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香姜(Alpinia coriandriodora D.Fang)为姜科山姜属植物,地下根茎部位具有祛风行气功效,壮族民间用全草治疗胃寒痛、伤口溃烂不愈。作为食用性的植物,香姜地下根茎和茎可作为调味料,其叶可用于包粽子。当前国内外对香姜的化学成分及相关药理活性研究匮乏,由于地下根茎为主要的药用部位和食用部位,因此,本文主要对香姜地下根茎部位的化学成分和药理活性进行研究。提取香姜地下根茎部位挥发油(Essential Oil,EO)、水提取物(Water Extract,WE)和醇提取物(Ethanol Extract,EE),并对其分析化学成分,进行抗氧化、酶抑制活性和抗微生物活性及相关机制研究。(1)通过水蒸气蒸馏法提取EO,提取率为0.56%,通过冷凝回流法提取WE和EE,提取率分别为2.04%和1.37%。用气质联用(GC-MS)分析EO的化学成分,被鉴定出33种化合物,富含癸烯醛和反式-2-癸烯-1-基乙酸酯化合物;采用Folin-Ciocalteu法和Na NO2-Al(NO3)3-Na OH比色法测WE和EE总酚酸和总黄酮含量,结果表明,WE(当量值:60.49±0.24 mg GAE/g)和EE(当量值:52.99±0.16mg GAE/g)含有较高总酚含量;采用UPLC-Q-Orbitriap MS鉴定WE和EE的化学成分,从WE中鉴定出了38种化合物,EE中鉴定出了55种化学物,总计64种化合物,其中含有37个酚类化合物和13个黄酮化合物。WE和EE总酚酸含量高,且种类丰富。(2)通过DPPH和ABTS的方法对香姜地下根茎部位进行抗氧化活性研究,结果表明,WE和EE具有较强的抗氧化活性。其中WE(IC50值:6.59±0.88μg/m L)和EE(IC50值:17.70±1.15μg/m L)清除DPPH自由基能力强于阳性BHT(IC50值:21.83±0.89μg/m L)。WE(IC50值:20.48±0.44μg/m L)和EE(IC50值:18.27±0.55μg/m L)清除ABTS自由基的能力稍弱与阳性BHT(IC50值为6.32±0.24μg/m L)。而EO则表现出较差的抗氧化活性。(3)通过测香姜地下根茎部位对酪氨酸酶、α-葡萄糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶的酶抑制活性。结果表明,WE(IC50值:17.43±1.69μg/m L)和EE(IC50值:13.41±0.72μg/m L)对α-葡萄糖苷酶的酶抑制活性强于阳性阿卡波糖(IC50值:236.68±9.78μg/m L),而EO、WE和EE对酪氨酸酶(IC50值:1010.91~19849.64μg/m L)、乙酰胆碱酯酶(IC50值:1587.89~6668.89μg/m L)和丁酰胆碱酯酶(IC50值:379.51~5730.65μg/m L)抑制作用较弱。(4)通过抑菌圈实验、MIC和MBC实验和抗黄曲霉实验初步评估香姜地下根茎部位的抗微生物活性。结果表明,EO对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和变形杆菌的抗菌作用最强,其抑菌圈直径在15.59~22.17mm之间,MIC的值在781.25~6250μg/m L之间,MBC在3125~6250μg/m L之间;WE和EE的抗菌活性较弱。抗黄曲霉实验结果表明,EO具有较强的抗真菌作用,最小抑菌浓度为362.5μg/m L,最小杀菌浓度为625μg/m L;而WE和EE抗黄曲霉作用较差。可得出EO的抗微生物活性较好。(5)通过棋盘格法测EO分别联合抗菌剂(链霉素、四环素、庆大霉素联合)对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希氏菌、变形杆菌和粪肠球菌的分级抑制浓度指数(FICI),判断协同作用大小。结果表明,EO联合链霉素对六种菌的FICI为0.375~2.5之间,其中对金黄色葡萄球菌的FICI为0.375,协同作用最好;EO联合四环素对六种菌的FICI为0.5~2.5之间,对变形杆菌的FICI为0.5,具有较好的协同作用;EO联合庆大霉素对六种菌的FICI为0.75~7之间,对金黄色葡萄球菌的FICI为0.75,具有一般的协同作用。(6)选用EO作用金黄色葡萄球菌来研究香姜的抗菌机制,AKP实验表明改变细胞壁的通透性;罗丹明123实验、相对电导率实验表明损伤细胞膜的通透性;胞外蛋白外泄实验表明破坏细胞膜的完整性;胞内蛋白实验表明胞内的蛋白合成受到抑制;ROS实验表明激活细菌细胞氧化应激反应;SEM实验初步表明并未改变细胞的形态学变化。以上实验初步表明EO具有抗微生物作用的机制可能是通过激活氧化应激水平,减少蛋白的合成,从而影响了细胞壁和细胞膜的通透性、膜电位,进而抑制了细菌的增值或导致细菌死亡。(7)还对香姜茎和叶WE和EE的总酚酸、总黄酮含量、抗氧化活性和酶抑制活性进行研究。结果表示,其中总酚酸含量最高的是香姜茎EE(阳性当量:84.88±0.68 mg GAE/g)和叶WE(阳性当量:83.70±0.62 mg GAE/g);含有总黄酮含量最高的是香姜叶EE(阳性当量:79.19±4.84 mg RE/g)。抗氧化实验结果表明,香姜各部位的WE和EE均具有较好的抗氧化作用,对DPPH自由基清除率的IC50在6.59~22.93μg/m L间,对ABTS自由基清除率的IC50在8.84~32.58μg/m L间。香姜各部位提取物对所选的四种酶均具有较好的抑制作用,其中各部位活性(IC50值:2.34~54.81μg/m L)对α-葡萄糖苷酶的活性均强于阿卡波糖(IC50值:236.68±9.78μg/m L)。综上,分析香姜地下根茎的化学成分,EO富含癸烯醛和反式-2-癸烯-1-基乙酸酯,WE和EE富含总酚酸,且种类丰富。WE和EE具有较好抗氧化活性和酶抑制活性,对DPPH自由基的清除能力强于BHT,对α-葡萄糖苷酶的酶抑制活性强于阿卡波糖。EO具有较好的抗微生物活性,对黄曲霉的生长具有较强的抑制作用,且EO联合链霉素对金黄色葡萄球菌具有较好的协同作用,初步机制研究表明了EO具有抗微生物作用可能是通过激活氧化应激水平,减少蛋白的合成,从而影响了细胞壁的构象和细胞膜的通透性、膜电位,进而抑制了细菌的增值或导致细菌死亡。以上研究表明香姜在食品保鲜、医美行业、保健医疗等方面具有巨大的开发价值。