生姜中有效成分的粗提取及提取物抑菌活性研究

卢仲铖，王 宇，张佳悦，史琦宏，张宏达

(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

生姜(Zingiber officinale Roscoe)是姜科姜属植物的块根茎，别名姜根、百云辣等，外表为不规则形状，根茎肉质肥厚，切片截面呈现浅黄色。生姜具有很高的药用价值，其含有许多功能因子及生物活性成分，主要为挥发油、姜辣素、二苯基庚烷及黄酮类化合物[1]。在医学上，生姜有增强肠胃、清热解毒、促进新陈代谢、改善心脏功能、降低血糖、保护胆肝、抗菌杀菌、增强免疫力、减少炎症、抗氧化作用、抗过敏和促进肿瘤细胞死亡等重要功能，其中生姜黄酮类有抗菌、抗炎、保护心血管、抗氧化和免疫调节等功效。在食品、工业领域，姜油已经变成高价值的贸易产品，对细菌、真菌有一定的抑制作用。姜辣素是生姜中辣味成分的总称，使生姜具有独特的风味，其中主要活性成分为6-姜酚，可应用于食品保鲜，化妆品护肤品祛痘消炎等方面，有很高的研究价值。

文章研究的目的在于探索生姜中几种有效成分粗提物的抑菌性，为生姜的进一步开发及综合利用提供一定的借鉴。实验设计思路为：从生姜中分别提取黄酮、姜油、姜辣素三种有效成分粗提物→设定不同浓度梯度的粗提液→对细菌、霉菌等常见菌种展开抑菌实验→分析抑菌性。

1 生姜样品处理与抑菌实验菌种的选择

1.1 生姜样品处理

本实验所需样品为生姜粉。将市面购得的新鲜生姜清洗干净，切成小而薄的片状，然后将生姜片放入烘箱中干燥，温度调节为70 ℃，待重量恒定完全烘干，取出研磨粉碎、过筛处理后制得生姜粉(如图1所示)。

图1 新鲜生姜制成生姜粉

1.2 抑菌实验菌种的选择

本实验选用三种常见细菌为金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、革兰氏阴性细菌(大肠杆菌)和两种常见霉菌为青霉菌、曲霉菌作为抑菌实验菌种，所用菌种均由辽宁科技学院药化学院微生物实验室提供。

2 生姜中三种有效成分的粗提取

2.1 生姜中黄酮类物质的粗提取

采用超声波辅助提取法，以浓度为90%的乙醇溶液为提取剂，料液比1∶20，取生姜粉5 g，量取100 mL 90%乙醇溶液，充分混合，放到超声波清洗机中，设置温度80 ℃，提取时间50 min，超声波强度80 Hz的条件下提取两次，得到生姜黄酮粗提液，将粗提液进行真空抽滤，得到的滤液通过旋转蒸发仪蒸发浓缩后蒸干得到的膏状物质即为生姜黄酮粗提物[2]，如图2所示。

2.2 生姜中姜油的粗提取

采用索氏提取法，用石油醚(沸程30 ℃～60 ℃)为提取剂，连接索氏提取器装置，称取20 g生姜粉，用滤纸折叠出滤纸筒，将生姜粉放入滤纸筒中，防止生姜粉露出，将装有生姜粉的滤纸筒放入浸提筒内，在圆底烧瓶中加入200 mL石油醚溶液，恒温水浴55 ℃，提取4 h。待提取完后将圆底烧瓶内提取液用旋转蒸发仪进行浓缩得到的油状物质即为姜油[3]，如图3所示。

图2 生姜黄酮粗提物

图3 生姜姜油粗提物

2.3 生姜中姜辣素的粗提取

本实验用乙醇浸提法提取姜辣素，采用两种方式：一是从生姜粉中提取姜辣素粗提物，称取生姜粉5 g，量取350 mL无水乙醇与生姜粉充分混合，在70 ℃恒温水浴锅中浸提75 min，期间用玻璃棒不断搅拌，使乙醇溶液和生姜粉充分接触，浸提得到的粗提液进行真空抽滤，得到的滤液用旋转蒸发仪进行浓缩，有晶体析出即为生姜姜辣素粗提物[4]；二是从新鲜生姜中提取姜辣素有效成分，称取新鲜生姜150 g，研磨捣碎，量取450 mL体积分数为95%的乙醇溶液放入研磨好的生姜中，恒温水浴97 ℃，充分浸提1 h得到粗提液。过滤后用旋转蒸发仪进行浓缩到有部分晶体析出后倒出，置于70 ℃恒温水浴锅上蒸干，得到姜辣素粗提物晶体[5]，如图4所示。

图4 生姜姜辣素粗提物

3 生姜中三种有效成分的抑菌效果

3.1 生姜中三种有效成分提取物的稀释及无菌化处理

3.1.1 生姜中黄酮类物质提取物稀释及无菌化处理

对超声波辅助提取法得到的生姜黄酮粗提物，用浓度为90%的乙醇溶液进行溶解，按照10 mg/mL、20 mg/mL、30 mg/mL、40 mg/mL、50 mg/mL的浓度配置样品溶液，再用无菌注射器吸取并透过滤菌膜将其打入已灭菌的小试剂瓶中，然后在小试剂瓶上进行浓度标记。通过滤纸片法测定生姜黄酮粗提物在不同浓度下的抑菌活性，以浓度为90%的乙醇溶液为阴性对照，每种待测溶液对同一菌种做三个平行样并观察测量实验产生的抑菌圈直径。

3.1.2 生姜中姜油提取物稀释及无菌化处理

对索氏提取法得到的生姜姜油粗提物，按照10 mg/mL、20 mg/mL、30 mg/mL、40 mg/mL、50 mg/mL的浓度配置姜油丙酮溶液，配置时用玻璃棒搅拌使其充分溶解，再用无菌注射器吸取并透过滤菌膜将其打入已灭菌的小试剂瓶中，然后在小试剂瓶上进行浓度标记。通过滤纸片法测定生姜姜油粗提物在不同浓度下的抑菌活性，以丙酮溶液为阴性对照，每种待测溶液对同一菌种做三个平行样并观察测量实验产生的抑菌圈直径[6]。

3.1.3 生姜中姜辣素提取物稀释及无菌化处理

将用乙醇浸提法从生姜粉中提取的姜辣素粗提物，用无水乙醇进行溶解，按照10 mg/mL、20 mg/mL、30 mg/mL、40 mg/mL、50 mg/mL的浓度配置样品液，配置时用玻璃棒搅拌使其充分溶解，再用无菌注射器吸取并透过滤菌膜将其打入已灭菌的小试剂瓶中，然后在小试剂瓶上进行浓度标记。通过滤纸片法测定生姜粉中姜辣素粗提物在不同浓度下的抑菌活性，以无水乙醇溶液为阴性对照，每种待测溶液对同一菌种做三个平行样并观察测量实验产生的抑菌圈直径。

3.2 抑菌圈直接的判定标准

本实验采用滤纸片法测定各成分不同浓度粗提液的抑菌效果，具体操作流程为：制备培养基，涂布菌悬液→放置对照组及含各成分不同浓度粗提液的滤纸片于上一步的培养皿中→恒温培养→测量抑菌圈直径并做好数据记录。

通常规定，抑菌圈直径的判定标准如表1所示。

表1 抑菌圈直径的判定标准

3.3 生姜中三种有效成分的抑菌效果

3.3.1 生姜中黄酮类粗提物的抑菌效果

生姜中黄酮类物质粗提物对三种常见细菌的抑菌效果如表2所示。

表2 生姜黄酮粗提物对细菌的抑菌效果

生姜中黄酮类物质粗提物对两种常见霉菌的抑菌效果如表3所示。

表3 生姜黄酮粗提物对霉菌的抑菌效果

根据表2、表3可知：生姜黄酮粗提物对五种供试菌种都产生一定的抑制效果，而作为阴性对照的90%乙醇溶液没有抑菌作用。在细菌中，大肠杆菌属于革兰氏阴性菌，枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌属于革兰氏阳性菌，结果表明：生姜黄酮既可以抑制细菌又可以抑制霉菌，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有抑菌效果。抑菌机理：黄酮物质对菌类细胞壁具有破坏作用，生姜黄酮粗提物主要通过破坏菌类细胞壁，造成细胞内容物泄漏来实现抑菌功效[7]。

3.3.2 生姜中姜油粗提物的抑菌效果

生姜中姜油粗提物对三种常见细菌的抑菌效果如表4所示。

表4 生姜姜油粗提物对细菌的抑菌效果

生姜中姜油粗提物对两种常见霉菌的抑菌效果如表5所示。

表5 生姜姜油粗提物对霉菌的抑菌效果

续表5

由表4、表5可知：生姜姜油粗提物对五种供试菌种均有抑制效果，则作为阴性对照的丙酮溶液没有抑菌效果。由于大肠杆菌为革兰氏阴性菌，枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性菌，所以结果表明：生姜姜油既可以抑制细菌又可以抑制霉菌，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有抑制作用。经分析，生姜姜油的抑菌机理应与结构相似的山茶油抑菌机理相同[8]，即其对菌类的细胞壁有破坏作用。

3.3.3 生姜中姜辣素粗提物的抑菌效果

生姜中姜辣素粗提物对三种常见细菌的抑菌效果如表6、表7所示。

表6 生姜(姜粉)姜辣素粗提物对细菌的抑菌效果

表7 生姜(新鲜生姜)姜辣素粗提物对细菌的抑菌效果

生姜中姜辣素粗提物对两种常见霉菌的抑菌效果如表8所示。

表8 生姜(姜粉和新鲜生姜)姜辣素粗提物对霉菌的抑菌效果

由表6～8可知：同样品液浓度下，生姜粉中提取的姜辣素粗提物的抑菌效果要优于新鲜生姜中提取的姜辣素粗提物，说明从生姜粉中提取姜辣素成分粗提物的含量，显著多于从同质量新鲜生姜中提取姜辣素成分粗提物的含量[9]，故前者抑菌效果更加明显。

4 结论

本实验结果显示，生姜中黄酮、姜油、姜辣素三种有效成分粗提物均具有一定的抑菌作用。生姜中黄酮类物质既可以抑制细菌又可以抑制霉菌，对供试菌种抑菌效果顺序为枯草芽孢杆菌>金黄色葡萄球菌>青霉菌>大肠杆菌>曲霉菌；生姜姜油提取物既可以抑制细菌又可以抑制霉菌，对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌抑菌效果相差不大，接近相同，生姜姜油粗提物对供试菌种抑菌效果顺序为大肠杆菌=枯草芽孢杆菌>金黄色葡萄球菌>青霉菌>曲霉菌；生姜姜辣素粗提物对供试细菌有抑菌能力，对供试霉菌没有抑菌效果，对供试细菌的抑菌效果顺序为枯草芽孢杆菌>大肠杆菌>金黄色葡萄球菌。