超臨界提取生姜揮發(fā)油的抗氧化及抑菌活性

王麗霞，錢佳，馮碩，張金玲，侯會會，王崧瑀（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

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超臨界提取生姜揮發(fā)油的抗氧化及抑菌活性

王麗霞，錢佳，馮碩，張金玲，侯會會，王崧瑀
（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

研究超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油的體外抗氧化活性以及抑菌活性，選用DPPH自由基清除率、超氧陰離子自由基、羥自由基清除率和還原力4種指標來評價生姜揮發(fā)油的抗氧化活性。數(shù)據(jù)顯示超臨界CO2提取得到的生姜揮發(fā)油具有良好的抗氧化活性，具有清除DPPH·、O2-·、羥自由基活性及還原性。在抑菌試驗中，超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對試驗所用供試菌種都表現(xiàn)了一定的抑菌活性，其對青霉的抑制能力較強，MIC和MBC均為0.78%。其次對黑曲霉的抑制作用也較好，MIC為0.78%，MBC為3.13%，與細菌相比，生姜揮發(fā)油對真菌的抑制能力更強。

生姜；揮發(fā)油；抗氧化作用；抑菌活性

人體細胞中生物分子的氧化會引起一些病理問題，如冠狀動脈粥樣硬化、帕金森疾病、癌癥以及人體的老齡化［1］，保護這些生物分子免受氧化可以通過限制氧氣的參與和加入抗氧化劑來達到效果。目前使用較廣泛的是合成抗氧化劑如丁基羥基苯甲醚（BHA）和叔丁基對甲酚（BHT）等。但它們的安全性存在著爭議。目前的研究著重于尋找一些天然抗氧化劑，包括植物提取物中的有效成分，如植物萃取物中的揮發(fā)油具有一些抗氧化作用，可以作為自由基的清除劑。因此，人體可以通過一定的植物性膳食的攝入來防止氧化損傷。

生姜（Zingiberofficinale Roscoe）是一種藥食同源植物。除了抗氧化作用外，生姜提取物還具有抗炎癥、抗嘔吐、抗腫瘤、止痛、止血、神經細胞保護、抗風濕性關節(jié)炎、抗真菌和抗細菌的作用［2］。與其他合成抗氧化劑或抗菌劑相比，生姜無毒且無副作用。生姜提取物中的有效成分有姜辣素、姜烯酚、一些姜酮衍生物、揮發(fā)性油、生物堿、皂苷和黃酮類物質［3］。其中揮發(fā)油的活性成分有松油烯-4-醇、（E）－1－（3’，4’－二甲氧基苯基）丁二烯［4］、姜醇和姜烯等。這些有效成分不僅具有抗氧化性，還有很強的抗真菌活性，可以作為一種有效的天然防腐劑。

提取生姜中有效成分的方法有很多，不同提取方法得到的生姜提取物的活性之間存在差異。目前應用最廣泛的是溶劑萃取法和水蒸氣蒸餾法，溶劑萃取法有溶劑殘留，水蒸氣蒸餾法需要較高的溫度，而實驗表明加熱處理會降低提取物的抗氧化性和有效成分的含量［5］。而超臨界CO2萃取法條件溫和、無毒，易將活性成分從生姜材料中提取出來，并且提取的生姜揮發(fā)油具有較高的活性成分含量和抗氧化、抗菌作用。

本試驗通過測定DPPH自由基清除率、超氧陰離子自由基、羥自由基清除率以及還原力來評價超臨界CO2提取得到的生姜揮發(fā)油的抗氧化作用，并選取4種細菌菌株（大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄、沙門氏菌）和4種真菌菌株（黑曲霉、毛霉、根霉、青霉）來評估生姜揮發(fā)油的抑菌效果。

1　材料與方法

1.1原料

生姜揮發(fā)油：由超臨界CO2萃取得到；供試真菌和細菌：天津科技大學生物資源與功能食品實驗室提供。

抗壞血酸（VC）、α-生育酚（VE）、DPPH、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、鄰苯三酚、水楊酸、鐵氰化鉀：以上均為國產分析純；BHT為食品級；細菌培養(yǎng)基、真菌培養(yǎng)基為生化試劑。

1.2儀器與設備

SP-2102UV紫外可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；HA220-40-15型超臨界萃取裝置：江蘇華安設備有限公司。

1.3方法

1.3.1生姜揮發(fā)油的抗氧化活性測定

生姜揮發(fā)油對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）清除能力的測定參照文獻［6-8］的方法；對超氧陰離子自由基（O2-·）清除能力的測定參照文獻［6，9］的方法；對羥自由基（·OH）清除能力的測定參照文獻［6，9-10］的方法；還原能力的測定參照文獻［10-11］的方法。以VC、BHT、VE作陽性對照。

1.3.2生姜揮發(fā)油抑菌活性的測定

通過測定抑菌圈直徑、最低抑菌濃度（MIC）和最低殺菌濃度（MBC）來體現(xiàn)生姜揮發(fā)油的抑菌活性。抑菌圈直徑、MIC和MBC的測定參照文獻［9-10，12-13］的方法。判定抑菌圈直徑結果的標準參照邱高翔等［13］。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均為3次以上重復試驗，用SPSS 13.0軟件和Excel軟件進行數(shù)據(jù)分析，并以平均值±標準差（±SD）表示。

2　結果與討論

2.1生姜揮發(fā)油對DPPH·的清除活性

超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對DPPH·的清除活性如圖1所示。

圖1　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對DPPH·的清除活性Fig.1　Activity of DPPH·scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

結果表明DPPH·的清除率與生姜揮發(fā)油及對照組劑量濃度成正相關，在試驗濃度范圍內，VC對DPPH·的清除效率最高，表現(xiàn)了較強的抗氧化性；VE對DPPH·的清除率最低，但仍具有清除DPPH·的能力；生姜揮發(fā)油對DPPH·的清除效果與BHT接近，在濃度為20 μg/mL和40 μg/mL時，兩者對DPPH·的清除率為6.04%、15.95%和15.77%、27.59%，當濃度升高為80 μg/mL時，兩者對DPPH·的清除率分別為55.34%和58.72%；表明了超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油具有良好的DPPH·清除活性。

2.2生姜揮發(fā)油對超氧陰離子（O2-·）的清除活性

超氧陰離子是所有氧自由基中的第一個自由基，可以經過一系列反應生成其他氧自由基對人體產生不良影響［9］。超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對超氧陰離子的清除活性如圖2所示。

圖2　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對超氧陰離子的清除活性Fig.2　Activity of superoxide anion radical scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

結果表明生姜揮發(fā)油與其他抗氧化劑都具有清除O2-·的能力，在試驗濃度范圍內，VC的清除率最高。且O2-·清除能力與生姜揮發(fā)油濃度成正相關，當其濃度為80 μg/mL時，消除率超過了50%；當濃度為100 μg/mL時，清除率達到了58.76%；表明了超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油具有較好的O2-·清除活性。

2.3生姜揮發(fā)油對羥自由基的清除活性

羥自由基是活性氧自由基在體內的主要形式之一，它能進攻并破壞活細胞中幾乎每一種分子，可引起細胞損傷和死亡［10］。超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對羥自由基的清除活性如圖3所示。

圖3　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對羥自由基的清除活性Fig.3　Activity of hydroxyl free radical scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

結果表明羥自由基的清除能力與生姜揮發(fā)油及對照組的濃度成正相關，在低濃度下對羥自由基的清除率較低，在高濃度下對羥自由基的清除率較高。當濃度為80 μg/mL時，VC、BHT和生姜揮發(fā)油對羥自由基的清除率分別達到了92.29%、69.23%和67.19%，顯示了很強的羥自由基清除能力，試驗濃度范圍內，生姜揮發(fā)油對羥自由基的清除效果與BHT接近。表明了超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油具有良好的羥自由基清除活性。

2.4生姜揮發(fā)油還原力的測定

抗氧化物質的還原力是一種新的抗氧化保護機理，它與抗氧化物質還原過渡金屬的能力有關［1］。超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的還原力如圖4所示。

圖4　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的還原力Fig.4　Reducing power of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

結果表明在試驗濃度范圍內，生姜揮發(fā)油和對照試劑的還原力與濃度成正相關，當濃度為100 μg/mL時，VC、BHT、生姜揮發(fā)油和VE的還原力分別為0.96、0.73、0.45、0.25，還原力大小為VC＞BHT＞生姜揮發(fā)油＞VE。表明超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油與VC、BHT和VE一樣，具有良好的抗氧化活性。

2.5生姜揮發(fā)油的抑菌效果

生姜揮發(fā)油的抑菌效果見圖5和表1。

圖5　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的抑菌活性Fig.5　Antimicrobial activities of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction

表1　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的抑菌圈直徑（，n=3）Table 1　Inhibition zone diameters of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction（，n=3）

表1　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的抑菌圈直徑（，n=3）Table 1　Inhibition zone diameters of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction（，n=3）

項目　測試菌種　抑菌圈/mm細菌　大腸桿菌　14.70±1.30枯草芽孢桿菌　11.70±0.60金黃色葡萄球菌　13.80±1.00沙門氏菌　13.10±0.80真菌　毛霉　19.20±0.40根霉　17.60±0.10黑曲霉　21.40±1.10青霉　幾乎完全抑制

生姜揮發(fā)油的親脂性物質可滲入到細菌或真菌的細胞膜，與細胞表面上的酶反應，破壞細菌或真菌的酶系統(tǒng)，對其遺傳物質的功能造成損傷。另外，菌種細胞膜表面的部分蛋白也會發(fā)生反應，使生物細胞膜磷脂雙分子層結構被破壞，更多的揮發(fā)油滲入胞內，最終導致細菌或真菌死亡［14］。試驗結果表明，超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對供試菌種產生不同程度的抑制作用。其對真菌菌種的抑制作用較強，抑菌圈直徑均大于15 mm，其中對青霉幾乎完全抑制；超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對供試細菌菌種的抑菌圈直徑也都大于10 mm，顯示了較好的抑制作用。

2.6生姜揮發(fā)油最低抑菌濃度測定

超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的最低抑菌濃度（MIC）和最低殺菌濃度（MBC）如表2所示。

表2　超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的最低抑菌濃度（MIC）和最低殺菌濃度（MBC）Table 2　Minimum inhibitory（MIC）and bactericidal（MBC）concentrations of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction

結果表明超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對青霉的抑制能力最強，MIC和MBC均為0.78%，其次對黑曲霉的抑制作用也較好，MIC為0.78%，MBC為3.13%。而生姜揮發(fā)油對枯草芽孢桿菌和沙門氏菌的抑制能力較低。表明超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對真菌的抑制效果比對細菌的抑制效果要好，但對實驗供試菌種都有一定的抑菌和殺菌作用。

3　結論

本文通過對DPPH·、超氧陰離子自由基、羥自由基的清除活性和還原力的測定來評價超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油的抗氧化活性。試驗結果顯示，超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油對DPPH·、超氧陰離子自由基和羥自由基都表現(xiàn)出一定的清除活性，并且其清除效果接近于BHT。在試驗濃度下，各試樣還原力大小為VC＞BHT＞生姜揮發(fā)油＞VE。說明超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油顯示出了一定的抗氧化性。

本文以大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄、沙門氏菌以及黑曲霉、毛霉、根霉和青霉作指示菌，評價超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油的抑菌活性。超臨界CO2提取的生姜揮發(fā)油對供試真菌菌種產生強的抑制作用，抑菌圈直徑均大于15 mm，對供試細菌菌種的抑菌圈直徑也都大于10 mm，具有較好的抑制作用。其中超臨界CO2提取生姜揮發(fā)油對青霉的抑制能力最強，MIC和MBC均為0.78%，其次對黑曲霉的抑制作用也較好，MIC為0.78%，MBC為3.13%。表明了超臨界CO2提取得到的生姜揮發(fā)油具有較強的抑菌效果。

綜上所述，超臨界CO2提取得到的生姜揮發(fā)油不僅具有顯著的抗氧化活性，對供試菌種也起到了抑制作用，因此，生姜揮發(fā)油可以作為一種天然保護劑，廣泛應用在食品及藥品工業(yè)中。

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Antioxidant and Antimicrobial Activities of Volatile Oil from Ginger by Supercritical Extraction

WANG Li-xia，QIAN Jia，F(xiàn)ENG Shuo，ZHANG Jin-ling，HOU Hui-hui，WANG Song-yu
（College of Food Science and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

The antioxidant and antimicrobial activities of volatile oil from ginger by supercritical CO2extraction were studied.Evaluation of the antioxidant effect of volatile oil from ginger was focused primarily on scavenging of 2，2-Diphenyl-1-picril hydrazyl radical（DPPH·），superoxide negative ion radical（O2-·）and hydroxyl radical as well as reducing capacity.The data showed the volatile oil of ginger had an antioxidant activity，activities of eliminating DPPH·，O2-·，hydroxyl radical and reducing capacity.Under the conducted experiments the volatile oil from ginger by supercritical CO2extraction also demonstrated a good antimicrobial activity to the microbial strain tested，penicillium was the most vulnerable to the volatile oil from ginger（MIC，MBC 0.78%），followed by aspergillus niger（MIC 0.78%，MBC 3.13%）.Compared with bacteria，volatile oil from ginger had a higher inhibiting ability to fungus.

ginger；volatile oil；antioxidant activity；antimicrobial activity

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.008

王麗霞（1966—），女（漢），研究員，研究生，研究方向：動植物資源開發(fā)利用與功能食品。

2016-02-26