超临界提取生姜挥发油的抗氧化及抑菌活性

王丽霞，钱佳，冯硕，张金玲，侯会会，王崧瑀（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）



超临界提取生姜挥发油的抗氧化及抑菌活性

王丽霞，钱佳，冯硕，张金玲，侯会会，王崧瑀
（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

研究超临界CO2提取的生姜挥发油的体外抗氧化活性以及抑菌活性，选用DPPH自由基清除率、超氧阴离子自由基、羟自由基清除率和还原力4种指标来评价生姜挥发油的抗氧化活性。数据显示超临界CO2提取得到的生姜挥发油具有良好的抗氧化活性，具有清除DPPH·、O2-·、羟自由基活性及还原性。在抑菌试验中，超临界CO2提取生姜挥发油对试验所用供试菌种都表现了一定的抑菌活性，其对青霉的抑制能力较强，MIC和MBC均为0.78%。其次对黑曲霉的抑制作用也较好，MIC为0.78%，MBC为3.13%，与细菌相比，生姜挥发油对真菌的抑制能力更强。

生姜；挥发油；抗氧化作用；抑菌活性

人体细胞中生物分子的氧化会引起一些病理问题，如冠状动脉粥样硬化、帕金森疾病、癌症以及人体的老龄化［1］，保护这些生物分子免受氧化可以通过限制氧气的参与和加入抗氧化剂来达到效果。目前使用较广泛的是合成抗氧化剂如丁基羟基苯甲醚（BHA）和叔丁基对甲酚（BHT）等。但它们的安全性存在着争议。目前的研究着重于寻找一些天然抗氧化剂，包括植物提取物中的有效成分，如植物萃取物中的挥发油具有一些抗氧化作用，可以作为自由基的清除剂。因此，人体可以通过一定的植物性膳食的摄入来防止氧化损伤。

生姜（Zingiberofficinale Roscoe）是一种药食同源植物。除了抗氧化作用外，生姜提取物还具有抗炎症、抗呕吐、抗肿瘤、止痛、止血、神经细胞保护、抗风湿性关节炎、抗真菌和抗细菌的作用［2］。与其他合成抗氧化剂或抗菌剂相比，生姜无毒且无副作用。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、挥发性油、生物碱、皂苷和黄酮类物质［3］。其中挥发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。这些有效成分不仅具有抗氧化性，还有很强的抗真菌活性，可以作为一种有效的天然防腐剂。

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间存在差异。目前应用最广泛的是溶剂萃取法和水蒸气蒸馏法，溶剂萃取法有溶剂残留，水蒸气蒸馏法需要较高的温度，而实验表明加热处理会降低提取物的抗氧化性和有效成分的含量［5］。而超临界CO2萃取法条件温和、无毒，易将活性成分从生姜材料中提取出来，并且提取的生姜挥发油具有较高的活性成分含量和抗氧化、抗菌作用。

本试验通过测定DPPH自由基清除率、超氧阴离子自由基、羟自由基清除率以及还原力来评价超临界CO2提取得到的生姜挥发油的抗氧化作用，并选取4种细菌菌株（大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄、沙门氏菌）和4种真菌菌株（黑曲霉、毛霉、根霉、青霉）来评估生姜挥发油的抑菌效果。

1　材料与方法

1.1原料

生姜挥发油：由超临界CO2萃取得到；供试真菌和细菌：天津科技大学生物资源与功能食品实验室提供。

抗坏血酸（VC）、α-生育酚（VE）、DPPH、三羟甲基氨基甲烷（Tris）、邻苯三酚、水杨酸、铁氰化钾：以上均为国产分析纯；BHT为食品级；细菌培养基、真菌培养基为生化试剂。

1.2仪器与设备

SP-2102UV紫外可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；HA220-40-15型超临界萃取装置：江苏华安设备有限公司。

1.3方法

1.3.1生姜挥发油的抗氧化活性测定

生姜挥发油对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）清除能力的测定参照文献［6-8］的方法；对超氧阴离子自由基（O2-·）清除能力的测定参照文献［6，9］的方法；对羟自由基（·OH）清除能力的测定参照文献［6，9-10］的方法；还原能力的测定参照文献［10-11］的方法。以VC、BHT、VE作阳性对照。

1.3.2生姜挥发油抑菌活性的测定

通过测定抑菌圈直径、最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）来体现生姜挥发油的抑菌活性。抑菌圈直径、MIC和MBC的测定参照文献［9-10，12-13］的方法。判定抑菌圈直径结果的标准参照邱高翔等［13］。

1.4数据处理

试验数据均为3次以上重复试验，用SPSS 13.0软件和Excel软件进行数据分析，并以平均值±标准差（±SD）表示。

2　结果与讨论

2.1生姜挥发油对DPPH·的清除活性

超临界CO2提取生姜挥发油对DPPH·的清除活性如图1所示。

图1　超临界CO2提取生姜挥发油对DPPH·的清除活性Fig.1　Activity of DPPH·scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

结果表明DPPH·的清除率与生姜挥发油及对照组剂量浓度成正相关，在试验浓度范围内，VC对DPPH·的清除效率最高，表现了较强的抗氧化性；VE对DPPH·的清除率最低，但仍具有清除DPPH·的能力；生姜挥发油对DPPH·的清除效果与BHT接近，在浓度为20 μg/mL和40 μg/mL时，两者对DPPH·的清除率为6.04%、15.95%和15.77%、27.59%，当浓度升高为80 μg/mL时，两者对DPPH·的清除率分别为55.34%和58.72%；表明了超临界CO2提取生姜挥发油具有良好的DPPH·清除活性。

2.2生姜挥发油对超氧阴离子（O2-·）的清除活性

超氧阴离子是所有氧自由基中的第一个自由基，可以经过一系列反应生成其他氧自由基对人体产生不良影响［9］。超临界CO2提取生姜挥发油对超氧阴离子的清除活性如图2所示。

图2　超临界CO2提取生姜挥发油对超氧阴离子的清除活性Fig.2　Activity of superoxide anion radical scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

结果表明生姜挥发油与其他抗氧化剂都具有清除O2-·的能力，在试验浓度范围内，VC的清除率最高。且O2-·清除能力与生姜挥发油浓度成正相关，当其浓度为80 μg/mL时，消除率超过了50%；当浓度为100 μg/mL时，清除率达到了58.76%；表明了超临界CO2提取的生姜挥发油具有较好的O2-·清除活性。

2.3生姜挥发油对羟自由基的清除活性

羟自由基是活性氧自由基在体内的主要形式之一，它能进攻并破坏活细胞中几乎每一种分子，可引起细胞损伤和死亡［10］。超临界CO2提取生姜挥发油对羟自由基的清除活性如图3所示。

图3　超临界CO2提取生姜挥发油对羟自由基的清除活性Fig.3　Activity of hydroxyl free radical scavenging of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

结果表明羟自由基的清除能力与生姜挥发油及对照组的浓度成正相关，在低浓度下对羟自由基的清除率较低，在高浓度下对羟自由基的清除率较高。当浓度为80 μg/mL时，VC、BHT和生姜挥发油对羟自由基的清除率分别达到了92.29%、69.23%和67.19%，显示了很强的羟自由基清除能力，试验浓度范围内，生姜挥发油对羟自由基的清除效果与BHT接近。表明了超临界CO2提取的生姜挥发油具有良好的羟自由基清除活性。

2.4生姜挥发油还原力的测定

抗氧化物质的还原力是一种新的抗氧化保护机理，它与抗氧化物质还原过渡金属的能力有关［1］。超临界CO2提取生姜挥发油的还原力如图4所示。

图4　超临界CO2提取生姜挥发油的还原力Fig.4　Reducing power of volatile oil from ginger by supercritical CO2fluid extraction

结果表明在试验浓度范围内，生姜挥发油和对照试剂的还原力与浓度成正相关，当浓度为100 μg/mL时，VC、BHT、生姜挥发油和VE的还原力分别为0.96、0.73、0.45、0.25，还原力大小为VC＞BHT＞生姜挥发油＞VE。表明超临界CO2提取的生姜挥发油与VC、BHT和VE一样，具有良好的抗氧化活性。

2.5生姜挥发油的抑菌效果

生姜挥发油的抑菌效果见图5和表1。

图5　超临界CO2提取生姜挥发油的抑菌活性Fig.5　Antimicrobial activities of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction

表1　超临界CO2提取生姜挥发油的抑菌圈直径（，n=3）Table 1　Inhibition zone diameters of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction（，n=3）

表1　超临界CO2提取生姜挥发油的抑菌圈直径（，n=3）Table 1　Inhibition zone diameters of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction（，n=3）

项目　测试菌种　抑菌圈/mm细菌　大肠杆菌　14.70±1.30枯草芽孢杆菌　11.70±0.60金黄色葡萄球菌　13.80±1.00沙门氏菌　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　几乎完全抑制

生姜挥发油的亲脂性物质可渗入到细菌或真菌的细胞膜，与细胞表面上的酶反应，破坏细菌或真菌的酶系统，对其遗传物质的功能造成损伤。另外，菌种细胞膜表面的部分蛋白也会发生反应，使生物细胞膜磷脂双分子层结构被破坏，更多的挥发油渗入胞内，最终导致细菌或真菌死亡［14］。试验结果表明，超临界CO2提取生姜挥发油对供试菌种产生不同程度的抑制作用。其对真菌菌种的抑制作用较强，抑菌圈直径均大于15 mm，其中对青霉几乎完全抑制；超临界CO2提取生姜挥发油对供试细菌菌种的抑菌圈直径也都大于10 mm，显示了较好的抑制作用。

2.6生姜挥发油最低抑菌浓度测定

超临界CO2提取生姜挥发油的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）如表2所示。

表2　超临界CO2提取生姜挥发油的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）Table 2　Minimum inhibitory（MIC）and bactericidal（MBC）concentrations of ginger volatile oil by supercritical CO2extraction

结果表明超临界CO2提取生姜挥发油对青霉的抑制能力最强，MIC和MBC均为0.78%，其次对黑曲霉的抑制作用也较好，MIC为0.78%，MBC为3.13%。而生姜挥发油对枯草芽孢杆菌和沙门氏菌的抑制能力较低。表明超临界CO2提取生姜挥发油对真菌的抑制效果比对细菌的抑制效果要好，但对实验供试菌种都有一定的抑菌和杀菌作用。

3　结论

本文通过对DPPH·、超氧阴离子自由基、羟自由基的清除活性和还原力的测定来评价超临界CO2提取的生姜挥发油的抗氧化活性。试验结果显示，超临界CO2提取的生姜挥发油对DPPH·、超氧阴离子自由基和羟自由基都表现出一定的清除活性，并且其清除效果接近于BHT。在试验浓度下，各试样还原力大小为VC＞BHT＞生姜挥发油＞VE。说明超临界CO2提取生姜挥发油显示出了一定的抗氧化性。

本文以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄、沙门氏菌以及黑曲霉、毛霉、根霉和青霉作指示菌，评价超临界CO2提取生姜挥发油的抑菌活性。超临界CO2提取的生姜挥发油对供试真菌菌种产生强的抑制作用，抑菌圈直径均大于15 mm，对供试细菌菌种的抑菌圈直径也都大于10 mm，具有较好的抑制作用。其中超临界CO2提取生姜挥发油对青霉的抑制能力最强，MIC和MBC均为0.78%，其次对黑曲霉的抑制作用也较好，MIC为0.78%，MBC为3.13%。表明了超临界CO2提取得到的生姜挥发油具有较强的抑菌效果。

综上所述，超临界CO2提取得到的生姜挥发油不仅具有显著的抗氧化活性，对供试菌种也起到了抑制作用，因此，生姜挥发油可以作为一种天然保护剂，广泛应用在食品及药品工业中。

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

WANG Li-xia，QIAN Jia，FENG 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

王丽霞（1966—），女（汉），研究员，研究生，研究方向：动植物资源开发利用与功能食品。

2016-02-26