沙芥果实精油抗氧化及抑菌活性的研究

李 娜，贾利霞，付娜娜，郝丽珍，黄修梅，张凤兰

植物精油是指萃取于植物不同部位并具有强烈芳香成分的挥发油[1]。植物精油中含有酚类、烯类、萜类和醛酮类等化合物，具有广泛的抑菌、杀虫、抗毒素和抗氧化性能[2]，可以作为天然抑菌剂和抗氧化剂的原料，广泛应用于食品工业等领域[3-5]。目前在食品中使用的抗氧化剂和抑菌剂有人工合成和天然两类，人工合成的抗氧化剂和抑菌剂由于毒性、残留高以及不可生物降解等问题，影响在食品中的应用[6-9]。因此，研发能够广泛应用于各类食品的新型、绿色、安全、高效、成本低廉的天然抗氧化剂和抑菌剂已经成为研究人员关注的重点领域和发展趋势。如斯里兰卡和印尼肉桂精油抗氧化活性优于合成剂2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）[10]；从大蒜中提取抗氧化成分，制成的大蒜精油来自食源性蔬菜，安全性高[11]。将植物精油开发为微胶囊、涂膜剂、脂质体、气雾剂等制剂，可以在食品的生产和保鲜中起到更好的抑菌作用[12]。

沙芥（Pugionium cornutum）为十字花科沙芥属二年生草本植物，为我国特有种，是一种药食兼用的沙生野生蔬菜，具有“沙漠人参”的美称。沙芥富含粗蛋白、氨基酸、糖、纤维素和矿物质等多种营养成分[13]及甙类、酚类、鞣质、有机酸、皂甙、黄酮、内酯、香豆素、生物碱、甾醇等化学成分[14]。据《中药大辞典》记载，沙芥可入中药，具有行气、止痛、消食、解毒，治疗消化不良、胸胁胀满、食物中毒的作用[15]。近年来，对沙芥的研究主要集中在引种驯化栽培[16]、抗逆性[17-19]、优良基因挖掘[20-21]等方面，对其开发利用研究缺乏足够的关注，特别是对其精油的抗氧化和抑菌研究不够充分。本试验采用水蒸气蒸馏法提取沙芥果实精油，并对其抗氧化和抑菌能力进行了测定，为进一步开发利用沙芥果实精油产品提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

沙芥果实采自腾格里沙漠。菌种：大肠杆菌（Escherichia coli）、啤酒酵母（Saccharmyces cerevisia）和解脂假丝酵母（Candida lipolytica）由内蒙古农业大学园艺与植物保护学院植物病理研究室提供；金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、李斯特菌（Listera monocytogenes）和黑曲霉（Aspergillus niger）由广东环凯微生物研究所提供。培养基：牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯蔗糖琼脂培养基、胰蛋白胨大豆酵母浸膏琼脂培养基。

1.2 沙芥果实精油的制备

采用水蒸气蒸馏法制备沙芥果实精油，将沙芥果实粉碎，取100 g 置圆底烧瓶中，浸泡3 h，蒸馏2 h，料液比18∶1。蒸馏提取物用无水硫酸钠干燥，得到具有辛辣味、淡黄色、透明特征的油状物即为沙芥果实精油。

1.3 沙芥果实精油体外抗氧化活性测定

沙芥果实精油乳化液样品：用1%的吐温80 水溶液作稀释剂制成2、4、6、8、10、20、30、40 mg/mL 的沙芥果实精油稀释液，以1%的吐温80 水溶液为空白对照。2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）和维生素C（VC）的反应体系与样品相同，作为阳性对照。每样品重复3 次，取平均值。

1.3.1 清除·OH 能力的测定 沙芥果实精油对·OH的清除作用采用水杨酸捕获法[22]。

式中，Ai为加样品溶液的吸光度；Aj为不加显色剂样品的本底值；Ae为未加样品溶液的吸光度。

1.3.2 清除·O2-能力的测定 沙芥果实精油对·O2-的清除作用采用核黄素光照还原法[23]。

式中，Ac为未加样品溶液的吸光度；As为加样品溶液的吸光度。

1.3.3 还原能力的测定 沙芥果实精油还原能力的测定采用铁氰化钾还原法[24]。

1.4 沙芥果实精油抑菌活性的测定

采用滤纸片扩散法检测样品的抑菌能力[25-26]。将无菌小滤纸片浸泡在1.3 所述不同浓度的沙芥果实精油稀释液中约30 min，沥干贴于含菌的培养皿中，每皿贴2 片，放置恒温培养箱中。以浸泡在1%吐温80 水溶液的贴片为空白对照，每皿贴2 片与样品呈四角放置。细菌在37 ℃下培养24 h，真菌在26 ℃下培养48～72 h。观察菌体生长情况，生长菌体为阳性（+），不生长菌体为阴性（-），以不生长菌体精油的最低浓度为精油的最小抑菌浓度（MIC）。记录形成的抑菌圈直径。

1.5 数据处理

采用SPSS 19.0 软件进行分析，Microsoft Excel 2016 软件作图。

2 结果与分析

2.1 沙芥果实精油抗氧化活力的分析

2.1.1 沙芥果实精油对·OH 的清除作用 由图1 可知，沙芥果实精油对·OH 的清除率随着反应体系中精油浓度的增加而增大，且相同浓度下沙芥果实精油对·OH 的清除率要小于VC 而大于BHT。当浓度为40 mg/mL 时，沙芥果实精油的清除率达到最大值。

图1 沙芥果实精油对·OH 的清除作用

由表1 可知，IC50表示抗氧化剂达到50%抑制作用时的浓度，IC50值越低，说明清除·OH 的效果越好。沙芥果实精油、VC 和BHT 的IC50分别为7.706、5.285、8.974 mg/mL。由此可知，VC 对·OH 的清除能力最强，沙芥果实精油的清除能力次之，BHT 的清除能力最差。

表1 沙芥果实精油、VC 和BHT 清除·OH 的IC50 值

2.1.2 沙芥果实精油对·O2-的清除作用 由图2 可知，随着反应体系中沙芥果实精油溶液浓度的增加，对·O2-的清除率增大，且当浓度小于30 mg/mL 时，沙芥果实精油的清除率要明显大于VC 和BHT；当浓度为30 mg/mL 时，沙芥果实精油、VC 和BHT 三者对·O2-的清除率差距有所减小。

图2 沙芥果实精油对·O2-的清除作用

由表2 可知，沙芥果实精油的清除·O2-能力最强，IC50为30.406 mg/mL；VC 的清除·O2-能力次之，IC50为42.333 mg/mL；BHT 的清除·O2-能力最差，IC50为50.553 mg/mL。

2.2 沙芥果实精油还原能力的分析

由图3 可知，沙芥果实精油、VC 和BHT 的还原能力都随溶液浓度的升高而增加。当浓度小于20 mg/mL 时，其还原能力变化不大；但当浓度大于20 mg/mL 时，其还原能力增加。在相同浓度下，沙芥果实精油的还原能力要远低于BHT 和VC。

表2 沙芥果实精油清除·O2-的IC50 值

图3 沙芥果实精油的还原能力分析

2.3 沙芥果实精油抑菌活力的分析

2.3.1 沙芥果实精油抑菌效果 由表3 可知，沙芥果实精油对7 种供试菌种均有一定的抑制效果，但抑菌浓度有所不同，MIC 不同。沙芥果实精油对啤酒酵母、解脂假丝酵母和黑曲霉的抑制作用最为明显，在较低的浓度条件下，对这3 种菌有很好的抑制效果，其MIC 为8 mg/mL。而对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、李斯特菌的抑制效果有所降低，需要有较高的浓度，对枯草芽孢杆菌的MIC 为30 mg/mL，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、李斯特菌的MIC 为40 mg/mL。在低于MIC 的浓度范围内，随着沙芥果实精油浓度的降低，各种菌种生长增加。

表3 沙芥果实精油对7 种供试菌种的抑菌效果

2.3.2 沙芥果实精油对供试菌种抑菌活性的影响 沙芥果实精油对7 种供试菌种均有抑制作用，沙芥果实精油对各菌种的抑菌效果顺序为：李斯特菌＞大肠杆菌＞黑曲霉＞啤酒酵母＞金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞解脂假丝酵母（图4）。金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、李斯特菌、黑曲霉、啤酒酵母、解脂假丝酵母抑菌圈直径分别为10.20、14.29、9.70、15.34、14.00、11.26、7.69 mm，其中，对解脂假丝酵母的抑菌圈直径最小，对李斯特菌的抑菌圈直径最大（表4）。

图4 沙芥果实精油对7 种供试菌种的抑菌圈

表4 沙芥果实精油对7 种供试菌种抑菌圈直径的影响

3 讨论与结论

目前对精油开发利用研究多集中于药用植物[26-27]和芳香植物[28-30]上，对于野生蔬菜研究相对较少，本研究以野生蔬菜——沙芥果实为试验材料，通过水蒸气蒸馏法提取沙芥果实精油，并测定其对·OH和·O2-的清除能力，发现沙芥果实精油的抗氧化能力（清除·O2-能力）优于人工合成抗氧化剂BHT 和VC，是一种非常好的天然抗氧化剂的来源。刘星[31]研究发现，百里香精油对·OH 和·O2-的清除能力不及VC，结合本研究可初步推测沙芥果实精油的抗氧化能力优于百里香精油。之后，可将沙芥果实精油与其他植物源精油的抗氧化能力进行对比研究。

沙芥果实精油对供试的7 种菌种均有一定的抑制作用，抑制效果顺序为：李斯特菌＞大肠杆菌＞黑曲霉＞啤酒酵母＞金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞解脂假丝酵母。根据高海荣等[32]对抑菌圈的判断标准：抑菌圈大于20 mm，极敏；抑菌圈15～20 mm；高敏；抑菌圈10～15 mm，中敏；抑菌圈7～10 mm，低敏；抑菌圈7 mm 以下，不敏感，沙芥果实精油对李斯特菌为高敏型，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉、啤酒酵母为中敏型，对枯草芽孢杆菌和解脂假丝酵母为低敏型。虽然沙芥果实精油对不同菌种的抑制效果不同，但具有广谱的抑菌特性，且其MIC 较低，也是一种非常好的天然抑菌剂植物资源。

沙芥果实精油只是一种粗提物，有很好的抗氧化和抑菌活性，是一种天然的抗氧化剂来源，具有非常好的开发利用前景，目前尚有不少问题亟待研究，如其有效成分目前并不明确（是单一有效成分还是多种有效成分协同的结果）、抑菌机制还需要研究、在生产实际中如何更高效应用沙芥果实精油等。