板栗加工副產(chǎn)物抑菌作用的研究進(jìn)展

劉袆帆，李妍馥，莊儲(chǔ)仲，馬路凱，鐘玉鳴，肖更生，王琴，余元善，余強(qiáng)，林文淵

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，廣東省嶺南特色食品科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510225）

（2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610）

（3.南昌大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330031）

（4.廣東綠百多生物開(kāi)發(fā)有限公司，廣東湛江 524052）

板栗屬于殼斗科，栽培歷史已超過(guò)3000年，是我國(guó)重要的食用堅(jiān)果[1]。板栗在我國(guó)種植范圍廣，全國(guó)共20多省、直轄市、自治區(qū)都有栽培歷史[2]，其中山東、河南、河北等省份是我國(guó)板栗的著名產(chǎn)區(qū)，其總年產(chǎn)量約1.0×106t，約占全球總產(chǎn)量的70%[3]。常見(jiàn)的板栗加工產(chǎn)品主要包括炒板栗、糖水罐頭板栗、速凍板栗仁、板栗脯、板栗粉、板栗醬、板栗飲料、板栗酒等。

隨著我國(guó)板栗種植面積的擴(kuò)大，產(chǎn)量不斷增加，板栗深加工不斷深入，深加工技術(shù)不斷成熟，新產(chǎn)品層出不窮，其板栗殼、板栗花、板栗總苞、板栗次果及次品等副產(chǎn)物產(chǎn)量也日益增多。板栗加工副產(chǎn)物常作為廢棄物，造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問(wèn)題[4]。板栗加工副產(chǎn)物含有豐富的生物活性成分，其中，板栗總苞包含多種酚酸衍生物[5]，具有抗氧化、抗腫瘤[6]、抗糖尿病功效[7]；板栗殼含有豐富的纖維素和木質(zhì)素[8]，可提取栲膠和天然色素，通過(guò)加工進(jìn)行系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，作為飼料添加劑和食用菌的袋料，還可用之燒制栗苞炭[9]；板栗花含有豐富的黃酮類物質(zhì)[10]，能夠抑制黑色素形成且顯著降低細(xì)胞中酪氨酸酶活性及其蛋白表達(dá)水平[11]。同時(shí)，隨著對(duì)板栗加工副產(chǎn)物的深入研究，關(guān)于其抑菌方面的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注，因此，本文對(duì)板栗加工副產(chǎn)物的主要活性物質(zhì)、抑菌成分及其抑菌機(jī)制和應(yīng)用情況進(jìn)行綜述，以期為板栗加工副產(chǎn)物在替代化學(xué)合成殺菌劑方面的開(kāi)發(fā)與利用等方面提供思路。

1 板栗加工副產(chǎn)物的主要活性物質(zhì)

表1 板栗副產(chǎn)物中的活性成分Table 1 The active constituents of chestnut by-product

板栗總苞是板栗總苞為板栗毛殼，又名風(fēng)栗殼、板栗殼斗，其主要活性成分為多酚和黃酮。板栗殼是板栗的總皮，其主要活性成分包括纖維素、木質(zhì)素、多糖（或苷類）、有機(jī)酸、酚類、內(nèi)酯、香豆素（或其苷類）、黃酮（或皂苷類）、植物甾醇（或三萜）和鞣質(zhì)等[12-15]。板栗花是指栗樹(shù)的雄性花序，呈長(zhǎng)條形穗狀花序。板栗花中不僅含有氨基酸、蛋白質(zhì)、還原糖、粗纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，還含有黃酮、揮發(fā)油等多種生物活性物質(zhì)[16,17]。

2 板栗加工副產(chǎn)物的抑菌成分

2.1 板栗總苞的抑菌成分

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，板栗總苞水提物和醇提物具有抑菌作用，其中已被證實(shí)主要發(fā)揮抑菌功效的成分有沒(méi)食子酸和水溶性色素，詳見(jiàn)表 2，是否有其他化學(xué)成分發(fā)揮抑菌功效還有待進(jìn)一步研究。張琳等人[29]從板栗總苞醇提物中分離出9種化合物，得到山奈酚、沒(méi)食子酸、沒(méi)食子酸正丁酯、沒(méi)食子酸甲酯、3,4-二羥基苯甲酸、2,4,6-三羥基苯甲酸、鞣花酸、苯甲基-6-O-β-D-吡喃葡萄糖苷。焦啟揚(yáng)等人[30,31]分離板栗總苞的醇提物鑒定得到 18種化合物，首次分離出齊墩果酸、2-羥基-丁二酸二丁酯、豆甾-4-烯-6β-3酮，并發(fā)現(xiàn)醇提物對(duì)大腸桿菌、藤黃微球菌、金黃色葡萄球菌起到抑菌作用，尤其對(duì)藤黃微球菌抑菌活性最強(qiáng)，對(duì)其進(jìn)行分離和結(jié)構(gòu)鑒定，證實(shí)醇提物中主要的抑菌成分為沒(méi)食子酸。You等人[18]發(fā)現(xiàn)板栗總苞中的水溶性色素具有抑菌功效，可能是其中的類黃酮原花青素B3（縮合單寧），槲皮素-3-O-糖苷和類固醇皂苷元發(fā)揮作用。

2.2 板栗殼的抑菌成分

板栗殼乙酸乙酯提取物、水提物、醇提物、堿提物、丙酮提取物均具有抑菌活性，有研究發(fā)現(xiàn)其中起抑菌作用的成分主要是黃酮類物質(zhì)、可水解單寧和原花青素，詳見(jiàn)表 2。席芳等人[32]從板栗殼中鑒定出成分有β-谷甾醇、β-胡蘿卜苷、豆甾-5-烯-3β,7α-醇等 19種化合物，并首次從板栗殼中分離出豆甾-5-烯-3β,7α-醇等11種化合物。李云雁等人[33,34]發(fā)現(xiàn)板栗殼中含黃酮類色素，色素得率達(dá)64 mg/g[35]，板栗殼色素經(jīng)研究鑒定具有抑菌活性。Scalbert[36]發(fā)現(xiàn)單寧對(duì)真菌、細(xì)菌和酵母的最低抑菌濃度（MIC）存在巨大差異，提出單寧對(duì)不同的微生物存在不同抑菌方式的可能性。韋琴等人[26]用 65%的乙醇對(duì)板栗殼進(jìn)行提取得到原花青素，發(fā)現(xiàn)其對(duì)啤酒酵母菌、真菌類的白色念珠菌、金黃色葡萄球菌均具有抑制作用。

2.3 板栗花的抑菌成分

近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)板栗花提取物能廣泛抑制細(xì)菌活性，其中板栗花提取物中的主要抑菌成分見(jiàn)表2。高麗梅等人[28]采用重結(jié)晶、凝膠柱色譜、硅膠柱色譜等分離方法對(duì)板栗花進(jìn)行化學(xué)分離，分離出11種化合物，發(fā)現(xiàn)板栗花中的黃酮類物質(zhì)含量較高，且主要以游離黃酮如槲皮素、山奈酚、楊梅黃酮、異鼠李素等與糖基結(jié)合形成糖苷的形式存在。吳雪輝等人[10]用三種方法在板栗花中提取出黃酮類物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其均能有效消除·OH與DPPH·。陳亞藍(lán)等人[27]發(fā)現(xiàn)，板栗花黃酮具有較強(qiáng)的還原力，清除·OH能力顯著高于Vc對(duì)照組，且對(duì)Hela細(xì)胞活力起明顯抑制作用，抑制率高達(dá)81%。板栗花提取物中已被證實(shí)有抑菌功效的是黃酮類物質(zhì)，而該物質(zhì)中最具抑菌活性的是槲皮素和山奈酚。

表2 板栗副產(chǎn)物的抑菌成分Table 2 Chestnut by-product extract with antibacterial effect

3 板栗加工副產(chǎn)物抑菌成分的抑菌機(jī)制

通過(guò)整理相關(guān)文獻(xiàn)，歸納得到板栗加工副產(chǎn)物中抑菌成分的主要機(jī)制包括：（1)破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)使胞內(nèi)物質(zhì)外漏，導(dǎo)致菌體死亡；(2)影響菌體蛋白質(zhì)正常表達(dá)，破壞蛋白質(zhì)生理功能；(3)影響菌體酶活性，引起菌體細(xì)胞功能障礙，影響菌體能量代謝與菌體生長(zhǎng)，使菌體死亡。

3.1 破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)

板栗加工副產(chǎn)物中的抑菌成分可直接對(duì)菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，從而起到抑菌作用。沒(méi)食子酸通過(guò)破壞菌體細(xì)胞，使得大部分菌體細(xì)胞出現(xiàn)破損狀態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞原生質(zhì)外漏，從而起到抑菌作用[56]。沒(méi)食子酸對(duì)熒光劑單胞菌的細(xì)胞膜[57]和水稻細(xì)菌性條斑病菌細(xì)胞壁[58]具有破壞作用。槲皮素對(duì)大腸桿菌的細(xì)胞壁有破壞作用，但對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌效果較差[59]。原花青素對(duì)菌體細(xì)胞作用，使得菌體細(xì)胞表面產(chǎn)生褶皺且細(xì)胞壁遭到破壞，從而起到抑菌作用[60]。Cushnie[61]發(fā)現(xiàn)黃酮醇高良姜素使細(xì)菌細(xì)胞聚集，可能暗示細(xì)胞膜是該化合物活性的靶位點(diǎn)，也可能暗示抑菌實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到的細(xì)菌數(shù)量減少部分歸因于聚集效應(yīng)。該研究結(jié)果警醒研究者不能僅僅通過(guò)細(xì)菌數(shù)量多少判定抑菌成分活性強(qiáng)弱，而應(yīng)進(jìn)行多項(xiàng)驗(yàn)證。板栗加工副產(chǎn)物含有的抑菌成分還可間接破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如通過(guò)膜交互作用抑菌、抑制信號(hào)受體和抑制酶活性。正常細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性，當(dāng)細(xì)胞損傷或受到侵?jǐn)_時(shí)，細(xì)胞膜選擇透過(guò)性會(huì)被破壞，引起細(xì)胞外膜滲透性增大[62]。黃酮類化合物通過(guò)膜交互作用對(duì)大腸桿菌起到抑菌作用，其中影響其抑菌活性的主要因素是黃酮類化合物的電子效應(yīng)與疏水性，且疏水性的影響更大[63]。黃酮類化合物還可通過(guò)抑制群體感應(yīng)信號(hào)受體來(lái)抑制銅綠假單胞菌的粘附和生物膜的形成[64]。原花青素[65]通過(guò)抑制β-內(nèi)酰胺酶的活性，降低了細(xì)菌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，其具體表現(xiàn)為細(xì)菌對(duì)低滲透壓和高離子強(qiáng)度溶液的耐受性降低。

3.2 影響菌體內(nèi)蛋白質(zhì)

板栗加工副產(chǎn)物中的抑菌成分通過(guò)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或改變細(xì)胞膜的通透性降低可溶性蛋白含量以及抑制菌體可溶性蛋白的表達(dá)能力，從而起到抑菌作用。沒(méi)食子酸通過(guò)破壞菌體細(xì)胞膜讓菌體內(nèi)蛋白質(zhì)類物質(zhì)等細(xì)胞內(nèi)容物溶出，從而起到抑菌作用[57]，對(duì)菌體可溶性蛋白的表達(dá)能力起到明顯的抑制作用，但不會(huì)對(duì)菌體總蛋白量產(chǎn)生明顯影響[66]。槲皮素通過(guò)對(duì)大腸桿菌部分蛋白的正常表達(dá)進(jìn)行干擾，破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及影響菌體正常生理功能，使細(xì)菌細(xì)胞膜通透性增大，可溶性蛋白大量滲出[67]，從而達(dá)到抑菌效果[59]。原花青素通過(guò)抑制菌體可溶性蛋白含量起到抑菌作用[68]。

3.3 影響菌體內(nèi)活性物質(zhì)

板栗加工副產(chǎn)物抑菌成分通過(guò)影響菌體內(nèi)活性物質(zhì)，從而破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及影響菌體可溶性蛋白，影響菌體生長(zhǎng)繁殖或使菌體死亡，達(dá)到抑菌效果。槲皮素通過(guò)使細(xì)菌細(xì)胞膜通透性增大，進(jìn)而影響細(xì)菌內(nèi)ATP酶活性，且槲皮素濃度越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)，β-半乳糖苷酶大量溶出，起到破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)、抑制菌體生長(zhǎng)繁殖的作用[67]。槲皮素與催化 d-Ala-d-Ala肽聚糖前體組裝中連接的酶特異性結(jié)合，與ATP結(jié)合區(qū)重疊，抑制酶的活性，從而抑制幽門螺桿菌和大腸桿菌[69]；通過(guò)抑制ATP酶活性和DNA轉(zhuǎn)錄，起到抑制大腸桿菌繁殖的作用[70]。槲皮素通過(guò)抑制DNA回旋酶，抑制細(xì)菌旋酶的超卷曲活性并誘導(dǎo)DNA切割，也抑制了回旋酶b的ATP酶活性[70]，達(dá)到抑菌效果。黃酮通過(guò)抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶的催化活性，阻止DNA結(jié)合或催化，達(dá)到抑菌效果[71]。黃酮醇、黃烷-3-醇和黃酮類化合物已被證明可以通過(guò) ATP合成酶抑制能量代謝，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[72]。

4 板栗加工副產(chǎn)物在抑菌方面的應(yīng)用

目前，板栗加工副產(chǎn)物制備的抑菌產(chǎn)品鮮少在市場(chǎng)進(jìn)行流通，多數(shù)產(chǎn)品仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。吳龍?jiān)芠47]運(yùn)用板栗殼浸膏抑制醋酸所致小鼠腹膜炎癥滲出和巴豆油所致的小鼠耳廓腫脹，并發(fā)現(xiàn)與黃連相比，板栗殼浸膏對(duì)大腸桿菌的抗菌作用更強(qiáng)；對(duì)宋內(nèi)氏、綠膿桿菌及金黃色葡萄球菌的抗菌作用更弱；對(duì)鮑氏、福氏、志賀氏桿菌的抗菌作用基本相同。劉紹雄等[41]發(fā)現(xiàn)板栗苞殼提取物能夠抑制思茅松毛蟲腸道細(xì)菌，因此，板栗苞殼提取物為開(kāi)發(fā)治理思茅松毛蟲的新型生物農(nóng)藥提供了新思路。李利紅等[73]發(fā)現(xiàn)板栗殼堿提物在獸醫(yī)臨床中對(duì)常見(jiàn)菌具有一定抑菌活性，抗生素中添加板栗殼提取物具有增強(qiáng)抗生素抑菌效果的作用，可以減少抗生素用量。周國(guó)燕等[24]發(fā)現(xiàn)板栗殼提取物在較低濃度下對(duì)蘋果汁有較明顯的抑菌作用。李云雁等[74]發(fā)現(xiàn)板栗殼提取物熱穩(wěn)定性好，在經(jīng)高溫處理后與高溫處理前抑菌效果并無(wú)明顯差異。因此，板栗加工副產(chǎn)物是一種較有效的天然抑菌劑和值得大力推廣使用的食品防腐劑。

5 結(jié)語(yǔ)

板栗是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，板栗加工副產(chǎn)物擁有巨大的發(fā)展前景。板栗加工副產(chǎn)物中主要的抑菌活性成分包括黃酮、原花青素、單寧、沒(méi)食子酸等，可以通過(guò)破壞菌體細(xì)胞結(jié)構(gòu)、影響菌體內(nèi)蛋白質(zhì)、影響菌體內(nèi)活性物質(zhì)等方式影響細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖甚至導(dǎo)致菌體死亡，從而達(dá)到抑菌目的。目前，對(duì)板栗加工副產(chǎn)物抑菌物質(zhì)的研究已有較大突破，但對(duì)板栗總苞及板栗殼抑菌成分的研究水平和層次不夠成熟，板栗加工副產(chǎn)物抑菌成分的具體抑菌機(jī)制還需進(jìn)一步研究，板栗加工副產(chǎn)物抑菌物質(zhì)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)仍有較大的發(fā)展空間。因此，加強(qiáng)對(duì)板栗加工副產(chǎn)物抑菌成分的深入分析，明確其具體作用機(jī)制，開(kāi)發(fā)高效低毒的抗菌藥物，對(duì)于板栗加工副產(chǎn)物抑菌成分的應(yīng)用意義重大。