四种天然植物源物质抑菌作用研究

夏俊芳，沈玖君，杨 婷，张珍珍，古丽娜孜，王小标，苗 森，武 运（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052）

四种天然植物源物质抑菌作用研究

夏俊芳，沈玖君，杨 婷，张珍珍，古丽娜孜，王小标，苗 森，武 运*
（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052）

研究了4种常见的天然植物源材料（大蒜、大葱、生姜、洋葱）榨汁液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌作用。采用牛津杯法测定4种榨汁液在不同浓度、不同pH、热处理、复配处理等因素下的抑菌能力，并与化学防腐剂进行对比。结果表明，4种植物榨汁液对这2种细菌均有不同程度的抑制作用，且表现出对金黄色葡萄球菌的抑制作用强，对大肠杆菌的抑菌作用相对较弱。4种榨汁液中大蒜汁抑菌能力最强，最小抑菌浓度为6.25%，大葱汁对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度为12.5%，对大肠杆菌最小抑菌浓度为25%，生姜汁与洋葱汁的最小抑菌浓度为50%，不同pH、热处理等因素处理对抑菌效果有一定影响，榨汁液复配后提高了对指示菌的抑菌作用。与化学防腐剂相比，植物源榨汁液的抑菌效果强于或等同于化学防腐剂抑菌效果。

植物榨汁液，抑菌作用，金黄色葡萄球菌，大肠杆菌

微生物污染不但会导致食品腐败变质丧失食用价值，而且还会引起食物中毒［1］，应用化学防腐剂防腐是目前防止食品微生物污染的主要途径，但化学防腐剂对人和动物的潜在毒性以及过量使用所导致污染、抗药性等问题使化学防腐剂的应用面临越来越大的压力［2］，开发新型天然防腐剂成为食品抑菌的重要手段。

大蒜，百合科葱属植物［3］，被誉为“天然广谱抗生素”。能够强力杀菌、防治肿瘤和癌症、降低血糖、防治心脑血管疾病、预防感冒、改善糖代谢等［4］，大蒜的主要活性物质是大蒜风味物质，多为含硫化合物。大蒜在破碎后，蒜氨在蒜氨酸酶的作用分解为硫代亚磺酸，并进一步分解为小分子含硫化合物。生姜，属姜科姜属多年生宿根草本植物，是一种广为人知的药食兼用植物，具有镇痛、解热和抗炎的作用［5-6］。生姜的抗菌成分主要是姜黄素和挥发油，姜黄素不但可以调节吞噬细胞的活性，还可以抑制病毒、真菌、细菌［7］。洋葱具有消炎抑菌、预防高血压、提高免疫力、降低血糖、防治心血管疾病、祛痰、利尿、发汗、预防感冒、预防骨质疏松等功能［8］。洋葱提取物可抑制葡萄球菌属、链球菌属、弧状菌、芽孢杆菌等多种微生物的生长，含硫化合物为洋葱生理活性的主要成分，含硫化物与某些氨基酸（如半胱氨酸）中的巯基反应，阻止它们形成相应的蛋白质，从而抑制了微生物的繁殖和生长。大葱，属百合科葱属，大葱能发汗解表，促进消化液分泌，健胃增食，此外还有较强的杀菌作用，尤其对痢疾杆菌和真菌的抑制作用更明显［9］，主要归功于其所含挥发性成分中的含硫化合物此基团很可能是与细胞内某些巯基酶作用，干扰细胞代谢系统，从而抑制细胞的生长与繁殖，进而达到抑菌的作用。

目前天然食物原材料的抑菌作用主要集中在有效物质提取中，而不是用整个破碎获得汁液进行研究。在提取中，一方面自身的天然活性会受到损失或改变，其实验结果不能真实反映出植物本身的生物活性；另一方面活性物质提取得率较低，且提取后的残留物不能再食用造成原料的大量浪费；同时提取后的活性物质稳定性差且易失去天然活性。本实验采用榨汁方式获得完整大蒜、大葱、生姜、洋葱榨汁液，对榨汁液抑菌效果进行评价分析，期望用榨汁液获得抑菌特性成果，将榨汁液复配后加入到食品中作为天然防腐剂起到防腐保鲜作用又能增加风味，这对天然植物源物质的进一步开发应用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜白皮大蒜、大葱、生姜、洋葱 新疆乌鲁木齐北园春农贸市场；实验菌株：大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 以上菌种均由新疆农业大学食品科学与药学学院微生物实验室提供；微生物培养基：营养琼脂培养基 北京奥博星责任有限公司。

DJ100-3型电子分析天平 上海恒平科学仪器有限公司提供；LRH-280型生化培养箱 上海森信实验仪器有限公司提供；LDZX-40SCI型高压灭菌锅 上海早安医疗器械厂产品；牛津杯（内径6 mm，外径8 mm，高10 mm）。

1.2 实验方法

1.2.1 菌悬液的制备 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌株分别用营养肉汤37℃培养18 h倍比稀释，稀释倒平板计数确定细菌悬液浓度。金黄色葡萄球菌计数结果为9.5×108CFU/mL，大肠杆菌计数结果为3.4×109CFU/mL，于4℃冰箱中贮存备用。

1.2.2 四种天然植物源物质的制备 取一定量的新鲜大蒜、生姜、洋葱、大葱去除坏烂的外皮，用干净的刀将其切碎，去皮于榨汁机中压榨成汁，再于离心机3000 r/min离心20 min，取上清液作为100%的榨汁液（大蒜汁、生姜汁、大葱汁、洋葱汁），采用二倍稀释法［10］用适量无菌水稀释成浓度为50%、25%、12.5%、6.25%、3.13%、1.57%的稀释液，用试管振荡器混匀、备用。

1.2.3 牛津杯法抑菌效果评价 吸取0.1 mL菌悬液涂布于双碟平皿，以无菌操作在培养基表面垂直放上牛津杯，再在杯中加入一定浓度的榨汁液0.1 mL，以无菌蒸馏水作为对照，室温下静置5～10 min，指示菌37℃，培养24 h，分别测量每一个抑菌圈两个垂直方向的直径大小并拍照记录结果，每个实验重复3次，记录各个重复的平均值。

1.2.4 四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响 参照1.2.3，取牛津杯，移液器加入不同浓度天然植物源物质（50%、25%、12.5%、6.25%、3.13%、1.57%）0.1 mL，测不同浓度的榨汁液对指示菌的抑菌效果。

1.2.5 不同pH四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响 移取pH为2.0、4.0、6.0、7.0、9.0的磷酸缓冲液，与制备的鲜榨汁混合，使所制备的四种榨汁液终pH为2.0、4.0、6.0、7.0、9.0，采用牛津杯法测定两种菌在不同pH下的抑菌圈大小。

1.2.6 热处理四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响 将四种物质（大蒜、生姜、洋葱、大葱）置于微波炉，中火5 min后按照1.2.2操作步骤处理，制成系列二倍稀释液，参照1.2.3取牛津杯，移液器加入梯度天然植物源物质（50%、25%、12.5%、6.25%、3.13%、1.57%）0.1 mL，测不同浓度的热处理榨汁液对两种菌的抑菌效果。

1.2.7 不同pH热处理四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响 移取pH为2.0、4.0、6.0、7.0、9.0的磷酸缓冲液，与1.2.6制备的热处理鲜榨汁混合，使所制备的四种榨汁液终pH为2.0、4.0、6.0、7.0、9.0，采用牛津杯法1.2.3测定两种菌在不同pH下的抑菌圈大小。

1.2.8 四种天然植物源物质鲜榨复配汁对指示菌抑菌效果影响 将1.2.1制备的100%大蒜原汁液按照不同的体积分别加入生姜、洋葱、大葱原汁液中，分别配制不同体积比的50%、25%、12.5%、6.25%复配液，参照1.2.3，取牛津杯，移液器加入不同复配液，测不同比例的复配剂对两种菌的抑菌效果。

1.2.9 四种天然植物源物质热处理复配汁对指示菌抑菌效果影响 将1.2.6制备的100%大蒜原汁液按照不同的体积分别加入生姜、洋葱、大葱原汁液中，分别配制不同体积比的50%、25%、12.5%、6.25%复配液，参照1.2.3取牛津杯，移液器加入不同复配液，测不同比例的复配剂对两种菌的抑菌效果。

1.2.10 防腐剂对指示菌抑菌效果评价 将苯甲酸钠、山梨酸钾分别调至最佳pH作用范围，苯甲酸钠pH2.5～4.0，在食品中的限量值为0.2～1 g/kg，山梨酸钾pH5.0～6.0，在食品中的限量值0.2～2 g/kg，采用牛津杯法测定防腐剂对两种菌抑菌能力，并与四种植物源榨汁抑菌效果进行比较。

2 结果与分析

2.1 四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响

从（图1A，B）不同浓度的四种天然植物源榨汁液对指示菌抑菌效果不同，随着浓度降低，抑菌效果也逐步降低，且大蒜汁对金黄色葡萄球菌的抑菌较强，大肠杆菌的效果次之，检测结果与张爱民［11］相同与雷晓燕［12］对大肠作用效果强于金黄色葡萄球菌抑菌效果不同。由图1（A）可知，大蒜汁对指示菌有较强的抑菌作用，最低抑菌浓度为6.25%，其他三种榨汁液对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为大葱汁12.5%，生姜汁50%、洋葱汁50%，对大肠杆菌的最低抑菌浓度分别为大葱汁25%、生姜汁50%、洋葱汁50%。由图1（A），四种植物源物质对金黄色葡萄球菌的抑菌作用强度依次为大蒜汁＞大葱汁＞洋葱汁＞生姜汁。由图1（B），四种植物源榨汁液对大肠杆菌的抑菌作用强度依次为大蒜汁＞大葱汁＞生姜汁＞洋葱汁。用Duncan对实验数据进行多重比较，100%、50%、25%、12.5%大蒜汁对两种受试菌株抑菌性差异极显著，对金黄色葡萄球菌抑菌效果，100%、50%、25%大葱汁差异显著，100%生姜差异显著，100%洋葱差异显著；对大肠杆菌抑菌效果，100%大葱汁差异显著，100%生姜汁差异显著，100%洋葱差异不显著。

图1 不同浓度四种植物源物质对指示菌抑菌效果Fig.1 Different concentration of four kinds of plant source materials antimicrobial effect

2.2 不同pH四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果评价

由图2可知，四种鲜榨汁对金黄色葡萄球菌抑菌效果，大蒜汁在较宽pH2～9范围内均可产生抑菌圈出现且在酸性条件下抑菌圈直径较大，用Duncan新复极差法对实验数据进行多重比较，大蒜汁对两种受试菌株抑菌性差异极显著（5%显著水平），进一步验证前人刘少伟［13］对大蒜汁中主要生物抑菌成分大蒜素在偏酸性（pH5～7）条件下较稳定的论断。洋葱在pH=9时对指示菌产生明显抑菌圈，显著高于生姜汁与大葱汁（如图2A，B），表明洋葱汁在碱性条件下对指示菌具有较强抑菌作用。pH对生姜的影响较大，pH为2～9之间对指示菌无抑菌效果，表明pH对生姜汁抑菌活性成分有较强的抑制作用；pH=2时大葱汁对大肠杆菌有一定的抑菌效果显著高于洋葱汁、生姜汁，对金黄色葡萄球菌无抑菌效果。这与郭继平［14］结果不同。很有可能G+、G-细胞壁成分、结构差异使得大葱汁抑菌效果不同，G+细胞壁结构致密，使得抑制杀灭该菌较为困难。

图2 不同pH的100%四种植物源榨汁液对指示菌抑菌效果Fig.2 Different pH of the 100%four kinds of plant source material juice antimicrobial effect

2.3 热处理四种天然植物源物质鲜榨汁对指示菌抑菌效果影响

图3 热处理不同浓度四种植物源物质对指示菌抑菌效果Fig.3 Heat treatment different concentration of four kinds of plant source materials antimicrobial effect

对比图1和图3，经热处理后的四种物质对指示菌的抑菌效果明显低于四种天然植物源鲜榨汁抑菌效果。与鲜榨汁抑菌趋势相同，热处理后随着浓度的降低其抑菌效果也逐渐降低（图3A，B）热处理后的大蒜汁在6.25%浓度下仍具有抑菌作用显著高于其他三种物质，这与郭红珍［15］生熟大蒜抑菌作用对比相同。大葱汁在100%浓度下对金黄色葡萄球菌有抑菌效果显著高于其他三种物质，对大肠杆菌无抑菌效果。热处理后的生姜汁、洋葱汁则无抑菌效果，可见加热处理对抑菌活性物质有损害。

2.4 不同pH热处理四种天然植物源物质对指示菌抑菌效果影响

由图4，热处理后大蒜汁对指示菌在较宽的pH2～7范围内仍可以产生抑菌效果。用Duncan新复极差法对实验数据进行多重比较，热处理pH2～7范围的大蒜汁对两种受试菌株抑菌性差异极显著，热处理后的洋葱汁在pH为9时对金黄色葡萄球菌有抑菌效果（高于大葱、生姜6.25%），热处理后的大葱汁在pH=2对大肠杆菌具有一定的抑菌效果显著高于洋葱汁、生姜汁，生姜汁在不同的pH下，对指示菌均无抑菌作用。

图4 热处理不同pH的100%四种植物源榨汁液对指示菌抑菌效果Fig.4 Heat treatment different pH of the 100%four kinds of plant source material juice antimicrobial effect

2.5 三种天然植物源鲜榨复配汁对指示菌抑菌效果影响

按照1.2.8复配后，大葱-大蒜复配汁、生姜-大蒜复配汁、洋葱-大蒜复配汁对指示菌抑菌作用明显增强，表明物质复配可提高对指示菌的协同抑菌作用，这与陈映等［16］对大蒜和生姜提取物抑菌效果的研究结果是一致的。图5A，B得出复配后，洋葱-大蒜复配汁对两种指示菌抑菌作用显著高于大葱-大蒜复配汁与生姜-大蒜复配汁。

图5 三种植物源物质复配汁对指示菌抑菌效果Fig.5 Three kinds of plant source material compound juice antimicrobial effect

2.6 热处理四种天然植物源物质鲜榨复配汁对指示菌抑菌效果评价

由图5和图6可知，热处理鲜榨汁复配后对指示菌仍具有一定的抑菌作用，但热处理复配后对指示菌的抑菌效果比鲜榨物质复配后的抑菌效果要弱。图6A，B得出复配后，洋葱-大蒜复配汁对两种指示菌抑菌作用显著高于大葱-大蒜复配汁与生姜-大蒜复配汁。

图6 热处理三种植物源物质复配汁对指示菌抑菌效果Fig.6 Heat treatment three kinds of plant source material compound juice antimicrobial effect

2.7 不同抑菌实验方法对苯甲酸钠、山梨酸钾防腐效果的影响

将苯甲酸钠和山梨酸钾调整为最适pH，以食品中的最高限量值为最大添加量测定防腐剂对指示菌抑菌效果，由图7可知，随着浓度的降低抑菌效果逐步降低，0.02%苯甲酸钠、0.1%山梨酸钾对指示菌有抑菌效果。对大肠杆菌抑菌效果分析，0.1%苯甲酸钠低于6.25%鲜榨蒜汁27.3%，0.1%山梨酸钾与6.25%鲜榨蒜汁抑菌效果相比无显著性差异；对金黄色葡萄球菌抑菌效果分析，0.1%苯甲酸钠抑菌效果低于6.25%鲜榨蒜汁36.3%，0.1%山梨酸钾对金黄色葡萄球菌抑菌效果低于6.25%鲜榨蒜汁66.7%。可见植物源榨汁液的抑菌效果强于或等同于化学防腐剂抑菌效果。

图7 不同浓度防腐剂抑菌效果Fig.7 Different concentration antiseptic antimicrobial effect

3 结论

本实验选取4种常见的天然植物源物质通过榨汁后研究其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌特性，实验显示大蒜汁对指示菌具有较强抑菌特性，对指示菌的最小抑菌浓度为6.25%，其次依次为大葱汁、洋葱汁、生姜汁。不同pH和热处理对榨汁液抑菌活性有一定影响，大蒜汁在酸性条件有较强抑菌效果，洋葱汁在碱性条件对指示菌有抑菌效果，酸碱性对生姜汁抑菌效果具有较大影响，酸性或碱性均无抑菌效果。热处理对榨汁液的抑菌效果有影响但大蒜汁、大葱汁有一定的热稳定性，热处理后仍有抑菌效果。将四种榨汁液按一定比例复配后可以协同增强对指示菌的抑菌效果，有望将榨汁液复配后加入到食品中作为天然防腐剂起到防腐保鲜又能增加风味，这对天然植物源物质的进一步开发应用具有重要意义。

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Study on antimicrobial actions of four kinds plant juice

XIA Jun-fang，SHEN Jiu-jun，YANG-Ting，ZHANG Zhen-zhen，GULI Na-zi，WANG Xiao-biao，MIAO Seng，WU Yun*
（College of Food Science and Pharmacy，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

This paper reviewed the antimicrobial properties of four kinds of plant（garlic，scallion，ginger and onion）juice against Staphylococcus aureus and Escherichia coli.The antimicrobial properties of 4 kinds plant juice at different concentration，pH，heat treatment and compounded juice were measured by oxford cup，which compared with chemical preservatives.Results showed that the four kinds of plant juice had different bacteriostatic activities.It also pointed that they had stronger inhibitory against S.aureus than E.coli.The garlic juice had the strongest antimicrobial actions in four plant juice.The minimal inhibitory concentration（MIC）was 6.25%.The MIC of green Chinese onio juice against S.aureas was 12.5%，the MIC of green Chinese onio juice against E.coli was 25%.The MIC of ginger and onion juice against S.aureus and E.coli were 50%.It had a certain effect on the antimicrobial actions of different pH，heat treatment.The results indicated that compounded plant juice had obvious inhibition on S.aureus and E.coli.Compared with chemical preservatives，the four kinds of plant juice had better antimicrobial properties or was equivalent properties.

plant juice；inhibitory；Staphylococcus aureus；Escherichia coli

TS202.3

A

1002-0306（2016）02-0098-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.011

2015－05－26

夏俊芳（1986-），女，硕士，助教，主要从事食品微生物安全控制方面的研究，E-mail：junfangxia@126.com。

*通讯作者：武运（1965-），女，硕士，教授，主要从事食品生物技术方面的研究，E-mail：wuyunster@sina.com。

新疆农业大学大学生创新项目（201510758223）。