石榴果皮提取物抑菌活性研究

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石榴(Punica granatum L.)为石榴科石榴属植物,原产于伊朗、阿富汗等中亚地区,西汉时引入中国,至今已有2000多年栽培历史。石榴果实具有很高的食用价值和药用价值,研究发现石榴具有抗氧化、抗癌、抗病毒、降血脂等多种生理活性功能。目前,对石榴果皮的生物活性研究主要集中在抗氧化活性方面,对其抑茵活性方面的研究相对较少,而从食品安全保藏学角度对其抑菌活性研究更是鲜见报道。本研究以石榴加工中的副产物——石榴果皮为试材,以食品中的常见污染菌为供试菌,以抑菌圈直径为活性追踪指标,对石榴果皮中抑菌活性物质提取的工艺条件、抑菌特性、抑菌机理及对冷却猪肉的保鲜作用进行了系统地研究,研究结果为石榴果皮工业化开发利用提供了理论和技术依据。主要研究结果如下:(1)对石榴果皮提取物抑菌活性初步研究结果表明,石榴果皮甲醇提取物的抑菌活性最高,对供试菌中细菌的抑制效果最好,其中对革兰氏阳性菌的抑制效果优于革兰氏阴性菌:对酵母菌的抑制效果较弱;对霉菌几乎没有抑制作用。对各供试菌的抑制效果依次为:金黄色葡萄球菌>李斯特菌>巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌>沙门氏菌>大肠杆菌>解脂假丝酵母。(2)在供试的10个石榴品种中,‘峄城软籽’石榴果皮提取物的抑菌活性最高。石榴表果皮提取物的抑菌活性高于锥形横膜和萼筒的提取物。(3)在单因素试验的基础上,通过二次回归正交旋转组合设计进行提取工艺参数优化。结果表明,对石榴果皮抑菌活性物质提取效果影响的大小顺序为:乙醇浓度、提取温度、液固比、提取时间;其最佳提取工艺条件为:乙醇浓度60%,液固比10:1,提取温度60℃,提取时间4h。在此优化条件下,石榴果皮提取液抑菌圈直径为16.30mm。(4)抑菌试验结果表明,在优化条件下得到的石榴果皮提取物的抑菌谱与甲醇提取物相似,但活性更高;其对金黄色葡萄球菌的MIC、MBC分别为1.562 mg/mL、3.125mg/mL,抑菌活性与Nisin接近,而远高于苯甲酸钠和山梨酸钾。(5)石榴果皮提取物的抑菌活性具有较好的热稳定性,对紫外线照射和光照稳定;在介质pH6时活性最高;盐和糖对其抑菌活性具有一定的增效作用;Na+、Ca2+、K+、Fe2+、Fe3+均能提高石榴果皮提取物的抑菌活性,其中Fe2+的效果最为明显。(6)石榴果皮提取物经石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇依次萃取后,各萃取部分经抑菌活性比较,表明正丁醇部抑菌活性最高;对其化学成分分析结果表明抑菌活性物质主要为石榴多酚。采用硅胶柱层析法对正丁醇部进行进一步分离纯化,得到25个不同的部分;抑菌试验结果表明,几乎所有部分均具有一定的抑菌作用,但其活性均略低于正丁醇部,大部分与石榴果皮粗提物抑菌活性相近。(7)呼吸抑制试验结果表明,石榴果皮提取物主要是通过抑制HMP途径,导致还原力NADPH缺乏,引起代谢功能障碍,达到抑菌的目的;加药组和正常组金黄色葡萄球菌生长曲线的对比结果表明,石榴果皮提取物能够抑制金黄色葡萄球菌对数生长期的菌体分裂;SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明,石榴果皮提取物能够抑制菌细胞蛋白合成,尤其对菌体内大分子量蛋白作用最明显。通过扫描电镜、透射电镜观察,经石榴果皮提取物作用后菌体表面和内部结构均发生改变,细胞壁被破坏,出现质壁分离现象。综上所述,石榴果皮提取物的抑菌机理是其抑制了菌体的HMP途径,引起代谢功能障碍,使调控菌体生长、分裂相关蛋白的合成受到抑制,引起细胞质固缩,最终使菌体的生长繁殖受到抑制,甚至死亡。(8)通过对接种于冷却猪肉上的金黄色葡萄球菌的抑制试验研究表明,各抑菌剂均具有很好地抑制金黄色葡萄球菌的活性,其中1%石榴果皮提取物处理组和Fe2++0.5%石榴果皮提取物处理组的效果优于Nisin处理组。通过对冷却猪肉贮藏中的pH值、TVB-N值、细菌总数及感官评价等指标的综合分析表明,处理组中1%石榴果皮提取物对冷却猪肉的保鲜效果最好。本研究的创新点:(1)从食品安全保藏学的角度,采用生物活性示踪法,对石榴果皮的抑菌活性进行了较为系统地研究,表明石榴果皮中抑菌活性物质主要为石榴多酚。(2)首次对石榴果皮提取物抑菌机理进行了较为系统地研究。(3)首次将石榴果皮提取物应用到冷却猪肉的保鲜中,并取得了较好的效果。
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