植物精油协同抑菌的研究进展

郝文凤，田玉红 ，董菲，周旭凯

(广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006)

1 研究背景

精油是植物产生的一种次生代谢产物，在植物防御害虫中起着重要作用。精油又称挥发油，主要由脂肪族化合物、含硫化合物、萜烯类及衍化物等构成，其中萜类是主要成分，易溶于极性小的有机溶剂中。研究表明，植物精油具有良好的杀菌活性、抗氧化性、抗增殖、杀虫、驱避等作用，并且植物精油一直被认为是天然抗菌剂和抗氧化剂的来源[1-4]。植物精油可被用于防腐剂、保鲜剂，也可被用于改善壳聚糖复合膜的性能[5,6]。精油的化学成分多种多样，它们的成分之间往往表现出复杂的相互作用，由于化合物之间的相互作用，它们产生4种可能的效应：无关效应、加性效应、拮抗效应、协同效应。当综合效应等于单个效应之和时，视为加性效应；当一种或两种化合物同时使用时，其效果比单独使用时的效果小，视为拮抗作用；当物质的综合作用大于个体作用之和时，视为协同作用；当物质的总和效应无相关时视为无关作用[7,8]。

致病菌是导致食品安全问题和引起疾病的微生物。常见致病菌主要有痢疾杆菌、致病性大肠杆菌、沙门氏菌、霍乱弧菌等。对于致病菌的抑制有特定的抗菌素，许多抗菌素在抑制致病菌的同时伴有令人不快的副作用，过多使用抗菌素会造成细菌、真菌、病毒、寄生虫等对抗菌素产生耐药性，因此使传统的药物对微生物和疾病无效，与合成药物相比，寻求一种新的抗菌剂成为一种需求[9,10]。植物精油作为一种新的抑菌剂被开发出来，由于植物精油的疏水性能使细菌细胞膜和线粒体膜上的脂质分离，通过干扰细胞膜结构使细胞膜更具有渗透性，导致细胞内含物发生外泄或破坏细胞相关的关键酶，因而细胞死亡[11-13]。如红椒精油可损害金黄色葡萄球菌的渗透性和完整性，使细胞质中的蛋白质、糖、核酸的浓度增加从而使该菌受到严重损害[14]。本文主要阐述不同种植物精油、植物精油与精油化合物、精油与抗生素对抑制致病菌的协同效果。

2 不同植物精油协同的抑菌能力

与任何单一的精油相比，不同精油组成的精油混合物可能具有更强的抗菌性能，其原因可能与混合物生物多样性的增加有关[15]。吴克刚等[16]探究牛至精油与百里香精油具有协同增效效果，主要成分分别为百里香酚、反式肉桂醛，是最具有抗菌活性的成分，使其两种精油混合具有更高的抗菌活性。Wahab等[17]将柠檬草精油与香茅草精油按1/10～1/50(V/V)混合研究对6种菌的抑制作用，实验表明混合油对金黄色葡萄球菌的协同效果大于对细菌的协同效果。Sae-Eaw A等[18]采用圆盘挥发法最高测试浓度的肉桂和牛至精油(160 μL/L空气)下，对金黄色葡萄球菌的抑制从(31.67±0.58) mm变化到(44.67±0.58) mm。当肉桂和牛至精油的比例分别为8∶2和9∶1时，在5 μL/L时显示出挥发物的最低抑制浓度(MIC)，同时显示出较强的协同作用(FIC=0.25)。Reza 等[19]分别以2～1024 mg/mL浓度制备橄榄油和芝麻油，按相同比例制备芝麻油和橄榄油的混合油，研究3种精油对大肠杆菌的抗菌作用。实验表明橄榄油、芝麻油及其混合油的MIC和MBC分别为16，64，64，265 mg/mL，芝麻油的抗菌性能与橄榄油和芝麻油的混合效果大致相同，两者没有协同效果。其中橄榄油中的羟基苯甲酸、橄榄苦苷、香草酸等酚类化合物是主要的抗菌物质。

Ouedrhiri等[20]采用棋盘稀释法研究天竺葵和摩洛哥黄春菊精油联合应用对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌抗菌能力进行检测，所有测试菌株对天竺葵精油均敏感，而摩洛哥黄春菊精油仅对革兰氏阳性菌有活性。以金黄色葡萄球菌为评估依据检测混合精油的协同作用，实验表明MIC/2天竺葵精油分别与MIC/256、 MIC/128、MIC/黄春菊精油联合，表现出协同效应，FIC为0.50。MIC/2天竺葵精油分别与MIC/64、 MIC/2、MIC/32春菊精油联合，表现出部分协同效应，FIC分别为0.51，0.53。王康莉等[21]采用牛津杯法和试管二倍稀释法研究肉桂醛、百里香酚、香兰素3种精油两两复合抑制大肠杆菌K88、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的能力，研究表明百里香酚与肉桂醛以4∶1复配时,对大肠杆菌K88的抑菌效果最佳；肉桂醛与香兰素以4∶1复配时，对3种菌的抑菌效果最佳，其最小抑菌浓度为 0.156 mg/mL。丁华等[22]通过琼脂棋盘稀释法和三因子二次正交法研究牛至精油、丁香精油、柠檬草精油两两复配对黑曲霉、草本枝孢霉和球毛壳霉的抑菌效果，实验表明柠檬草精油与牛至精油分别以0.025 μg/mL的浓度进行复配，具有最佳的抑菌效果。Partovi等[23]以香茅草与牛至精油0.025%(V/V)复配对鼠伤寒沙门氏菌的抑制有协同作用。许倩等[24]通过正交实验结果表明温度为5 ℃、pH为3时，肉桂精油与紫苏精油按3∶1的比例混合对青霉和黑曲霉有较强的抑制作用，表现出协同效果。Nikkhah等[25]用78 μg/mL肉桂精油、39 μg/mL迷迭香精油混合处理梨的平均损伤直径在25 ℃下10 d内对灰霉病和扩展青霉分别为6 mm和8 mm。结果还表明，百里香/肉桂的双重组合(78,156 μg/mL)比单一精油处理灰霉病和扩展青霉具有更强的抑制作用。

3 精油与精油化合物协同抑菌能力

根据研究报道，含有醛类和酚类的精油，如丁香酚、百里酚、肉桂醛等表现出最高的抗菌作用，其次是含有萜烯醇的精油[26，27]。使用单一精油成分作为食品防腐剂，一般达不到理想的效果，当添加足够的量以提供抗菌效果时，会导致负面的感官效应[28]。丁香酚/芳樟醇和丁香酚/薄荷醇组合对抑制单核细胞增生李斯特菌、产气肠杆菌、大肠埃希菌和铜绿假单胞菌的生长具有协同作用。事实上，研究表明，精油的抗菌活性普遍高于主要化合物，精油抗菌性能是精油的主要化合物与次要化合物共同作用的结果[29]。

余小亮等[30]采用茶多酚与肉桂精油按1∶1的配比制得复合保鲜剂，测定不同浓度的复合保鲜剂10，8，6，4，2，1，0.5，0.25 mg/mL对金黄色葡萄球菌的抑菌活力，研究表明0.5 mg/mL复合保鲜剂对金黄色葡萄球菌的抑菌活力随浓度的增大而增大。Scollard等[31]通过实验表明百里香精油可抑制单增李斯特菌，但损害哈密瓜外观，樟脑对单增李斯特菌无抑制效果，马鞭烯酮既有抑菌能力，又能维持哈密瓜良好的外观。通过进一步实验证明采用百里香精油与马鞭烯酮作为抗菌浸液0.001 mg/L可抑制单增李斯特菌，又能维持哈密瓜良好的外观并且可代替传统氯液保鲜。Raquel等[32]采用MTT法研究香芹酚与肉桂醛按1∶1配比混合时对所有大肠杆菌表现出协同作用，其最小抑制浓度为0.55 mg/mL，香芹酚与肉桂醛以0.5∶4比例混合，且最小抑制浓度为0.45 mg/mL时对单增李斯特菌表现出协同作用。涂玉蓉[33]等研究植物精油香芹酚、肉桂醛、麝香草酚对大肠杆菌标准株44102、大肠杆菌野毒株078、鸡白痢沙门氏菌的最小抑菌浓度在156.25～312.5 μg/mL，采用棋盘稀释法将3种精油两两之间按1∶1配比混合，香芹酚和肉桂醛配比对3种菌表现出相加作用，香芹酚与麝香草酚配比后对大肠杆菌野毒株078的MIC为78.13 μg/mL，表现出协同作用。肉桂醛与麝香草酚配比除对鸡白痢沙门氏菌表现出无关作用，对其他两种菌表现出加性作用。

4 精油与抗菌素协同抑菌

由于抗菌素处理不当，造成微生物的耐药性，抗菌素一定程度的使用会伴有副作用。最常用的抗菌素有氨苄青霉素、两性霉素B、氯霉素、环丙沙星等。研究表明氨苄青霉素往往对大肠杆菌与变形杆菌有效，两性霉素B对真菌感染具有显著的治疗效果，庆大霉素是主要用于预防和治疗革兰氏阴性细菌感染[34，35]。植物精油可作为抗菌素的一种佐剂，与抗菌素联合应用抑菌，可增强抗菌素的抑菌效果。Mahboubi等[36]研究多花野蔷薇精油具有增强万古霉素的活性，对抑制金黄色葡萄球菌具有协同作用。Yassin等[37]研究表明将肉桂精油与氨苄青霉素或氯霉素组合对抑制金黄色葡萄球菌具有协同作用，肉桂精油与氯霉素组合对抑制大肠杆菌有协同作用，肉桂精油与链霉素联用对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌均有加性作用。Nabil研究百里香精油与环丙沙星联合应用对金黄葡萄球菌的抑制具有加性作用。Salazar等[38]研究表明蛇床子精油能够增强诺氟沙星抑制铜绿假单胞菌和大肠杆菌的作用。

Elhidar等[39]利用摩洛哥特有植物Senecioanteuphorbium，研究该植物精油分别与氟康唑和环丙沙星联合对几种致病菌的抑制作用。该植物精油对假丝酵母菌、微球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的MIC均为2048 μg/mL、对白念珠菌L61的MIC为1024 μg/mL，对肺炎克雷菌、大肠杆菌、铜绿假单胞为菌的MIC为4096 μg/mL。在亚抑菌浓度MIC/32下，该植物精油与氟康唑联合应用对所有检测菌均表现出协同效应；在亚抑菌浓度MIC/4下，该植物精油与环丙沙星联合应用对肺炎克雷菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌的抑制表现出完全协同，协同效果分别增加4倍、6倍、8倍，而枯草芽孢杆菌、大肠杆菌对该组合的敏感性较低，协同效果增加2倍。Nidhal等通过二维棋盘法研究蓝桉精油与氨苄青霉素联用对金黄色葡萄球菌具有部分协同作用，其协同效果比单独使用蓝桉精油对金黄色葡萄球菌的抑制能力高32倍。蓝桉精油与两性霉素B联合使用对白色念珠菌的抑制效果显示出附加效应，该组合的MIC为31.25 μg/mL，而单独使用蓝桉抑制白色念珠菌的MIC为1000 μg/mL。研究表明，白千层精油分别与唑类抗真菌药物、氯唑西林联用对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌的抑制具有协同作用[40,41]。

5 展望

正如文中所讨论的，不同精油、精油化合物、精油与抗生素的联用很有可能被用作致病菌的新疗法。查阅相关文献可知，精油的药理研究获得了可观的结果，但仍有些问题需要解决，诸如精油成分、挥发性和精油的生物活性这些天然产物的生物利用率，以及精油主要成分与次要成分的关系对致病菌的抑制率。为了降低致病菌对抗生素的耐药性，寻找高效、低毒的联合药物是人们的需求。因此，必须通过建立相关的参数，为后续的使用提供科学的依据。由于精油成分的复杂性，必须通过这个时代技术的先进性来分析植物精油，并通过科学的实验来检验，从而为更多地开发天然产物，为植物精油在食品、医药、化妆品等行业的应用提供潜在的价值。