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植物精油抗菌和抗真菌活性的研究进展

返回列表 来源: 发布日期: 2019.12.17
摘要:许多研究发现植物精油(如孜然、牛至、丁香、百里香、和肉桂等)对饲料腐败细菌(如荧光假单孢菌和副溶血弧菌)、有害真菌(如曲霉菌和镰刀菌)均具有显著的抗菌和抗真菌活性。 因此,植物精油作为新型的抗菌剂有很大的发展潜力。 本文对几种植物精油及其衍生物的抗菌和抗真菌活性的相关研究进行了概述。
关键词:植物精油;抗菌活性;抗真菌活性;抗菌性;饲料
作者:佟晶晶,王明阳,潘佳雯,党 萌,曹 宇,陈新亮,龙 淼

植物精油被用作饲料和食品的添加剂已经有很多年的历史。如从丁香、牛至、百里香、肉桂和孜然等植物中提取的精油已被广泛用于饲料防腐剂,大量试验证明,其具有抗真菌和细菌活性。 此外,有些研究表明,植物精油的二级代谢产物也具有抗菌的能力。因此,植物精油作为饲料添加剂可抑制真菌生长和产毒进而防控饲料霉变, 为抗食源性微生物和开发新抗菌药提供了一个很好的选择。 本文总结了植物精油及其衍生物抗菌和抗真菌活性的相关研究, 为其进一步作为饲料添加剂研究提供思路和建议。

1 丁香
丁香( Eugenia caryohyllata )被广泛用于医药中。 丁香精油也常作为防腐剂或天然食品添加剂应用于食品工业。 大量研究发现丁香具有抗菌活性的主要成分是其提取物丁香酚。
Nassan 等( 2015 )对 40 只成年雄性白化大鼠进行了体内抑菌试验, 证实了丁香提取物作为天然抗菌药物的有效性。体外试验结果表明,丁香水提取物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓 度 分 别 为 2.5 mg/mL 和 2 mg/mL 。 Kuang 等( 2011 ) 用肉汤稀释法对肉中的金黄色葡萄球菌、荧光假单孢菌和大肠杆菌进行了抑菌试验, 结果表明,丁香粉末的抑菌作用与其浓度呈正相关。袁媛等( 2013 )通过平板熏蒸法测试丁香酚对镰刀菌的抑制作用。 在含水量为 21% 的玉米中加入丁香酚, 20 d 后其对禾谷镰刀菌产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇的抑制率高达 95.64% 。 崔海英等( 2015 )研究表明, 丁香精油对单增李斯特菌的最小杀菌浓度为 0.1% ,最小抑菌浓度为 0.05% ,对单增李斯特菌显示了较好的杀菌效果。 抑菌机制是丁香精油可破坏单增李斯特菌的细胞膜、 抑制核酸和ATP 的合成,使细菌的生长繁殖受到影响,最终导致细菌死亡。 Rana 等( 2011 )研究丁香精油对不同菌株的抗真菌活性, 其敏感程度为毛霉菌 > 小孢子囊 > 镰孢镰刀菌 NCIM 1100> 红色毛癣菌 > 曲霉菌 > 尖孢镰孢 MTCC 284 。

2 牛至

牛至( Origanum vulgare L. )精油是从植物牛至中提取出来的挥发油, 其可作为食品的抗菌防腐保鲜剂, 也可作为饲料添加剂。 Silvaespinoza( 2015 )试验表明,牛至精油具有抗菌活性的主要成分是香芹酚和百里香酚。Mohamed Hazzit 等( 2006 )研究发现,牛至精油中香芹酚约为 29.7% , 其能够抑制各种菌类繁殖, 但是对李斯特氏菌没有抑菌效果。 戴冉等( 2015 )研究发现,牛至精油在抵抗细菌引起的家兔肠道疾病方面有极好的效果, 牛至精油浓度为1.2 log cfu/mL/g 时, 可以有效抑制革兰氏阳性菌和阴性菌的生长, 且牛至精油比常用的天然抗氧化剂具有更高的抗氧化活性, Cleff 等( 2010 )研究发现,牛至精油对念珠菌具有很高的抗菌活性,最小杀菌浓度和抑菌浓度均为 2 ~ 5 mL/L 。 胡艳芬等( 2010 )研究发现,香芹酚对大肠埃希氏杆菌、金黄色葡萄球菌和猪霍乱沙门氏菌也具有很强的抑制作用, 可以预防和治疗动物胃肠道内的感染。Vatavali 等( 2013 )研究牛至精油对真鲷鱼保质期的影响发现,对照组的保质期为 11 d ,而添加牛至精油的保质期为 16 d 。 刘猛等( 2011 )研究发现,香芹酚具有抗微生物生长、抗氧化的功效,可防止饲料变质,具有无残留,无污染,不对微生物产生耐药性,不与抗生素产生配伍禁忌等优点。


3 百里香
百叶科的百里香( Thymus vulgaris )是半灌木,生长于地中海西部地区。 百里香作为食品添加剂被广泛使用。 Assiri 等( 2016 )研究发现,百里香具有高效的抗菌活性, 并被用于某些食品中以延长其保质期。
研究表明,百里香精油对大肠杆菌、单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌、寄生曲霉菌等微生物具有一定的抑制效果,在低 pH 条件下抗菌能力增强。 张有林等( 2011 )研究发现,百里香精油对黑曲霉菌有抑菌作用, 通过急性毒性试验发现精油灌注量为 17.5 g/kg 时对小鼠无毒副作用。 马萱等( 2015 )研究苏格兰薄荷、阔叶迷迭香、法国百里香这三种植物精油对黑曲霉菌的抗菌作用发现,法国百里香精油的抗菌作用最强。 Baydar等( 2004 )研究薄荷、百里香和牛至这 3 种植物精油对金黄色葡萄球菌等 15 种细菌的最小抑菌浓度均低于 1/100 (体积比),其中百里香的抗菌活性最高,此外,解淀粉芽胞杆菌( B.amyloliquefaciens )对这3种植物精油最敏感。 Al-Maqtar 等( 2011 )研究发现, 百里香精油对金黄色葡萄球菌、 大肠杆菌、枯草芽孢杆菌,对细菌的最小杀菌活性为 75 ~1100 μg/mL , 白色念珠菌和阴道念珠菌等真菌的最小抗菌活性为 80 ~ 97 μg/mL 。 真菌菌株显示出有效的杀菌和抗真菌活性。 Borugǎ ( 2014 )试验结果表明, 百里香精油中的主要抗菌成分为 8.41%的甲基异丙基苯, 30.90% 的 γ- 萜品烯和 47.59%的百里酚。大量研究表明,百里香酚是百里香精油的主要抗菌成分。 百里香酚的主要抗菌作用是通过疏水键和氢键结合膜蛋白发挥其抗微生物作用,然后改变细胞膜的渗透性。

4 肉桂
肉桂是最常见的香料之一, 具有多种烹饪用途。在中草药中,肉桂已被用作神经的保护剂和糖尿病治疗的药物。肉桂精油主要是由肉桂酸乙酯、肉桂醇和肉桂醛这三种化合物组成。 因为肉桂具有较好的抗菌活性, 所以常被用于治疗如消化道疾病和尿路感染等感染性疾病。
Xing 等( 2014 )研究发现,肉桂油的抗真菌能力与其肉桂醛的含量有关, 当肉桂油中肉桂醛的含量为 85% 、 95% 和 99% 时对轮状镰刀霉菌的最小抑菌浓度分别为 60 、 50 、 45 μL/L , 而且在最小抑菌浓度下, 轮状镰刀霉菌中的丝状真菌的超微结构发生了不可逆转的损伤。 张赟彬等( 2015 )研究发现, 肉桂醛对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有较好的抑菌效果,其最低杀菌浓度均为 0.5 μL/mL ,最低抑菌浓度均为 0.25 μL/mL , 抑菌圈分别为29.37 、 21.75 mm 。 Almariri 等( 2014 )研究发现,通过水蒸气蒸馏获得的肉桂皮精油对革兰氏阴性细菌具有良好的抗菌活性。 其肉桂皮精油对大肠杆菌 O157 : H7 ,小肠结肠炎耶尔森氏菌 O9 ,变形杆菌和肺炎克雷伯杆菌的最小抑菌浓度分别为12.5 、 6.25 、 1.5 μL/mL 和 3.125 μL/mL 。 Saleem 等( 2015 )也得到类似的结果。Kim 等( 2015 )报道,0.01% ( V/V )的肉桂皮油、肉桂醛和丁子香酚能显著降低肠出血性大肠杆菌 O157 : H7 ( EHEC )的生物膜形成。 Shan 等( 2011 )研究发现,肉桂提取物对在不同食物基质中的单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和肠炎沙门氏菌有良好的抗菌活性,是一种潜在的天然食品防腐剂。肉桂中的主要成分肉桂醛对微生物具有抗菌作用, 因为其能够抑制细胞壁生物合成、 胞膜的功能和特异性酶活性, 但肉桂醛对细菌更具体的抑制机理还需要进一步研究。

5 孜然
孜然(Cuminum cyminum)作为食品调味剂,还能防腐杀菌。 Allahghadri 等( 2010 )研究发现,孜然精油的主要生物活性成分是番茄红素、 甲基蝶呤和萜类化合物。
Khosravi 等( 2015 )研究表明,孜然精油对产伏马菌素的镰刀菌菌株的生长有抑制作用, 且所有伏马菌素分离株对孜然精油敏感。 试验结果表明,孜然精油对轮枝镰刀菌的最小抑制浓度为 0.195 ~0.781 μL/mL , 且当孜然精油浓度为 0.390 μL/mL时, 54.5% 的真菌菌株被完全抑制。 Hossein 等( 2012 )研究发现,孜然油及其成分对黄曲霉 PICC-AF39 ,黄曲霉 PICC-AF24 ,寄生曲霉 NRRL-2999和黑曲霉的生长具有抑制作用。 孜然精油中的主要成分, α- 蒎烯( 29.2% )、柠檬烯( 21.7% )、 1 , 8- 桉树脑( 18.1% )、芳樟醇( 10.5% )、醋酸芳樟酯( 4.8% )和 α- 萜品烯( 3.17% )对真菌的生长具有强烈的抑制作用。 孜然精油可以安全的用作饲料的防腐剂,以保护其免受产毒性真菌感染。 李大强等( 2012 )研究发现, 孜然精油对 8 种供试真菌和细菌的生长都有一定的抑制作用。 在 4 种真菌中,对链格孢菌( A.alternata )和扩展青霉菌( P.expansum )的抑制效果较强,其次为半裸镰刀菌( F.semitectum ),最弱的为为粉红单端孢菌( T.roseum ),在 4 种细菌中,对荧光假单孢菌( P.fluorescence )和金黄色酿脓葡萄球菌( S.aureus )的抑菌效果较强,其次为大肠杆菌( E.coli ),最弱的为枯草芽孢杆菌( B.subtilis ),其抑制效果大概为荧光假单孢菌 ( P.fluorescence )和金黄色酿脓葡萄球菌( S.aureus )抑制效果的 1/2 。

6 迷迭香
迷迭香 ( Rosmarinus officinalis L ) 是一种具有丰富使用价值的植物,原产于地中海地区。迷迭香具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗心血管疾病、消炎、 美容等诸多功效。 现今迷迭香也广泛用作食品添加剂,其抗菌抗氧化作用能够改善食品品质,延长保鲜时间。
Weerakkody 等( 2010 )通过琼脂盘扩散和肉汤稀释测定法比较七种提取物对大肠杆菌、 鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌作用。 两种试验方法的结果表明, 迷迭香的己烷提取物对除了鼠伤寒沙门氏菌之外所有细菌的抗菌活性匀高于乙醇和水, MIC 为 1.25 ~ 5.0 mg/mL 。 Ojeda-Sana 等( 2013 )研究发现,迷迭香精油中的主要成分 1 , 8 - 桉树脑对大肠杆菌具有良好的抗菌活性, 其作用机理是通过破坏大肠杆菌的细胞膜而起到抗菌作用, 而迷迭香精油其他的抗菌活性成分和抑制机制还需要进一步研究。

7 其他精油的抑菌活性
Duarte 等( 2016 )通过盘扩散试验、气相法和微量稀释法研究香菜精油的抗菌活性。 结果表明,芫荽精油和芳樟醇对空肠弯曲杆菌和大肠杆菌菌株的最小抑菌浓度为 0.5 ~ 1 μL/mL 。 香菜精油还表现出对弯曲杆菌属的生物膜形成的抑制作用。 此外, Duarte 等( 2013 )研究表明,芫荽精油对鲍曼不动杆菌菌株的 MIC 和 MBC 均为 1 ~ 4 μL/mL 。
Zhang 等( 2016 )研究发现,黑胡椒精油可导致大肠杆菌细胞壁和膜的形态改变, 然后导致电解质、 ATP 、蛋白质和 DNA 等物质泄漏,但黑胡椒的化学成分及其抗菌作用机理则需要进一步的探索。

8 小结
植物精油具有很强的的抗菌和抗真菌活性。并且大量试验证明多种植物精油的组合比单一植物精油对特定细菌的抑制作用更强, 所以未来的研究应侧重评估更多植物精油的相互作用, 以抑制不同食品中的致病微生物。 目前对植物精油的研究都处于试验阶段, 从试验研究到生产使用还需要考虑更多因素, 例如如何防止食物中添加植物精油提取物后还能保持原有的风味。此外,由于大多数植物精油主要集中在对动物的体外活性研究中,而在体内的抗微生物作用机理、对人类的潜在毒性仍然存在疑问,尚需要深入的研究。

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