沙芥果實(shí)精油抗氧化及抑菌活性的研究

李 娜，賈利霞，付娜娜，郝麗珍，黃修梅，張鳳蘭

植物精油是指萃取于植物不同部位并具有強(qiáng)烈芳香成分的揮發(fā)油[1]。植物精油中含有酚類、烯類、萜類和醛酮類等化合物，具有廣泛的抑菌、殺蟲、抗毒素和抗氧化性能[2]，可以作為天然抑菌劑和抗氧化劑的原料，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)等領(lǐng)域[3-5]。目前在食品中使用的抗氧化劑和抑菌劑有人工合成和天然兩類，人工合成的抗氧化劑和抑菌劑由于毒性、殘留高以及不可生物降解等問題，影響在食品中的應(yīng)用[6-9]。因此，研發(fā)能夠廣泛應(yīng)用于各類食品的新型、綠色、安全、高效、成本低廉的天然抗氧化劑和抑菌劑已經(jīng)成為研究人員關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)。如斯里蘭卡和印尼肉桂精油抗氧化活性優(yōu)于合成劑2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）[10]；從大蒜中提取抗氧化成分，制成的大蒜精油來自食源性蔬菜，安全性高[11]。將植物精油開發(fā)為微膠囊、涂膜劑、脂質(zhì)體、氣霧劑等制劑，可以在食品的生產(chǎn)和保鮮中起到更好的抑菌作用[12]。

沙芥（Pugionium cornutum）為十字花科沙芥屬二年生草本植物，為我國(guó)特有種，是一種藥食兼用的沙生野生蔬菜，具有“沙漠人參”的美稱。沙芥富含粗蛋白、氨基酸、糖、纖維素和礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)成分[13]及甙類、酚類、鞣質(zhì)、有機(jī)酸、皂甙、黃酮、內(nèi)酯、香豆素、生物堿、甾醇等化學(xué)成分[14]。據(jù)《中藥大辭典》記載，沙芥可入中藥，具有行氣、止痛、消食、解毒，治療消化不良、胸脅脹滿、食物中毒的作用[15]。近年來，對(duì)沙芥的研究主要集中在引種馴化栽培[16]、抗逆性[17-19]、優(yōu)良基因挖掘[20-21]等方面，對(duì)其開發(fā)利用研究缺乏足夠的關(guān)注，特別是對(duì)其精油的抗氧化和抑菌研究不夠充分。本試驗(yàn)采用水蒸氣蒸餾法提取沙芥果實(shí)精油，并對(duì)其抗氧化和抑菌能力進(jìn)行了測(cè)定，為進(jìn)一步開發(fā)利用沙芥果實(shí)精油產(chǎn)品提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

沙芥果實(shí)采自騰格里沙漠。菌種：大腸桿菌（Escherichia coli）、啤酒酵母（Saccharmyces cerevisia）和解脂假絲酵母（Candida lipolytica）由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院植物病理研究室提供；金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、李斯特菌（Listera monocytogenes）和黑曲霉（Aspergillus niger）由廣東環(huán)凱微生物研究所提供。培養(yǎng)基：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬鈴薯蔗糖瓊脂培養(yǎng)基、胰蛋白胨大豆酵母浸膏瓊脂培養(yǎng)基。

1.2 沙芥果實(shí)精油的制備

采用水蒸氣蒸餾法制備沙芥果實(shí)精油，將沙芥果實(shí)粉碎，取100 g 置圓底燒瓶中，浸泡3 h，蒸餾2 h，料液比18∶1。蒸餾提取物用無水硫酸鈉干燥，得到具有辛辣味、淡黃色、透明特征的油狀物即為沙芥果實(shí)精油。

1.3 沙芥果實(shí)精油體外抗氧化活性測(cè)定

沙芥果實(shí)精油乳化液樣品：用1%的吐溫80 水溶液作稀釋劑制成2、4、6、8、10、20、30、40 mg/mL 的沙芥果實(shí)精油稀釋液，以1%的吐溫80 水溶液為空白對(duì)照。2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和維生素C（VC）的反應(yīng)體系與樣品相同，作為陽(yáng)性對(duì)照。每樣品重復(fù)3 次，取平均值。

1.3.1 清除·OH 能力的測(cè)定 沙芥果實(shí)精油對(duì)·OH的清除作用采用水楊酸捕獲法[22]。

式中，Ai為加樣品溶液的吸光度；Aj為不加顯色劑樣品的本底值；Ae為未加樣品溶液的吸光度。

1.3.2 清除·O2-能力的測(cè)定 沙芥果實(shí)精油對(duì)·O2-的清除作用采用核黃素光照還原法[23]。

式中，Ac為未加樣品溶液的吸光度；As為加樣品溶液的吸光度。

1.3.3 還原能力的測(cè)定 沙芥果實(shí)精油還原能力的測(cè)定采用鐵氰化鉀還原法[24]。

1.4 沙芥果實(shí)精油抑菌活性的測(cè)定

采用濾紙片擴(kuò)散法檢測(cè)樣品的抑菌能力[25-26]。將無菌小濾紙片浸泡在1.3 所述不同濃度的沙芥果實(shí)精油稀釋液中約30 min，瀝干貼于含菌的培養(yǎng)皿中，每皿貼2 片，放置恒溫培養(yǎng)箱中。以浸泡在1%吐溫80 水溶液的貼片為空白對(duì)照，每皿貼2 片與樣品呈四角放置。細(xì)菌在37 ℃下培養(yǎng)24 h，真菌在26 ℃下培養(yǎng)48～72 h。觀察菌體生長(zhǎng)情況，生長(zhǎng)菌體為陽(yáng)性（+），不生長(zhǎng)菌體為陰性（-），以不生長(zhǎng)菌體精油的最低濃度為精油的最小抑菌濃度（MIC）。記錄形成的抑菌圈直徑。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行分析，Microsoft Excel 2016 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙芥果實(shí)精油抗氧化活力的分析

2.1.1 沙芥果實(shí)精油對(duì)·OH 的清除作用 由圖1 可知，沙芥果實(shí)精油對(duì)·OH 的清除率隨著反應(yīng)體系中精油濃度的增加而增大，且相同濃度下沙芥果實(shí)精油對(duì)·OH 的清除率要小于VC 而大于BHT。當(dāng)濃度為40 mg/mL 時(shí)，沙芥果實(shí)精油的清除率達(dá)到最大值。

圖1 沙芥果實(shí)精油對(duì)·OH 的清除作用

由表1 可知，IC50表示抗氧化劑達(dá)到50%抑制作用時(shí)的濃度，IC50值越低，說明清除·OH 的效果越好。沙芥果實(shí)精油、VC 和BHT 的IC50分別為7.706、5.285、8.974 mg/mL。由此可知，VC 對(duì)·OH 的清除能力最強(qiáng)，沙芥果實(shí)精油的清除能力次之，BHT 的清除能力最差。

表1 沙芥果實(shí)精油、VC 和BHT 清除·OH 的IC50 值

2.1.2 沙芥果實(shí)精油對(duì)·O2-的清除作用 由圖2 可知，隨著反應(yīng)體系中沙芥果實(shí)精油溶液濃度的增加，對(duì)·O2-的清除率增大，且當(dāng)濃度小于30 mg/mL 時(shí)，沙芥果實(shí)精油的清除率要明顯大于VC 和BHT；當(dāng)濃度為30 mg/mL 時(shí)，沙芥果實(shí)精油、VC 和BHT 三者對(duì)·O2-的清除率差距有所減小。

圖2 沙芥果實(shí)精油對(duì)·O2-的清除作用

由表2 可知，沙芥果實(shí)精油的清除·O2-能力最強(qiáng)，IC50為30.406 mg/mL；VC 的清除·O2-能力次之，IC50為42.333 mg/mL；BHT 的清除·O2-能力最差，IC50為50.553 mg/mL。

2.2 沙芥果實(shí)精油還原能力的分析

由圖3 可知，沙芥果實(shí)精油、VC 和BHT 的還原能力都隨溶液濃度的升高而增加。當(dāng)濃度小于20 mg/mL 時(shí)，其還原能力變化不大；但當(dāng)濃度大于20 mg/mL 時(shí)，其還原能力增加。在相同濃度下，沙芥果實(shí)精油的還原能力要遠(yuǎn)低于BHT 和VC。

表2 沙芥果實(shí)精油清除·O2-的IC50 值

圖3 沙芥果實(shí)精油的還原能力分析

2.3 沙芥果實(shí)精油抑菌活力的分析

2.3.1 沙芥果實(shí)精油抑菌效果 由表3 可知，沙芥果實(shí)精油對(duì)7 種供試菌種均有一定的抑制效果，但抑菌濃度有所不同，MIC 不同。沙芥果實(shí)精油對(duì)啤酒酵母、解脂假絲酵母和黑曲霉的抑制作用最為明顯，在較低的濃度條件下，對(duì)這3 種菌有很好的抑制效果，其MIC 為8 mg/mL。而對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、李斯特菌的抑制效果有所降低，需要有較高的濃度，對(duì)枯草芽孢桿菌的MIC 為30 mg/mL，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、李斯特菌的MIC 為40 mg/mL。在低于MIC 的濃度范圍內(nèi)，隨著沙芥果實(shí)精油濃度的降低，各種菌種生長(zhǎng)增加。

表3 沙芥果實(shí)精油對(duì)7 種供試菌種的抑菌效果

2.3.2 沙芥果實(shí)精油對(duì)供試菌種抑菌活性的影響 沙芥果實(shí)精油對(duì)7 種供試菌種均有抑制作用，沙芥果實(shí)精油對(duì)各菌種的抑菌效果順序?yàn)椋豪钏固鼐敬竽c桿菌＞黑曲霉＞啤酒酵母＞金黃色葡萄球菌＞枯草芽孢桿菌＞解脂假絲酵母（圖4）。金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、李斯特菌、黑曲霉、啤酒酵母、解脂假絲酵母抑菌圈直徑分別為10.20、14.29、9.70、15.34、14.00、11.26、7.69 mm，其中，對(duì)解脂假絲酵母的抑菌圈直徑最小，對(duì)李斯特菌的抑菌圈直徑最大（表4）。

圖4 沙芥果實(shí)精油對(duì)7 種供試菌種的抑菌圈

表4 沙芥果實(shí)精油對(duì)7 種供試菌種抑菌圈直徑的影響

3 討論與結(jié)論

目前對(duì)精油開發(fā)利用研究多集中于藥用植物[26-27]和芳香植物[28-30]上，對(duì)于野生蔬菜研究相對(duì)較少，本研究以野生蔬菜——沙芥果實(shí)為試驗(yàn)材料，通過水蒸氣蒸餾法提取沙芥果實(shí)精油，并測(cè)定其對(duì)·OH和·O2-的清除能力，發(fā)現(xiàn)沙芥果實(shí)精油的抗氧化能力（清除·O2-能力）優(yōu)于人工合成抗氧化劑BHT 和VC，是一種非常好的天然抗氧化劑的來源。劉星[31]研究發(fā)現(xiàn)，百里香精油對(duì)·OH 和·O2-的清除能力不及VC，結(jié)合本研究可初步推測(cè)沙芥果實(shí)精油的抗氧化能力優(yōu)于百里香精油。之后，可將沙芥果實(shí)精油與其他植物源精油的抗氧化能力進(jìn)行對(duì)比研究。

沙芥果實(shí)精油對(duì)供試的7 種菌種均有一定的抑制作用，抑制效果順序?yàn)椋豪钏固鼐敬竽c桿菌＞黑曲霉＞啤酒酵母＞金黃色葡萄球菌＞枯草芽孢桿菌＞解脂假絲酵母。根據(jù)高海榮等[32]對(duì)抑菌圈的判斷標(biāo)準(zhǔn)：抑菌圈大于20 mm，極敏；抑菌圈15～20 mm；高敏；抑菌圈10～15 mm，中敏；抑菌圈7～10 mm，低敏；抑菌圈7 mm 以下，不敏感，沙芥果實(shí)精油對(duì)李斯特菌為高敏型，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉、啤酒酵母為中敏型，對(duì)枯草芽孢桿菌和解脂假絲酵母為低敏型。雖然沙芥果實(shí)精油對(duì)不同菌種的抑制效果不同，但具有廣譜的抑菌特性，且其MIC 較低，也是一種非常好的天然抑菌劑植物資源。

沙芥果實(shí)精油只是一種粗提物，有很好的抗氧化和抑菌活性，是一種天然的抗氧化劑來源，具有非常好的開發(fā)利用前景，目前尚有不少問題亟待研究，如其有效成分目前并不明確（是單一有效成分還是多種有效成分協(xié)同的結(jié)果）、抑菌機(jī)制還需要研究、在生產(chǎn)實(shí)際中如何更高效應(yīng)用沙芥果實(shí)精油等。