综述：从可食用和药用植物中提取的抗菌植物化学物质的最新进展及其在食品工业中的应用

抗菌活性、植物化学成分、抗生素耐药性、食品工业应用

刘月|金寅哲|王永杰|谢璐|陈兰明

上海海洋大学食品科学与技术学院，中国上海201306

摘要

抗生素耐药性的日益严重挑战构成了全球性的健康紧急问题。可食用和药用植物（EMPs）提供了丰富、安全、有效且价格合理的植物化学替代品。因此，深入研究这一领域对于满足增强现有抗菌药物库和开发创新方法或新型抗菌剂以应对日益严重的多重耐药性食源性病原体问题至关重要。在本综述中，我们总结了来自多种EMPs提取物的抗菌活性的最新发现，这些植物中提取的新抗菌化合物及其相关抗菌功能的结构细节，以及最近在理解这些化合物如何防止食源性病原体增殖方面的进展。最后，我们讨论了如何在食品包装材料、防腐剂和消毒剂中利用抗菌植物化学物质。

引言

传染病是全球第二大死亡原因。由食源性病原体引起的感染性疾病爆发仍在全球范围内持续发生。每年约有6亿人因食用受污染的食物而生病，导致42万人死亡（世界卫生组织，2024年）。抗生素在控制疫情和治疗食源性疾病方面发挥着关键作用。1928年青霉素的发现标志着抗生素开发的黄金时代的开始。美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了22类抗生素（Walesch等人，2023年）。2023年，全球抗生素消耗量达到了343亿剂，自2016年以来总使用量增加了10.6%（Klein等人，2024年）。然而，抗生素的过度使用和滥用加速了抗生素耐药性（AR）的发展，多重耐药性（MDR）超级病原体的出现和传播增加了医院获得性感染的风险，导致更高的死亡率和更高的医疗成本（Tang等人，2023年）。如果这一趋势继续下去而没有新的药物出现，到2050年每年将有1000万人死于AR（Murray等人，2022年）。

为了应对日益严重的AR挑战，几十年来人们加大了发现新抗菌剂的努力。与传统合成的化学抑菌剂相比，来自可食用和药用植物（EMPs）的抗菌化合物被认为更安全、有效、环保，并符合消费者的偏好（Vaou等人，2021年）。自古以来，EMPs就是治疗性药物的主要来源。中国孟慎在公元713年撰写的第一部专著《食疗本草》中记录了具有治疗作用的食品（Zhao等人，2016年）。2023年，中国国家卫生健康委员会批准了102种既可用于医药也可用于食品的植物。自然疗法（欧洲）、汉方医学（日本）和阿育吠陀（印度）历史上都广泛使用EMPs作为药物和食品。

大量研究表明，来自各种EMPs的植物化学物质是对抗食源性病原体的有希望的抗生素替代品。读者可以参考Hochma等人最近的综述（Hochma等人，2021年）。同时，这些植物化学物质还具有多种健康益处，如抗氧化、抗衰老、抗炎、抗糖尿病、降低血脂和血压以及增强免疫系统的功效（Abdallah等人，2023年）。为了概述这一领域的进展，我们搜索了Web of Science Core Collection数据库，收集了2010年至2026年1月的文献，总结了来自多种EMPs提取物的抗菌活性和机制（如抗生物膜或抗群体感应（QS）作用）、这些植物中提取的新杀菌或抑菌化合物及其相关抗菌功能的结构细节，以及最近在理解这些化合物如何防止食源性病原体增殖方面的进展。此外，还选择性地纳入了一些早于该时间段的文献，因为它们在该领域具有基础性、开创性或持续的重要影响。最后，我们讨论了如何在食品包装材料、防腐剂和食品工业中的消毒剂中利用新的抗菌剂。在此，植物化学物质被定义为来自EMPs的化合物（如生物碱、黄酮类、酚类和萜类）。本综述旨在为进一步研究EMPs的抗菌效果构建一个全面的框架，并为其在食品工业中的应用铺平道路。

部分摘录

来自EMPs提取物的抗菌活性

EMPs为挖掘新的抗菌剂提供了丰富的来源。迄今为止，大约有11个植物科的植物被评估了其抗菌活性，例如豆科、鸢尾科、唇形科、百合科、蔷薇科和姜科，这些植物含有多种生物活性次级代谢物（表1；图1，A至J）。

传统上，从植物中提取生物活性化合物依赖于溶剂萃取，包括浸渍、回流和Soxhelt分离等方法。

EMPs中的植物化学物质及其相关的抗菌活性结构特征

传统的EMPs提供了一种整体和协同的方法，而分离和表征单一植物化学物质的研究为开发新的、高度针对性的抗菌药物铺平了道路。这两种途径对于应对日益严重的AR挑战都至关重要。具有抗菌活性的植物化学物质天然存在于EMPs的根、茎、叶或果实中，如萜类、黄酮类、生物碱、蒽醌、酚类和挥发油（图2，A至T；

来自EMPs的具有抗菌活性的植物化学物质的抗菌机制

来自EMPs的具有抗菌活性的植物化学物质的抗菌机制主要包括对细菌关键成分的合成或功能的化学干预，并绕过了常见的细菌耐药途径。通常，来自EMPs的提取物包含复杂的成分混合物，其综合效果可以超过单个成分的作用。这些成分可以针对并影响细菌细胞的各个方面。

在食品工业中的应用潜力

诸如紫苏（P. frutescens）、薄荷（M. arvensis）、丁香（Syringa oblata Lindl.）和黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）等EMPs已被商业化，用于治疗传染病或作为天然防腐剂，以对抗病原性和/或腐败真菌和细菌。同时，这些植物的次级代谢物（如精油、生物碱、有机酸和黄酮类）也被用作抗菌剂（例如丁香酚、紫苏醛和黄芩苷）（图4

结论

EMPs是挖掘天然抗菌剂的有希望且可持续的来源。本综述系统总结了来自多种EMPs提取物的抗菌活性的最新发现，包括来自这些植物的新抗菌化合物（如萜类、黄酮类、酚类和生物碱）及其相关抗菌功能的结构细节，以及最近在理解这些化合物如何阻止食源性病原体增殖方面的进展。

未来研究方向

显然，阻碍EMPs进一步发展的主要瓶颈是对许多生物活性化合物的精确分子机制和特定细胞靶点理解的不完整。其次，尽管EMPs通常被认为是安全的，但其提取物或生物活性成分在高剂量下的长期安全性和潜在毒性仍需要通过细胞和动物实验进行系统和深入的毒理学研究来验证。对于细胞实验，需要使用特定的细胞系。

作者贡献声明

刘月：撰写——初稿。金寅哲：撰写——审阅与编辑。王永杰：撰写——审阅与编辑。谢璐：撰写——审阅与编辑。陈兰明：撰写——审阅与编辑，资金获取，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了上海市科学技术委员会（资助编号：17050502200）和国家自然科学基金（资助编号：31671946）的支持。