姜油树脂的超临界CO2萃取条件及其抑菌活性

张鲁明，王龙厚，陈雪香，蔺万煌

(湖南农业大学生物科学技术学院，长沙 410128)

生姜(Zingiber officinaleRosco)为姜科多年生草本植物， 因其具有特殊的辛辣芳香气味及活性功能成分，广泛用于食品工业和医药工业[1,2]。超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，简称SFE)是近30年发展起来的一种新型分离技术，由于其分离效果好，提取率高，产物无溶剂残留，利于热敏物质萃取和产物的生物活性保留高的特点，已经广泛应用于食品、医药等领域[3-5]。

现代医学研究证实，生姜具有抗氧化、抑菌和降血脂等生理功效[6]。目前，山梨酸钾作为一种国际公认的常用食品防腐剂，虽然相对安全有效，但不是对所有细菌都有抑制效果，因此,寻求广谱、高效、低毒、天然的防腐保鲜剂是目前食品科学研究中的热点之一[7]。笔者对超临界 CO2提取姜油树脂的工艺条件进行优化，并对姜油树脂的光、热稳定性和抑菌活性进行了试验，以期为生姜资源在天然防腐剂的开发利用方面提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

生姜购于湖南长沙高桥蔬果批发市场，产地为山东。

试验菌种大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella enterica)、痢疾志贺菌(Shigella dysenteriae)、苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)、金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus)，均由武汉大学分子生物学基因工程药物实验室提供。

1.2 方 法

1.2.1 姜油树脂的萃取

将鲜姜洗净，去掉腐烂和霉变部分，切成薄片，于50 ℃干燥箱中烘干至恒重，用万能粉碎机粉碎，密封干燥备用。每次取姜粉400 g装入萃取釜中，试验采用三因素三水平正交试验设计(表1)，以萃取压力、萃取温度和萃取时间为自变量，以提取率为因变量，优化提取工艺条件。

表1 超临界CO2萃取姜油树脂的因素和水平Table 1 Levels and factors with orthogonal experiment of ginger oleoresin supercritical CO2 fluid extraction

1.2.2 菌种的活化及悬菌液的制备

将所有供试细菌接种于LB斜面培养基上，放置于37℃培养箱中活化12 h。取活化好的菌株，用接种环挑取2环，放入装有10 mL无菌水的试管中，振荡几分钟，使菌种均匀分布于无菌水中，菌液中的细胞数约为106～107个/L。

1.2.3 姜油树脂的抑菌试验

采用滤纸片法测定不同浓度姜油树脂的抑菌活性[8]。向平板培养基中加入200 µL已制备好的菌悬液，涂布均匀，用镊子将灭菌后并分别浸透1，4，6，8，10 mg/mL姜油树脂抑菌液且直径为8 mm的滤纸片平铺在培养基上，每处理设3次重复。另设1组2 mg/mL山梨酸钾的阳性对照，无水丙酮溶液的阴性对照。所有平板于37℃培养24 h，观察并测量抑菌圈大小。

1.2.4 最小抑菌浓度(MIC)的测定

按照 0.25，0.50，1.00，5.00，10.00 mg/mL 的质量浓度梯度，配置姜油树脂丙酮溶液。每种细菌按编号接1种浓度，每处理设3次重复。另设1组2 mg/mL山梨酸钾的阳性对照，无水丙酮溶液的阴性对照。

1.2.5 姜油树脂在不同时间紫外光照射处理后的抑菌试验

将质量浓度为4 mg/mL的姜油树脂丙酮抑菌液放置在紫外光下，分别照射 10，30，60，120 min后，以未进行紫外光照射的姜油树脂丙酮抑菌液为对照，每处理3个重复，滤纸片法测定其抑菌效果。

1.2.6 姜油树脂在不同温度处理后的抑菌试验

将质量浓度为4 mg/mL姜油树脂丙酮抑菌液分别在40，60，80，100，120 ℃下放置10 min，以未加热的姜油树脂丙酮抑菌液做对照，每处理3个重复，滤纸片法测定其抑菌效果。

2 结果与分析

2.1 姜油树脂萃取的优化条件

由表2结果可见，姜油树脂超临界CO2萃取的最佳工艺条件为A2B2C3，即压力22 MPa，温度50℃，时间15 min，萃取率为5.38%。

表2 姜油树脂萃取条件优化的正交试验结果Table 2 Orthogonal experiment results of ginger oleoresins extraction with SFE-CO2

2.2 姜油树脂的浓度对抑菌效果的影响

从表3可以看出，不同质量浓度的姜油对苏云金杆菌、痢疾志贺菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌均有一定的抑制作用，随着姜油浓度的增加，抑菌圈随之增大。姜油树脂对5种细菌的抑制效果为：苏云金杆菌＞痢疾志贺菌＞金黄色葡萄球菌＞大肠杆菌＞沙门氏菌。2.0 mg/mL山梨酸钾的抑菌效果与 6 mg/mL姜油抑菌液的效果差异不显著，但抑制效果显著差于8.0 mg/mL和10.0 mg/mL的姜油抑菌液。

表3 不同质量浓度姜油树脂的抑菌作用Table 3 Bacteriostatic effect of different ginger oleoresin concentration

2.3 姜油树脂的最小抑菌浓度(MIC)

由表4可以看出，姜油树脂对大肠杆菌、痢疾志贺菌、金黄色葡萄球菌、苏云金杆菌及沙门氏菌的最低抑菌浓度分别为 1.0、0.5、1.0、0.5、1.0 mg/mL。

表4 姜油树脂的最低抑菌浓度Table 4 Minimum inhibitory concentration of ginger oleoresin

2.4 不同时间紫外光照处理对姜油树脂抑菌活性的影响

从图5中可以看出，随着光照时间的延长，姜油树脂的抑菌效果逐渐降低，照射60 min后，其抑菌效果不再明显下降。这表明，尽管光照对姜油树脂的抑菌效果有一定的影响，但总体而言，姜油树脂仍具有良好的光稳定性。在紫外光照的照射下，仍能保持75%以上的抑菌效果。

图5 光照时间对姜油树脂抑菌活性的影响Fig.5 Effect of UV with different time on bacteriostatic activety of ginger oleoresin

2.5 不同温度处理后姜油树脂抑菌效果的变化

从图6中可以看出，姜油树脂的抑菌效果在温度升到80℃时明显下降，在温度达到100℃时，下降幅度达到最大，之后随着温度的继续升高，姜油树脂的抑菌效果没有明显的变化，而其抑菌能力较未经加热处理的姜油，下降近40%，但仍然具有一定的抑菌能力，表明姜油树脂具有一定的热稳定性。图6 不同温度处理对姜油树脂抑菌效果的影响

Fig.6 Effect of ginger oleoresin with different temperature on bacteriostatic activity

3 结论与讨论

超临界CO2萃取姜油树脂的最佳为压力为22 MPa，温度为50℃，时间为15 min，在此条件下萃取率可达5.38%。文献[9]、[10]中超临界CO2萃取姜油树脂的萃取率分别达到4.75%和5.34%，本试验得到的萃取率高于前者。文献[11]中萃取姜油树脂的最佳压力为25 MPa，温度为40℃，时间为2.5 h；文献[12]中萃取姜油树脂的最佳压力为25 MPa，温度为45℃，时间为120 min。本试验中的萃取压力要小，而萃取时间远远短于文献报道。在工业生产上，降低压力可以节约生产成本，缩短时间可以提高生产效率。

姜油树脂对大肠杆菌、痢疾志贺菌、苏云金杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均有一定的抑制作用，其抑菌结果与文献[13]、[14]的结果一致。本试验的最低抑菌浓度均低于文献[13]、[14]。6.0 mg/mL姜油树脂的细菌抑制效果要优于山梨酸钾。

姜油树脂经过不同时间的紫外光照射和不同温度处理后，抑菌活性仍保持在原有抑菌活性的75%和60%以上，表明姜油树脂具有良好的热稳定性和光稳定性。安全、有效、低毒天然、绿色、安全的食品添加剂是目前热门的研究课题，山梨酸钾是目前被广泛应用的工业防腐剂，但其用量难以严格控制，过多的食用对人体损害较大，且稳定性较差。姜油树脂的抑菌作用非常明显，且具有良好的热稳定性和光稳定性，对人体有益无害，作为食品添加剂，具有很好的应用开发潜力。

[1]Muhammad Nabeel Ghayur, Anwarul Hassan Gilani.Inhibitory activity of ginger rhizome on airway and uterine smooth muscle preparations[J]．Eur Food Res Technol，2007，224: 477，481．

[2]杨 涛．生姜的功效及其开发利用[J]．现代农业科技，2009，(12):84-86．

[3]宿廷敏，王敏娟，阮时宝．超临界CO2萃取技术在中药提取中的应用[J]．黑龙江医药，2008，21(6):40-42．

[4]潘 见，杨 克，张文成，等．超临界CO2萃取天然产物技术及发展[J]．精细与专用化学品，2001，14(9):8-9．

[5]袁美兰，温辉梁，傅 升．超临界流体萃取在油脂工业中的应用现状[J]．粮油食品科技，2004，12(1):36-38．

[6]葛毅强，倪元颖，张正华，等．生姜精油的研究新进展[J]．中国调味品，2004，9(9):3-9．

[7]刘 瑜，张卫明．生姜挥发油抑菌活性研究[J]．食品工业科技，2008，29 (3):88-90．

[8]杨转琴，魏 红，曹 雯，等．大蒜提取液及食醋抑菌作用的研究[J]．食品科学，2008，29(1):69-73．

[9]邹纲明，郑品梅，李彦威，等．姜精油的超临界CO2提取及其抗氧化性研究[J]．食品科技，2007，(2):136-138．

[10]周晓东．超临界CO2萃取生姜特性组分——姜油的研究[J]．精细与专用化学品，2004，12(9):13-15．

[11]唐世洪，张克梅，曾凡逵．提取姜油树脂的工艺参数及最佳因素水平组合的研究[J]．食品科技，2006，(9):123-125．

[12]艾 萍，张伟民，龚钢明．利用超临界流体萃取制备生姜油工艺技术的研究[J]．食品工业，2005，(3):37-38．

[13]陈 燕，周希贵，李淑燕，等．生姜油树脂的抗菌性研究[J]．食品与发酵工业，2000，27(4):30-34．

[14]严赞开．生姜提取物的抑菌试验[J]．中国食品添加剂，2005，(1):74-76．