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海南草豆蔻揮發(fā)油化學(xué)成分分析及對(duì)單增李斯特菌抑菌性的研究

2024-12-31 00:00:00王丹丁書(shū)仙江芊汪雪鳳王清隆王茂媛陳曉鷺趙建平于福來(lái)
中國(guó)調(diào)味品 2024年9期
關(guān)鍵詞:李斯特揮發(fā)油精油

摘要:分析海南草豆蔻揮發(fā)油的化學(xué)成分種類(lèi)和含量,明確揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的抑菌活性。采用水蒸氣蒸餾法提取草豆蔻揮發(fā)油,利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)檢測(cè)和分析其化學(xué)成分。采用濾紙片擴(kuò)散法測(cè)定單增李斯特菌對(duì)揮發(fā)油的藥物敏感性,采用微量二倍稀釋法測(cè)定最低抑菌濃度(MIC)和最低殺菌濃度(MBC)。結(jié)果表明,草豆蔻揮發(fā)油得率為1.26%,分離鑒定出107種化合物,草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的抑菌圈直徑為15.44 mm,為高敏感性,MIC和MBC分別為0.078,0.312 5 mg/mL。海南草豆蔻揮發(fā)油得率較高,揮發(fā)性化學(xué)成分種類(lèi)豐富,并且對(duì)單增李斯特菌具有較好的抑菌效果。該研究為優(yōu)異草豆蔻品種的選育提供了數(shù)據(jù)支持,同時(shí)也為草豆蔻揮發(fā)油在天然食品抗菌劑開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和參考。

關(guān)鍵詞:草豆蔻;海南;揮發(fā)油;化學(xué)成分;GC-MS;單增李斯特菌;抑菌活性

中圖分類(lèi)號(hào):TS255.1 """""文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A """"文章編號(hào):1000-9973(2024)09-0089-07

Analysis of Chemical Components of Volatile Oil from Hainan Alpinia

katsumadai Hayata and Study on Its Antimicrobial Activity

Against Listeria monocytogenes

WANG Dan, DING Shu-xian, JIANG Qian, WANG Xue-feng, WANG Qing-long,

WANG Mao-yuan, CHEN Xiao-lu, ZHAO Jian-ping*, YU Fu-lai*

(Tropical Crops Germplasm Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key

Laboratory of Biology and Cultivation of Chinese Herbal Medicines, Ministry of Agriculture and

Rural Affairs/Hainan Provincial Engineering Research Center for Tropical Medicinal Plants,

Haikou 571101, China)

Abstract: The types and content of chemical components of volatile oil from Hainan Alpinia katsumadai Hayata are analyzed, and the antimicrobial activity of volatile oil against Listeria monocytogenes is determined. The volatile oil is extracted from Alpinia katsumadai" Hayata by steam distillation method and its chemical components are detected and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The drug sensitivity of Listeria monocytogenes to volatile oil is determined by filter paper diffusion method, and the minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) are determined by trace double dilution method. The results show that the yield of volatile oil from Alpinia katsumadai" Hayata is 1.26%, and 107 compounds are isolated and identified. The inhibitory zone diameter of volatile oil against Listeria monocytogenes is 15.44 mm, indicating that it has high sensitivity. MIC and MBC are 0.078, 0.312 5 mg/mL respectively. The yield of volatile oil from Hainan Alpinia katsumadai

Hayata is higher, the types of volatile chemical components are rich, and it has a good antimicrobial effect on Listeria monocytogenes. This study has provided data support for the breeding of excellent Alpinia katsumadai Hayata varieties, and also provided theoretical basis and references for the application of volatile oil from Alpinia katsumadai Hayata in the development of natural food antimicrobial agents.

Key words: Alpinia katsumadai Hayata; Hainan; volatile oil; chemical components; GC-MS; Listeria monocytogenes; antimicrobial activity

收稿日期:2024-04-23

基金項(xiàng)目:海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(ZDYF2024SHFZ132);中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所非營(yíng)利項(xiàng)目(PZS2023013);中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(1630032022008)

作者簡(jiǎn)介:王丹(1982—),女,黑龍江牡丹江人,副研究員,研究方向:南藥資源研究與開(kāi)發(fā)。

*通信作者:趙建平(1965—),男,云南石林人,研究員,研究方向:熱帶作物產(chǎn)品加工與貯藏;

于福來(lái)(1983—),男,吉林長(zhǎng)春人,研究員,博士,研究方向:南藥資源定向培育及開(kāi)發(fā)利用。

草豆蔻(Alpinia katsumadai Hayata)是姜科山姜屬植物草豆蔻的干燥近成熟種子,主產(chǎn)地為海南、廣東、廣西和云南,具有燥濕行氣、溫中止嘔的功效[1-2]。同時(shí),草豆蔻是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源中藥,是非常重要的香辛料和食品調(diào)味料。近年來(lái),隨著草豆蔻市場(chǎng)需求的增加,草豆蔻野生和半野生狀態(tài)的藥材產(chǎn)量不穩(wěn)定、質(zhì)量差異大等問(wèn)題凸顯出來(lái)。因此,急需篩選出藥效成分穩(wěn)定、生物活性高的優(yōu)異草豆蔻種質(zhì)。

《中華人民共和國(guó)藥典》(2020版一部)規(guī)定,揮發(fā)油是草豆蔻的主要藥效成分之一,藥材揮發(fā)油含量不得少于1.0%(mL/g)[3]。研究表明,草豆蔻中的揮發(fā)油具有保護(hù)胃黏膜、抗胃潰瘍、抗炎、抑菌等作用[4-6]。魏潔書(shū)等[7]研究發(fā)現(xiàn)草豆蔻種子團(tuán)揮發(fā)油對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌有一定的抑制效果。彭芙等[8]研究證實(shí)草豆蔻揮發(fā)油可以抑制奶牛乳腺炎病原菌。此外,褚祚晨[9]發(fā)現(xiàn)草豆蔻的揮發(fā)油微乳液對(duì)香蕉炭疽病有很好的抑制作用,對(duì)香蕉有一定的保鮮作用。但是,有關(guān)草豆蔻揮發(fā)油對(duì)食源性致病菌單增李斯特菌(Listeria monocytogenes)的抑制作用未見(jiàn)報(bào)道。單增李斯特菌屬于革蘭氏陽(yáng)性菌,其容易感染肉類(lèi)、蛋類(lèi)、海產(chǎn)品、乳制品等絕大多數(shù)食品,且對(duì)抗菌劑的抗性較強(qiáng)[10],可引發(fā)李斯特菌病,致死率高達(dá)20%~30%,是發(fā)達(dá)國(guó)家列為重點(diǎn)控制的食源性疾病[11-12]。

因此,本研究以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部(海南儋州)中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所藥用植物種質(zhì)資源圃篩選出的草豆蔻優(yōu)異種質(zhì)資源為材料,以水蒸氣蒸餾法提取其干燥種子精油,采用GC-MS分析和鑒定草豆蔻精油的揮發(fā)性成分,并研究草豆蔻揮發(fā)油對(duì)食源性致病菌單增李斯特菌的抑菌作用,為后續(xù)草豆蔻優(yōu)異品種選育和天然抗菌劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了一定的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用草豆蔻采樣于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部(海南儋州)中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所藥用植物種質(zhì)資源圃,由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所王茂媛研究員鑒定為姜科植物草豆蔻(Alpinia katsumadai Hayata)的干燥近成熟種子。

1.2 試劑和菌種

無(wú)水乙醇、過(guò)二硫酸鉀:西隴科學(xué)股份有限公司;2,6-二叔丁基對(duì)甲酚(BHT):上海麥克林生化科技有限公司;抗壞血酸(VC)、2,2-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(ABTS):北京索萊寶科技有限公司;1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH):東京化成工業(yè)株式會(huì)社;總抗氧化能力(FRAP法)試劑盒:蘇州科銘生物技術(shù)有限公司;AR0030 PBS緩沖液:武漢博士德生物工程有限公司;氨芐青霉素:Biosharp生物科技公司。

實(shí)驗(yàn)用單增李斯特菌(Listeria monocytogenes):北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院。

1.3 主要儀器與設(shè)備

F-100SD超聲波清洗機(jī) 深圳福洋科技集團(tuán)有限公司;ME104E/02電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Tecan/Spark 10M多功能酶標(biāo)儀 瑞士Tecan公司;N4S紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海儀電分析儀器有限公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 揮發(fā)油提取

取草豆蔻干燥種子,用粉碎機(jī)打粉后過(guò)篩。根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定以料液比1∶10將150 g果粉與1 500 mL去離子水混合于圓底燒瓶中,用保鮮膜封口后超聲30 min,功率360 W,溫度30~40 ℃。超聲后,采用電熱套于230 ℃加熱,水蒸氣蒸餾5 h,待冷卻后取出揮發(fā)油,用無(wú)水硫酸鈉干燥水分后轉(zhuǎn)入棕色瓶中密封,放入4 ℃冰箱中避光保存。揮發(fā)油得率計(jì)算公式如下:

揮發(fā)油得率(%)=揮發(fā)油質(zhì)量(g)/樣品質(zhì)量(g)×100%。

1.4.2 揮發(fā)油GC-MS分析

取50 μL提取的草豆蔻揮發(fā)油,用異丙醇溶解,配制成濃度為2.5%的溶液,進(jìn)行GC-MS分析。

1.4.2.1 色譜條件

采用Agilent 7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)草豆蔻揮發(fā)油成分進(jìn)行測(cè)定。采用VF-WAXms色譜柱(0.25 mm×30 mm,0.25 μm)。以60 ℃為起始溫度,保持1 min;以4 ℃/min升溫至150 ℃,再以6 ℃/min升溫至230 ℃;進(jìn)樣口溫度為230 ℃;進(jìn)樣量為1.0 μL,分流比為8∶1。

1.4.2.2 質(zhì)譜條件

離子源為EI源,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,電子能量70 eV,接口溫度230 ℃,倍增管電壓1 043 V,采集類(lèi)型為全掃描,質(zhì)量范圍30~400 amu。

1.4.3 抑制單增李斯特菌活性測(cè)定

1.4.3.1 抑菌圈的測(cè)定

采用濾紙片擴(kuò)散法,在無(wú)菌環(huán)境下,用移液槍吸取15 μL草豆蔻揮發(fā)油滴在直徑為6 mm的無(wú)菌濾紙片上,待紙片充分吸收后貼在已涂布菌液的胰酪大豆胨瓊脂(TSA)培養(yǎng)基平板上,并標(biāo)記好各藥液的名稱(chēng),每個(gè)藥液重復(fù)3次,菌液濃度為107 CFU/mL,菌液涂布量為60 μL。重復(fù)3次并標(biāo)記好編號(hào)。陰性對(duì)照組為100%乙醇,陽(yáng)性對(duì)照組為氨芐青霉素(濃度為0.04 mg/mL),培養(yǎng)條件為在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h。培養(yǎng)結(jié)束后觀察并記錄抑菌圈的有無(wú),采用十字交叉法測(cè)量抑菌圈直徑大小,取平均值作為測(cè)定結(jié)果。

抑菌圈測(cè)定標(biāo)準(zhǔn):抑菌圈直徑大于20 mm為極敏,直徑在15~20 mm之間為高敏,直徑在10~15 mm之間為中敏,直徑小于10 mm為低敏。

1.4.3.2 最低抑菌濃度(MIC)的測(cè)定

在96孔培養(yǎng)板上采用微量二倍稀釋法進(jìn)行MIC實(shí)驗(yàn),將草豆蔻揮發(fā)油溶于無(wú)水乙醇,分別配制成400,100,50,10,5 mg/mL的草豆蔻揮發(fā)油溶液。將96孔板上的A1孔作為起始孔,A、B、C、E、F、H 6排從左到右12個(gè)孔分別加入胰酪大豆胨液體(TSB)培養(yǎng)基100 μL。在A、B、C、H排的第一孔中加入100 μL配制好的草豆蔻揮發(fā)油溶液,在E、F排的第一孔中加入氨芐青霉素100 μL充分混勻至乳化,依次對(duì)1~12孔做梯度稀釋?zhuān)浞只靹蚝笤诿靠字屑尤?00 μL菌液(A~C為3個(gè)重復(fù),E、F為陽(yáng)性藥物對(duì)照,H為確認(rèn)草豆蔻揮發(fā)油顏色是否有影響),在另一個(gè)96孔培養(yǎng)板的任意兩排用100%乙醇進(jìn)行二倍稀釋作為陰性對(duì)照,再選兩排的1~6孔分別加入50,75,88,94,97,98 μL的培養(yǎng)基后,在每孔中再加入100 μL菌液作為空白對(duì)照,用封口膜封好后標(biāo)記,在37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h后,使用酶標(biāo)儀測(cè)定樣品的吸光度值,抑菌率達(dá)到80%的樣品濃度為草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的最低抑菌濃度(MIC)。

1.4.3.3 最低殺菌濃度(MBC)的測(cè)定

采用瓊脂培養(yǎng)基平板法,吸取50 μL 1.4.3.2中各樣品MIC所對(duì)應(yīng)的溶液均勻涂布于瓊脂培養(yǎng)基中,培養(yǎng)條件為在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h,觀察培養(yǎng)基中有無(wú)菌株生長(zhǎng),草豆蔻揮發(fā)油的MBC為菌落數(shù)低于5個(gè)的平板所對(duì)應(yīng)孔中的最低濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 草豆蔻揮發(fā)油得率

草豆蔻種子揮發(fā)油得率為1.26%,滿足《中華人民共和國(guó)藥典》中的規(guī)定,顯著高于其他文獻(xiàn)報(bào)道中采用水蒸氣蒸餾法提取獲得的草豆蔻揮發(fā)油得率,晏小霞等[13]的研究中草豆蔻種子揮發(fā)油得率為0.72%,魏潔書(shū)等[7]的實(shí)驗(yàn)中草豆蔻揮發(fā)油得率為0.73%,進(jìn)一步說(shuō)明了草豆蔻藥材質(zhì)量的差異很大,本實(shí)驗(yàn)的草豆蔻藥材品質(zhì)較好。

2.2 草豆蔻揮發(fā)油成分及分析

草豆蔻揮發(fā)油經(jīng)GC-MS分析后總離子流圖見(jiàn)圖1,草豆蔻揮發(fā)油成分分析和相對(duì)含量見(jiàn)表1。

由表1可知,從草豆蔻揮發(fā)油中鑒定出107種化合物。揮發(fā)油主要包含萜類(lèi)、醇類(lèi)、芳香族以及少量的酸類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)、萘類(lèi)等化合物。其中萜類(lèi)化合物61種,主要為單萜類(lèi)、倍半萜類(lèi)化合物,相對(duì)含量占揮發(fā)油總量的76.10%。揮發(fā)油中相對(duì)含量較高的為桉葉油素(9.36%)、Z,Z,Z-1,5,9,9-四甲基-1,4,7-環(huán)十一碳三烯(9.27%)、傘花烴(7.67%)、α-水芹烯(7.30%)、法尼醇(5.71%)、石竹烯(4.59%)、α-松油醇(4.27%)等,相對(duì)含量占揮發(fā)油總量的48.16%。

從草豆蔻揮發(fā)油中鑒定出的化學(xué)成分與文獻(xiàn)報(bào)道的化學(xué)成分類(lèi)別、數(shù)量和相對(duì)含量差異較大,晏小霞等[13]從草豆蔻揮發(fā)油中鑒定出47種化合物,其中單萜類(lèi)20種,倍半萜類(lèi)8種,分別占揮發(fā)油總量的30.56%和26.79%,并且主要化合物的含量差異也較大,如法尼醇(18.02%)、1,8-桉葉油素(13.94%)、月桂酸(9.25%)、棕櫚酸(8.58%)、肉豆蔻酸(7.37%)等。于萍等[14]從草豆蔻精油中鑒定出42種化合物,主要是法尼醇(19.83%)、桉葉油素(12.52%)、2-苯基-2-丁酮(4.48%)、β-蒎烯(4.68%)、3-蒈烯(4.68%)等。這些差別可能與草豆蔻種質(zhì)、品質(zhì)、產(chǎn)地、氣候的不同有著密切關(guān)系[15-18]。

2.3 草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌抑菌活性分析

通過(guò)藥物在培養(yǎng)基平板上的擴(kuò)散能力,根據(jù)抑菌圈大小判定待測(cè)藥物的抑菌效價(jià),即藥物對(duì)該菌種的敏感性。草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的抑菌圈直徑見(jiàn)圖2。

由圖2可知,草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的抑菌圈直徑為(15.44±1.50) mm,為高敏,但是低于陽(yáng)性對(duì)照藥物氨芐青霉素(28.91±0.62) mm,陰性對(duì)照組沒(méi)有抑菌效果。草豆蔻揮發(fā)油的MIC和MBC分別為0.078,0.312 5 mg/mL,雖然低于陽(yáng)性對(duì)照組,但是優(yōu)于其他植物精油,張承慧[19]研究發(fā)現(xiàn),丁香精油對(duì)單增李斯特菌的MIC和MBC分別為0.5,1.0 mg/mL;洪小利等[20]證實(shí)肉桂精油對(duì)單增李斯特菌的MIC為0.2 mg/mL,說(shuō)明草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌的抑菌效果優(yōu)于其他植物精油。然而,劉曉麗等[21]利用超臨界CO2法萃取的黑胡椒、肉桂和丁香精油的MIC分別為0.048,0.072,0.096 mg/mL,且三者復(fù)配的復(fù)合精油對(duì)單增李斯特菌的MIC為0.016 mg/mL。說(shuō)明采用不同的提取方法會(huì)導(dǎo)致所提取的揮發(fā)油化學(xué)成分存在一定差異,進(jìn)而可能導(dǎo)致其抑菌活性的不同。

進(jìn)一步結(jié)合GC-MS結(jié)果,據(jù)研究報(bào)道,草豆蔻揮發(fā)油中主要成分桉葉油素、α-水芹烯、法尼醇、石竹烯、α-松油醇、右旋萜二烯、2-茨酮、芳樟醇、莰烯、辛酸等成分具有不同程度的抑菌作用[22-25],這可能是揮發(fā)油中單一抑菌成分或多種抑菌成分共同作用的結(jié)果,這可能是導(dǎo)致草豆蔻揮發(fā)油對(duì)單增李斯特菌具有顯著抑制作用的原因,具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

目前,在海南等草豆蔻的主產(chǎn)區(qū),草豆蔻主要資源仍處于野生和半野生狀態(tài),導(dǎo)致藥材來(lái)源、種質(zhì)性狀、產(chǎn)量和質(zhì)量等不穩(wěn)定,藥材品質(zhì)差異很大,因此,亟需優(yōu)異的草豆蔻種質(zhì)和品種。揮發(fā)油是草豆蔻的主要有效成分之一,其含量與草豆蔻品質(zhì)有關(guān)。不同提取方法或工藝條件對(duì)草豆蔻揮發(fā)油成分種類(lèi)、含量的影響存在較大差異,可根據(jù)產(chǎn)品的需求選擇不同的提取方法和工藝條件。本實(shí)驗(yàn)采用水蒸氣蒸餾法所獲得的草豆蔻揮發(fā)油得率為1.26%,優(yōu)于《中華人民共和國(guó)藥典》中的規(guī)定和以往研究報(bào)道,并且由于草豆蔻揮發(fā)油成分豐富,具有107種揮發(fā)性成分,對(duì)單增李斯特菌顯示出較優(yōu)的抑菌活性,為下一步優(yōu)異品種的選育提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐,同時(shí)也為草豆蔻揮發(fā)油在天然食品抗菌劑開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用提供了一定的數(shù)據(jù)支持和參考。

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