桃金娘果實(shí)花色苷提取物 對(duì)兩種假單胞菌生物被膜的抑制研究

劉永吉,范玉慧,郭紅輝

(韶關(guān)學(xué)院英東食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東韶關(guān) 512005)

桃金娘(Rhodomyrtustomentosa(Ait.)Hassk)的果實(shí)稱崗稔,成熟后為紫黑色漿果,富含花色苷等物質(zhì)[1],其花色苷主要由矢車菊啶-3-O-β-葡萄糖色素和芍藥啶-3-O-β-葡萄糖等幾種花色苷單體構(gòu)成[2-3]。桃金娘果實(shí)的總花色苷含量相當(dāng)于414 mg矢車菊素/100 g(以干質(zhì)量計(jì))[4],是較理想的花色苷來源。

花色苷是一類植物多酚類活性物質(zhì)[5],具有抗氧化、清除自由基等生物活性。花色苷這類天然酚類抗氧化物多數(shù)也具有一定的抗菌作用[6],如藍(lán)莓花色苷和葡萄皮花色苷對(duì)致病性大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和沙門氏菌(Salmonella)均有抑制作用[7-8]。此外,藍(lán)靛果中的花色苷提取物能夠減少細(xì)菌生物被膜的形成和降低細(xì)菌在接觸面上的粘附作用[9],也有一定抑制作用。藍(lán)莓花色苷提取物能夠顯著抑制銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)生物被膜的形成和粘附作用[10]?？梢?不少植物來源的花色苷對(duì)細(xì)菌生物被膜的形成具有抑制作用。

細(xì)菌的生物被膜是由多糖、蛋白和核酸等物質(zhì)構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu),細(xì)菌形成生物被膜后對(duì)環(huán)境、抗生素等具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和抵抗力。目前已確定多種食源性細(xì)菌具有形成生物被膜的能力,也能夠在食品或食品接觸面上形成生物被膜[11-12],這有利于其在食品接觸面黏附、并進(jìn)一步污染食品。假單胞菌屬細(xì)菌多數(shù)能夠形成生物被膜[13],熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)、莓實(shí)假單胞菌(Pseudomonasfragi)、隆德假單胞菌(Pseudomonaslundensis)等常見腐敗菌都能形成生物被膜,由其引起的食品污染風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)引起了重視,探索針對(duì)生物被膜的植物活性抑制劑是控制生物被膜的重要途徑之一。

本研究主要以成熟的桃金娘果實(shí)為花色苷提取原料,探索其花色苷提取物對(duì)熒光假單胞菌和隆德假單胞菌生物被膜的抑制作用,為探尋抑制腐敗菌生物被膜的植物活性成分、進(jìn)一步開發(fā)新的植物活性抑制劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

桃金娘果 購于韶關(guān)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng),儲(chǔ)存于-20 ℃冰箱;熒光假單胞菌、隆德假單胞菌菌種 源于腐敗的冷卻豬肉,本實(shí)驗(yàn)室分離鑒定后保存的菌株;胰蛋白胨大豆?fàn)I養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基(TSB) 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂(PCA) 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司;乙酸 天津市大眾試劑研發(fā)中心;結(jié)晶紫 天津市大茂化學(xué)試劑廠;甲醇 成都市科龍化工試劑廠。

LDZX-50FBS型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器設(shè)備有限公司;SK3200LH型雙頻超聲波清洗儀 韶關(guān)德爾實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;Bio-Rad Imark型酶標(biāo)儀 美國伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌種的活化與制備 將凍存的菌種室溫解凍后用瓊脂平板劃線,將劃線平板在30 ℃下培養(yǎng)至出現(xiàn)明顯單菌落(24～36 h),取單菌落經(jīng)兩次液體過夜活化(30 ℃搖床180 r/min)后,用無菌TSB稀釋至OD600 nm為0.5備用。

1.2.2 桃金娘花色苷提取物的制備 稱取100 g勻漿,加入60%乙醇250 mL,超聲波處理25 min(功率250 W,40 kHz),用布氏漏斗過濾,濾液避光存儲(chǔ);殘?jiān)貜?fù)以上步驟?；旌蟽纱螢V液,用0.22 μm的濾膜過濾,取濾液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀50 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),待蒸發(fā)至體積小于15 mL左右時(shí),停止蒸發(fā),測(cè)定粗提物中花色苷含量,無菌水調(diào)整濃度,得到4 g/mL的桃金娘花色苷粗提物,再次過0.22 μm濾膜除菌,-18 ℃冰箱中避光凍存?zhèn)溆?。花色苷含?C,mg/L)的測(cè)定參考劉永吉等[10]的方法,采用pH示差法測(cè)定計(jì)算公式如下。

C=A×MW×DF×1000/(ε×l)

式中:A=[(Aλmax-A700)pH1.0-(Aλmax-A700)pH4.5];ε=26900(為矢車菊-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù));MW=449.2(矢車菊-3-葡萄糖苷的分子量),DF為稀釋倍數(shù)。

1.2.3 肉湯稀釋法測(cè)定最小抑菌濃度 用梯度稀釋法測(cè)定桃金娘花色苷粗提物的最小抑菌濃度(Minimum Inhibitory Concentration,MIC)。所用的桃金娘花色苷粗提物的花色苷含量為4 g/mL,取稀釋好的花色苷提取物加入含有TSB培養(yǎng)液的96孔板中,依次稀釋到第10孔,第11孔為不含抑菌劑的空白對(duì)照,第12孔為TSB培養(yǎng)基空白對(duì)照,最終各孔的花色苷提取液梯度濃度分別為:2000、1500、1000、500、250、125、62.5、31.25、15.75、7.85、0 mg/mL。將二次活化好的菌株稀釋至OD600 nm值為0.5,然后取2 μL接種至孔板,每株菌獨(dú)立重復(fù)接種3次。30 ℃培養(yǎng)24 h,觀察判斷。以明顯不長(zhǎng)菌的每個(gè)菌的最低抑菌劑濃度為該菌的MIC。

1.2.4 最小殺菌濃度(Minimum Bactericidal Concentration,MBC)的測(cè)定 在MIC測(cè)定的基礎(chǔ)上選擇所有澄清的孔板,將其培養(yǎng)液進(jìn)行稀釋100倍,取0.2 mL稀釋菌液平板涂布后30 ℃恒溫培培養(yǎng)24 h,以菌落不超過5個(gè)的最低濃度為MBC值。

1.2.5 桃金娘花色苷對(duì)生物被膜的抑制規(guī)律研究 在低于最小抑菌濃度的非抑菌濃度下(500 mg/mL)做花色苷提取物對(duì)細(xì)菌生物被膜的抑制實(shí)驗(yàn)。在96孔標(biāo)板中培養(yǎng)生物被膜。取稀釋好的菌液2 μL接入200 μL含有亞抑菌濃度花色苷提取物的TSB中,每個(gè)濃度做4個(gè)平行樣。以接菌的不含花色苷提取物的培養(yǎng)基作為陽性對(duì)照,以沒有接菌的空白培養(yǎng)基作為陰性對(duì)照。在30 ℃分別培養(yǎng)6、12、24 h,取出測(cè)定生物被膜的產(chǎn)量。

1.2.6 微孔板法測(cè)定細(xì)菌的生物被膜產(chǎn)量 參照文獻(xiàn)[14-15]將培養(yǎng)生物被膜后的孔板取出,小心除去未黏附的浮游菌培養(yǎng)液。用無菌TSB清洗孔板3次,用200 μL甲醇固定15 min,之后吸去甲醇并在空氣中晾干,加入200 μL 1%結(jié)晶紫加入結(jié)晶紫溶液染色5 min,將染液吸出,用流水清洗孔板至滴水無色為止。酶標(biāo)板在空氣中晾干,加入200 μL/孔的33%乙酸進(jìn)行溶解,用酶標(biāo)儀測(cè)定630 nm處的吸光度,以此吸光值表示生物被膜的產(chǎn)量。以接菌的不含抑菌劑的培養(yǎng)基作為對(duì)照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 19.0(SPSS Inc. Chicago,IL,USA)進(jìn)行單因素方差分析,數(shù)據(jù)用Excel軟件處理并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MIC測(cè)定

桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MIC測(cè)定如表1所示。結(jié)果表明,隆德假單胞菌和熒光假單胞菌對(duì)桃金娘果實(shí)花色苷提取物具有敏感性,在一定的濃度下,桃金娘花色苷提取物均能抑制兩種假單菌的增長(zhǎng)。由表1可知,桃金娘花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌的最小抑菌濃度(MIC)為1500 mg/mL,對(duì)于熒光假單胞菌的最小抑菌濃度(MIC)為1000 mg/mL。相同濃度花色苷提取物對(duì)熒光假單胞菌的抑制效果比對(duì)隆德假單胞菌的抑制效果更明顯。本研究的桃金娘果實(shí)花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MIC較葡萄皮花色苷對(duì)致病菌的MIC高[7],這可能是因?yàn)椴煌瑏碓吹幕ㄉ蘸途N差異導(dǎo)致的,即使是不同產(chǎn)地的同一種果實(shí)的花色苷提取物對(duì)同一種細(xì)菌的抑制作用也有較大差異[16]。

表1 花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌和熒光假單胞菌MIC的測(cè)定結(jié)果Table 1 MIC of the anthocyanin extracts on Pse lundensis and Pse fluorescens

2.2 桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MBC測(cè)定

桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MBC測(cè)定結(jié)果如表2所示,花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌的MBC為2000 mg/mL,對(duì)熒光假單胞菌的MBC為1000 mg/mL。這進(jìn)一步表明,隆德假單胞菌和熒光假單胞菌對(duì)桃金娘花色苷提取物敏感。一定濃度的桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌均有殺菌抑制效果。該研究的桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的殺菌濃度高于葡萄皮花色苷對(duì)大腸桿菌(E.coli)或金黃色葡萄球菌(Saureus)的殺菌濃度[7],差異原因可能與花色苷來源和菌種差異有關(guān),此外,花色苷的穩(wěn)定性也是重要因素之一?；ㄉ赵谄嵝詶l件下更穩(wěn)定,而本抑菌實(shí)驗(yàn)所用的TSB培養(yǎng)基pH為7.3±0.2,在這種條件下花色苷的穩(wěn)定性和活性受到了一定破壞和限制。

表2 花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌的MBC的測(cè)定結(jié)果Table 2 MBC of the anthocyanin extracts on Pse lundensis and Pse fluorescens

2.3 桃金娘花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌生物被膜的抑制作用

在MIC濃度下,細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制劑的抑制,這種情況下并不能很好地觀測(cè)抑制劑對(duì)細(xì)菌代謝的影響;在低于MIC的亞抑菌濃度下,細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖只有部分被抑制,而其代謝物的產(chǎn)生有明顯變化。因此,本文在亞抑菌濃度下觀測(cè)桃金娘花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌生物被膜的作用規(guī)律,其結(jié)果如圖1(A)和圖1(B)所示。

從生物被膜染色結(jié)果看,在12和24 h時(shí),與對(duì)照組相比,添加500 mg/mL的桃金娘花色苷提取物能夠抑制隆德假單胞菌生物被膜的產(chǎn)生,減少了該菌在接觸面上的粘附量(圖1A)。從生物被膜產(chǎn)生量測(cè)定結(jié)果看,添加了500 mg/mL的桃金娘花色苷提取物組在12和24 h時(shí)其生物被膜的產(chǎn)量顯著(p<0.05)低于對(duì)照組(圖1B),在24 h時(shí)差異顯著(p<0.05)。低濃度的花色苷提取物對(duì)細(xì)菌生物被膜的抑制效果較低,這可能是因?yàn)榈蜐舛鹊幕ㄉ仗崛∥锊荒苡行У亟档图?xì)菌在接觸面上的粘附[9]。同時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),花色苷提取物對(duì)細(xì)菌生物被膜的抑制作用減弱,還可能是部分花色苷在堿性TSB培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)變成了查耳酮等物質(zhì)使抑制作用減弱。本次研究中,添加250 mg/mL的桃金娘花色苷提取物在24 h對(duì)隆德假單胞菌的生物被膜沒有抑制效果,與對(duì)照相比反而增加了生物被膜的形成量,但差異不顯著。推測(cè)在花色苷作用較強(qiáng)的培養(yǎng)前期細(xì)菌密度較低,其生物被膜形成量較少,受到了花色苷的顯著抑制(圖1B,12 h);隨著花色苷抑制作用的減弱和菌密度的增加該菌產(chǎn)生了較多的生物被膜(圖1B,24 h),體系中的花色苷濃度低于抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的MIC濃度,在這種抑菌濃度下細(xì)菌的代謝受到一定抑制,但仍然能夠生長(zhǎng);這增加了細(xì)菌生長(zhǎng)的困難性,但也可能刺激細(xì)菌產(chǎn)生更多的生物被膜來抵抗和適應(yīng)這種不利條件;這是細(xì)菌借助生物被膜增強(qiáng)自身的適應(yīng)性和抵抗性的結(jié)果[17]。類似的研究表明,部分低于MIC濃度的藍(lán)莓花色苷提取物對(duì)耐藥的銅綠假單胞菌(PseaeruginosaCI)、大腸桿菌(E.coli)的生物被膜沒有抑制作用,反而促進(jìn)了生物被膜的產(chǎn)生量[18]。

圖1 花色苷提取物作用下隆德假單胞菌生物被膜的 結(jié)晶紫染色圖(A)和產(chǎn)量圖(B)Fig.1 Inhibition results of anthocyanin extracts on Pse lundensis biofilm formation(B) and bacterial adhesion on microtiter plate surface visualized by crystal violet staining(A)注:同一時(shí)點(diǎn)的不同字母表示不同濃度間 存在有顯著差異(p<0.05);圖2同。

2.4 桃金娘花色苷提取物對(duì)熒光假單胞菌生物被膜的抑制規(guī)律

在低于MIC的亞抑菌濃度下,桃金娘花色苷提取物對(duì)熒光假單胞菌生物被膜抑制作用如圖2(A)和圖2(B)所示。從生物被膜染色結(jié)果看,在12和24 h時(shí),與對(duì)照組相比,添加500和250 mg/mL的桃金娘花色苷提取物能夠抑制熒光假單胞菌生物被膜的產(chǎn)生,降低其在接觸面上的粘附量(圖2A)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),各組假單胞菌生物被膜的產(chǎn)量逐漸增加(圖2B)。在第6 h并未觀測(cè)到500和250 mg/mL的桃金娘花色苷提取物對(duì)熒光假單胞菌生物被膜的形成有抑制作用;在第12 h,500 mg/mL桃金娘花色苷提取物抑制了熒光假單胞菌的生物被膜的形成,與對(duì)照組有顯著差異(p<0.05);24 h后,500和250 mg/mL的桃金娘花色苷提取物均能夠抑制熒光假單胞菌生物被膜的形成,與對(duì)照組有顯著差異(p<0.05)。花色苷的這種抑制作用可能是通過增強(qiáng)細(xì)菌的細(xì)胞膜通透性,抑制菌體對(duì)數(shù)期的生長(zhǎng)分裂等機(jī)理實(shí)現(xiàn)的[19];如,大腸桿菌(E.coli)經(jīng)紫甘薯花色苷處理后出現(xiàn)明顯的菌體變形,細(xì)胞質(zhì)稀薄,質(zhì)壁分離,細(xì)胞質(zhì)解體并形成空泡等細(xì)胞死亡現(xiàn)象[20]。

圖2 花色苷提取物作用下熒光假單胞菌生物被膜的 結(jié)晶紫染色圖(A)和產(chǎn)量圖(B)Fig.2 Inhibition results of anthocyanin extracts on Pse fluorescens biofilm formation(B) and bacterial adhesion on microtiter plate surface visualized by crystal violet staining(A)

3 結(jié)論

本文研究了桃金娘果實(shí)花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌和熒光假單胞菌的抑制作用和抑菌濃度的花色苷提取物對(duì)兩種假單胞菌生物被膜的抑制效果,研究發(fā)現(xiàn):桃金娘果實(shí)花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌和熒光假單胞菌具有一定的抑制作用,對(duì)隆德假單胞菌和熒光假單胞菌的最小抑菌濃度分別為1500與1000 mg/mL。在低于MIC的亞抑菌濃度下,500 mg/mL的桃金娘果實(shí)花色苷提取物對(duì)隆德假單胞菌和熒光假單胞菌生物被膜具有抑制效果,能夠降低兩種假單胞菌在接觸面上的粘附量。該研究為進(jìn)一步研究桃金娘果實(shí)中花色苷抑制細(xì)菌生物被膜的可能性提供了基礎(chǔ)。