮提取物含有豐富的生物活性物質(zhì)，具有抑菌活性強(qiáng)、抑菌譜廣等優(yōu)點(diǎn)，可作為一種潛在的天然抑菌材料。近年來，關(guān)于石榴皮在食品防腐保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益增加。Kanatt等[30]研究發(fā)現(xiàn)，石榴皮提取物可以通過抑制脂質(zhì)氧化和一些食品腐敗菌的生長，從而延長冷藏雞肉的貨架期。董周永等[31]研究發(fā)現(xiàn)，石榴皮提取物對冷卻豬肉具有較好的保鮮作用，其中1%的提取物濃度的保鮮效果最好，優(yōu)于500 IU/g Nisin及其他處理。Shan等[32]發(fā)現(xiàn)石榴皮乙醇提取物能在9 d貯藏期內(nèi)顯著抑制奶酪中單增李斯特菌ATCC BAA-839、金黃色葡萄球菌ATCC 13565和沙門氏菌ATCC 13311的生長，并抑制脂質(zhì)氧化，具有成為天然食物防腐劑的潛力。Tayel等[18]發(fā)現(xiàn)石榴皮70%乙醇提取物對鼠傷寒沙門氏菌ATCC 13311和金黃色葡萄球菌ATCC 700788的MIC分別為0.25，0.20 mg/mL，牛排中加入石榴皮乙醇提取物，能顯著抑制鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的生長，使用2 MIC不僅抑菌效果好，而且能使牛排保持理想的感官品質(zhì)。Tayel等[33]發(fā)現(xiàn)，在碎牛肉中加入石榴皮提取物能完全防止鼠傷寒沙門氏菌的生長，并在貯藏過程中保留牛肉的整體品質(zhì)和感官特性。Hayrapetyan等[34]在肉醬中接種3.5 lg(CFU/g)單增李斯特菌，4 ℃培養(yǎng)46 d后，添加7.5%石榴皮提取物組的李斯特菌數(shù)增長至5.0 lg(CFU/g)，明顯低于對照組[9.2 lg(CFU/g)]。Yuan等[35]研究表明，殼聚糖涂膜與石榴皮提取物結(jié)合可以抑制太平洋白蝦黑變病和顏色變化，并改善其感官質(zhì)量、硬度和彈性，還可以抑制太平洋白蝦的pH值、揮發(fā)性鹽基氮含量和菌落總數(shù)的增加。

石榴皮提取物對于果蔬制品的防腐保鮮也有良好的效果。張立華等[36]用1.25%殼聚糖和1%石榴皮提取液制成復(fù)合可食性涂膜保鮮劑處理新鮮草莓，可明顯延緩果實(shí)中抗壞血酸、可溶性固形物和可滴定酸的降解速度，減緩丙二醛的生成速度，降低水分損失，減少軟化腐爛率，延長室溫下草莓保鮮期1～2 d。石亞中等[37]研究發(fā)現(xiàn)，懷遠(yuǎn)石榴皮提取液對黃瓜具有良好的保鮮效果，1%石榴皮水提取液在黃瓜質(zhì)量損失率、軟化腐爛情況以及維生素C和丙二醛含量的變化方面均優(yōu)于1.25%殼聚糖溶液和0.5%乳酸鈣溶液。Li等[38]研究證明，石榴皮提取物處理對于控制柑橘類水果和甜櫻桃的采后真菌腐爛是一種安全且有效的方法，使用1.2 mg/mL石榴皮提取物處理檸檬，可完全預(yù)防人工接種的指狀青霉和柑橘青霉導(dǎo)致的腐爛；在半商業(yè)條件下，使用2.4 mg/mL石榴皮提取物處理后的檸檬總腐爛率降低73.5%，使Moreau和Giorgia甜櫻桃的腐爛率分別降低28.0%，37.9%。Nair等[39]研究表明，富含石榴皮提取物的殼聚糖和藻酸鹽涂膜可在冷藏條件下保持辣椒的整體品質(zhì)，其不僅可以減輕樣品在重量、硬度、顏色、抗壞血酸和總?cè)~綠素含量方面的變化，還能抑制微生物的生長，保持較高的感官評分，10 ℃下將保存期限延長至25 d。Rongai等[40]研究發(fā)現(xiàn)，石榴皮水提物對灰霉菌菌絲體的生長具有抑制作用，能延長草莓的貨架期，通過計算化學(xué)方法證明了石榴皮中的主要成分安石榴苷與抗真菌藥物兩性霉素B具有相似的分子相互作用特性，可能與其形成孔狀聚集體的能力有關(guān)。

3.2 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

石榴皮提取物不僅在食品防腐保鮮領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在醫(yī)藥、紡織、木材加工等領(lǐng)域也極具開發(fā)利用價值。Hayouni等[41]將5%石榴皮甲醇提取物軟膏涂在豚鼠皮膚傷口上，連續(xù)治療12 d，可明顯促進(jìn)傷口愈合；提取物對所測試的傷口病原菌，如銅綠假單胞菌ATCC 9027、金黃色葡萄球菌ATCC 25923、大腸埃希氏菌ATCC 25922、肺炎克雷伯菌、鴨沙門氏菌、鼠傷寒沙門氏菌、肺炎鏈球菌、白色念珠菌、光滑念珠菌、紅色毛癬菌和曲霉菌具有顯著的抑菌作用。石榴皮是阿娜爾婦潔液的主要成分，用于治療各種細(xì)菌性、霉菌性、滴蟲性陰道炎。周華鋒等[42]發(fā)現(xiàn)，采用苦參凝膠聯(lián)合阿娜爾婦潔液治療滴蟲性陰道炎具有良好的治愈效果。

Ghaheh等[43]發(fā)現(xiàn)石榴皮提取物染色的羊毛織物經(jīng)洗滌和暴露于光照下不具有持久的抗菌活性，當(dāng)使用金屬鹽作媒染劑時，即使洗滌5次或暴露于光照下300 min后，仍保留較強(qiáng)的抗菌活性。Lee等[44]發(fā)現(xiàn)石榴皮水提取物染色的棉、絲綢和羊毛織物對金黃色葡萄球菌ATCC6538和肺炎克雷伯菌ATCC 4352具有出色的抗菌性能(抑菌率99.9%)。洪浩月等[45]發(fā)現(xiàn)石榴皮植物染料用于真絲染色時，織物有較好的耐皂洗和耐摩擦色牢度，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有一定的抑制效果。

Lajnef等[46]研究表明，浸漬有石榴皮提取液的樣品能夠抵抗真菌的侵襲，提高木材的生物抗性，減少木材的重量損失，從而延長木材的耐久性。

4 結(jié)論

將石榴加工下腳料石榴皮作多酚類物質(zhì)提取的原料，可變廢為寶，提高石榴的綜合利用價值。今后應(yīng)更深入地研究石榴皮多酚生物活性組分及其作用機(jī)理，加快、大規(guī)模純化石榴皮中的有效組分的研究，相信隨著研究的深入，石榴皮將更好地造福于人類。