南瓜多糖的體外抑菌活性

翟婭菲，張星稀，相啟森，趙倫旭，何乃磊，申瑞玲

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450002；2.食品生產與安全河南省協同創新中心，河南 鄭州 450002）

南瓜（Cucurbit moschata Duch.）富含多種營養物質[1]，具有潤肺、健脾胃、消炎止痛、緩解腹脹等功效，是受廣大群眾喜愛的一種瓜類蔬菜。南瓜中的生物活性化合物豐富，尤其是具有防治糖尿病功效的南瓜多糖倍受關注[2-3]。南瓜多糖能夠顯著增加四氧嘧啶所致糖尿病小鼠的胰島素水平，并能修復受損的胰島組織與肝組織細胞。南瓜多糖還可顯著提高血清及肝組織中超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的量，并使肝組織中丙二醛和NO 的含量顯著降低[4]。近年來，關于南瓜多糖的研究主要集中于其分離提取方法及其防治糖尿病的機理[5-6]，而對南瓜多糖的其它功效研究較少。早期研究報道南瓜多糖具有抑菌效果[7-8]，然而不同因素對南瓜多糖體外抑菌效果的影響仍然未知。本研究分別探索了南瓜多糖對屬于革蘭氏陰性菌的大腸桿菌、屬于革蘭氏陽性菌的金黃色葡萄球菌和屬于真菌的魯氏接合酵母的抑制作用，就不同濃度、溫度、pH 值對南瓜多糖體外抑菌效果的影響進行了研究，確定了南瓜多糖對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度，以期為南瓜多糖的綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮南瓜：市售；無水乙醇、丙酮、HCl、NaOH 等試劑：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；Luria-Bertani 培養基（LB）和酵母浸出粉胨葡萄糖培養基（YPD）：青島海博生物技術有限公司；大腸桿菌O157：H7 （Escherichia coli O157：H7）、金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）、魯氏接合酵母（Zygosaccharomyces rouxii）：鄭州輕工業大學食品營養與安全實驗室所有。

1.2 試驗方法

1.2.1 南瓜多糖的制備

選取肉質呈橘黃色的成熟期較長的南瓜，清洗表面并去掉南瓜外表皮及籽粒，切成薄片后烘干。烘干后冷卻至室溫的南瓜片經粉碎機粉碎后過40 目篩，所得南瓜粉用于南瓜多糖的進一步提取。取一定量南瓜粉并加入35 倍的蒸餾水，于80 ℃攪拌浸提2 h。過濾后取上清液并適當濃縮，然后用4 倍體積的95%乙醇沉析多糖，4 ℃下靜置12 h 后過濾取沉淀。所得沉淀分別經95%乙醇、丙酮和無水乙醇洗滌去除雜質后，干燥保存。

1.2.2 菌種的活化及菌懸液的制備

從保存斜面上分別挑取一環大腸桿菌O157：H7和金黃色葡萄球菌接種到滅菌的LB 液體培養基中，于37 ℃、220 r/min 條件下恒溫震蕩培養12 h 以活化菌種。挑取一環魯氏接合酵母接種到滅菌的YPD 液體培養基中，于30 ℃、220 r/min 條件下恒溫震蕩培養24 h 以活化菌種。以無菌生理鹽水稀釋活化的菌懸液，使其濃度為107cfu/mL～108cfu/mL。

1.2.3 抑菌活性的測定方法

稀釋后的大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌菌懸液各取150 μL，分別加到LB 固體培養基平板上并涂布均勻。取150 μL 稀釋后的魯氏接合酵母菌懸液，均勻涂布到YPD 固體培養基表面。待菌液滲入固體培養基后，在每個平板上放置4個滅菌的牛津杯。其中3個各加入100 μL 經同一條件處理的待測樣品，另一個加入等量無菌水作為陰性對照。含大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌的平板經處理后放置于37 ℃恒溫培養箱中培養20 h，含魯氏接合酵母的平板置于30 ℃恒溫培養箱中培養30 h，最后以十字交叉法測量抑菌圈直徑。

1.2.4 濃度對南瓜多糖體外抑菌效果的影響

用無菌水配制濃度為 200、100、50、25 mg/mL 以及12.5 mg/mL 的南瓜多糖溶液，采用牛津杯法檢測并比較不同濃度的南瓜多糖對大腸桿菌O157：H7、金黃色葡萄球菌以及魯氏接合酵母菌的抑菌圈大小。

1.2.5 溫度對南瓜多糖體外抑菌效果的影響

將200 mg/mL 的南瓜多糖溶液分別置于37、60、80 ℃和100 ℃的恒溫水浴中處理30 min，待冷卻至室溫后分別取100 μL 加入牛津杯中，做3 組重復并以無菌水作對照。以十字交叉法測量抑菌圈直徑。

1.2.6 pH 值對南瓜多糖體外抑菌效果的影響

用 1 mol/L HCl 溶液和 1 mol/L NaOH 溶液將200 mg/mL 的南瓜多糖溶液分別調成pH 值為2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、10.0 的不同溶液，采用牛津杯法檢測不同pH 值的南瓜多糖的體外抑菌效果。

1.2.7 最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）的測定

根據均勻試驗優化的結果處理南瓜多糖，之后用無菌水分別配制成濃度為 3.125、6.25、12.5、25、50、100、200 mg/mL 的溶液，采用牛津杯法測定其對大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌的抑菌圈，以能出現抑菌圈的最低濃度作為最小抑菌濃度。

1.2.8 數據統計

用SPSS16.0 及Excel 軟件進行單因素的方差分析以及均勻試驗的回歸分析，試驗數據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同濃度南瓜多糖的抑菌效果

不同濃度南瓜多糖的抑菌效果見表1。

如表1所示，南瓜多糖對革蘭氏陰性菌大腸桿菌O157：H7 和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌的抑菌圈大小隨濃度的增加而逐漸增大，然而南瓜多糖即使濃度增加到200 mg/mL 仍對屬于真菌的魯氏接合酵母沒有抑制作用。萬艷娟等人報道南瓜多糖對屬于革蘭氏陰性菌的大腸桿菌和枯草芽孢桿菌具有抑制作用，而對黃曲霉和黑曲霉這兩種真菌沒有抑制作用[7]。綜合本文的結果與之前的報道可以推測，南瓜多糖對革蘭氏陽性菌和陰性菌具有較好的抑制效果，而對真菌沒有抑制作用。同一濃度下，南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的抑制效果優于大腸桿菌O157：H7，這與郭奇等的報道一致[8]。當南瓜多糖的濃度增加到200 mg/mL 時，其對大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別達到了9.53 mm 和9.68 mm。這一結果表明，南瓜多糖的濃度與其抑菌活性呈正相關，即南瓜多糖的濃度越大，其抑菌活性越強。

表1 不同濃度南瓜多糖的抑菌效果Table 1 The antibacterial effects of different concentrations of pumpkin polysaccharide

2.2 經不同溫度處理的南瓜多糖的抑菌效果

南瓜多糖經不同溫度處理后對大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌均表現出不同的抑制效果，說明溫度會影響南瓜多糖的抑菌活性。南瓜多糖的這一性質與紅薯莖葉多糖提取物和韭菜提取液相同[9-10]。

不同溫度處理后的南瓜多糖的抑菌作用見圖1。

圖1 不同溫度處理后的南瓜多糖的抑菌作用Fig.1 Antibacterial effects of pumpkin polysaccharides dealt with different temperatures

如圖1所示，對大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌，當南瓜多糖在37 ℃和60 ℃的溫度下處理后，其抑菌圈的大小變化不明顯。當處理溫度升高到80 ℃時，南瓜多糖能產生最大的抑菌圈，其直徑分別可達9.78 mm 和9.84 mm，進一步將處理溫度提高到100 ℃會使南瓜多糖產生的抑菌圈直徑大幅度減少。這說明南瓜多糖的抑菌活性具有熱穩定性，處理溫度升高到一定程度會破壞南瓜多糖的結構，從而降低其抑菌效果，這一結論與Khan 等的研究結果相符[11]。

2.3 不同pH值的南瓜多糖的抑菌效果

南瓜多糖在 pH 值為 2.0、4.0、6.0、7.0、8.0 和 10.0時的抑菌活性結果如圖2所示。

圖2 不同pH值的南瓜多糖的抑菌作用Fig.2 Antibacterial effects of pumpkin polysaccharides with different pH values

在pH 值為6.0 的條件下，南瓜多糖對大腸桿菌O157：H7 和金黃色葡萄球菌的抑制作用均最強，其抑菌圈直徑分別為9.66 mm 和9.88 mm。對于同種菌，當pH 值小于6 時，南瓜多糖的抑菌活性隨著酸性的增強而減弱；當pH 值大于6 時，南瓜多糖的抑菌活性隨著堿性的增強而減弱。南瓜多糖的這一性質與枸杞多糖和黃芪多糖相同，推測是由于在酸或堿條件下多糖的結構發生了變化，從而減弱了其自身的抑菌活性[12]。此外，在相同pH 值條件下，南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的抑制效果優于大腸桿菌O157：H7，這與相同濃度下酸堿度呈中性的南瓜多糖對兩種菌的抑制效果相同。

2.4 均勻試驗因素水平設計

綜合以上單因素試驗結果，以抑菌圈直徑作為檢測指標，采用三因素六水平6 組試驗的方式設計U6（63）均勻試驗表考察南瓜多糖的濃度（X1）、處理溫度（X2）以及pH 值（X3）對南瓜多糖體外抑菌活性的影響。U6（63）均勻試驗設計因素水平表見表3。

表3 U6（63）均勻試驗設計因素水平表Table 3 U6（63）table of uniform design

2.5 均勻試驗結果

根據均勻試驗表，在相應條件下分別進行體外抑菌試驗，所得各組抑菌圈直徑結果如表4所示。

表4 均勻試驗結果Table 4 Results of uniform design

2.6 回歸分析

以金黃色葡萄球菌為例，采用SPSS 軟件和Excel對均勻試驗結果進行分析[13]。先進行多元線性回歸分析，得到復相關系數R=0.945，決定系數R2=0.892，方差分析顯著性P=0.157＞0.05，說明多元線性回歸模型不能顯著地解釋自變量與因變量之間的變化，需使用多元非線性回歸模型進行回歸分析。

經多元多項式回歸分析，得到復相關系數R 及決定系數R2均為1.00，表明此回歸模型能較好地揭示自變量與因變量之間的關系，確定方程為Y=9.16-0.18X2+0.02X2X3+0.000 034X12-0.005X32。在測試條件范圍內，經過計算得到最佳優化條件為：南瓜多糖濃度200 mg/mL，溫度100 ℃，pH 值為10 時，南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的抑菌作用最強，抑菌圈直徑可達12.02 mm。經進一步試驗驗證，在此優化條件下得到的南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的抑菌圈為11.65 mm，與理論值相差0.37 mm，且遠超過各試驗值，說明均勻試驗優化后的最優條件使南瓜多糖均有最強的抑菌活性。

2.7 南瓜多糖的最小抑菌濃度

將南瓜多糖配制成7 種不同濃度的溶液，調節其pH 值均為10，并在100 ℃恒溫水浴中處理30 min，隨后測定其抑菌效果，結果見表5。

表5 南瓜多糖的最小抑菌濃度Table 5 The minimal inhibitory concentration of pumpkin polysaccharide

南瓜多糖在濃度為12.5 mg/mL 時對大腸桿菌O157：H7 有抑制效果，而在濃度為6.25 mg/mL 時對大腸桿菌O157：H7 沒有抑制作用。說明在試驗濃度內，南瓜多糖對大腸桿菌O157：H7 的最小抑菌濃度為12.5 mg/mL。對于金黃色葡萄球菌，南瓜多糖在濃度為6.25 mg/mL 時有抑制作用，而在濃度降低到3.125 mg/mL時失去抑制效果，說明南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度為6.25 mg/mL。這些結果表明南瓜多糖對金黃色葡萄球菌的抑制效果較好，與抑菌圈試驗結果相符。萬艷娟等報道南瓜多糖對大腸桿菌的最小抑菌濃度為2 mg/mL[7]，與本試驗結果不一致，分析可能存在以下原因：所選南瓜的品種有差別，南瓜多糖的提取方法存在差異。

3 結論

本試驗以牛津杯法檢測了南瓜多糖的體外抑菌活性。南瓜多糖對革蘭氏陰性菌大腸桿菌O157：H7 以及革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌均具有明顯的抑菌效果，而對真菌魯氏接合酵母不具有抑制效果。不同條件處理得到的南瓜多糖具有不同的抑菌活性。南瓜多糖的抑菌活性與其濃度正相關，并在一定范圍內隨著處理溫度的升高而升高，當溫度達到80 ℃時抑菌活性達到最大。此外，酸性或堿性條件都會對南瓜多糖的抑菌活性產生影響。通過均勻試驗優化，得到最佳的優化條件為：濃度 200 mg/mL，溫度 100 ℃，pH 值為10。經此條件處理的南瓜多糖，體外抑菌活性最強。