艾草精油主要化合物桉叶油醇的抑菌机理及艾草精油Pickering乳液抑菌作用研究

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目前,主要采用化学合成的抑菌剂解决食品生产环境中微生物的污染问题,但其存在抑菌周期长、安全性差、易产生耐药性等缺点,近年来,开发安全有效的天然抑菌剂已经成为当前食品领域的研究热点,其中具有抗菌活性的植物精油被认为是食品生产环境抑菌剂的理想替代品。艾草是我国分布广泛的一种菊科蒿属多年生草本植物,其中的主要活性成分—艾草精油具有抗菌、抗炎、杀虫等多种作用,但艾草精油在应用上还有水不溶性、易挥发等限制。本次研究从艾草中提取艾草精油,研究其抗菌活性,分析其中的化学成分,探究其中主要化合物—桉叶油醇的抑菌机理,用纤维素纳米晶作为稳定剂制备了艾草精油Pickering乳液,并对含油量、稳定剂浓度、p H值、分散时间和超声时间等因素对乳液稳定性和粒径大小的影响进行研究,此外还研究了乳液的抑菌效果及缓释效果,为研究天然产物抑菌机制及开发绿色安全抑菌剂奠定基础。主要研究结果如下:通过超声辅助-水蒸气蒸馏法提取艾草精油,在超声30 min时,与传统的水蒸气蒸馏法相比产率提高了21.13%。艾草精油对三种供试菌的抑制区范围:金黄色葡萄球菌(>20.0 mm)>大肠杆菌(18.2±0.1 mm)>黄曲霉(8.6±0.1 mm),且对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和黄曲霉的最小抑菌浓度(MIC)分别为:3.125μL/m L,6.25μL/m L,50μL/m L。利用气质色谱质谱联用仪(GC-MS)分析了艾草精油中的化学成分,共分析出61种物质,其中桉叶油醇的相对百分含量最高(35.2%),其次是樟脑(10.1%)、(-)-4-萜品醇(8.3%)、2-莰醇(5.3%)、α-松油醇(4.5%)、石竹烯(3.3%)、氧化石竹烯(3.3%)等。桉叶油醇对金黄色葡萄球菌及黄曲霉孢子的MIC分别6.25μL/m L、50μL/m L。研究发现桉叶油醇处理后导致金黄色葡萄球菌和黄曲霉孢子的形态发生皱缩、凹陷,甚至破裂,金黄色葡萄球菌及黄曲霉孢子细胞内容物泄露,破坏细胞膜完整性。进一步测定桉叶油醇对两种菌细胞代谢物的影响,发现桉叶油醇可以干扰丙酮酸的代谢,并抑制乙酰辅酶A和ATP的合成,对金黄色葡萄球菌及黄曲霉孢子的能量代谢途径产生影响。以纤维素纳米晶为稳定剂制备了艾草精油Pickering乳液,且当精油含量为2%(v/v)、纤维素纳米晶(CNCs)的浓度为0.3 wt%、p H值为3、分散时间为120 s,超声时间20 min时,制备的乳液在室温下能保存14 d不分层。研究发现:乳液中油相的体积分数(1%-3%)、CNCs的浓度(0.1 wt%-0.5 wt%)、水相的p H值(3-11)、分散时间(30 s-150 s)和超声时间(0 min-20 min)对艾草精油Pickering乳液的乳化稳定指数(ESI)和体积平均粒径(D4,3)有显著性影响(P?0.05)。当艾草精油的体积分数为2%时,乳液的ESI值最高,为(2114.0±170.7)min,乳液的D4,3随挥发油含量的增加从(1.78±0.01)μm增大到(4.46±0.05)μm;当CNCs的浓度为0.3 wt%时,乳液的ESI值最高,为(1860.56±9.09)min,乳液的D4,3最小,为(1.44±0.01)μm;当水相p H值为3时,乳液的ESI值最高,为(26365.14±1422.61)min,乳液的D4,3最小,为(0.82±0.02)μm;分散时间增加到120 s时,乳液的ESI值最高,为(9438.84±41.17)min,D4,3最小,为(1.22±0.01)μm;同时,超声时间为20 min时,乳液的ESI值最高,为(8920.54±509.61)min,乳液的D4,3最小为(1.29±0.06)μm。此外,将艾草精油制备成Pickering乳液后,抗菌活性显著提高,制备的艾草精油Pickering乳液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最小杀菌浓度(MFC)均为62.5μL/m L,对黄曲霉的MFC为250μL/m L。缓释性分析表明24 h时精油的损失率为8.17%,艾草精油Pickering乳液的损失率为1.72%,将艾草精油制备成Pickering乳液显著延缓艾草精油的释放(P?0.05)。上述结果表明,与传统的水蒸气蒸馏法相比,通过超声辅助-水蒸气蒸馏法提取艾草精油能提高精油的产率。艾草精油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黄曲霉均有显著抗菌活性,其中的主要化合物桉叶油醇是一种同样具有抗菌活性的成分。桉叶油醇对供试菌细胞膜的完整性产生影响,通过干扰细胞代谢过程中一些重要产物的合成,可能会对能量代谢途径产生干扰。艾草精油的抗菌作用是一个复杂的过程,不是由单一的主要化合物起作用,是主要化合物与其他成分共同发生协同作用导致。将艾草精油制备成Pickering乳液能增强精油的抗菌活性,延长精油的使用时间,为开发绿色安全的植物源抑菌剂奠定基础。
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