葡萄籽提取物化学成分分析及防腐效果评价

刘永衡，王 葶，皇甫瑞娟

（宁夏工商职业技术学院 能源化工学院，宁夏 银川 750021）

近年来，宁夏葡萄酒在国家和当地政府的支持下发展势头迅速，宁夏“十四五”规划也提出要推进葡萄酒产业，加快“葡萄酒之都”示范基地建设[1-2]。然而，随着宁夏葡萄酒产量的不断提升，酿造剩余皮籽也相应增多，产区葡萄深加工企业数量较少且工艺简单，致使资源浪费及污染周边环境污染严重[3]。因此，对葡萄皮籽进行深度研发加工利用不仅可以解决环保问题，也可以为葡萄酒产业带来更多的收益。

目前有关于葡萄皮抑菌活性的研究较少，刘芸等[4]研究表明，葡萄皮渣体积分数70%乙醇提取物对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑制作用最强，对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）和大肠杆菌（Escherichia coli）均有较强的抑制作用；陈凤清等[5]研究表明，葡萄皮色苷对土壤细菌和酵母表现出明显的抑菌活性；课题组前期采用不同极性有机溶剂对葡萄籽进行了初步提取，分析了葡萄籽油的化学成分，对提取物及葡萄籽油进行了抑菌效果初步测试，研究结果表明，葡萄籽体积分数95%乙醇提取物正丁醇萃取物（N-butanol part of 95%ethanol total extracts，TEN）抑菌效果最优，体积分数95%乙醇总浸提物（95%ethanol total extracts，TE）也显示出较强的抑菌活性[6]。超高压液相色谱串联二级质谱（ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry，UPLC-MS/MS）是近年来分析研究生物体化学成分的常用技术，相比较于传统化学成分分析方法例如柱层析分离纯化联合质谱、核磁共振技术[7]，其可以在短时间内得到分析结果，且灵敏度及分辨率高，因此近年来该技术已成为中草药、天然产物等化学成分分析的主要研究手段[8-11]。

为进一步明确葡萄籽提取物化学成分，探索其抑菌活性机理，本研究采用UPLC-MS/MS技术对葡萄籽体积分数95%乙醇提取物正丁醇萃取物（TEN）及体积分数95%乙醇总浸提物（TE）的化学成分进行分析，以常用食品添加剂山梨酸为对照，探究2种葡萄籽提取物对细菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌）和真菌（尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）、黑曲霉（Aspergillus oryzae）、柑橘青霉菌（Penicillium italicum））的防腐抑菌效果，旨在揭示葡萄籽中化学成分种类以及与防腐抑菌效果的关系，为葡萄籽提取物食用保鲜、天然防腐添加剂开发利用提供理论支持，为葡萄籽的深加工利用提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料与菌株

葡萄籽：来源于酿酒葡萄品种蛇龙珠（Cabernet Gernischet），由宁夏西夏王葡萄酒业（集团）有限公司提供。

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）（S）、大肠杆菌（Escherichia coli）（E）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）（B）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）（F）、柑橘青霉菌（Penicillium italicum）（P）：宁夏工商职业技术学院能源化工学院微生物分析实验室保藏；黑曲霉（Aspergillus niger）（A）：中国工业微生物菌种保藏管理中心（China center of industrial culture collection，CICC）。

1.1.2 试剂

胰蛋白胨、酵母提取物（均为生化试剂）：英国Oxoid公司；琼脂粉（生化试剂）：北京奥博星生物有限公司；氯化钠、山梨酸（sorbic acid，SA）（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；乙腈、甲醇、乙酸铵、氨水（均为色谱纯）：德国默克西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司。

1.1.3 培养基

马铃薯葡萄糖琼脂（potato dextrose agar，PDA）培养基（不含琼脂）、LB培养基：上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

XL-02A小型高速粉碎机：济南欧莱博技术有限公司；SHIMADZU-UPLC30超高压液相色谱仪：日本岛津公司；ACQUITY UPLC BEH氨基柱（1.7 μm，2.1 mm×100 mm）：上海沃特世科技有限公司；QE Plus四级杆高分辨质谱仪：中国赛默飞世尔科技有限公司；R-3旋转蒸发仪：瑞士BUCHI公司；SPX-150B-Z型生化培养箱、YXQ-50A型立式压力蒸汽灭菌器、SW-CJ-2FD型无菌操作台：上海博讯实业有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 葡萄籽萃取物TE、TEN的制备

葡萄籽以水清洗干净后置于烘箱70 ℃烘干处理，小型粉碎机处理成粉末状，粉碎细度为200目，称取1 000 g粉末置于5 L玻璃瓶中，加入体积分数95%乙醇3 L，常温避光密闭浸渍提取1个月，期间每隔3～6 d搅拌处理，备用；取浸渍上清液500 mL，旋蒸减压浓缩后即得TE样品；另取浸渍上清液500 mL使用正丁醇以分液漏斗进行萃取，将正丁醇萃取层减压浓缩后即得体积分数95%乙醇总浸提物正丁醇萃取物，以下简称为TEN。

1.3.2 葡萄籽提取物化学成分分析

样品前处理：取TE、TEN样品各5 g，用甲醇溶解配制质量浓度为1.0 mg/mL的样品溶液，15 000 r/min离心20 min，0.22 μm滤膜过滤用于下一步分析检测。

气相色谱条件：进样量2μL，柱温25℃，流速0.3mL/min；色谱流动相A：水+25 mmol/L乙酸铵，流动相B：乙腈；梯度洗脱程序如下：0～1 min，95%B；1～7 min，95%B～65%B；7～9 min，65%B～35%B；9～10.5 min，35%B；10.5～11 min，35%B～95%B；11～15 min，95%B。

质谱条件：样品采用电喷雾电离（electron spray ioniza tion，ESI）源进行正离子（+）和负离子（-）模式检测，离子化条件：喷雾电压：3.8 kv（+）和3.2 kv（-）；毛细管温度：320 ℃；鞘气：30 arb；辅助气：5 arb；气化温度：350 ℃；离子透镜电压频率：50。质谱采集条件：时间12 min，母离子扫描范围：80～1 200 m/z，一级质谱分辨率：70 000@m/z 200；二级质谱分辨率：17 500@m/z 200；二级质谱激活类型：高能量碰撞解离（high-energy c-trap dissociation，HCD），隔离窗口：2 m/z，归一化碰撞能量：10 eV、20 eV、30 eV。

数据分析：原始数据采用MSDIAL软件（Ver 4.18）进行峰对齐、保留时间校正和提取峰面积，代谢物结构鉴定采用精确质量数匹配（质量偏差＜20 parts per million）和二级谱图匹配（质量偏差＜0.02 Da）的方式，检索人类代谢数据库（human metabolome database，HMDB）、Mass Bank公共数据库预测化学成分。

1.3.3 提取物防腐效果评价

供试样品溶液制备：参照GB 2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中山梨酸（SA）使用量[12]，分别配制质量浓度分别为1.5 g/L、1.0 g/L、0.5 g/L的SA、TE、TEN溶液，以去离子水为空白对照（CK），配制完成后115 ℃高压灭菌30 min备用。

供试菌株活化液制备：参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[13]及李凤琴等[14]实验方法，3种供试细菌均在LB培养基上进行活化及培养，3种真菌均在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上进行活化及培养，供试细菌均培养至OD600nm值=0.6的初始菌悬液，供试真菌取孢子以灭菌生理盐水配制成1×106CFU/mL浓度孢子的初始菌悬液，所有初始菌悬液均以灭菌去离子水梯度稀释10-3～10-6，涂布至对应培养基计数。

防腐能力测定：将上述合适梯度稀释菌液分别吸取100 μL加入10 mL不同浓度SA、TEN、TE溶液中，以加入100 μL相应菌液的灭菌去离子水为空白对照，3种细菌于37 ℃摇床振荡分别培养12 h、24 h、48 h，3种真菌于28 ℃摇床振荡分别培养48 h、60 h、72 h，取上述培养至不同时期的菌液1 mL涂布至相应培养平板上，培养至菌落可见并计数。

1.3.4 数据处理

采用线上生信制图软件绘制防腐效果菌落计数气泡图（http：//www.bioinformatics.com.cn/plot_basic_ballon_plot_048）。

2 结果与分析

2.1 葡萄籽提取物UPLC-MS/MS检测结果分析

UPLC-MS-MS正、负离子模式扫描下TEN及TE样品中的化学成分分别见表1和表2。由表1及表2可知，从TE及TEN样品中共鉴定出60种化合物，其中正离子模式扫描下共鉴定出33种化合物，包括氨基酸（7种）、生物碱（6种）、酚类化合物（4种）、核苷（2种）、黄酮（2种）、脂肪酸（1种）、芳香酮（1种）、有机酸（1种）、维生素（1种）、糖苷（1种）、酯类化合物（1种）、嘌呤（1种）、脂肪酸衍生物（1种）、脂类化合物（1种）、糖类化合物（1种）、香豆素（1种）、苯乙醇苷类化合物（1种）；负离子模式扫描下共鉴定出27种化合物，包括有机酸（6种）、酚类化合物（3种）、酯类化合物（4种）、糖苷（3种）、黄酮（2种）、糖类化合物（2种）、醛类化合物（2种）、核苷（1种）、芳香酮类化合物（1种）、维生素（1种）、糖醇（1种）、有机磺酸（1种）；TEN样品中共鉴定出48种化合物，TE样品中共鉴定出52个化合物，正离子模式下TE样品中相对含量较多的化合物有腺嘌呤（40.86%）、（2-糠甲基）-9H-嘌呤-6-胺（16.20%）、硬脂酰胺（13.32%）、哈尔满碱（5.41%）、查尔酮（3.24%），TEN样品中相对含量较多的化合物有腺嘌呤（41.74%）、硬脂酰胺（12.72%）、丹皮酚（12.72%）、哈尔满碱（4.97%）、甜菜碱（4.17%）；负离子模式下TE样品中相对含量较多的化合物有柠康酸（32.13%）、表儿茶素（12.13%）、3,4,5-三羟基-3'-二苯乙烯吡喃葡萄糖苷（8.42%）、甲基-β-半乳吡喃糖苷（6.76%）、山梨醇（6.08%），TEN样品中相对含量较多的化合物有柠康酸（28.62%）、3,4,5-三羟基-3'-二苯乙烯吡喃葡萄糖苷（13.28%）、2-甲基戊二酸（12.68%）、甲基β-半乳吡喃糖苷（8.51%）、表儿茶素（13.13%）、山梨醇（6.04%）。目前已报道葡萄籽化学成分种类并不多，陈徐回[15]通过柱层析分离纯化的手段从葡萄籽乙酸乙酯萃取物和水相萃取物中分离鉴定出9种化合物，包括表儿茶素、儿茶素、十六烷、亚油酸、β-谷甾醇、α-黑曲霉糖、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、异香兰酸；王侠[16]从葡萄籽中检出了对羟基苯甲酸、没食子酸、儿茶素和齐墩果酸4种化合物；其他化合物见于葡萄籽油，主要为亚油酸、亚麻酸等脂肪酸以及酯类[6，17]。

表1 UPLC-MS/MS正离子模式扫描下TEN及TE样品中的化学成分Table 1 Chemical composition of TEN and TE samples under positiveion mode scanning by UPLC -MS/MS

表2 UPLC-MS/MS负离子模式扫描下TEN及TE样品中的化学成分Table1 Chemical composition of TEN and TE samples under negativeion mode scanning by UPLC -MS/MS

2.2 葡萄籽提取物防腐效果分析

2.2.1 3种细菌及3种真菌的生长状况

细菌及真菌的菌落生长情况见图1。由图1A可知，3种细菌在培养24 h后平板菌落数均已超过200个，其中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌菌落数分别为293个、247个、209个（国标中细菌菌落数＞300个为不可计数）；由图1B可知，3种真菌在培养72 h后平板菌落数分别为19个（尖孢镰刀菌）、27个（黑曲霉）、31个（柑橘青霉菌）。

图1 细菌（A）及真菌（B）的平板菌落计数气泡图Fig.1 Bubble chart of plate colony count of bacteria (A) and fungi (B)

2.2.2 两种葡萄籽提取物及山梨酸对3种细菌的防腐效果

由图2可知，各个浓度SA在不同时间处理的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌平板上均未检测出菌落，说明SA对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抑菌效果达到100%，即表现出了完全抑制效果；同样，1.5 g/L TEN样品处理大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的平板上均未检测出菌落，说明该浓度条件下TEN样品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抑菌效果达到100%，而1 g/L TEN样品只对金黄色葡萄球菌表现出100%抑菌效果；TE样品仅在1.5 g/L质量浓度条件下对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌表现出100%抑菌效果；3种供试样品对枯草芽孢杆菌的抑制效果最弱，在质量浓度0.5 g/L各供试样品处理下均检测到50个以上的菌落，在质量浓度1.0 g/L各供试样品处理下均检测到20个以上菌落，且随着处理时间的增加菌落数量也相应增长，在质量浓度1.5 g/L供试样品处理下各平板依然检测到了菌落，在12 h、24 h时，各样品处理下菌落数目均在10个左右，但在48 h时，与TEN样品相比，TE样品处理的SA菌落数目明显较多。因此，TE、TEN样品及SA对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好，其次为大肠杆菌，对枯草芽孢杆菌的抑菌效果最差。

图2 两种葡萄籽提取物及山梨酸对3种细菌的防腐效果气泡图Fig.2 Bubble chart of preservative effect of two grape seed extracts and sorbic acid on three kinds of bacteria

2.2.3 两种葡萄籽提取物及山梨酸对3种真菌的防腐效果

由图3可知，3种样品在质量浓度1.5 g/L、培养不同时期对3种真菌均表现出100%抑菌效果，在1.0 g/L质量浓度下SA及TEN样品在培养不同时期对3种真菌抑菌效果达100%，这些处理均未检测到真菌菌落，说明质量浓度1.0 g/L、1.5 g/L TEN样品对3种真菌的抑制效果与同等浓度SA相近；在质量浓度0.5 g/L、不同培养时间处理下TEN样品对尖孢镰刀菌、柑橘青霉菌的抑制效果和SA相近，但在该浓度SA处理下未检测到黑曲霉菌落，TEN样品检测到了1个黑曲霉菌落；总体上看TEN样品、SA对3种真菌的抑制效果明显强于TE样品。此外，两种葡萄籽提取物中含量较多且已被报道明确具有抑菌防腐效果的化学成分有丹皮酚[18]、甜菜碱[19-20]、丁香酚[21-22]、白藜芦醇[23-25]、儿茶素[26]，已报道具有和其他化合物有协同防腐作用的成分有查尔酮[27-29]、表儿茶素[30]，这些化合物对于葡萄籽提取物样品的防腐抑菌能力可能起到了重要作用；而TEN样品中丹皮酚、甜菜碱、丁香酚、儿茶素含量均高于TE样品，说明正丁醇能够更多的提取富集这些化合物，这也可能是TEN样品防腐抑菌效果明显强于TE样品的原因。然而，两个样品化学成分中含量较多的腺嘌呤、柠康酸、3,4,5-三羟基-3'-二苯乙烯吡喃葡萄糖苷、甲基-β-半乳吡喃糖苷、2-甲基戊二酸等成分是否具有防腐抑菌效果目前并无报道，因此有必要进一步进行研究。

图3 两种葡萄籽提取物及山梨酸对三种真菌的防腐效果气泡图Fig.3 Bubble chart of preservative effect of two grape seed extracts and sorbic acid on three kinds of fungi

3 结论

本研究通过UPLC-MS/MS技术从葡萄籽提取物中共鉴定出60种化合物，包括7种酚类化合物、7种氨基酸、6种生物碱、6种有机酸、4种黄酮等成分。除枯草芽孢杆菌以外，质量浓度为1.5 g/L的TEN样品及TE样品对其他菌株的抑菌效果均达100%；此外，质量浓度为1 g/L的TEN样品对金黄色葡萄球菌及真菌抑菌效果达100%；因此，1.5 g/L质量浓度葡萄籽正丁醇提取物的防腐抑菌效果与常用防腐添加剂山梨酸抑菌效果相似，有成为食用天然防腐剂的潜力。本研究结果进一步解析了葡萄籽的化学成分，为葡萄籽深加工利用提供了新的理论依据。