天然植物源的抑菌活性及在洗滌中的應(yīng)用現(xiàn)狀

胥鑫萌 童天嬌 劉 偉 劉軍海

(陜西理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西漢中，723000)

天然植物源來源廣泛、種類繁多，是由糖類、蛋白質(zhì)等初級產(chǎn)物衍生出來的一類次級代謝產(chǎn)物，如黃酮、精油、生物堿、多糖、多酚等，具有諸多生物活性，特別是其廣譜抗菌、抑菌活性高等特點備受關(guān)注，吸引了眾多學(xué)者的研究與開發(fā)，目前，已取得了大量可靠的實驗證實。

近年來，在洗滌領(lǐng)域中由于化學(xué)合成物質(zhì)的廣泛使用，使越來越多的消費者對其產(chǎn)生一種抗拒心理，而發(fā)展天然植物抑菌物的應(yīng)用是打開洗滌市場的一項重要舉措。與化學(xué)合成物相比，天然植物源不僅能保證與之相當(dāng)?shù)墓π裕疫€有著無可比擬的安全性和無污染性，將其用于洗滌領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅能有效替代化學(xué)合成物對環(huán)境的污染，而且還能減少對人體皮膚的直接傷害，有效緩解消費者使用之后的心理壓力。

1 天然植物源的抑菌活性

1.1 黃酮的抑菌活性

黃酮類化合物，廣義上具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)，狹義上具有C6-C3-C6結(jié)構(gòu)。根據(jù)其中央C3的氧化程度、是否成環(huán)等特點，又被分為黃酮醇、異黃酮、黃烷酮等。黃酮類化合物廣譜抗菌、種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其具有不同的抑菌活性，近年來，備受研究者的關(guān)注與重視。目前，有關(guān)黃酮類化合物抑菌作用的研究，主要涉及抑菌能力的測定、具有抑菌能力的黃酮種類以及抑菌作用的構(gòu)效關(guān)系等領(lǐng)域[1]。

植物中的黃酮類化合物均有抑菌性，如從秦嶺龍膽[2]、韓信草[3]、甘草根[4]等天然產(chǎn)物中提取的黃酮對微生物的活性都具有不同程度的抑制作用。牛鶴麗[5]等研究對比了純化前、后的大薊根總黃酮對3種細菌的抑菌活性，抑菌性試驗表明，枯草芽孢桿菌＞大腸桿菌＞金黃色葡萄球菌，隨后與未純化時的提取物相比發(fā)現(xiàn)，純化后的總黃酮對3種細菌的抑菌能力具有明顯提高(P＜0.05)。龐紀偉等[6]研究發(fā)現(xiàn)，同濃度下蒲公英全草水提物的抑菌效果要優(yōu)于根水提物，由此說明，不同部位的抑菌成分有著不同的抑菌活性。此外，提取方法不同，黃酮的抑菌能力也不同，研究發(fā)現(xiàn)，銀杏葉黃酮在微波條件下對大腸桿菌的抑菌性能最為明顯，而在超聲條件下對金黃色葡萄球菌的抑菌性能最為明顯[7,8]。從焦翔等[9]的研究中可知，沙棘醇提物總黃酮的抑菌效果明顯高于水提物，故不同的提取溶劑也對黃酮的抑菌活性有影響。

目前，有關(guān)黃酮抑菌活性的研究報道頗多，多數(shù)研究主要集中于純化前后、最優(yōu)提取條件下的不同受試菌的抑菌研究；而有關(guān)黃酮抑菌的結(jié)構(gòu)關(guān)系少有研究，雖然黃酮的抑菌活性主要與黃酮芳環(huán)上羥基多少和羥基的位置有關(guān)[10]，但其定性、定量的準確構(gòu)效關(guān)系仍不明確。今后，在黃酮測菌能力的基礎(chǔ)上，深入研究其不同結(jié)構(gòu)的抑菌關(guān)系，進一步推動黃酮作為天然抑菌劑的發(fā)展與應(yīng)用。

1.2 精油的抑菌活性

精油屬揮發(fā)性含香物質(zhì)的總稱，亦稱芳香油、揮發(fā)油。其中，萜類物質(zhì)占主要成分，除此之外，還包括醇類、酚類、醚類、醛、酮、羧酸等含氧衍生物。在這些成分中，除了小分子酚類、萜烯類和醛酮類具有較強的抑菌活性外，其他含氧衍生物也具有一定的抑菌活性[11]。近年來，植物精油對細菌、真菌以及酵母菌的抑菌作用已得到廣泛的證實，如牛至精油對灰霉菌和青霉的抑菌活性較高[12]，山蒼子精油對沙門菌的抑制作用較強[13]，茶樹精油對抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗菌活性顯著[14]等。

不同精油對相同菌種或不同菌種的最低抑菌濃度均有所差異。杜麗霞[15]等研究表明，丁香羅勒精油對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有較高的抗菌性（其MIC分別為0.16 mg/ml和0.31 mg/ml）?；魵w國[16]等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒔蘿蒿精油在1.625～15 μl/ml濃度范圍內(nèi)時，其對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌效果和濃度呈正相關(guān)。此外，精油的廣譜殺菌特點也被研究者證實，在一定的供試濃度條件下，荔枝木質(zhì)精油對7種食源性致病菌和3種霉菌均具有良好的抑菌效果[17]，薄荷精油對5種植物病原真菌具有一定的抑菌能力[18]，且月桂、百里香、羅勒和馬郁蘭精油對5種細菌也具有一定的抑菌能力（MIC均為0.49 mg/ml）[19]。

植物精油與多種天然產(chǎn)物復(fù)配對其抑菌活性具有協(xié)同作用。研究表明，香雪蘭精油本身對白色念珠菌的抑菌圈直徑大于單一成分，故證明香雪蘭精油的抑菌效果優(yōu)于單一成分[20]。丁香精油與茶多酚復(fù)合的抗菌液具有良好的協(xié)同抑菌作用，且對細菌的抑菌時間具有高效持久性[21]。田程飄等[22]首次發(fā)現(xiàn)沉香精油對枯草芽孢桿菌生長有較好的抑制作用，且超臨界提取沉香精油的抑菌MIC優(yōu)于水蒸氣蒸餾提取沉香精油，因此，選擇合適的提取方法對植物精油的抑菌活性至關(guān)重要。

植物精油較高的抑菌活性是被實驗所證實的，其目前的研究主要集中于抑菌活性和抑菌機制方面的研究，而并沒有深入到分子內(nèi)部的研究，因此，只能停留于實驗階段。近年來，對單一植物精油的抑菌活性取得了大量的研究進展，而有關(guān)精油與其他天然產(chǎn)物復(fù)配的抑菌性研究較少。需要注意的是，后續(xù)應(yīng)在現(xiàn)今的基礎(chǔ)性研究上，更多關(guān)注于精油和其他天然產(chǎn)物復(fù)配的抑菌活性，以及復(fù)配以后的其他生物活性。

1.3 生物堿的抑菌活性

生物堿是由多種生物產(chǎn)生的，但主要來源于植物。目前，被研究發(fā)現(xiàn)的生物堿數(shù)量大約在12 000種，雖然尚存少數(shù)生物堿沒有確定的結(jié)構(gòu)式，但其大多數(shù)種類都具有復(fù)雜的含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)，這使它們都具有較強的生物活性。生物堿作為一種天然產(chǎn)物有效成分在抑制病原菌方面具有巨大潛力，其抑菌活性起作用的常見官能團是羥基、甲氧基及亞甲基二氧基，位于骨架環(huán)結(jié)構(gòu)的指定位置[23]。

生物堿對細菌生長抑制作用具有一定的選擇性，如包怡紅等[24]發(fā)現(xiàn)在一定溫度和pH范圍內(nèi)，細葉小檗果中的總生物堿對革蘭氏陽性和陰性細菌均有抑制作用。郭朝萬等[25]發(fā)現(xiàn)苦參堿對痤瘡丙酸桿菌、金黃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，且相同敏感所對應(yīng)的樣品濃度也有所差異。李永春等[26]用乙醇從臭椿樹皮中提取的活性成分為粗生物堿，通過菌絲生長速率法檢測其對禾谷鐮刀菌的抑制效果最為明顯，對芍藥灰霉病菌沒有抑制作用。周琦等[27]采用液體倍比稀釋法測定魔芋飛粉生物堿對4種供試菌的最小抑菌質(zhì)量濃度，發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌所需的抑菌質(zhì)量濃度為10 mg/ml，而對枯草芽孢桿菌和鼠傷寒沙門氏菌的抑菌質(zhì)量濃度均為40 mg/ml。

生物堿在殺菌抗毒方面的能力是毋庸質(zhì)疑的，但其現(xiàn)有的提取物為粗生物堿，摻入的其他物質(zhì)對其抑菌活性的化學(xué)結(jié)構(gòu)難以確定，嚴重影響了其抑菌性的深入研究。目前，生物堿的抑菌性研究尚處于初級階段，有關(guān)其抑菌機制、抑菌性結(jié)構(gòu)的活性強弱等問題有待進一步研究，因此，距離相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)與應(yīng)用還要面臨更多的權(quán)威與挑戰(zhàn)。

1.4 多糖的抑菌活性

多糖是由許多相同或者不同的單糖α-或者β-糖苷鍵組成的聚合度超過10個的化合物組成的混合物。根據(jù)其來源可分為植物多糖、動物多糖以及微生物多糖三大類，皆為多個單糖分子縮合、失水而成的天然生物大分子，與維持生物的多種生理有關(guān)[28-29]。其中，多糖的理化性質(zhì)、糖苷鍵豐富的鏈接方式和復(fù)雜的空間構(gòu)型等都對其生物活性產(chǎn)生不同程度的影響。目前，有關(guān)多糖抑菌性的報道已取得了大量的研究成果，常用的測菌活性方法有：牛津杯法等。

現(xiàn)如今，越來越多的植物多糖被發(fā)現(xiàn)具有抑菌活性。孫偉等[30]采用牛津杯法發(fā)現(xiàn)經(jīng)分離、純化后的桑葉多糖在濃度大于1.0 mg/ml時，對大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌的活性均有著不同程度的抑制，且純化后抑菌作用顯著增強。尹術(shù)華等[31]采用抑菌圈法發(fā)現(xiàn)白扁豆非淀粉多糖對李斯特菌和大腸桿菌都具有抑制作用，且對李斯特菌的抑菌活性優(yōu)于大腸桿菌。此外，茯苓多糖[32]對金黃色葡萄球菌的抑菌作用優(yōu)于大腸桿菌和枯草芽孢桿菌，與其具有相似抑菌效果的還有大葉千斤拔多糖[33]、紅景天多糖[34]等。

目前，多糖的抑菌活性已得到了廣泛證實，而有關(guān)多糖抑菌量效關(guān)系的研究至今尚不明確，抑菌效果的應(yīng)用仍尚欠成熟，可能是抑菌方法的不同，也可能是其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的影響。今后，與多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)和抑菌機制相關(guān)的問題還需業(yè)內(nèi)人員投入大量的時間和精力去研究，有關(guān)抑菌活性的廣泛應(yīng)用仍需更長的路要走。

1.5 多酚的抑菌活性

多酚，又稱植物單寧，是由芳環(huán)上的氫原子被羥基或其他功能衍生物取代的一類化合物，屬植物的重要次級代謝產(chǎn)物，廣泛存在于天然植物的莖、葉、皮等部位，在可可豆中的含量較高。多酚除了具有較強的抗氧化活性之外，其抑菌活性也是不容忽視的。多酚是植物產(chǎn)生自我保護的重要成分之一，且每種植物的抑菌成分都有所差異，如茶多酚是茶葉的主要抑菌成分，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。

道地藥材祁白術(shù)具有顯著的抗氧化和抑菌活性。研究發(fā)現(xiàn)[35]，祁白術(shù)多酚對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌以及枯草芽孢桿菌的抑制作用呈明顯的劑量效應(yīng)。抑菌試驗表明[36]，濾紙片法測得燕麥多酚對細菌的抑菌效果為：大腸埃希菌>枯草芽孢桿菌>產(chǎn)酯酵母>黑曲霉，這與牛津杯法測得的結(jié)果相同。李彥坡等[37]從松毛菇中提取的多酚，通過試驗發(fā)現(xiàn)其對釀酒酵母的抑菌效果最為明顯，并且純化后的抑菌能力強于純化前。周亞星等[38]研究從半楓荷葉提取總多酚，采用試管二倍稀釋法測定其對金黃色葡萄球菌的抑菌效果優(yōu)于大腸桿菌。

近年來，天然多酚的抑菌活性引起了越來越多研究者的關(guān)注，已成為目前的研究熱點和重點，但其存在的問題也隨之而來，例如多酚和受試菌種之間的抑菌關(guān)系尚不明確，多酚結(jié)構(gòu)對多酚抑菌機制是如何影響的，尚不得而知。

1.6 其他天然植物源的抑菌活性

除了以上介紹的黃酮、精油、生物堿、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與之媲美，如有機酸、香豆素、木脂素等。有研究發(fā)現(xiàn)[39]，當(dāng)肉桂醛、檸檬酸以及水楊酸質(zhì)量濃度均為26.67 mg/ml時，對處理毛白楊中黑曲霉的抑菌效果最佳。香豆素[40]對灰葡萄孢霉菌的呼吸代謝具有阻礙作用，對灰葡萄孢霉菌細胞膜的滲透具有干擾作用，對灰葡萄孢霉菌細胞壁酶的活性具有抑制作用，進而抑制其生長。微量肉湯稀釋法和菌絲生長速率法協(xié)同測菌結(jié)果顯示[41]，野艾蒿中雙四氫呋喃類木脂素對番茄早疫病菌、玉米紋枯病菌、禾谷鐮刀病菌、甜瓜枯萎病菌、水稻稻瘟病菌均具有濃度不同、抑菌效果不同的作用，且得出雙四氫呋喃類木脂素中苯環(huán)上的亞甲二氧基結(jié)構(gòu)對其發(fā)揮抑菌活性至關(guān)重要。

2 在洗滌中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著綠色環(huán)保的理念不斷深入人心，越來越多的消費者對洗滌產(chǎn)品有效成分的安全性愈加重視。天然植物源低毒低害，對多種微生物細菌具有殺菌抗菌譜廣的優(yōu)點，將其應(yīng)用于洗滌領(lǐng)域中，意義非凡。多年來，天然安全的洗護用品始終是研究者們關(guān)注的焦點，從天然植物中提取抑菌活性成分并對其進行深入研究是目前國內(nèi)外的研究熱點。

從果皮中提取的無患子皂苷在殺菌和洗滌方面潛力巨大，其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均在99.95%以上[42]。箬葉黃酮抑菌洗手液[43]、馬齒莧水提物抑菌洗手液[44]、甘草次酸抑菌免洗洗手液[45]等都對不同細菌具有明顯的抑菌圈直徑?；惫麎A、綠原酸、金銀花提取物復(fù)配的植物消毒劑對細菌的滅菌率≥99.97%[46]?？鄥ⅰ⑿￠迚A、黃芩苷、大黃及金銀花經(jīng)兩兩復(fù)配后能夠達到對受試菌的抑菌要求[47]。

從目前的研究成果來看，國內(nèi)外對天然植物源在洗滌中的殺菌作用處于起步階段，相關(guān)研究尚欠深度和廣度。雖然其抑菌活性效果顯著，但能廣泛推薦的屈指可數(shù)。主要由于相關(guān)產(chǎn)品未能有效結(jié)合幾種抑菌物之間復(fù)配的抑菌效果，使得多數(shù)產(chǎn)品的抑菌成分過于單一化，抑菌效果略微不足；多數(shù)具有抑菌性的植物源量極微且結(jié)構(gòu)差異大，對其提取、分離、純化等需要開展大量而復(fù)雜的研究工作，故其尚未被完全開發(fā)應(yīng)用于洗滌領(lǐng)域中。

3 結(jié)語和展望

近些年，國內(nèi)外對天然植物源的抑菌研究主要集中于有效成分的提取、生物活性的評價、活性物質(zhì)的開發(fā)等方面，而對其有效成分的結(jié)構(gòu)、活性機制等分子內(nèi)部的研究不夠深入，天然植物源的抑菌目前尚沒有規(guī)?；貞?yīng)用于實際生產(chǎn)中，但其應(yīng)用潛力巨大，是今后天然產(chǎn)物研究領(lǐng)域的熱點之一。

總的來看，黃酮、精油以及多糖的的抑菌活性目前的研究報道最多，其抑菌效果顯而易見，但有關(guān)其量效關(guān)系、活性成分有效復(fù)配的相關(guān)研究鮮有報道；生物堿復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)對其抑菌機制的深入研究，今后，應(yīng)更加注重其相關(guān)結(jié)構(gòu)的分析與檢測；多酚與菌種之間的影響因素尚不明確，建議后續(xù)開展有關(guān)多酚結(jié)構(gòu)和不同菌種之間的關(guān)系以及多酚抑菌機制等研究工作。有關(guān)有機酸、香豆素、木脂素等相關(guān)研究同樣也存在上述問題，今后應(yīng)在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，綜合考慮主要因素帶來的影響，盡量降低次要因素的影響度。目前，有關(guān)天然植物源單一成分的抑菌活性報道較多，而活性成分有效復(fù)配的研究較少，應(yīng)引起相關(guān)人員的關(guān)注，因為多種抑菌活性成分的結(jié)合具有更強的抑菌效果。

上述天然植物源在抑菌方面所存在的問題，進一步限制了其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。就其目前在洗滌領(lǐng)域中的應(yīng)用而言，相關(guān)抑菌產(chǎn)品單一，僅在洗手液中體現(xiàn)較多，而未能廣泛深入到其他生活洗滌用品。天然植物源抑菌物在洗滌領(lǐng)域中的應(yīng)用應(yīng)朝著多元化方向研究，而不能僅滿足于現(xiàn)有的研究成果，應(yīng)在前人已取得的研究基礎(chǔ)上，廣開研究，使天然植物源更好地應(yīng)用于人們的生活中。

今后，若能應(yīng)用各種先進的科技手段，篩選并確定其有效抑菌成分的結(jié)構(gòu)，研究其不同的抑菌機制，并對其活性物質(zhì)進行局部修飾或生物化學(xué)合成，將會擺脫其供不應(yīng)求的尷尬現(xiàn)狀，開發(fā)出更多的洗滌產(chǎn)品，對推動天然植物源應(yīng)用于人類生活具有積極的意義。