姜科植物精油抑菌作用的研究进展

李 萍，何丽华，魏 华，朱 江，秦保国，许恒毅，*

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.江西省轻工业研究所，江西南昌330029；3.南昌恒兴发展有限公司，江西南昌330000）

姜科植物精油抑菌作用的研究进展

李 萍1，何丽华1，魏 华1，朱 江2，秦保国3，许恒毅1，*

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.江西省轻工业研究所，江西南昌330029；3.南昌恒兴发展有限公司，江西南昌330000）

姜科植物精油来源广泛，具有抗菌和抗氧化等多种生物活性，逐渐被广泛应用于食品防腐保鲜、化妆品、医药等领域。本文综述了不同产地、取材及提取方法所得姜科植物精油的主要成分和抑菌作用，分析了不同化学成分对其抑菌活性的影响，并总结了植物精油的抑菌机理，以期为探寻安全的天然抑菌剂提供参考。

姜科，精油，抑菌

姜科属多年生草本单子叶植物姜目，科内有约1500个种，主要代表植物有姜、砂仁、姜黄、高良姜，以及蘘荷等，其中姜、砂仁、高良姜和姜黄等为著名的药材，具有较高的营养与保健价值。该科中多个种是重要的调味料，作为辛香料添加剂广泛用于食品工业。除上述诸多用途外，姜科植物中蘘荷的花芽可作蔬菜，姜黄中还可提取用于食品工业的黄色染料。

姜科植物中有较多种是传统的药食两用植物，主要活性成分有多糖、黄酮和精油等[1-2]。其中精油（也称挥发油）是存在于姜科植物体内的次级代谢产物，为油状液体，具有芳香气味和挥发性。由于植物精油源于天然，对环境无污染，对人体相对安全，且具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤和杀虫等多种生物活性，其在食品防腐保鲜、医药、农药及化妆品中的应用和研究日益增多[3-4]。目前对姜科植物精油的研究主要集中在精油的提取及其成分分析和抑菌活性上，而对于抑菌机理的报道相对较少。本文介绍了姜科植物的提取方法并综述了姜科植物精油的抑菌作用和抑菌机理研究进展。

1 姜科植物精油提取方法及主要化学成分

精油的提取方法已相对成熟，常见的方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、超临界CO2萃取法和压榨法等，不同提取方法得到的精油其成分和含量均有一定差异。现有报道中对姜科植物精油成分分析的研究较多，主要借助于气相色谱-质谱法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）。植物精油的化学成分较复杂，主要可分为四大类：萜烯类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物，以及含氮含硫化合物。其中萜烯类化合物为主要成分，其次是脂肪族化合物。不同提取方法获得的几种姜科代表植物精油的主要成分总结于表1。

精油成分的种类、含量和提取率等受多方面因素的影响，如植物的不同部位和组织、产地、采摘季节和精油提取方法等。Leopold等[13]利用水蒸气蒸馏法分别提取了高良姜根、茎和叶中的精油成分，通过气相色谱-火焰离子化检测（gas chromatographyflame ionization detector，GC-FID）和GC-MS对其精油成分进行了分析，结果显示高良姜叶子精油中的主要成分是1，8-桉叶素和樟脑，含量分别是28.3%和15.6%，从茎中提取的精油中1，8-桉叶素和樟脑的含量分别是31.1%和11.0%，而从根中提取的精油中主要成分是1，8-桉叶素和α-乙酸小茴香酯，含量分别为28.4%和18.4%，樟脑含量仅占7.7%。Indu等[8]提取并分析了新鲜生姜和干姜的精油成分，结果显示虽然两种姜精油中的主要成分为姜烯，但其所占含量比例不同，干姜和新鲜生姜中含量分别为30.3%和28.6%。此外，干姜中总氧化物的含量由新鲜生姜中的14.4%上升到了29.2%，而新鲜生姜中香叶醛的含量约为干姜中的2倍。上述现象可能是由于在对新鲜生姜进行干燥的过程中将其切碎并在50℃烘干所引起，在加热烘干时生姜长时间暴露在空气中，使得部分化学物质与氧气发生反应，而由于香叶醛较易挥发，在加热烘干的过程中大量的香叶醛挥发，香叶醛具有强烈的柠檬气味，这也能解释新鲜生姜的气味较干姜更刺鼻的原因。

表1 姜科植物主要化学成分Table.1 Chemical component of zingiberaceae

另外，由于种植的土壤及气候环境不相同，姜科植物在生长过程中产生的次级代谢产物其含量和成分也不相同，因此提取所得的精油也具有一定的差异性。陈福北等[12]用水蒸气蒸馏法和索式提取法分别提取了干、生两种姜黄的精油，并用GC-MS对其主要成分进行了分析，结果显示利用两种方法所得的干、生姜黄精油中，含量均超过4.5%的共有成分为α-姜黄烯和芳姜黄酮。生姜黄中含有1.13%的α-香柠檬烯，却不含β-倍半水芹烯，而干姜黄中不含α-香柠檬烯，但含有0.88%的β-倍半水芹烯。此外，通过水蒸气蒸馏法所得的干、鲜姜黄精油中α-姜黄烯的含量明显高于索式提取法所得精油中α-姜黄烯的含量，且两种方法所得精油相比较发现，干姜黄精油中α-姜黄烯的含量较高。利用水蒸气蒸馏法提取的干、生姜黄挥发油中都不含有反式大茴香脑和（-）-姜烯。比较两种提取方法的提取率可知，干姜黄得油率较生姜黄高，且用索式提取法提取干、生姜黄的得油均比水蒸气蒸馏法高。

2 姜科植物精油的抑菌作用

2.1 姜精油的抑菌作用

研究表明姜精油具有广谱抗菌的效果，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌等均有一定的抑菌活性。但由于取材和提取方法的不同，姜精油的抑菌活性也有明显的差异。国内外已对姜精油的抑菌活性做了较多的研究，总结于表2。

Yasodha等[7]提取了生姜叶和根的精油并进行了抑菌活性研究，结果显示两种精油对金黄色葡萄球菌、地衣芽孢杆菌和大肠杆菌等均有抑制作用，且对革兰氏阳性菌的抑菌效果较革兰氏阴性菌好。另外，生姜不同组织提取的精油对不同菌的抑制效果也有所不同，生姜叶精油对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度分别是0.630mg/mL和0.160mg/mL，而生姜根茎部分所得精油对上述两种菌的最低抑菌浓度如表2所示。Indu等[8]提取了新鲜生姜和干姜的精油并研究了其抑菌效果，结果发现新鲜生姜和干姜的精油对铜绿假单胞菌、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌和黑曲霉等几种菌均有抑制效果，两种姜精油对蜡样芽孢杆菌的最低抑菌浓度均为10.0μg/mL。此外，新鲜生姜精油对黑曲霉的最低抑菌浓度＜1.00μg/mL，而干姜的精油对黑曲霉的最低抑菌浓度为5.00μg/mL。鲜姜精油对铜绿假单胞菌的抑菌圈直径为（7.11± 0.0600）mm，干姜精油的抑菌圈直径为（9.06± 0.110）mm，其抑菌效果较鲜姜的好。可见，相同材料来源但不同含水量的姜精油其抑菌效果也有差异，但其抑菌活性在革兰氏阳性菌和阴性菌及真菌之间没有明显的规律。原因可能是由于不同的细菌细胞膜结构有一定差异，对胞内外渗透压的变化及对外界危害的耐受程度也不同，此外产地、取材部位和提取方法等的不同造成所得精油在成分和含量上有所差异，又由于精油中不同成分之间在抑菌活性方面存在协同增效作用，在抑菌过程中抑菌方式和能力也可能不同，因此不同的细菌在抵抗精油对其损害时也表现出不同的结果。

表2 姜精油抑菌作用Table.2 The antibacterial action of ginger essential oil

2.2 姜科其他植物精油的抑菌作用

国内外学者对姜科其他植物精油的抗菌活性也做了大量研究，研究表明其他姜科植物精油也具有较好的抑菌活性，不同方法提取的精油其抑菌效果总结于表3。

研究表明，由于植物不同部位精油所含的成分不同，其抑菌效果也有所不同。张生潭等[9]首次利用Bligh-Dyer法提取了砂仁种子和果壳中的精油，并研究了砂仁精油对几种细菌和真菌的抑菌活性，结果表明，Bligh-Dyer法的精油提取率比水蒸气蒸馏法高。且该方法提取的精油对金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和红色毛癣菌均有显著的抑菌效果。该实验结果还表明，虽然水蒸气蒸馏法提取的精油提取率较Bligh-Dyer法低，但前者提取的精油抑菌效果更好，且对真菌的抑制效果比细菌好。另外，通过Bligh-Dyer法从砂仁果壳中提取的精油对金黄色葡萄球菌和粪肠球菌无明显抑菌活性，而从砂仁种子中提取的精油对上述两种菌的抑菌效果较果壳的好。其原因可能是从种子获得的精油中含有β-蒎烯、β-月桂烯、樟脑、异龙脑、龙脑等萜类物质，而从果壳获得精油中没有上述物质，由于精油中的萜类物质能降低细菌生物膜的稳定性，为进一步破坏细胞膜奠定基础[33]，因此从果壳中获得的精油对金黄色葡萄球菌和粪肠球菌的抑菌活性相对较低。

陈新等[34]选取了27份海南野生分布的益智并提取其精油，抑菌实验表明其中有2份精油对金黄色葡萄球菌有一定抑制作用，且其抑菌的显著性与石竹烯、香橙烯和乙酸香茅酯等8种化合物有关。Joy等[16]提取了鲜、干姜花的精油并研究了其抑菌活性，结果显示，姜花精油对真菌和细菌均有抑制作用，且从鲜姜花中提取的精油其抑菌效果较干姜花更好。

3 精油的抑菌机理

国内外对姜科植物精油抑菌机理研究的报道较少，但对其他香辛料精油的抑菌机理已有较多报道。研究表明，不同种类植物之间和同种植物不同组织部位的精油抑菌效果有一定差异，而造成该结果的原因与精油的成分有着密切的关系。Cosentino等[35]探讨了百里香精油的成分及抑菌活性，结果发现抑菌效果与酚类物质含量多少有关。

植物精油抗菌作用机理归纳为以下几点[36-38]：破坏细胞膜、细胞内容物渗出、细胞质凝结和改变细胞膜渗透压等。Ulte等[39]探讨了牛至和百里香精油中丁香酚对蜡样芽孢杆菌的抑菌机理，结果发现，丁香酚影响了蜡样芽孢杆菌细胞膜的阴阳离子，破坏了离子梯度，从而破坏了细胞最基本的代谢过程，最终导致细胞死亡。张赟彬等[40]通过测定菌悬液电导率和还原糖含量等变化研究了荷叶精油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等几种常见食源致病菌的抑菌机理，结果发现荷叶精油使细菌的细胞膜通透性发生了变化，使得菌体内容物渗出，同时荷叶精油还可抑制细菌蛋白质的合成，从而引起菌体死亡。Nguefack等[41]利用流式细胞术分析了柠檬草、罗勒和生姜等几种植物的精油对单增李斯特菌和金黄色葡萄球菌的抑菌机理，结果发现精油使细胞的通透性增加，改变了细胞膜的渗透压，从而引起细胞破裂和细菌死亡。Tyagi等[42]利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等方法研究了柠檬草精油对大肠杆菌的抑菌机理，结果发现经过精油处理的细菌表面变的皱缩粗糙，透射电子显微镜（TEM）结果显示细菌不再饱满，且有细胞质渗出，这表明精油使大肠杆菌细胞膜受损，从而抑制细菌生长。

目前，姜科植物精油的抑菌机理报道较少，但有报道推测生姜精油中亲脂性的物质在抑菌过程中起到较为重要的作用，此类物质可渗入细菌或真菌的细胞膜，与细胞膜上的酶反应，破坏细菌或真菌的酶系统，进一步对其遗传物质的功能造成损伤。另外，这些物质还可与细胞膜上的蛋白发生反应，破坏磷脂双分子层和细胞结构，使更多的精油渗入胞内，最终导致细菌或真菌死亡[43-46]。

4 展望

近年来，各国学者在姜科植物精油的成分分析和抗菌作用以及其他生物活性方面做了较多的研究，但其主要抑菌成分和抑菌机理尚不明确。因此，在明确姜科植物精油具体的活性成分和抑菌机理等方面还有待进一步的探索和研究。姜科植物中的多种植物作为重要的调味品和药材，其精油来源丰富，安全低毒，且具有多种生物活性，因此可将其作为天然防腐剂用于食品防腐保鲜，从而减少化学防腐剂的使用，降低了化学防腐剂对人体和环境造成的危害。此外，还可将姜科植物精油微囊化，生产成可食用的保健产品。姜科植物精油具有诸多用途，然而目前开发并生产的姜科植物精油种类较少，因此有必要在已有的研究基础上加大对姜科植物精油资源的开发和利用。总言之，姜科植物资源丰富，具有多种生物活性，其在食品及医药等各领域均具有较好的发展前景。

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Research progress in zingiberaceae essential oils on bactriostasis

LI Ping1，HE Li-hua1，WEI Hua1，ZHU-Jiang2，QIN Bao-guo3，XU Heng-yi1，*
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Light Industry Institution of Jiangxi Province，Nanchang 330029，China；3.Nanchang Hengxing Development Co.，Ltd.，Nanchang 330000，China）

Zingiberacea eessential oils are the secondary metabolites isolated from steam of zingiberaceae plant，which has many biological activities.In this article，as a reference for finding natural and safety bacteriostatic agent，studies for composition of zingiberaceae essential oils and antibacterial activity were summarized and recent researches in antibacterial mechanism of essential oils were reviewed and discussed.

zingiberaceae；essential oil；antibacterial

TS264.3

A

1002-0306（2014）06-0377-06

2013－07－17 *通讯联系人

李萍（1989-），女，硕士研究生，研究方向：营养与食品卫生学。

江西省学术学科带头人培养计划；国家自然科学基金（31271863）。