草果挥发油的化学成分及抑菌机理研究进展

高璐瑶，唐志凌，陈文学，李远颂

（1.海南大学食品科学与工程学院，海南 海口570228；2.海南大学研究生处，海南 海口570228）

草果（Amomum tsao-ko）又名草果子、草果仁、草豆蔻，属姜科豆蔻属植物，在我国云南、广西、贵州等西南地区广泛种植[1]，是一种重要的药食同源植物。草果具有特殊的食用风味，不仅能用于食品加香，还能去除食材腥味，是大多数人生活中常用的香辛调味料。草果具有镇痛[2]、抗胃溃疡[3]、调节胃肠功能[4]、减肥降脂降糖[5]等药理作用，可作为中药，应用于临床疾病的治疗。草果中含有多种生物活性物质，具有抑菌[6]、抗氧化[7]等作用，在食品加工生产中，既能增强食品的风味，又可达到抑菌防腐的效果，具有较大的开发利用潜力。

天然防腐剂具有绿色、安全、高效等优点，在食品行业中受到广泛关注。从植物中提取有效成分进行抑菌防腐已成为当前研究热点，有不少学者对草果提取物的抑菌活性进行了研究。草果提取物的主要组分为草果挥发油，近年来，对草果提取物的研究主要集中于草果挥发油，而对非挥发性成分缺乏系统研究；对草果挥发油的化学组成和抑菌活性研究较多，但对抑菌机理缺乏深入研究。本文总结了草果挥发油的化学成分、抑菌作用以及抑菌机理等方面的研究进展，分析探讨了目前研究中存在的一些问题，旨在为草果的进一步开发利用提供理论参考。

1 草果挥发油的化学成分

挥发油又称精油，是一类与水不相混溶的油状液体，常温下能挥发，可随水蒸气蒸馏[8]。草果挥发油是从草果中提取的组分比较复杂的混合物，由于草果自身因素（部位、产地和品种等）以及外部提取方法的不同，提取所得草果挥发油的含量及化学成分存在一定差异。

1.1 草果自身不同因素的挥发油化学成分研究

胡智慧等[9]对新鲜草果壳和种仁中的挥发性成分进行研究分析，确定出二者有12种共同香气物质，其中香气贡献较大的有桉树叶气息的1,8-桉叶素、松木香的(+)-α-蒎烯和不饱和烯醛；同时有9种香气物质导致二者香气有所不同。何俏明等[10]鉴定出草果果壳与果仁的挥发油成分大部分相同，但一些主要成分的含量差异明显；草果果壳挥发油的特有成分包括β-桉叶醇、葑醇、反式-松香芹醇、δ-杜松烯、(-)-桃金娘烯醇等18种化合物。杨志清等[11]研究表明，31批草果茎和叶的挥发油组成略有差别，且草果茎和叶挥发油的化学成分与海拔之间有一定的相关性。

谷风林等[12]对产自云南省13个不同产地的草果提取挥发油后进行化学成分研究，共分析鉴定出39种化合物，研究结果表明，不同产地的挥发油主要成分相似，含量存在差异。闵勇等[13]采用气相色谱-质谱联用技术研究云南省蒙自老寨镇、元阳上新乡、元阳下新城乡、文山马关丁乡4个不同产地的草果叶中的挥发油化学成分，共鉴定出61种化合物，其中含量最高的为9，12，15-十八碳三烯-1-醇（20.66%、21.87%、28.61%、23.75%），含量较高的为桉叶油醇和棕榈酸（均超过10%）。黄云峰等[14]研究了广西产红草果与白草果的挥发油化学成分，发现红草果与白草果挥发油的化学成分存在较大差异。胡彦等[15]研究表明，8个不同草果栽培品种约有70%的挥发性成分存在差异，但主要挥发性成分基本相同。

1.2 提取方法对草果挥发油化学成分的影响

草果挥发油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、超临界CO2流体萃取法、微波辅助萃取法和超声波辅助萃取法等。

朱缨等[16]采用水蒸气蒸馏法提取和GC-MS法分析鉴定，得出草果挥发油中含有33种化合物，其中主要成分为桉油精（14.58%）、α，α，4-三甲基-3-环己烯1-甲醇、3,7-二甲基-2，6-辛二烯醛、α-蒎烯和β-蒎烯等。胡平[17]采用水蒸气蒸馏法提取草果精油，用GC-MS鉴定其化学成分，共鉴定出64种化合物，主要成分为烯烃类（桉油精、四环[3.3.1.0.1（3，9）]癸-10-酮）、醛类（2-异丙基苯甲醛、柠檬醛、β-甲基肉桂醛）以及醇类（马鞭草烯醇、香叶醇）。陆占国等[18]采用Clevenger法提取草果精油，检测出总成分中萜类化合物共有26种，占总成分的89.46%，主要成分1，8-桉树脑占40.89%。

熊将等[19]采用超临界CO2萃取草果挥发油并用GC-MS进行分析，结果显示，草果挥发油中含有橙花叔醇（相对含量最高，为12.49%）、（E）-柠檬醛、1，8-桉油精、α-松油醇、柠檬醛等成分,其中γ-松油醇、β-香茅醇等9种成分为首次从草果中分离得到。万红焱等[20]研究超临界CO2萃取草果挥发油，采用气相色谱-质谱联用技术进行成分分析，共鉴定出64种有效成分，主要为桉叶油素、（E）-2-癸烯醛、丙位十二内酯、4-丙基苯甲醛、2-十二烯醛等，其中丙位十二内酯、亚油酸乙酯等8种化合物为首次从草果果实中分离得到。

丁艳霞等[21]通过微波辅助萃取、超声辅助萃取和水蒸气蒸馏提取草果挥发油，研究用不同提取方法所得挥发油的化学成分差异，结果表明：微波萃取、超声萃取、水蒸气蒸馏3种提取方法的最高提取率分别为4.50%、3.82%、2.75%，共分离出39种化合物；3种方法提取草果挥发油的化学成分、指纹图谱均相似，微波、超声辅助提取挥发油的速度较快。Cui等[6]采用3种不同方法提取草果挥发油，并从中鉴定出34种成分，最主要的组分为单萜烃和含氧单萜，其中包括1，8-桉叶素（分别为37.8%、34.6%、36.6%）以及α-水芹烯、香叶醇、β-蒎烯和α-松油醇等。

2 草果挥发油的抑菌作用

草果挥发油含有多种活性成分，具有广谱抑菌性。本课题组[22-23]研究草果提取物对枯草芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和沙门氏菌的抗菌活性，结果表明，草果提取物对4种细菌都具有明显的抑制作用。

孟大威等[24]研究发现：草果精油对细菌和霉菌都具有明显的抗菌活性，精油对3种细菌的抗菌活性最大的是枯草芽孢杆菌，白葡萄球菌次之，大肠杆菌最小；对3种霉菌的抑菌活性最大的是米曲霉菌，根霉次之，青霉最小。胡平[17]采用菌丝生长速率法测定12种植物精油对6种常见植物病原真菌的抑制作用，并进行毒力测定，结果表明，12种植物精油中，草果精油的抑菌活性最高，对6种供试真菌的抑制率为71.58%～100%。韩林等[25]以正己烷为提取剂获得草果精油，研究其对5种菌的抑菌活性，结果显示，草果精油对大肠杆菌有较好的抑菌作用（MIC值为2.0 mg/mL）。李国林等[26]测试了肉桂、草果、百里香等8种植物精油对4种真菌和4种细菌的体外抑菌活性，结果表明，8种精油均有抑菌活性，草果精油对真菌的抑制作用较弱，对细菌的抑制作用较为显著。Liu等[27]研究了草果对肺炎克雷伯菌的抑菌活性，得出草果对该菌具有抗菌性。Rahman等[28]测定出草果提取物对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性）、鼠伤寒沙门菌和铜绿假单胞菌（革兰氏阴性）的MIC分别为1、2、2 mg/mL，草果提取物对这3种菌的生物膜有抑制作用。蒋妮等[29]研究表明，0.5 g/L的草果挥发油对5种植物病原菌（茄镰孢、链格孢、核盘菌、齐整小核菌和束状炭疽菌）的菌丝活性抑制率高达100%，对3种病原菌（茄镰孢、链格孢、束状炭疽菌）的孢子萌发抑制率均高于90%。

3 草果挥发油的抑菌机理

目前，关于草果挥发油抑菌机理研究的文献报道较少，现有文献分析显示，草果挥发油的抑菌机理主要表现在破坏细胞壁、细胞膜的完整性，抑制蛋白质、核酸等大分子物质的合成，以及抑制细菌生长代谢过程等方面。

3.1 破坏细胞壁、细胞膜的完整性

细胞壁和细胞膜具有支撑、保护细胞内部结构的功能。有效抑菌成分作用于菌体细胞后，能够逐步破坏其细胞壁或细胞膜的完整性，提高膜的通透性，使得胞内成分渗出，引起细胞内渗透压不稳定，影响细胞正常生理代谢，从而导致细胞溶解死亡。本课题组[22]研究表明，草果提取物对枯草芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌细胞的细胞形态和细胞完整性具有破坏性作用，表现出相对较好的抗菌效果。Rahman等[28]采用共聚焦激光扫描显微术观察发现，草果精油能破坏金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、沙门氏菌的生物结构，抑制3种细菌的生长。Guo等[30]研究表明，被草果精油处理后大肠杆菌的细胞破裂，细胞质流出，结构被破坏，影响大肠杆菌细胞膜的通透性。Dai等[31]研究发现，草果精油会导致阴道毛滴虫细胞膜损伤、核膜消失、染色质积累，对阴道毛滴虫有抑制作用。

3.2 扰乱病原菌核酸和蛋白质的合成

核酸和蛋白质是生命体的基础物质，在细胞生长代谢中发挥着重要作用。有效抑菌成分作用于菌体细胞后，通过破坏控制菌体生长的关键酶基因或者蛋白质的合成，减少菌体蛋白质的合成量或者使菌体蛋白质凝固、变性，尤其是导致执行某些特定催化功能的酶不断减少[32]，影响DNA复制和蛋白质代谢，从而起到抑菌作用。Yang等[33]研究发现，与大多数基因组DNA完整的对照细胞相比，由挥发油培养的细胞中有大量细胞染色质浓缩、核分裂明显以及含有许多凋亡小体，通过琼脂凝胶电泳观察发现，经过草果精油处理的细胞呈现出明显的“DNA梯”，表明草果精油对DNA的复制过程具有抑制作用。

3.3 抑制病原菌的呼吸代谢过程

呼吸代谢是细胞内糖的氧化代谢过程，为细胞生长繁殖提供能量。呼吸代谢途径主要有3种：糖酵解途径、磷酸戊糖途径以及三羧酸循环途径。有效抑菌成分作用于菌体细胞后，通过抑制细胞内糖的氧化代谢过程（呼吸代谢），导致细胞生命活动所需的能量无法得到供给，细胞的生长和繁殖受阻，从而达到抑菌目的。彭美芳[32]研究发现，草果提取物与琥珀酸的竞争性抑制剂丙二酸叠加率最小，表明草果提取物可通过糖代谢中的三羧酸循环途径抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细胞呼吸，从而阻碍细胞的生长繁殖。胡平[17]分析认为，可能由于草果挥发油作用，葡萄灰霉病菌体内琥珀酸脱氢酶活性受抑制，影响到细胞中的电子传递链和呼吸氧化作用，阻碍了能量代谢和三羧酸循环，导致组织化学反应减弱，细胞生长周期停滞，最终抑制了菌体的生长。黄聪亮等[34]研究认为，草果精油对于呼吸代谢的3种途径都有抑制作用，但主要抑制三羧酸循环途径。

4 结语与展望

综上，草果挥发油提取方法的研究已较为成熟，微波、超声波等辅助提取可以提高提取效率；采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），结合指纹图谱分析，可以鉴定草果挥发油的化学成分。虽然目前对草果及其提取物进行了一些研究，但仍有许多关键问题亟需探讨：

（1）近年来对草果提取物的研究主要集中于草果挥发油，草果提取物中的其他成分（如多酚类物质）的研究报道较少；草果提取物其他组分的抑菌活性有待开展进一步研究，以加深对草果的了解，使其利用价值达到最大化。

（2）关于草果挥发油成分分析的研究较多，但尚未明确起关键抑菌作用的成分，有效成分之间的构效和量效关系研究仍为空白。有研究指出，草果精油发挥抗菌活性，不是其主要成分（1，8-桉树脑）作用的结果,而是精油中其他成分综合作用的结果[24]。未来可利用生物和信息技术相结合，开展活性成分与抑菌活性之间的构效和量效关系，进一步揭示抑菌机理。

（3）现有研究多数是关于草果挥发油抑菌活性的定性研究，对其抑菌机理的研究尚处于初步阶段。可以参考有关文献，探讨采用基于代谢组学、转录组学分析的方法，综合体内外药理活性筛选，深入开展研究并最终阐明其作用机理。

目前，食源性疾病威胁着人类健康，不合理使用抗生素的情况时有发生，食品保鲜方面迫切需要绿色、安全、有效的天然防腐剂。草果作为一种天然植物，兼具食药两用性，在食品、医药等领域具有较高的应用价值。草果中含有多种活性成分，具有抗菌性、抗氧化性、抗炎性，可作为植物源天然防腐剂应用于食品加工中，确保食品品质与安全，开发利用前景十分广阔。