周 凤 张佳雯 刘海雄 胡嘉淼

(1. 福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2. 福建农林大学金山学院，福建 福州 350002)

中国果蔬和水产品总量近10年来一直位居世界第一[1]。由于酶和微生物等不良作用[2]，2010年，中国果蔬、肉类、水产品流通腐损率分别达20%～30%，12%，15%，仅果蔬一类每年损失就达1 000亿元人民币以上[3]。

多金属氧酸盐(Polyoxometalats，POMs)通常被称为多酸，是过渡金属(如MoⅥ、WⅥ、VⅤ、NbⅤ、TaⅤ等)通过氧连接而形成的金属—氧簇类化合物，呈四面体或八面体，这些多面体通过共边、共面或者共角的形式形成了结构和功能多样性的多核金属氧簇化合物[4-5]。目前，被公认的多金属氧酸盐有6种构型：Keggin、Well-Dawson、

Anderson、Waugh、Silverton、Lindqust[6](见图1)。此外，多金属氧酸盐衍生结构也不断出现，如Strandberg型和Weakely型[7]。由于其特殊的结构及性质，多金属氧酸盐被广泛应用于化学催化[8-9]、传感器[10-11]、染料/颜料[12-13]等行业。此外，在抗肿瘤[14-15]、抗病毒[16-17]方面的活性也得到广泛的研究。文章拟重点从多金属氧酸盐的抑酶、抑菌角度介绍其在食品保鲜领域的相关研究进展，为进一步探究和研发多金属氧酸盐在食品工业的应用提供参考[18-20]。

图1 6种类型多金属氧酸盐

1 多金属氧酸盐的抑酶能力

1.1 在果蔬保鲜中的应用

近年来，基于多金属氧酸盐显著的抑酶能力不断被开发并应用于食品保鲜等领域，如在果蔬保鲜领域中，多金属氧酸盐可延缓果蔬褐变，延长保质期等。Chen等[21]发现α-Na8SiW11CoO40对蘑菇酪氨酸酶具有明显的抑制作用(P<0.05)，存在剂量—效应关系，且为不可逆的竞争性缓蚀剂；POM在保持鲜切苹果营养成分的同时，显著减缓了苹果切片的褐变速率和PPO活性。Xing等[22]合成了两种含甘氨酸的Keggin多金属氧酸盐，分别为(HGly)3PW12O40(GPW)和(HGly)4SiW12O40(GSiW)，这两种化合物均具有显著的抑酶活性，其中GSiW抑酶活性更强。Xing等[23]以铁取代磷钼酸(Na6PMo11FeO40，PMo11Fe)，通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳发现随着多金属氧酸盐浓度的增加，酪氨酸酶活性染色条带逐渐消失，显示出显著的抑酶活性，且PMo11Fe以非共价键的形式可逆的与酶结合，导致酶活性降低；短期内(0～10 d)，PMo11Fe能显著延缓莲藕片的褐变速度，抑制多酚氧化酶活性，提高过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性。郑阿萍[24]研究发现Keggin型多金属氧酸盐(Na3PW12O40)对山药多酚氧化酶具有非竞争型抑制作用，H4SiW12O40·xH2O (SiW12)、H3PW12O40·xH2O (PW12)、α-1,2,3-K6H[SiW9V3O40] (SiW9V3)、α-K5[SiW11VO40] (SiW11V) 4种多金属氧酸盐可抑制红毛丹果实的褐变与腐烂，其中PW12的效果最佳。

1.2 在水产保鲜中的应用

户晶晶等[25]研究发现，(NH4)12[Mo36O108(NO)4(H2O)16]·33H2O (Mo36)和[Mo36O112(OH2)16(H2bipy)4]•28H2O (Mo36-bipy) 2种高核钼簇对酪氨酸二酚酶活性具有抑制作用，且Mo36-bipy对酪氨酸二酚酶的抑制作用弱于Mo36，抑制类型分别为可逆混合性抑制和可逆性竞争抑制；采用Mo36和Mo36-bipy对凡纳滨对虾进行处理后，其贮藏期延长至5～7 d，延缓了对虾的黑变现象，其中Mo36-bipy的保鲜效果更好。

2 多金属氧酸盐的抑菌能力

食源性致病菌是影响食品安全和保鲜的重要因素之一，存在于食品加工、储存、运输以及销售等各个环节[26]。目前，中国食品标准体系已明确制定出食品中沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌O157/H7、侵袭性大肠希氏菌、坂崎肠杆菌、副溶血性弧菌、志贺氏菌等的限量标准。

2.1 多金属氧酸盐的抑菌活性

吕宝兰等[27]报道了8种多金属氧酸盐(CoW11、CoW11Zn、FeW11、FeW11Co、La2P2TiW10、SiW6Mo6、SiW12、PW12)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果，除SiW6Mo6、SiW12组不能凝固培养基无法比较外，其余多金属氧酸盐皆表现出了明显的抑菌能力，其中PW12对两种细菌的抑菌能力最强，La2P2TiW10的抑菌效果最差。陈丙年等[28]利用纸片扩散法测量抑菌圈发现，3种钒取代的硅钨酸盐(SiW9V3O40、SiW10V2O40、SiW11VO40)以及钨酸盐(SiW12)对青霉抑菌效果不明显，但对大肠杆菌、枯草芽抱杆菌、酵母菌等均具有明显的抑菌效果。Xing等[29]合成了Keggin型铜取代磷钼酸(Na7PMo11CuO40，PMo11Cu)并通过牛津杯法发现PMo11Cu对黄链球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌具有不同程度的抑菌活性，且受细胞结构影响表现出对球菌的抑制效果更好。谢乐芳等[30]以PMo12母体合成了PMo11Mn、PMo11Fe、PMo11Zn、PMo11Co、PMo11Ni 5种衍生物，并通过牛津杯法发现6种化合物对藤黄八叠球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌均具有明显的抑制活性，且由于细菌细胞结构的不同，多酸对球菌的抑制活性强于杆菌的。

2.2 影响多金属氧酸盐抑菌活性的因素

Inoue等[31]探究了Keggin和非Keggin结构的多金属氧钨酸盐和多钼酸盐对药物敏感和耐药幽门螺杆菌菌株的抗菌活性影响，发现多氧钨酸盐(特别是高负电荷的Keggin结构的As4W40和Sb9W21)对阿莫西林(AMX)、克拉霉素(CLR)和甲硝唑(MTZ)敏感、CLR抗性和MTZ抗性的幽门螺杆菌菌株显示出较强的抗菌活性，进入细菌后诱导细菌形态向U型或球状转变，随后产生杀菌作用(如As4W40、Sb9W21)或抑菌作用(如SiVW11)。冯珍鸽[32]研究发现，多金属氧酸盐的钒含量、钒取代量未对细菌的抗菌活性产生影响，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌产生显著的抗菌活性；当温度为28 ℃时，多金属氧酸盐中心原子价态影响细菌的抗菌活性，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌和黑曲霉有不同程度的抗菌效果；不同钒含量的多金属氧酸盐对黑曲霉菌抑制效果不显著，而不同钒取代量和中心原子价态的多金属氧酸盐仅对青霉菌抑制效果差。Gu等[20]研究了几种具有不同阴离子结构的多金属氧酸盐对金黄色葡萄球菌(YB57)、屎肠球菌(SA2和SA3)、金黄色葡萄球菌(USA300)、粪肠球菌(FA2和FA3)、鲍曼不动杆菌(ABC3)和肺炎链球菌(SP)等菌的抗菌活性，发现含铈元素的多金属氧酸盐化合物具有较好的抗菌活性，邻菲咯啉的无机—有机杂化化合物中[Cu(phen)(H2O)(Mo3O10)]具有更宽的抑菌谱，且对ABC3、FA2、FA3、YB57、USA300有抑菌效果；而[{Cu(phen)2}2(H4W12O40)]只对FA2有抑菌效果；单取代Keggin类化合物K5PW11TiO40·14H2O对YB57、USA300有抑菌效果；单一的Lindquist阴离子与镧系元素的配合物Na7CeW10O35·26H2O对SA5、SA1、SP、USA300有抑菌效果；单空腔Keggin阴离子与镧系元素的配合物K13[Ce(SiW11O39)2] ·26H2O对SA5、SA1、SP、USA300有抑制效果，而K13[La(SiW11O39)2]·26H2O只对YB57、USA300有抑菌效果；电镜扫描发现多金属氧酸盐处理后的USA300表面形态发生了明显的变化，由光滑的球形变为龟裂的扁平球形。

2.3 多金属氧酸盐的抑菌机制

Inoue等[33]报道了K6[P2W18O62]·14H2O (P2W18)、K4[SiMo12O40]·3H2O (SiMo12)和K7[PTi2W10O40]·6H2O (PTi2W10)与苯唑西林联用，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和万古霉素耐药金黄色葡萄球菌(VRSA)具有协同抑制作用；X射线能谱分析表明P2W18处理的菌株多金属氧钨原子定位在细胞外围，而P2W18和SiMo12的生物还原在MRSA和VRSA细胞内进行，多金属氧酸盐可以穿透由肽聚糖组成的细胞壁，到达细胞膜；RTPCR电泳分析证实多金属氧酸盐可能通过抑制mecA和pbp基因对mRNAs的转录过程，实现抑菌作用增强。Li等[34]利用静电作用将阳离子肽(L1)与多金属氧酸盐H4SiW12O40(HSiW)进行离子自组装合成L1/HSiW纳米纤维，提高了短肽的生物稳定性，并通过对光密度监测发现L1/HSiW纳米纤维对大肠杆菌的抗菌活性显著高于母体，且最小抑制浓度为60 mmol/L；激光扫描共聚焦显微镜结果显示，L1/HSiW纳米纤维处理后，大肠杆菌细胞膜发生破裂，细菌死亡。郭栓丽[35]发现两种多酸化合物Ag3PW12O40和Zn3(FLC)6V10O18[Zn(flc)]对病原真菌白色念珠菌、热带念珠菌等临床分离菌有体外抑制活性，且具有明显的剂量和时效效应；两种多酸作用白色念珠菌HL963后，其细胞膜麦角固醇生成受到抑制，其中Zn(flc)的抑制效果强于Ag3PW12O40的，抑制率高达(92.02±2.22)%，麦角固醇合成通路上的基因水平(ERG1、ERG7、ERG11等)较正常组显著上调，最终达到抑制效果。

2.4 多金属氧酸盐的改性或协同抑菌研究

黄群增等[36]利用液相法将钨磷酸和甲壳低聚糖合成新型低聚糖，且新型低聚糖对酵母菌、黑曲菌以及金黄色葡萄球菌具有一定的抑菌能力，并推测其广谱的抑菌能力是因为新型低聚糖较母体具有更强的强固着力，更容易通过胞吞作用进入细菌细胞，影响细胞正常呼吸作用和营养物质摄入，导致细胞死亡。Yang等[37]以Keggin型多金属氧酸盐H5PV2Mo10O40(POM)和多孔竹炭(BC)为基体，通过活化和固定化工艺制备了纳米复合材料(BC/POM)，并探究了BC/POM对革兰氏阴性铜绿假单胞菌、环丙沙星耐药铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和大肠杆菌JM109的抗菌活性。结果表明，培养24 h后，BC/POM对细菌的抑制区为9.4～27.0 mm，而BC未显示任何抑菌区；BC/POM复的MIC值为4～128 μg/mL，MBC值为16～256 μg/mL。BC/POM对革兰氏阴性铜绿假单胞菌、环丙沙星耐药铜绿假单胞菌、大肠埃希菌JM109有较强的抑菌活性，提示POM的高负电荷很可能会刺激细胞，导致细菌形态容易从菌状转变为球状，最终导致细菌死亡。Wu等[38]研究以Keggin型多金属氧酸盐H5PV2Mo10O40和氨基硅改性硅酸盐[Ormosil和Ormosil(NR4+Cl-)]杂化材料为基础合成了纳米杂化膜，并采用抑菌圈法、最低抑菌浓度(MIC)法等研究了纳米杂化膜对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的抑菌效果。研究发现Ormosil/POM和Ormosil(NR4+Cl-)/POM杂化膜或者浸渍物对革兰氏阴性铜绿假单胞菌、环丙沙星耐药铜绿假单胞菌、大肠杆菌和大肠杆菌JM109以及革兰氏阳性金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌具有抑菌效果。杂交物的抗菌活性大小为Ormosil(NR4+Cl-)/POM>Ormosil/POM>Ormosil，POM含有Ormosil和带负电荷的阴离子是其抗革兰氏细菌活性的重要因素，再次证实了POM的高负电荷更能刺激细胞死亡。

多金属氧酸盐与其他化合物联合使用后，两者具有协同抗菌作用，可增强抗菌活性。Hemant等[39]报道了多金属氧酸盐(POM)对银纳米颗粒(AgNPs)进行表面修饰后，可以提高其抗菌潜力，酪氨酸还原型AgNPs(AgNPsY)能充当POMs的载体和稳定剂，而POMs表面电晕增强了对细菌细胞的物理损伤，AgNPs和POMs具有协同抗菌作用。Liu等[40]合成了一种特殊的基于多金属氧酸盐(POMS)和钴—加替沙星(GT)的无机—有机抗菌配合物[CoII(C19FH22N3O4)3][C19FH23N3O4][HSiW12O40]·23H2O，若复合物中的GT组分与游离GT控制在相同的摩尔浓度，复合物可产生最大的抗菌面积；杂多阴离子与GT的整合对抗菌活性具有协同作用。Yu等[41]通过静电逐层自组装方法，将多金属氧酸盐(NH4)5H4PV6Mo6O40·6H2O (PV6Mo6)和甲基紫(MV)制成的有机—无机复合膜具有明显的大肠杆菌抑制作用；单层PEI和{PEI/(PSS/MV)}薄膜的抗菌测试未显示出抗菌活性，而{PEI /(PV6Mo6/MV)n} (n=40)膜具有明显的抑制区域，表明MV可通过与多金属亚铬酸盐结合而固定在LBL多层膜上，从而表现出很好的针对大肠杆菌的抗菌活性。

3 多金属氧酸盐其他生物活性的应用

3.1 多金属氧酸盐的抗肿瘤应用

1826年，Berzerius等发现了多金属氧酸盐，随后其生物活性逐渐被应用于各个领域[42]。Raynaud等[43]发现多金属氧酸盐(硅钨酸盐)对小鼠白血病肉瘤组病毒具有抑制作用。在Yamase等[44]研究的基础上，Ogata等[45]合成制备了[NH3Pri]6[Mo7O24]3H2O (PM-8)，并证实PM-8可抑制人胰腺癌细胞系AsPC-1生长并引起细胞DNA断裂。谭荣欣等[46]利用水溶液法合成了4种Keggin型含钛多金属氧酸盐(γ-GeTi2、α-GeTi3、γ-SiTi2、α-SiTi3)，并证实这4种化合物对H22肝癌细胞和S180肉瘤细胞增殖具有良好的抑制作用。Li等[15]研究发现5个Keggin类型的含稀土多金属氧酸盐(HPB 1-5)对6种肿瘤细胞株(HepG2、U87、U251、A549、Hela、MCF7)具有显著的杀伤作用。Sabarinathan等[47]合成的钨硅簇合物配位的有机—无机杂化材料[Cu(Dmbpy)]2[SiW12O40]·8H2O (POM-TMC)对人皮肤癌细胞(A375)具有抗增殖活性，POM-TMC作用后的细胞呈浓缩缩小形态，且对肿瘤细胞的IC50值为68.31 mg/mL，显示出良好的开发利用价值。

3.2 多金属氧酸盐的抗病毒应用

Qi等[48]发现杂多钨酸盐[K4(H2O)8Cl][K4(H2O)4PTi2W10O40]·NH2OH在体外能有效抑制HepG2细胞中乙型肝炎病毒(HBV)的复制。Qi等[49]发现Cs2K4Na[SiW9Nb3O40]·H2O(POM-12)可以在纳米分子范围内特异性抑制丙型肝炎病毒(HCV)感染，但对水泡性口炎病毒(VSV)感染没有显著影响，对流感病毒感染的抑制作用较弱；POM-12可破坏HCV包膜，从而破坏病毒颗粒的完整性。Wang等[50]报道了(POM-12)对流感病毒、单纯疱疹病毒和HIV-1具有广泛高效的抗病毒活性，其机制为多金属氧酸盐能直接作用于细胞表面。Li等[16]发现POM-12可显著降低小鼠血清HBV DNA、HBsAg和肝脏HBsAg水平，但治疗后，肝组织HBV RNA未见明显下降；治疗28 d后，血清HBV DNA下降98%，且对HBV DNA的抑制率高于相同剂量的ADV，提示POM-12具有成为新型抗病毒药物的潜力。

4 多金属氧酸盐的安全性研究

多金属氧酸盐由于其在抑菌、抑酶等方面所表现出的显著活性，在食品化学、果蔬保鲜、医学等领域有着巨大的应用潜力，同时，国内外对多金属氧酸盐的安全性也有所研究。刘霞等[51-52]研究发现，低浓度(100 μg/mL以下)的含磺胺多金属氧酸盐对人胚胎成纤维细胞无明显毒性。Sabarinathan等[47]发现钨硅簇合物配位的有机—无机杂化材料对正常细胞系(Vero)的IC50值显著高于人皮肤癌细胞的，且对正常细胞的细胞毒性较低。此外，多金属氧酸盐也被应用于临床人体试验，用于探索其抗HIV病毒活性[53]。

5 总结与展望

近年来，多金属氧酸盐在食品化学、果蔬保鲜、营养学、医学等领域的研究表明，多金属氧酸盐具有多种显著的生物活性。同时，多金属氧酸盐以其显著的抑菌和抑酶活性，以及实惠易得等特性有望成为新型食品保鲜剂或与其他食用膜等联合，用于生鲜食品保鲜等，以减少食品公共卫生安全问题。但多金属氧酸盐在生物体内的代谢过程中，是否会产生其他不利于生物体的衍生产物和有害物质以及对内环境的影响作用尚不明确，对体内的活性研究存在不足。