草果揮發(fā)油的化學成分及抑菌機理研究進展

高璐瑤，唐志凌，陳文學，李遠頌

（1.海南大學食品科學與工程學院，海南 ?？?70228；2.海南大學研究生處，海南 ?？?70228）

草果（Amomum tsao-ko）又名草果子、草果仁、草豆蔻，屬姜科豆蔻屬植物，在我國云南、廣西、貴州等西南地區(qū)廣泛種植[1]，是一種重要的藥食同源植物。草果具有特殊的食用風味，不僅能用于食品加香，還能去除食材腥味，是大多數(shù)人生活中常用的香辛調(diào)味料。草果具有鎮(zhèn)痛[2]、抗胃潰瘍[3]、調(diào)節(jié)胃腸功能[4]、減肥降脂降糖[5]等藥理作用，可作為中藥，應(yīng)用于臨床疾病的治療。草果中含有多種生物活性物質(zhì)，具有抑菌[6]、抗氧化[7]等作用，在食品加工生產(chǎn)中，既能增強食品的風味，又可達到抑菌防腐的效果，具有較大的開發(fā)利用潛力。

天然防腐劑具有綠色、安全、高效等優(yōu)點，在食品行業(yè)中受到廣泛關(guān)注。從植物中提取有效成分進行抑菌防腐已成為當前研究熱點，有不少學者對草果提取物的抑菌活性進行了研究。草果提取物的主要組分為草果揮發(fā)油，近年來，對草果提取物的研究主要集中于草果揮發(fā)油，而對非揮發(fā)性成分缺乏系統(tǒng)研究；對草果揮發(fā)油的化學組成和抑菌活性研究較多，但對抑菌機理缺乏深入研究。本文總結(jié)了草果揮發(fā)油的化學成分、抑菌作用以及抑菌機理等方面的研究進展，分析探討了目前研究中存在的一些問題，旨在為草果的進一步開發(fā)利用提供理論參考。

1 草果揮發(fā)油的化學成分

揮發(fā)油又稱精油，是一類與水不相混溶的油狀液體，常溫下能揮發(fā)，可隨水蒸氣蒸餾[8]。草果揮發(fā)油是從草果中提取的組分比較復雜的混合物，由于草果自身因素（部位、產(chǎn)地和品種等）以及外部提取方法的不同，提取所得草果揮發(fā)油的含量及化學成分存在一定差異。

1.1 草果自身不同因素的揮發(fā)油化學成分研究

胡智慧等[9]對新鮮草果殼和種仁中的揮發(fā)性成分進行研究分析，確定出二者有12種共同香氣物質(zhì)，其中香氣貢獻較大的有桉樹葉氣息的1,8-桉葉素、松木香的(+)-α-蒎烯和不飽和烯醛；同時有9種香氣物質(zhì)導致二者香氣有所不同。何俏明等[10]鑒定出草果果殼與果仁的揮發(fā)油成分大部分相同，但一些主要成分的含量差異明顯；草果果殼揮發(fā)油的特有成分包括β-桉葉醇、葑醇、反式-松香芹醇、δ-杜松烯、(-)-桃金娘烯醇等18種化合物。楊志清等[11]研究表明，31批草果莖和葉的揮發(fā)油組成略有差別，且草果莖和葉揮發(fā)油的化學成分與海拔之間有一定的相關(guān)性。

谷風林等[12]對產(chǎn)自云南省13個不同產(chǎn)地的草果提取揮發(fā)油后進行化學成分研究，共分析鑒定出39種化合物，研究結(jié)果表明，不同產(chǎn)地的揮發(fā)油主要成分相似，含量存在差異。閔勇等[13]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究云南省蒙自老寨鎮(zhèn)、元陽上新鄉(xiāng)、元陽下新城鄉(xiāng)、文山馬關(guān)丁鄉(xiāng)4個不同產(chǎn)地的草果葉中的揮發(fā)油化學成分，共鑒定出61種化合物，其中含量最高的為9，12，15-十八碳三烯-1-醇（20.66%、21.87%、28.61%、23.75%），含量較高的為桉葉油醇和棕櫚酸（均超過10%）。黃云峰等[14]研究了廣西產(chǎn)紅草果與白草果的揮發(fā)油化學成分，發(fā)現(xiàn)紅草果與白草果揮發(fā)油的化學成分存在較大差異。胡彥等[15]研究表明，8個不同草果栽培品種約有70%的揮發(fā)性成分存在差異，但主要揮發(fā)性成分基本相同。

1.2 提取方法對草果揮發(fā)油化學成分的影響

草果揮發(fā)油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2流體萃取法、微波輔助萃取法和超聲波輔助萃取法等。

朱纓等[16]采用水蒸氣蒸餾法提取和GC-MS法分析鑒定，得出草果揮發(fā)油中含有33種化合物，其中主要成分為桉油精（14.58%）、α，α，4-三甲基-3-環(huán)己烯1-甲醇、3,7-二甲基-2，6-辛二烯醛、α-蒎烯和β-蒎烯等。胡平[17]采用水蒸氣蒸餾法提取草果精油，用GC-MS鑒定其化學成分，共鑒定出64種化合物，主要成分為烯烴類（桉油精、四環(huán)[3.3.1.0.1（3，9）]癸-10-酮）、醛類（2-異丙基苯甲醛、檸檬醛、β-甲基肉桂醛）以及醇類（馬鞭草烯醇、香葉醇）。陸占國等[18]采用Clevenger法提取草果精油，檢測出總成分中萜類化合物共有26種，占總成分的89.46%，主要成分1，8-桉樹腦占40.89%。

熊將等[19]采用超臨界CO2萃取草果揮發(fā)油并用GC-MS進行分析，結(jié)果顯示，草果揮發(fā)油中含有橙花叔醇（相對含量最高，為12.49%）、（E）-檸檬醛、1，8-桉油精、α-松油醇、檸檬醛等成分,其中γ-松油醇、β-香茅醇等9種成分為首次從草果中分離得到。萬紅焱等[20]研究超臨界CO2萃取草果揮發(fā)油，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進行成分分析，共鑒定出64種有效成分，主要為桉葉油素、（E）-2-癸烯醛、丙位十二內(nèi)酯、4-丙基苯甲醛、2-十二烯醛等，其中丙位十二內(nèi)酯、亞油酸乙酯等8種化合物為首次從草果果實中分離得到。

丁艷霞等[21]通過微波輔助萃取、超聲輔助萃取和水蒸氣蒸餾提取草果揮發(fā)油，研究用不同提取方法所得揮發(fā)油的化學成分差異，結(jié)果表明：微波萃取、超聲萃取、水蒸氣蒸餾3種提取方法的最高提取率分別為4.50%、3.82%、2.75%，共分離出39種化合物；3種方法提取草果揮發(fā)油的化學成分、指紋圖譜均相似，微波、超聲輔助提取揮發(fā)油的速度較快。Cui等[6]采用3種不同方法提取草果揮發(fā)油，并從中鑒定出34種成分，最主要的組分為單萜烴和含氧單萜，其中包括1，8-桉葉素（分別為37.8%、34.6%、36.6%）以及α-水芹烯、香葉醇、β-蒎烯和α-松油醇等。

2 草果揮發(fā)油的抑菌作用

草果揮發(fā)油含有多種活性成分，具有廣譜抑菌性。本課題組[22-23]研究草果提取物對枯草芽孢桿菌、單核細胞增生李斯特菌、大腸桿菌和沙門氏菌的抗菌活性，結(jié)果表明，草果提取物對4種細菌都具有明顯的抑制作用。

孟大威等[24]研究發(fā)現(xiàn)：草果精油對細菌和霉菌都具有明顯的抗菌活性，精油對3種細菌的抗菌活性最大的是枯草芽孢桿菌，白葡萄球菌次之，大腸桿菌最??；對3種霉菌的抑菌活性最大的是米曲霉菌，根霉次之，青霉最小。胡平[17]采用菌絲生長速率法測定12種植物精油對6種常見植物病原真菌的抑制作用，并進行毒力測定，結(jié)果表明，12種植物精油中，草果精油的抑菌活性最高，對6種供試真菌的抑制率為71.58%～100%。韓林等[25]以正己烷為提取劑獲得草果精油，研究其對5種菌的抑菌活性，結(jié)果顯示，草果精油對大腸桿菌有較好的抑菌作用（MIC值為2.0 mg/mL）。李國林等[26]測試了肉桂、草果、百里香等8種植物精油對4種真菌和4種細菌的體外抑菌活性，結(jié)果表明，8種精油均有抑菌活性，草果精油對真菌的抑制作用較弱，對細菌的抑制作用較為顯著。Liu等[27]研究了草果對肺炎克雷伯菌的抑菌活性，得出草果對該菌具有抗菌性。Rahman等[28]測定出草果提取物對金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性）、鼠傷寒沙門菌和銅綠假單胞菌（革蘭氏陰性）的MIC分別為1、2、2 mg/mL，草果提取物對這3種菌的生物膜有抑制作用。蔣妮等[29]研究表明，0.5 g/L的草果揮發(fā)油對5種植物病原菌（茄鐮孢、鏈格孢、核盤菌、齊整小核菌和束狀炭疽菌）的菌絲活性抑制率高達100%，對3種病原菌（茄鐮孢、鏈格孢、束狀炭疽菌）的孢子萌發(fā)抑制率均高于90%。

3 草果揮發(fā)油的抑菌機理

目前，關(guān)于草果揮發(fā)油抑菌機理研究的文獻報道較少，現(xiàn)有文獻分析顯示，草果揮發(fā)油的抑菌機理主要表現(xiàn)在破壞細胞壁、細胞膜的完整性，抑制蛋白質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)的合成，以及抑制細菌生長代謝過程等方面。

3.1 破壞細胞壁、細胞膜的完整性

細胞壁和細胞膜具有支撐、保護細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的功能。有效抑菌成分作用于菌體細胞后，能夠逐步破壞其細胞壁或細胞膜的完整性，提高膜的通透性，使得胞內(nèi)成分滲出，引起細胞內(nèi)滲透壓不穩(wěn)定，影響細胞正常生理代謝，從而導致細胞溶解死亡。本課題組[22]研究表明，草果提取物對枯草芽孢桿菌、單核細胞增生李斯特菌細胞的細胞形態(tài)和細胞完整性具有破壞性作用，表現(xiàn)出相對較好的抗菌效果。Rahman等[28]采用共聚焦激光掃描顯微術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)，草果精油能破壞金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、沙門氏菌的生物結(jié)構(gòu)，抑制3種細菌的生長。Guo等[30]研究表明，被草果精油處理后大腸桿菌的細胞破裂，細胞質(zhì)流出，結(jié)構(gòu)被破壞，影響大腸桿菌細胞膜的通透性。Dai等[31]研究發(fā)現(xiàn)，草果精油會導致陰道毛滴蟲細胞膜損傷、核膜消失、染色質(zhì)積累，對陰道毛滴蟲有抑制作用。

3.2 擾亂病原菌核酸和蛋白質(zhì)的合成

核酸和蛋白質(zhì)是生命體的基礎(chǔ)物質(zhì)，在細胞生長代謝中發(fā)揮著重要作用。有效抑菌成分作用于菌體細胞后，通過破壞控制菌體生長的關(guān)鍵酶基因或者蛋白質(zhì)的合成，減少菌體蛋白質(zhì)的合成量或者使菌體蛋白質(zhì)凝固、變性，尤其是導致執(zhí)行某些特定催化功能的酶不斷減少[32]，影響DNA復制和蛋白質(zhì)代謝，從而起到抑菌作用。Yang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與大多數(shù)基因組DNA完整的對照細胞相比，由揮發(fā)油培養(yǎng)的細胞中有大量細胞染色質(zhì)濃縮、核分裂明顯以及含有許多凋亡小體，通過瓊脂凝膠電泳觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過草果精油處理的細胞呈現(xiàn)出明顯的“DNA梯”，表明草果精油對DNA的復制過程具有抑制作用。

3.3 抑制病原菌的呼吸代謝過程

呼吸代謝是細胞內(nèi)糖的氧化代謝過程，為細胞生長繁殖提供能量。呼吸代謝途徑主要有3種：糖酵解途徑、磷酸戊糖途徑以及三羧酸循環(huán)途徑。有效抑菌成分作用于菌體細胞后，通過抑制細胞內(nèi)糖的氧化代謝過程（呼吸代謝），導致細胞生命活動所需的能量無法得到供給，細胞的生長和繁殖受阻，從而達到抑菌目的。彭美芳[32]研究發(fā)現(xiàn)，草果提取物與琥珀酸的競爭性抑制劑丙二酸疊加率最小，表明草果提取物可通過糖代謝中的三羧酸循環(huán)途徑抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的細胞呼吸，從而阻礙細胞的生長繁殖。胡平[17]分析認為，可能由于草果揮發(fā)油作用，葡萄灰霉病菌體內(nèi)琥珀酸脫氫酶活性受抑制，影響到細胞中的電子傳遞鏈和呼吸氧化作用，阻礙了能量代謝和三羧酸循環(huán)，導致組織化學反應(yīng)減弱，細胞生長周期停滯，最終抑制了菌體的生長。黃聰亮等[34]研究認為，草果精油對于呼吸代謝的3種途徑都有抑制作用，但主要抑制三羧酸循環(huán)途徑。

4 結(jié)語與展望

綜上，草果揮發(fā)油提取方法的研究已較為成熟，微波、超聲波等輔助提取可以提高提取效率；采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS），結(jié)合指紋圖譜分析，可以鑒定草果揮發(fā)油的化學成分。雖然目前對草果及其提取物進行了一些研究，但仍有許多關(guān)鍵問題亟需探討：

（1）近年來對草果提取物的研究主要集中于草果揮發(fā)油，草果提取物中的其他成分（如多酚類物質(zhì)）的研究報道較少；草果提取物其他組分的抑菌活性有待開展進一步研究，以加深對草果的了解，使其利用價值達到最大化。

（2）關(guān)于草果揮發(fā)油成分分析的研究較多，但尚未明確起關(guān)鍵抑菌作用的成分，有效成分之間的構(gòu)效和量效關(guān)系研究仍為空白。有研究指出，草果精油發(fā)揮抗菌活性，不是其主要成分（1，8-桉樹腦）作用的結(jié)果,而是精油中其他成分綜合作用的結(jié)果[24]。未來可利用生物和信息技術(shù)相結(jié)合，開展活性成分與抑菌活性之間的構(gòu)效和量效關(guān)系，進一步揭示抑菌機理。

（3）現(xiàn)有研究多數(shù)是關(guān)于草果揮發(fā)油抑菌活性的定性研究，對其抑菌機理的研究尚處于初步階段?？梢詤⒖加嘘P(guān)文獻，探討采用基于代謝組學、轉(zhuǎn)錄組學分析的方法，綜合體內(nèi)外藥理活性篩選，深入開展研究并最終闡明其作用機理。

目前，食源性疾病威脅著人類健康，不合理使用抗生素的情況時有發(fā)生，食品保鮮方面迫切需要綠色、安全、有效的天然防腐劑。草果作為一種天然植物，兼具食藥兩用性，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價值。草果中含有多種活性成分，具有抗菌性、抗氧化性、抗炎性，可作為植物源天然防腐劑應(yīng)用于食品加工中，確保食品品質(zhì)與安全，開發(fā)利用前景十分廣闊。