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    檸檬果皮精油主要組分抑菌及抗氧化活性研究

    2017-03-23 08:42:22侯小楨鄧其海黃林潔
    食品與機(jī)械 2017年12期
    關(guān)鍵詞:松油檸檬精油

    章 斌 侯小楨 - 秦 軼 丁 心 鄧其海 - 黃林潔 -

    (1. 韓山師范學(xué)院食品工程與生物科技學(xué)院,廣東 潮州 521041;2. 廣東中興綠豐發(fā)展有限公司,廣東 河源 517000)

    檸檬果皮精油(lemon peel essential oil,LEO)是從檸檬果皮中提取的一種揮發(fā)性油狀液體物質(zhì),富含dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇、E-檸檬醛等成分,具有良好的抗氧化、抑菌、降血脂等功效;適用于食品、化妝品、香精香料等行業(yè)[1-3]。受產(chǎn)地、品種、生態(tài)地理?xiàng)l件、植物年齡和采收期、提取方法與提取部位、提取溶劑種類(lèi)等因素影響,植物揮發(fā)性精油的化學(xué)成分與含量差異較大,因而其功能活性存在一定差異的同時(shí)也表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性;另一方面,構(gòu)成精油的醇類(lèi)、醛類(lèi)、烯類(lèi)等化學(xué)組分因其含量和理化特性的差異,對(duì)精油特定生理活性的貢獻(xiàn)度也存有較大差異:如檸檬烯有較好的抗菌[4-5]、促傷口愈合[6]等功效,萜品烯可有效殺除伊氏錐蟲(chóng)[7]和氧化皮膚過(guò)敏原[8],松油醇可通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡而抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[9]。

    目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)包括檸檬精油在內(nèi)的多種植物揮發(fā)性精油的抗氧化與抑菌作用已有較多報(bào)道[3],不同植物精油復(fù)配后的抗氧化與抑菌作用也有一定報(bào)道[10-11];但有關(guān)精油主要組分的抗氧化與抑菌研究較少,且現(xiàn)有的研究[10]均是側(cè)重于單一組分開(kāi)展;而有關(guān)栽培面積最廣的尤力克(Eureka)品種檸檬的LEO主要組分的抗氧化與抑菌研究未見(jiàn)報(bào)道,且有關(guān)精油主要組分在抗氧化與抑菌方面的復(fù)配協(xié)同效應(yīng)亦未見(jiàn)報(bào)道。因此,針對(duì)LEO良好的抗氧化與抑菌作用,在前期采用GC-MS法檢測(cè)尤力克檸檬(產(chǎn)地河源)果皮精油的化學(xué)組成基礎(chǔ)上[3],著重探討LEO中dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇3個(gè)主要成分及其復(fù)配物的抗氧化與抑菌作用,以期為更好地開(kāi)發(fā)利用LEO提供一定參考。

    1 材料與方法

    1.1 材料與儀器

    dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇:西隴化工股份有限公司;

    卵磷脂、PBS、TCA、FeSO4、H2O2、丙酮、冰乙酸、二甲胺、檸檬酸、磷酸氫二鈉、瓊脂、牛肉膏、蛋白胨、氯化鈉等:分析純,廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;

    大腸桿菌(Escherichiacoli)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus):韓山師范學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供;

    LEO:前期測(cè)得其dl-檸檬烯、γ-萜品烯和α-松油醇含量分別為42.93%,8.41%,6.39%,廣東中興綠豐農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司;

    電熱恒溫水浴鍋:HWS-12型,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;

    電子分析天平:JA2003型,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;

    無(wú)菌操作臺(tái):BOXUN型,廣州嘉東實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司;

    紫外可見(jiàn)分光光度計(jì):UFJ-7200型,上海尤尼科儀器有限公司;

    精密量具電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺:SYNTEK型,0~150 mm,太欣半導(dǎo)體股份有限公司;

    數(shù)顯恒溫生化培養(yǎng)箱:BS-4G型,常州市凱航儀器有限公司;

    立式電熱壓力蒸汽滅菌鍋:LD2X-30KA型,上海申安醫(yī)療器械廠(chǎng);

    電熱恒溫培養(yǎng)箱:DHP-9162型,上海捷呈實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

    1.2 方法

    1.2.1 抗氧化活性試驗(yàn)

    (1) DPPH自由基清除能力的測(cè)定:根據(jù)文獻(xiàn)[3]所述方法進(jìn)行測(cè)定,并按式(1)計(jì)算清除率。

    (1)

    式中:

    R1——DPPH自由基清除率,%;

    A——樣液與DPPH液反應(yīng)后的吸光度值;

    A0——樣液與95%乙醇反應(yīng)后的吸光度值;

    A1——95%乙醇與DPPH液反應(yīng)后的吸光度值。

    (2) 羥自由基清除能力測(cè)定:根據(jù)文獻(xiàn)[3]所述方法進(jìn)行測(cè)定,并按式(2)計(jì)算清除率。

    (2)

    式中:

    R2——羥自由基清除率,%;

    A——結(jié)晶紫溶液、FeSO4溶液與H2O2溶液反應(yīng)后的吸光度值;

    A0——結(jié)晶紫溶液與FeSO4溶液反應(yīng)后的吸光度值;

    A1——樣液與結(jié)晶紫溶液、FeSO4溶、H2O2溶液反應(yīng)后的吸光度值。

    1.2.2 抑菌試驗(yàn)

    (1) 抑菌圈大小的測(cè)定:制備濃度為106CFU/mL的菌懸液并取0.1 mL加入裝有培養(yǎng)基的平皿中,待混勻凝固后,在培養(yǎng)基表面垂直放置3個(gè)牛津杯并分別加入純LEO、α-松油醇、γ-萜品烯、dl-檸檬烯和3種單體成分的復(fù)配物各50 μL,于37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h后測(cè)量抑菌圈大小。抑菌圈試驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)[12]:極敏,直徑>20 mm;高敏,15~20 mm;中敏,10~15 mm;低敏,7~9 mm;不敏感,直徑<7 mm;“-”表示未測(cè)出抑菌圈。

    (2) 最低抑菌濃度(MIC)的測(cè)定:用丙酮配制一定濃度的LEO、α-松油醇、γ-萜品烯、dl-檸檬烯和3種單體成分的復(fù)配物溶液,使其在混勻后的培養(yǎng)基中濃度分別為250.0,125.0,62.5,31.25,15.6,7.8,3.9,2.0,1.0 μL/mL,然后進(jìn)行平板劃線(xiàn)并于37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h,以能明顯抑制供試菌生長(zhǎng)的最低濃度為3種單體物質(zhì)的MIC。

    (3) 單體成分復(fù)配的抑菌試驗(yàn):將濃度為1 μL/mL的dl-檸檬烯、γ-萜品烯和α-松油醇按一定體積比復(fù)配,再按1.2.2(1)和1.2.2(2)進(jìn)行抑菌試驗(yàn)。

    1.3 數(shù)據(jù)處理

    試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差SD表示,進(jìn)行3次平行試驗(yàn),并用Excel和SAS 8.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 抗氧化活性

    2.1.1 對(duì)羥自由基(OH·)的清除作用 萜烯類(lèi)化合物含有2個(gè)或2個(gè)以上的雙鍵,具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性,可與OH·結(jié)合加成為二級(jí)基團(tuán),從而具有一定的OH·清除作用。

    由圖1可知,試驗(yàn)濃度下的LEO對(duì)OH·清除率為98.08%~99.63%,清除效果良好且遠(yuǎn)強(qiáng)于其主要組分dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇的;陳思佳等[13]研究LEO、檸檬烯清除OH·的結(jié)果表明:LEO的OH·清除能力(IC50為0.013 mg/mL)強(qiáng)于檸檬烯(IC50為0.004 mg/mL)的,與本試驗(yàn)的研究結(jié)論一致。這說(shuō)明精油中還有酚類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)等成分同樣具有抗氧化活性[14]31-32[15],如Mário等[16]的研究證實(shí)除單萜外,某些非揮發(fā)性化合物可能有助于增強(qiáng)檸檬烯及其生物轉(zhuǎn)化提取物等揮發(fā)性成分的抗氧化活性,從而使精油的抗氧化性能高于單體物質(zhì)。

    同時(shí),圖1表明dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇對(duì)OH·的清除率較為接近,并均隨濃度增大而快速上升,且單體物質(zhì)的濃度超過(guò)4 mg/mL后,α-松油醇相比γ-萜品烯和dl-檸檬烯對(duì)OH·的清除效果更佳。由此,可初步推斷三者對(duì)LEO清除OH·的作用有著大小接近的貢獻(xiàn)度,且α-松油醇在高濃度下的貢獻(xiàn)權(quán)重可能更大。

    圖1 dl-檸檬烯、γ-萜品烯、α-松油醇和 LEO清除·OH能力Figure 1 Ability of dl-limonene, γ-terpinene, α-terpineol and LEO to remove ·OH

    2.1.2 對(duì)DPPH自由基的清除作用 植物揮發(fā)性精油中的酚類(lèi)、烯類(lèi)、醇類(lèi)化合物[17]可阻斷氧化反應(yīng)的自由基鏈,一定程度上可清除DPPH自由基:如γ-萜品烯含有的非共軛二烯可直接清除DPPH自由基[18]。由圖2可知,α-松油醇、γ-萜品烯、dl-檸檬烯對(duì)DPPH自由基的清除作用均隨濃度增大而有較平緩的增強(qiáng),且三者的清除作用強(qiáng)弱順序表現(xiàn)為dl-檸檬烯>α-松油醇>γ-萜品烯,γ-萜品烯在2 mg/mL濃度下的清除率最低為31.68%;LEO則對(duì)DPPH自由基的清除作用隨濃度增大而有較大幅度的增強(qiáng),且在高濃度的試驗(yàn)條件下,LEO的DPPH自由基清除作用逐漸接近其主要組分的單體物質(zhì)。黃娜娜[14]53研究發(fā)現(xiàn)柑橘精油中的γ-萜品烯在100 μL/mL濃度下的DPPH自由基清除率達(dá)75.8%,遠(yuǎn)高于同濃度的檸檬烯(DPPH自由基清除率9.7%)、α-松油醇(DPPH自由基清除率4.1%)等其它成分。Choi H等[15]測(cè)得γ-萜品烯(濃度為227.9 mg equiv. Trolox/mL)的DPPH自由基清除率為84.7%,高于d-檸檬烯和α-松油醇的8.8%~16.5%清除率,并測(cè)得尤力克檸檬、里斯本檸檬、塔提希島酸橙等34種柑橘類(lèi)精油的DPPH自由基清除率為17.7%~64.0%,低于同濃度的γ-萜品烯,卻高于同濃度的d-檸檬烯和α-松油醇;且其研究還表明含γ-萜品烯越多的精油有越強(qiáng)的DPPH自由基清除作用。陳思佳等[13]測(cè)得6 mg/mL 檸檬烯對(duì)DPPH自由基清除率僅為56.08%,遠(yuǎn)低于2.25 mg/mL檸檬精油99.47%的DPPH自由基清除率,說(shuō)明檸檬精油中存在其它具有清除自由基作用的成分,且這些成分對(duì)精油的抗氧化活性可能存在相互促進(jìn)或抑制的內(nèi)在關(guān)系。因此,鑒于本試驗(yàn)結(jié)論與上述研究結(jié)論的異同,對(duì)植物精油和其組分間的抗氧化活性比較,還需進(jìn)一步從單體純度、單體結(jié)構(gòu)(如檸檬烯有d-檸檬烯、l-檸檬烯、dl-檸檬烯3種不同結(jié)構(gòu)形式)、單體相互間的作用等方面進(jìn)行多因素探討。

    圖2 α-松油醇、γ-萜品烯、dl-檸檬烯和LEO 清除DPPH自由基能力

    Figure 2 Ability ofα-terpineol、γ-terpinene、dl-limonene and LEO scavenging DPPH

    2.2 抑菌活性

    醇類(lèi)、酚類(lèi)、萜烯類(lèi)、酮類(lèi)及其衍生物等是揮發(fā)性精油的主要抑菌成分[19],但因其在結(jié)構(gòu)上的差異,對(duì)微生物的抑菌作用有較大差別[20-21]。

    2.2.1 單體成分的抑菌效果 細(xì)胞壁干擾和破壞細(xì)胞膜完整性的建議性機(jī)制表明:檸檬烯刺激基因表達(dá)與細(xì)胞壁完整性信號(hào)通路有關(guān);因此,d-檸檬烯可改變細(xì)胞壁特性和干擾隔膜形成,引起細(xì)胞分裂,從而起到抑菌或殺菌的作用[22]。α-松油醇也可通過(guò)破壞細(xì)胞壁、抑制細(xì)菌酶活性、抑制某些調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的翻譯而發(fā)揮抗菌作用[23]??傮w來(lái)說(shuō),精油不同單體成分的抑菌活性會(huì)因抑菌條件、微生物類(lèi)型[如細(xì)菌(致病菌、非致病菌)、酵母、霉菌]等因素影響而表現(xiàn)出千差萬(wàn)別。

    LEO主要成分單體物質(zhì)的抑菌效果見(jiàn)表1。由表1可知,純LEO對(duì)3種供試菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用,相比其3種主要組分的單體物質(zhì)有更好的抑菌效果,與Hong L[24]、Antonio B[25]等的研究結(jié)論一致,說(shuō)明植物精油中具抑菌效果的化學(xué)組分種類(lèi)較多,需對(duì)不同成分間的相互影響開(kāi)展深入探討。就LEO單體物質(zhì)而言,α-松油醇較dl-檸檬烯和γ-萜品烯對(duì)3種供試菌有更佳的抑菌效果,且其抑制作用的強(qiáng)弱次序?yàn)榇竽c桿菌>枯草芽胞桿菌>金黃色葡萄球菌;dl-檸檬烯對(duì)枯草芽孢桿菌的抑制作用最佳,其次為金黃色葡萄球菌;γ-萜品烯在試驗(yàn)條件下僅對(duì)枯草芽孢桿菌表現(xiàn)出一定的抑菌作用。但也有研究[26]表明,5 mg/m3濃度的松油醇(由α-松油醇65%+β-松油醇10%+γ-松油醇20%組成)可使空氣中的細(xì)菌數(shù)量減少68%,高于γ-萜品烯的40%滅菌率。

    表1 α-松油醇、dl-檸檬烯、γ-萜品烯和LEO的抑菌效果

    2.2.2 單體成分復(fù)配的抑菌效果 精油單體成分在一定條件下的抑菌作用會(huì)受到其它單體成分的影響,并表現(xiàn)出協(xié)同或弱化2種截然相反的作用:如百里香精油具有廣譜抗真菌活性可能是因其所含的35.7%α-松油醇所致,也可能是α-松油醇與其所含的其它成分協(xié)同作用的結(jié)果[27];而柚子精油和甜橙精油中的某些成分會(huì)降低dl-檸檬烯抑制黃曲霉的能力[28]。在前期單體復(fù)配物的抑菌試驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取濃度為1 μL/mL 的α-松油醇、dl-檸檬烯和γ-萜品烯按一定體積比復(fù)配后的抑菌效果分別見(jiàn)表2~4。

    表2復(fù)配物對(duì)枯草芽孢桿菌的抑菌效果

    Table 2 Antimicrobial effects of compound combined withα-terpineol,dl-limonene andγ-terpinene onBacillussubtilis

    復(fù)配形式抑菌圈直徑/mmγ?萜品烯+α?松油醇13.34±0.93γ?萜品烯+dl?檸檬烯11.34±0.60α?松油醇+dl?檸檬烯12.58±0.28γ?萜品烯+α?松油醇+dl?檸檬烯11.04±0.11

    表3復(fù)配物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果

    Table 3 Antimicrobial effects of compound combined withα-terpineol,dl-limonene andγ-terpinene onStaphylococcusaureus

    復(fù)配形式抑菌圈直徑/mmγ?萜品烯+α?松油醇8.06±0.30γ?萜品烯+2dl?檸檬烯9.48±0.19α?松油醇+2dl?檸檬烯9.54±0.20γ?萜品烯+α?松油醇+2dl?檸檬烯9.63±0.06

    表4復(fù)配物對(duì)大腸桿菌的抑菌效果

    Table 4 Antimicrobial effects of compound combined withα-terpineol,dl-limonene andγ-terpinene onE.coli

    復(fù)配形式抑菌圈直徑/mmγ?萜品烯+2dl?檸檬烯9.40±0.34γ?萜品烯+3α?松油醇13.86±0.402dl?檸檬烯+3α?松油醇13.98±0.23γ?萜品烯+2dl?檸檬烯+3α?松油醇14.00±0.21

    對(duì)比表1中各單體物的抑菌圈測(cè)定結(jié)果,表2~4的測(cè)定結(jié)果表明單體復(fù)配物較單體本身對(duì)各供試菌的抑菌效果總體上更佳。尤其是試驗(yàn)條件下對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌不具抑制作用的γ-萜品烯與dl-檸檬烯和α-松油醇復(fù)配后,能進(jìn)一步增強(qiáng)dl-檸檬烯和α-松油醇的抑制效果。另一方面,3種單體物質(zhì)按一定比例兩兩復(fù)配后對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用弱于三者復(fù)配的;而兩兩復(fù)配的單體物質(zhì)對(duì)枯草芽孢桿菌的抑制作用則明顯強(qiáng)于三者復(fù)配的。

    3 結(jié)論

    (1)α-松油醇、γ-萜品烯、dl-檸檬烯與LEO對(duì)OH·的清除效果較為接近,但這3種單體成分較LEO有更強(qiáng)的DPPH自由基清除作用;由此可推斷精油化學(xué)成分間某些形式和某種程度的組合會(huì)在一定程度上降低精油本身的抗氧化活性,這需要今后進(jìn)一步研究證實(shí)。

    (2)α-松油醇、γ-萜品烯和dl-檸檬烯對(duì)枯草芽胞桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制強(qiáng)弱次序不一,且對(duì)這3種測(cè)試菌的抑制效果均弱于LEO;而三者間的組合物較其單體的抑菌作用更佳。對(duì)于這3種單體物質(zhì)更大范圍比例組合后的抑菌效果,以及與其它精油組分復(fù)配后的抑菌效果、作用方式、作用機(jī)制等,則需更深入地探討研究,以更好地闡釋不同精油成分間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),為更精準(zhǔn)地篩選精油具抗氧化、抑菌等生理活性的主要目標(biāo)成分提供更好的試驗(yàn)參考和理論依據(jù)。

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