蜂蜜中的抗菌活性物质

蜂蜜是重要的药食同源的天然产物，有着悠久的使用历史。在食品领域，古人曾用蜂蜜腌制肉类，不仅能防腐变质且风味独特，至今市场上仍存在形形色色的天然蜂蜜和蜂蜜制品。蜂蜜可用于创伤和烧伤等外伤的愈合剂，既能起到抑菌杀菌的作用，又能促进创面的愈合，同时能缓解疼痛且价廉易得。目前，蜂蜜能够辅助治疗外伤和消化道系统等疾病，在食品和医药应用领域具有巨大的潜力。

近年来，由于抗生素的广泛使用甚至滥用，病原微生物已经出现多重耐药的现象，这对人类健康构成重大威胁。因此，天然抗菌药物的研究与开发对抑制病原微生物的感染与传播意义重大。蜂蜜作为一种天然抗菌剂，含有多种抗菌活性物质，如甲基乙二醛、过氧化氢、多酚、抗菌肽和王浆主蛋白等。研究表明，过氧化氢的产生是蜂蜜发挥抑菌和杀菌活性的主要机制，过氧化氢含量与蜂蜜的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(，MBC)紧密相关。在蜂蜜的稀释过程中，葡萄糖氧化酶(GOx)被激活，将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，并将氧气还原成过氧化氢。

1941年，德国科学家Gauhe首次提出葡萄糖氧化酶在工蜂咽下腺合成。就蜜蜂而言，由于蜂种、发育阶段、分工以及饮食不同，其咽下腺的葡萄糖氧化酶水平有所差异，因而不同蜂蜜中所含过氧化氢浓度不同，抗菌活性亦有所区别。

一般而言，蜂蜜产生的过氧化氢仅为通用杀菌剂(如3%双氧水) 浓度的千分之一，这一低浓度的过氧化氢既能有效杀死细菌，又不损害正常细胞，使得蜂蜜可作为良好的创伤敷料加以应用。蜂蜜中过氧化氢释放的氧原子可与致病菌所含酶蛋白的巯基(-SH)相结合，由此改变了酶的结构，进而使酶失活，使细菌的生长代谢受到抑制，从而达到抑菌杀菌的效果。研究发现，当蜂蜜用过氧化氢酶处理后，其抗菌活性大大降低，从而确定过氧化氢是蜂蜜中最重要的抗菌活性物质。因此，过氧化氢的产生和降解途径对蜂蜜的抗菌活性具有重要意义。

本文综述了蜂蜜中主要抗菌活性物质的研究进展，并重点围绕蜂蜜中过氧化氢以及葡萄糖氧化酶产生过氧化氢的过程进行了归纳总结，阐明了蜂蜜中影响葡萄糖氧化酶活性的物理或化学因素、过氧化氢合成(除了蜜蜂来源的葡萄糖氧化酶)和分解(除了植物来源的过氧化氢酶)的其他途径，同时，围绕蜂蜜胶体结构和过氧化氢产生之间的因果关系，以加深我们对过氧化氢产生和分解途径的理解，同时为蜂蜜抗菌活性的应用研究提供理论依据。

1. 蜂蜜中的抗菌活性物质

近年来的研究表明，蜂蜜中含有多种天然抗菌活性成分，如甲基乙二醛、过氧化氢、多酚、抗菌肽及王浆主蛋白等，这些活性成分均赋予蜂蜜具有广谱的抗菌作用，为研发新的抗菌药物提供了一种途径。下文将详细阐述蜂蜜中主要抗菌活性物质的相关研究进展。

1.1甲基乙二醛

甲基乙二醛(Methylglyoxal，MGO)普遍存在于所有的蜂蜜中，然而，其含量在麦卢卡蜂蜜中最高，约为普通蜂蜜的100倍，视为麦卢卡蜂蜜最重要的抗菌物质基础，因此麦卢卡蜂蜜具有更强的抗菌效果。MGO是由麦卢卡花蜜中的二羟基丙酮转化而来，这一过程不需要酶的参与。据报道，麦卢卡花蜜中只能检测到二羟基丙酮，随着蜂蜜成熟度的增加，新鲜蜂蜜中高含量的二羟基丙酮将慢慢转化成MGO，二羟基丙酮的含量逐渐降低，而MGO的含量缓慢上升。研究表明，不同类型和不同地区的麦卢卡蜂蜜其抗菌特性有所差异，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有广谱的抗菌作用，但对革兰氏阳性菌的抑制效果更好，同时，麦卢卡蜂蜜在非过氧化物抗菌活性上居于首位。总而言之，甲基乙二醛是麦卢卡蜂蜜中特有的重要抗菌活性物质。

1.2 多酚类物质

多酚类物质主要来源于蜜蜂采集的开花植物，包括酚酸和黄酮类化合物，因此不同蜂蜜中所含酚类化合物的种类和数量差异显著。黄酮类化合物具有清除自由基、抗菌、抗肿瘤、抗病毒及免疫调节等多种生物学活性。2017年，王笑笑等利用UPLC-MS/MS技术测定蜂蜜中黄酮的组分及含量，研究表明，所有供试蜂蜜均具有抗菌活性，不同蜂蜜所含黄酮浓度具有显著差异，黄酮含量越高的蜂蜜其抗菌活性越强，说明黄酮在蜂蜜的抗菌活性中具有重要贡献。

相关研究表明，黄酮类物质可增强致病菌的细胞壁通透性，破坏其细胞膜结构，提高胞内活性氧水平，从而达到抑菌的作用。其次，酚酸化合物是含有酚羟基和羧基的一种有机酸，其结构特点为蜂蜜创造了酸性环境，因而对蜂蜜的抗菌活性具有重要作用。另外，有研究表明，酚酸可下调多重耐药大肠杆菌脂质代谢通路上部分关键酶的表达，致其鞭毛脱落，细胞膜破损，抑制了其生长发育，从而起到抑菌的效果。

1.3 抗菌肽和王浆主蛋白

除了葡萄糖和果糖外，蜂蜜中还含有少量蛋白质，这些蛋白成分主要来自采集蜂自身腺体的分泌物，其次来源于花粉粒或蜜蜂身体残留。其中，具有抑菌或杀菌活性的蛋白质主要是抗菌肽和王浆主蛋白。目前，在医用级蜂蜜中发现了由工蜂咽下腺分泌的防御素-1蛋白，其抗菌谱较为广泛，如铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和屎肠球菌等，防御素-1亦可抑制肿瘤细胞的生长，对正常动物细胞没有杀伤作用。不同蜂蜜中抗菌肽的含量有所差异。

王浆主蛋白(MRJPs)是蜂蜜中含量最多的蛋白质，占总蛋白的90%。2015年研究发现蜂蜜中含有王浆主蛋白，并证明其对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌等具有广谱的抗菌活性。2021年，Feng等探究蜂王浆中N糖基化的王浆主蛋白2可通过扰乱幼虫芽孢杆菌的细胞壁生物合成，增加细胞膜通透性，阻碍有氧呼吸，抑制细胞分裂和诱导细胞死亡而起到抑菌的效果。因此，蜜蜂来源的抗菌肽和王浆主蛋白成分对蜂蜜的抗菌活性具有一定影响。

1.4 过氧化氢

成熟蜂蜜是蜜蜂采集花蜜并混入自身分泌物，经过发酵形成的过饱和糖溶液，其中糖类含量最高，以葡萄糖和果糖为主，两者占蜂蜜总糖含量的85%~95%。除此之外，蜂蜜中还含有蜜蜂分泌的酶类化合物，包括葡萄糖氧化酶、淀粉酶、过氧化酶及磷酸酯酶等。而蜂蜜中过氧化氢主要是由葡萄糖氧化酶催化葡萄糖形成。体外实验表明，葡萄糖氧化酶将葡萄糖和氧气经过两步氧化还原反应生成过氧化氢，在此过程中，黄素腺嘌呤二核苷酸辅因子对葡萄糖氧化酶的氧化还原活性至关重要。

第一步是还原反应，葡萄糖氧化酶将β-天-葡萄糖第一个羟基上的2个电子和1个质子转移给FAD辅因子，从而催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸内酯。在水溶液中，葡萄糖酸内酯从葡萄糖氧化酶上脱落并通过自发水解生成葡萄糖酸。第二步是氧化反应，氧气将还原型GOx-FADH2再次氧化，FADH2将2个电子转移给氧气，同时生成过氧化氢(如图1所示)。该反应遵循“乒乓”动力学，即只有当葡萄糖从葡萄糖氧化酶上脱落且GOx-FADH2被氧化后，葡萄糖氧化酶才能结合氧气。

过氧化氢的形成依赖于FAD辅酶因子顺利完成氧化还原循环。葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖的总速率取决于两个半反应的动力学，即葡萄糖氧化酶与葡萄糖的动力学以及依赖氧分子的FAD再氧化动力学。随后，生成的过氧化氢在过氧化氢酶的作用下生成水和氧气。过氧化氢和中间物葡萄糖酸内酯的有效去除可使反应单向进行，并防止葡萄糖氧化酶被氧化。

图1   葡萄糖氧化酶反应与过氧化氢的产生