《RSC Advances》：Antimicrobial potential of Miscanthus × giganteus extracts: linking in vitro and in silico activity with in situ efficacy in milkOpen Access
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奇岗芒草（*Miscanthus* × *giganteus*）是一种高生物量、低投入作物，其作为抗菌化合物来源的潜力尚未得到充分开发。本研究考察了从根、根茎、茎和叶中获得的甲醇（MeOH）和二氯甲烷（DCM）提取物的植物化学成分、抗氧化及抗菌特性，并将体
奇岗芒草（*Miscanthus* × *giganteus*）是一种高生物量、低投入作物，其作为抗菌化合物来源的潜力尚未得到充分开发。本研究考察了从根、根茎、茎和叶中获得的甲醇（MeOH）和二氯甲烷（DCM）提取物的植物化学成分、抗氧化及抗菌特性，并将体外试验与分子建模及食品基质验证相结合。靶向UHPLC-MS/MS分析揭示了酚类组成存在显著的器官和溶剂依赖性差异，其中对香豆酸（p-coumaric acid）在根和根茎中占主导，而叶片中则特别富集5-O-咖啡酰奎宁酸（5-O-caffeoylquinic acid）和异荭草苷（isoorientin）。MeOH根提取物表现出最强的总体抗氧化潜力，与其高酚类含量一致。提取物对食源性及致病细菌、丝状真菌和念珠菌属（*Candida* spp.）展现出广谱抗菌活性，其抗菌最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）分别为0.23–1.88 mg mL?1和0.47–3.75 mg mL?1，且活性经常等同于或优于商业食品防腐剂。分子对接、100 ns分子动力学模拟及MM-PBSA分析确定异荭草苷为一种特别有前景的抗菌成分，其与微生物靶标（包括蜡状芽孢杆菌（*Bacillus cereus*）DltA）表现出稳定相互作用。在植物化学、抗菌和计算机模拟研究结果的指导下，研究人员进一步评估了MeOH叶提取物对牛奶中蜡状芽孢杆菌的作用。在2 mg mL?1浓度下，24 h后细菌生长被抑制97%，48 h后仍保持81%的抑制率。这些发现将奇岗芒草鉴定为生物活性化合物的可持续来源，并证明其抗菌活性可在复杂食品基质中得以保留，支持进一步开发基于芒草属的天然保鲜策略。
**论文解读文章**
**研究背景与目的**
食品安全领域长期面临食源性病原微生物污染的重大挑战，尤其乳制品工业中蜡状芽孢杆菌（*Bacillus cereus*）可形成耐热孢子并在加工各阶段存活，常规保鲜手段效果受限。植物源性酚类化合物因具有膜破坏和酶抑制等多重抗菌机制而受到广泛关注。奇岗芒草作为一种高生物量、低投入的禾本科作物，传统上主要用于木质纤维素生物质生产；然而其作为生物活性次生代谢物来源的潜力尚未被充分挖掘。现有文献虽报道了芒草属物种含有具抗氧化和抗菌活性的酚类化合物，但对其不同器官提取物的系统化学表征、抗菌机制阐释及真实食品基质中的效果验证仍较为缺乏。本研究旨在系统评估奇岗芒草根、根茎、茎、叶的甲醇（MeOH）和二氯甲烷（DCM）提取物的植物化学组成、抗氧化与抗菌活性，整合体外试验、分子建模与食品基质验证，以探索其作为天然食品防腐剂的可行性。
**研究方法概述**
研究人员于2017年8月在塞尔维亚贝尔格莱德大学INEP试验田采集奇岗芒草（凭证标本Mg_INEP_01），将根、根茎、茎、叶分离后分别以甲醇或二氯甲烷提取；采用UHPLC(?)HESI-QqQ-MS/MS靶向代谢组学定量分析15种酚类化合物；通过总抗氧化能力（TAC）、铜离子还原法（CUPRAC）、铁离子还原法（FRAP）及DPPH自由基清除试验评估抗氧化活性；以微量肉汤稀释法测定提取物对6种细菌、6种丝状真菌和6株念珠菌的最低抑菌浓度（MIC）与最低杀菌/杀真菌浓度（MBC/MFC）；运用分子对接、100 ns分子动力学模拟和MM-PBSA自由能计算分析关键化合物与微生物靶蛋白的相互作用；最后将最优提取物在牛奶基质中对蜡状芽孢杆菌进行原位抑菌验证。
**研究结果**
**3.1 化学分析**
酚类组成在不同器官和溶剂间呈现显著差异。MeOH提取物的酚类总量显著高于DCM提取物：MeOH根提取物总酚含量最高（22,763.86 μg g
?1），其次为根茎（9,312.82 μg g
?1）、茎（5,925.43 μg g
?1）和叶（4,873.16 μg g
?1），而DCM提取物总量仅为235.76–604.30 μg g
?1。对香豆酸是主要成分，在MeOH根提取物中高达22,511.64 μg g
?1；叶片提取物以5-O-咖啡酰奎宁酸（2,864.49 μg g
?1）、异荭草苷（937.07 μg g
?1）和牡荆素（134.80 μg g
?1）富集为特征。异鼠李素-3-O-芸香糖苷仅在叶片MeOH提取物中检出，木犀草素仅在根MeOH提取物中检出。
**3.2 抗氧化活性**
所有提取物均表现出广泛抗氧化活性。MeOH根提取物具有最高的总抗氧化能力（594.9 mg TE g
?1）、FRAP值（50.3 mg AAE g
?1）和最低的DPPH EC
50（0.6 mg mL
?1），与其最高酚含量一致。DCM根提取物在CUPRAC试验中活性最强（51.2 mg AAE g
?1）。Pearson相关性分析显示总酚含量与FRAP和TAC呈显著正相关，与DPPH EC
50呈负相关（p < 0.05），表明酚类化合物是抗氧化活性的主要贡献者。
**3.3 抗菌活性**
所有提取物均具抗菌活性，MIC和MBC范围分别为0.23–1.88 mg mL
?1和0.47–3.75 mg mL
?1。MeOH根茎和DCM茎提取物对蜡状芽孢杆菌活性最强（MIC/MBC = 0.23/0.47 mg mL
?1）；DCM茎提取物对金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和阴沟肠杆菌的MIC均为0.47 mg mL
?1。抗真菌活性各提取物较为一致（MIC 0.23–0.94 mg mL
?1），MeOH根提取物对杂色曲霉和绳状青霉MIC低至0.23 mg mL
?1。抗念珠菌活性MIC为0.25–1.00 mg mL
?1，热带念珠菌最敏感（MIC低至0.25 mg mL
?1）。多数提取物对丝状真菌的活性优于商业防腐剂E211和E224，但对念珠菌活性低于酮康唑。
**3.4 分子对接与分子动力学模拟**
分子对接筛选了对香豆酸、鞣花酸、5-O-咖啡酰奎宁酸和异荭草苷与来自8种微生物的关键靶蛋白的结合亲和力。异荭草苷对白色念珠菌XOG1和金黄色葡萄球菌MurE表现出最高结合亲和力。经结合能（≤?9 kcal mol
?1）、RMSD（≤2）和氢键数（≥4）筛选后，对香豆酸被排除后续分析。100 ns分子动力学模拟和MM-PBSA分析表明，异荭草苷与白色念珠菌XOG1、肠道沙门菌伤寒血清型Gyrase A和蜡状芽孢杆菌DltA形成最稳定复合物，表现为低RMSD、低RMSF、稳定的氢键网络和合理溶剂可及表面积；鞣花酸对白色念珠菌XOG1也显示良好稳定性；5-O-咖啡酰奎宁酸虽具一定结合能力，但部分复合物稳定性中等或偏低。
**3.5 牛奶原位抑菌活性**
基于体外和计算机模拟结果，研究人员选择富集异荭草苷和5-O-咖啡酰奎宁酸的叶片MeOH提取物在商业牛奶中验证其对蜡状芽孢杆菌的抑制效果。在2 mg mL
?1浓度下，24 h抑制率达97%，48 h后仍保持81%的抑制率，显著高于溶剂对照（24 h为34%，48 h为25%）和1 mg mL
?1处理组（48 h降至28%），表现出剂量依赖性和持久抑菌效果。
**讨论与结论**
讨论部分指出，对香豆酸在根部的高丰度可能与其参与根系微生物互作和根际信号传导有关；提取效率受溶剂极性显著影响，MeOH有利于极性酚酸和黄酮苷的回收，而DCM可选择性提取特定黄酮。抗菌活性可能归因于酚类化合物的多靶点作用机制，包括膜通透性改变和酶抑制；分子模拟结果支持异荭草苷作为广谱抗菌先导化合物的潜力。牛奶原位实验证实提取物在复杂食品基质中能长时间抑制蜡状芽孢杆菌，结合其抗氧化活性，提示其有望作为乳制品天然防腐剂。研究结论强调，奇岗芒草是天然抗氧化剂和抗菌化合物的可持续来源，其活性可在食品基质中保留；未来应聚焦于活性成分的深入表征和生产成本效益评估。
