紫苏-生姜复配精油的化学成分及其抑菌性、抗氧化性研究

陈玲星1,左可伟1,曹珍妮1,张顺1,包堃1,马真诚1,刘旭1,祝红2,张辰露1,3,4*

1(陕西理工大学 生物科学与工程学院,陕西 汉中,723000)

2(陕西省留坝县农业技术推广中心,陕西 留坝,724100)

3(陕西省资源生物重点实验室,陕西 汉中,723000)

4(陕南秦巴山区生物资源综合开发协同创新中心,陕西 汉中,723000)

摘 要 该文通过水蒸气蒸馏法提取紫苏与生姜精油,系统评价其复配体系的抑菌活性、抗氧化能力及精油成分变化。采用滤纸片扩散法、微量稀释法测定其抑菌活性,筛选出最优复配比例1∶2(体积比),通过DPPH自由基清除实验测定其抗氧化活性,并利用GC-MS分析精油化学成分变化。结果表明,紫苏-生姜精油以体积比1∶2复配时,对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella)、白色念珠菌(Candida albicans)的抑菌圈直径达18.29~20.24 mm(高度敏感),最小抑菌浓度显著低于单一精油,分级抑菌浓度指数表明其对多数菌种呈协同作用。复配后DPPH自由基清除率在4.0 mg/mL时达81.20%,相当于同质量浓度维生素C溶液的92.34%;GC-MS分析显示复配精油中β-石竹烯、α-姜烯等活性成分相对含量显著升高。复配精油通过成分协同显著增强了抑菌功能,并展现出良好的抗氧化能力,研究结果可为开发天然绿色防腐剂提供理论依据。

关键词 复配精油;抑菌活性;抗氧化;GC-MS

紫苏[Perilla frutescens (L.) Britt.]是唇形科紫苏属的一年生直立草本植物[1],兼具食用、药用和观赏价值。生姜(Zingiber officinale Roscoe)是姜科姜属植物姜的新鲜根茎,是常见的具有香辛保健作用的药食同源物质[2]。近年来,随着人们对天然、安全食品需求的增长以及对化学合成防腐剂潜在风险的关注度不断提高,天然植物提取物因其绿色安全特性而备受青睐。紫苏和生姜中所富含的植物精油,凭借其天然的抑菌与抗氧化特性,在食品保鲜及医药领域表现出巨大应用潜力[3]。紫苏精油、生姜精油已被证实对食源性致病菌具有抑制作用[4-5],现有报道多聚焦于单一精油的抑菌功效[6-7]、活性组分鉴定[8-9]及其作用机制[10-11]。然而,这2种精油所含抑菌活性成分差异显著,对不同种类的病原菌的抑制效果亦不尽相同。因此,系统探讨2种精油复配后的抑菌、抗氧化性能具有重要的意义。

本文以紫苏叶、生姜根茎药材为原料,通过水蒸气蒸馏法分别提取紫苏精油和生姜精油,采用滤纸片扩散法和微量稀释法测定对4种常见致病菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella)、白色念珠菌(Candida albicans)的抑菌活性,比较选出最佳复配比例,基于棋盘稀释法和分级抑菌浓度(fractional inhibitory concentration,FIC)指数评价紫苏-生姜复配精油的联合抑菌作用;通过DPPH自由基清除实验测定复配精油抗氧化活性;并利用GC-MS分析其挥发性成分组成及比例变化。本文将为紫苏、生姜精油产品开发提供科学参考,助力天然植物精油在食品保鲜及医药领域的应用,满足消费者对天然、安全食品的需求。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫苏、生姜,陕西汉王药业股份有限公司;氯化钠(AR),天津市盛奥化学试剂有限公司;胰蛋白胨、琼脂、酵母浸粉(BR),湖北比克曼控股有限公司;S.aureusE.coliSalmonellaC.albicans,陕西省食用菌研究所;二甲基亚砜(AR),山东科源生化有限公司;红四氯唑(RT),上海科拉曼试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SXKW数显控温电热套,北京市永光明医疗仪器有限公司;HW-1鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;HYQ45S恒温培养箱,武汉汇诚生物科技有限公司;KQ-300DB数控超声波清洗器,昆山超声仪器有限公司;DE-100 g万能高速粉碎机,浙江红景天工贸有限公司;DXL60A全自动高压蒸汽灭菌锅,山东德祥仪器有限公司;SJ-CJ-1F超净工作台,广州智祥生物科技有限公司;TSQ 9610型GC-MS,赛默飞世尔科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫苏-生姜挥发油的提取

将紫苏、生姜晾干,分别用粉碎机粉碎,过50目筛,适量称取紫苏、生姜粉,按料液比1∶10(g∶mL)加入适量蒸馏水,浸泡30 min。参照《中华人民共和国药典》2020版(四部)挥发油测定法进行紫苏-生姜挥发油的提取[12],保持微沸5 h,等到挥发油测定器上蒸馏质挥发油的量不再增加时,关闭加热套开关停止加热,放置1 h,收集馏出质挥发油,用无水Na2SO4干燥后,密封保存,如图1所示。

图1 水蒸气蒸馏法提取紫苏-生姜精油工艺流程

Fig.1 Process flow of extracting perilla-ginger essential oil by steam distillation

1.3.2 紫苏-生姜复配精油最佳配比的筛选

使用紫苏精油与生姜精油进行复配处理,调节精油质量浓度至100 μL/mL,以E.coliS.aureusC.albicansSalmonella为测试菌,通过不同比例设计精油复合抑菌剂,具体分组如表1所示。

表1 紫苏-生姜复配精油的分组

Table 1 The optimal combination of perilla-ginger compound essential oil

不同配比精油组号ABCDEFG紫苏精油1012131生姜精油0111213

注:表中比例为体积比。

1.3.3 培养基配制

LB固体培养基(g/L):称胰蛋白胨8.00、酵母浸粉5.00、氯化钠10.00、琼脂粉35.00。分装锥形瓶,121 ℃灭菌30 min,60 ℃倒平板至1/3~1/2处,备用。

LB液体培养基(g/L):称胰蛋白胨10、酵母浸粉5、氯化钠10。分装锥形瓶,121 ℃灭菌30 min,转移至无菌试管备用。

1.3.4 菌种活化与细菌培养

在无菌操作台内,先进行紫外消毒灭菌30 min,确保无菌操作。趁热把培养基倒入已灭菌的培养皿中,冷却固化备用。用接种环蘸取细菌母液在LB固体培养基上涂布,随后在光照培养箱中37 ℃下培养12 h。待培养完成后,从培养好的细菌中挑出单菌落,转入装有5 mL培养液的试管中,37 ℃恒温振荡培养12 h,贮存冰箱备用。

E.coliS.aureusC.albicansSalmonella在37 ℃的LB液体培养基中培养。将细菌悬浮液调节至105 CFU/mL以进行后续抑菌实验。

1.3.5 滤纸片扩散法

用6 mm已灭菌的打孔器将无菌滤纸制成直径为6 mm的小圆片,使用移液枪分别移取6 μL特定浓度的待测样品和6 μL无菌水,分别浸润滤纸片,其中浸润无菌水的滤纸片作为空白对照。取500 μL活化后的菌液,加入无菌液体培养基中,振荡摇匀,配制成稀释10倍的菌悬液。再用灭菌后的三角涂布棒将制备好的菌悬液均匀涂布于固体培养基上,制成含菌平板。随后,将浸润了待测样品的精油滤纸片和空白对照滤纸片分别贴于含菌培养基上,每组重复3次。将平板密封后倒置于恒温培养箱中,在37 ℃条件下培养12 h[13]

结果测量与判定:培养结束后,取出平板,测量抑菌圈的直径,并计算平均值。根据抑菌圈直径的大小,按照以下标准进行判定:7 mm<抑菌圈直径≤10 mm:低敏;10 mm<抑菌圈直径≤15 mm:中敏;15 mm<抑菌圈直径≤20 mm:高敏;抑菌圈直径>20 mm:极敏[14]

1.3.6 最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)测定

采用96孔板微量二倍稀释法测定MIC时[15],先用无菌LB液体培养基和二甲基亚砜配制成200 μL/mL且含体积分数 1%二甲基亚砜(下同)的无菌精油母液。同时配制含1%二甲基亚砜的LB液体培养基。于已灭菌96孔板第1行第2~12孔各加100 μL无菌培养基,第1孔加200 μL精油母液混匀,依次取100 μL溶液转移至下一孔混匀,至第12孔弃去100 μL溶液,重复3次。第4行1~3孔加100 μL含1%二甲基亚砜培养基作阳性对照,第5行1~3孔加200 μL含1%二甲基亚砜培养基作空白对照。菌液接种时,将活化菌液用无菌LB培养基稀释1 000倍混匀,取100 μL加至第1~4行孔中混匀。密封96孔板于37 ℃培养12 h,第1~12孔精油终浓度为100、50、25、12.5、6.25、3.13、1.56、0.78、0.39、0.195、0.097 5、0.048 75 μL/mL。培养完成后,先肉眼观浑浊度,再加20 μL 1%红四氯唑染色剂,以首个清澈或变红孔对应浓度为MIC值[16]

1.3.7 紫苏-生姜复配精油联合抑菌FIC指数测定

复配比例确定后,采用1.3.2节方法将复配精油对供试菌种的MIC进行测定,并与紫苏精油、生姜精油的MIC进行对比,采用FIC指数作为联合抑菌实验效果的判断依据,对实验结果进行判断[17]。FIC指数判断标准:当FIC指数≤0.5时,协同作用;0.52拮抗作用[18]。按公式(1)进行计算FIC指数:

(1)

式中:MICA联合,紫苏与生姜联用时紫苏的MIC;MICB联合,紫苏与生姜联用时生姜的MIC;MICA单用,紫苏单独时的MIC;MICB单用,生姜单独时的MIC。

1.3.8 抗氧化实验

采用DPPH自由基清除率来测定复配精油的抗氧化活性[19]。将复配精油用无水乙醇稀释,配制成质量浓度为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/mL的供试溶液。将50 μL各质量浓度的供试溶液与150 μL 0.1 mmol/L的DPPH溶液于96孔板中混匀,避光条件下反应30 min。用酶标仪测定反应后溶液在波长517 nm处的吸光度,每组重复3次,测得吸光度为Ax。用无水乙醇代替供试溶液,测得吸光度为A0。用无水乙醇代替DPPH溶液,测得吸光度为A。配制相同质量浓度的维生素C溶液作为阳性对照。DPPH自由基清除率按公式(2)计算:

DPPH自由基清除率

(2)

式中:Ax,供试溶液与DPPH溶液;A0,无水乙醇与DPPH溶液;Ai,供试溶液与无水乙醇。

1.3.9 GC-MS分析紫苏精油、生姜精油及复配精油成分

参考张辰露等[20]方法设置GC-MS检测条件。

GC条件:RXT-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 μm×0.25 mm);柱前压为53.5 kPa;不分流;进样量为1 μL;进样口温度为250 ℃;载气为He;柱初温为50 ℃,保留2 min,程序升温速率4 ℃/min,升至210 ℃,保留3 min,完成1个样品检测时间为45 min。

MS条件:电离方式为EI,灯丝电流0.5 mA;电子能量70 eV;倍增器电压0.86 kV;离子源230 ℃,溶剂延迟3 min;质核比m/z:40~500。增加各溶剂的空白检测,扣除本底干扰。

样品配制:精密吸取2 μL精油样品,用色谱级乙醇稀释1 000倍,过0.22 μm滤膜,取滤液保存于进样瓶中。每份精油样品均平行制备3份测试样品。

1.4 数据统计与分析

各组数据均经过3次独立重复测定。使用Microsoft Excel 2010、Graphpad prism 9.5.0软件对抑菌圈直径数据进行处理与分析,并通过单因素方差分析和邓肯检验确定平均值之间的显著性差异(P<0.05)。采用Orgin 2023对复配精油DPPH自由基清除率进行绘图。使用Thermo Xcalibur 4.1.50软件汇总各个精油的挥发性成分的总离子流图,基于NIST 2.4谱图库对不同精油的挥发性成分的成分进行匹配定性。每个峰使用软件自动确定的背景校正和分辨率,选择匹配度大于80%作为物质鉴定依据,根据峰面积归一化法计算各挥发性成分的相对百分含量、采用Graphpad prism绘制各个精油的共有成分堆积图。

2 结果及分析

2.1 复配精油的最佳体积比及抑菌活性测定

由图2可知,紫苏精油和生姜精油对S.aureusE.coliSalmonellaC.albicans这4种供试菌均有一定的抑制效果、紫苏精油对4种供试菌的抑制效果为Salmonella(11.98 mm)>C.albicans(10.81 mm)>E.coli(10.58 mm)>S.aureus(9.42 mm),其中S.aureus的抑制效果表现为低度敏感,E.coliSalmonellaC.albicans表现为中度敏感,生姜精油对4种供试菌的抑制效果表现为中度敏感(12.58~15.11 mm)且抑菌效果优于紫苏精油,随着复配精油中生姜精油的比例增加,抑菌圈呈现先增大后减小的趋势。紫苏-生姜精油体积比从1∶1调整至1∶2时,抑菌圈显著增大,并在体积比1∶2时达到最大值;体积比增至1∶3时,抑菌圈则减小。因此,1∶2的体积配比(E组)展现出广谱强效抑菌活性:对S.aureus(20.24 mm)、E.coli(19.09 mm)、Salmonella(19.56 mm)及C.albicans(18.29 mm)的抑菌圈直径均达到高度敏感,因此,通过以上的分析,可以得出紫苏精油与生姜精油的优选复配体积比例为1∶2。

a-S.aureus;b-Salmonella;c-C.albicans;d-E.coli

图2 复配精油对4种菌的抑菌情况分析图

Fig.2 Inhibitory effect of compound essential oils on four kinds of bacteria

注:不同小写字母代表差异显著(P<0.05);抑菌圈直径误差为±0.5 mm。

2.2 单方精油及复配精油的联合抑菌效果

由表2可知,紫苏精油对S.aureusE.coliSalmonellaC.albicans的MIC值依次为6.25、1.56、6.25、3.13 μL/mL,而生姜精油对应MIC值分别为1.56、0.78、0.78、1.65 μL/mL。复配后MIC值普遍显著降低:对S.aureus降至0.78 μL/mL;对Salmonella降至0.39 μL/mL;对C.albicans的抑制效果最为显著,复配MIC值为0.195 μL/mL。FIC指数分析进一步证实,复配精油对S.aureusSalmonellaC.albicans呈现协同作用,其FIC值分别为0.375、0.287、0.416,均低于0.5;对E.Coli表现为相加作用,FIC值0.833,对应复配MIC值0.78 μL/mL,与生姜持平但显著低于紫苏。紫苏-生姜复配精油对以上4种供试菌的抑制效果显著优于单方精油。

表2 紫苏-生姜复配精油的FIC指数

Table 2 The FIC index of perilla-ginger compound essential oil

菌种精油MIC/(μL/mL)FIC结果紫苏6.25S.aureus生姜1.560.375协同紫苏-生姜复配0.78紫苏1.56E.coli生姜0.780.833相加紫苏-生姜复配0.78紫苏6.25Salmonella生姜0.780.287协同紫苏-生姜复配0.39紫苏3.13C.albicans生姜1.650.416协同紫苏-生姜复配0.195

2.3 紫苏-生姜复配精油抗氧化活性研究

由图3可知,在质量浓度为1.0~5.0 mg/mL时,紫苏-生姜复配精油对于DPPH自由基的清除率分别为52.54%、63.17%、72.46%、81.20%、80.89%,DPPH自由基清除率先是随着质量浓度的升高而增大随后保持。在质量浓度达到4.0 mg/mL时DPPH自由基清除率接近相同质量浓度维生素C溶液水平的92.34%。表明紫苏-生姜复配精油对DPPH自由基有较好的清除能力。

图3 紫苏-生姜复配精油DPPH自由基清除率

Fig.3 DPPH free radical scavenging rate of perilla-ginger compound essential oil

2.4 紫苏精油、生姜精油及复配精油的化学成分GC-MS分析

为了明确紫苏精油、生姜精油及其复配精油中存在的化合物种类与含量,分析紫苏-生姜复配前后的成分变化规律、紫苏、生姜、复配精油成分检测的总离子流图如图4所示,按照面积归一化法计算各挥发油成分相对百分含量,结果如表3所示。从3种精油共鉴定出45种成分,包括烷烃类25种、酮类6种、醛类5种、醇类4种、酯类3种、其他2种。紫苏精油、生姜精油、复配精油分别鉴定出27、21、24种成分,相对含量分别占其总挥发油的94.77%、94.72%、91.52%。

表3 紫苏-生姜复配精油及紫苏精油、生姜精油成分

Table 3 Perilla-ginger blended essential oil, perilla essential oil, and ginger essential oil components

分类序号中文名化学式相对百分比含量/%复配精油生姜精油紫苏精油分类序号中文名化学式相对百分比含量/%复配精油生姜精油紫苏精油烷烃类1β-月桂烯C10H16——4.982β-伞花烃C10H16——3.223邻伞花烃C10H161.982.341.104三环烯C10H16—0.55—5α-蒎烯C10H161.414.94—6桧烯C10H163.147.64—7α-侧柏烯C10H161.93——8γ-松油烯C10H16—0.59—9α-姜黄烯C15H24—7.14—10萜品油烯C10H160.701.62—11柠檬烯C10H163.85—0.3312A-古巴烯C15H240.650.99—13β-石竹烯C15H2424.9920.678.5514长叶烯C15H242.71—2.9115α-葎草烯C15H243.334.471.8516花侧柏烯C15H240.571.65—17α-佛手柑烯C15H242.33——18α-姜烯C15H244.892.962.4219β-红没药烯C15H242.7216.13—20法呢烯(3E,6E-α)C15H240.690.73—21α-檀香烯C15H240.641.16—22B-倍半水芹烯C15H242.043.22—23β-胡椒烯C15H24——1.7824α-香柑油烯C15H24——5.1225Z-法呢烯C15H24——3.36酮类 262-乙酰基呋喃C7H6O25.38—6.47272-甲基-5-乙酰基呋喃C7H8O2——1.3528反式茉莉酮C10H14O——0.8029顺式茉莉酮C10H14O——2.23302-环戊基环戊酮C10H16O——5.8631茉莉酮C12H18O2.00——醛类 322-苯基丙烯醛C9H8O7.7911.93—33紫苏醛C10H12O13.22—12.3234香叶醛C10H16O——3.9235柠檬烯环氧化物C10H16O——1.9636十一碳醛C11H22O——1.34醇类 37α-萜品醇C10H18O0.510.56—38芳樟醇C10H18O4.14—2.6639人参醇C15H24O1.43——40T-杜松醇C15H26O—0.51—酯类 41甲基丁香酚C10H12O2——6.8242芳樟醇乙酸酯C12H20O2——2.6143α-亚麻酸甲酯C18H30O2——3.11其他类44芳樟醇氧化物ⅠC10H18O2——2.845石竹烯氧化物ⅡC15H24O1.731.911.65成分总鉴定率/%94.7794.7291.52

注:—表示未测出。

a-紫苏精油;b-生姜精油;c-复配精油

图4 紫苏精油、生姜精油及紫苏-生姜复配精油的总离子流图

Fig.4 Total ionic current diagram of perilla essential oil, ginger essential oil, and perilla-ginger compound essential oil

2.5 紫苏精油、生姜精油及复配精油的共有成分

由图5可知,紫苏精油、生姜精油及复配精油有5种共有成分,包括邻伞花烃、β-石竹烯、α-葎草烯、α-姜烯、石竹烯氧化物Ⅱ,相对含量分别占紫苏精油的15.83%、生姜精油的38.28%、复配精油的30.99%。其中复配后邻伞花烃的含量介于紫苏精油和生姜精油之间,体现比例均衡;β-石竹烯在复配精油中显著富集至24.99%,较紫苏精油(8.55%)和生姜精油(20.67%)显著提高,表明复配过程激活了该关键抑菌组分的协同释放[21];α-葎草烯含量略低于生姜精油而高于紫苏精油,呈现温和过渡;α-姜烯在复配后提高至4.89%,显著超越单方精油,可能与生姜精油中前体物质在复配体系中的转化活化相关[22];石竹烯氧化物Ⅱ含量与单方精油差异微小,显示其结构稳定性受复配影响较小[23]。复配精油通过协同效应显著提升了β-石竹烯与α-姜烯等活性萜烯的占比,可能增强其抑菌与抗氧化功能[24]

图5 紫苏-生姜复配精油与紫苏精油、生姜精油的成分分布

Fig.5 Component distribution of perilla-ginger compound essential oil and single essential oil

复配精油与生姜精油共有成分16种,除了上述3种共有5种成分,还主要包括α-蒎烯、桧烯、2-苯基丙烯醛、β-倍半水芹烯、β-红没药烯等。复配精油与生姜精油的成分对比分析显示,生姜精油的特征性组分在复配后普遍呈现系统性含量下调。单萜烯类成分如α-蒎烯、松烯及萜品油烯均显著降低,表明复配中紫苏精油的加入显著稀释了生姜的挥发性单萜组分。倍半萜烯类的变化更为明显,尤其是β-红没药烯降幅最大、β-倍半水芹烯等也同步减少,这反映了复配过程可能通过分子间作用进一步抑制了生姜倍半萜烯的释放。相对而言,2-苯基丙烯醛及α-松品醇的降幅较为缓和,说明含氧组分受复配影响相对较弱。

复配精油与紫苏精油共有成分10种,柠檬烯、芳樟醇在复配后含量显著上升,紫苏醛作为紫苏核心成分保持稳定增长,相比之下,长叶烯轻微下降(2.91%→2.71%),而2-乙酰基呋喃从6.47%降至5.38%,说明部分含氧杂环化合物在复配过程中可能发生转化或抑制。总体表明,复配工艺通过生姜组分的引入,在保留紫苏醛特征的同时,显著提升了柠檬烯与芳樟醇的丰度,优化了活性成分组合。

2.6 紫苏精油、生姜精油及复配精油的特有成分

通过对紫苏精油、生姜精油及其复配精油的特有成分分析,紫苏精油富含17种特征性组分,以甲基丁香酚、α-香柑油烯及α-亚麻酸甲酯为代表的含氧杂环、倍半萜烯及酯类化合物构成其核心化学特征;生姜精油则特异性富集α-姜黄烯,凸显姜源萜烯的独特性。而复配精油特有成分锐减至7种,同时紫苏精油中甲基丁香酚、生姜精油中α-姜黄烯等关键组分在复配体系中消失,部分特征组分可能因分子互斥、水解反应或热降解被消除。

3 讨论

本文证实紫苏-生姜精油(1∶2,体积比)复配体系通过成分协同,显著提升了精油的抑菌与抗氧化性能。FIC指数分析显示其对多种供试菌具协同抑菌作用,这种协同效应可能源于复配后关键活性成分(β-石竹烯)的增效或不同组分间靶点的互补作用[25],复配精油展现出良好的DPPH自由基清除能力同样与复配后成分结构的优化密切相关,特别是萜烯类化合物(如β-石竹烯、α-姜烯)已知具有抗氧化潜力。

β-石竹烯作为已知的抑菌和抗氧化成分在紫苏-生姜复配精油中的显著富集,α-姜烯含量提高有助于抑菌和抗氧化性能增强。同时,部分单一精油的特征组分(如生姜中的α-姜黄烯)在复配后消失,提示复配过程可能涉及复杂的物理化学相互作用(如分子间作用力改变、降解或转化)。

综上所述,紫苏-生姜(1∶2,体积比)复配精油通过成分协同展现出显著的抑菌与抗氧化活性,为开发高效安全的天然复合食品保鲜剂或功能性添加剂提供了重要的科学依据。然而,本研究也存在一定的局限性:首先,抑菌实验仅针对4种常见食源性致病菌,对其他潜在有害微生物的抑制效果尚需验证。其次,2种精油抑菌及抗氧化的协同作用的分子机制仍需深入探索。最后,复配精油的气味、溶解性、热稳定性等理化性质及其在食品或药品中的应用可行性评估也是需要进一步研究。

4 结论

本研究通过水蒸气蒸馏法提取紫苏和生姜精油,并对其复配精油的抑菌活性、抗氧化能力及复配前后的精油成分变化进行了全面系统的评价,得出以下主要结论:

a)紫苏-生姜精油体积配比为1∶2时表现出广谱强效抑菌活性。对E.coliS.aureusC.albicansSalmonella抑菌圈直径均达到高度敏感,且MIC值显著低于单方精油。

b)FIC指数分析表明,复配精油对S.aureusC.albicansSalmonella呈现协同作用,对E.coli表现为相加作用,这证实了复配精油在抑菌效果上的显著优势。在抗氧化活性方面,紫苏-生姜复配精油表现出良好的DPPH自由基清除能力,其抗氧化活性随着质量浓度的升高而增强。在质量浓度达到4.0 mg/mL时,其DPPH自由基清除率接近同质量浓度维生素C溶液水平的87.6%,表明复配精油具有较为显著的抗氧化潜力。

c)GC-MS分析结果表明了复配前后的精油成分组成变化。从紫苏精油、生姜精油及复配精油中共鉴定出45种成分,主要包括烷烃类、酮类、醛类、醇类和酯类等。两者按体积比1∶2复配后,β-石竹烯的相对含量提升至24.99%,高于紫苏精油(8.55%)和生姜精油(20.67%)。此外,复配精油中的共有成分含量也发生了变化,如邻伞花烃、α-葎草烯、α-姜烯等成分的含量在复配后呈现出一定的规律性变化。同时,复配精油的特有成分减少,部分特征组分如生姜精油特征性成分α-姜黄烯等在复配体系未检测到。

本研究通过复配策略显著提升了紫苏-生姜精油的生物活性,为开发高效、绿色、安全的天然复合防腐剂或功能性添加剂提供了重要的理论依据和数据支撑。

参考文献

[1] HUANG S C, NAN Y, CHEN G Q, et al. The role and mechanism of Perilla frutescens in cancer treatment[J]. Molecules, 2023, 28(15):5883.

[2] GUPTA J, KUMAR D, GUPTA R, et al.Emerging trends in the pharmacological and therapeutic potential of ginger:From traditional medicine to nanotechnological innovations[J].Current Pharmaceutical Design, 2025,31(37):2995-3016.

[3] HE W B, SHI C, LONG X Y, et al.Antimicrobial activity and mechanism of action of Perilla essential oil against Staphylococcus aureus[J].E3S Web of Conferences, 2020, 145:01015.

[4] RAFI A, GUNASENA M T, ZOBIR S A M, et al.Profiling phytochemical compounds, antibacterial activity and mechanisms of action of ginger essential oils-nanobactericides against Erwinia chrysanthemi causing heart rot disease of pineapple[J].Journal of Plant Pathology, 2023, 105(4):1521-1538.

[5] 鲁萌萌, 李文茹, 周少璐, 等.生姜精油化学成分及其抗菌活性[J].微生物学通报, 2021, 48(4):1121-1129.LU M M, LI W R, ZHOU S L, et al.Chemical component and antibacterial activity of ginger(Zingiber officinale Roscoe) essential oil[J].Microbiology China, 2021, 48(4):1121-1129.

[6] AHMED H M, AL-ZUBAIDY A M A.Exploring natural essential oil components and antibacterial activity of solvent extracts from twelve Perilla frutescens L.Genotypes[J].Arabian Journal of Chemistry, 2020, 13(10):7390-7402.

[7] ABDULLAHI A, KHAIRULMAZMI A, YASMEEN S, et al.Phytochemical profiling and antimicrobial activity of ginger (Zingiber officinale) essential oils against important phytopathogens[J].Arabian Journal of Chemistry, 2020, 13(11):8012-8025.

[8] CHEN F L, LIU S S, ZHAO Z Y, et al.Ultrasound pre-treatment combined with microwave-assisted hydrodistillation of essential oils from Perilla frutescens (L.) Britt.leaves and its chemical composition and biological activity[J].Industrial Crops and Products, 2020, 143:111908.

[9] BUCUR L.Gc-ms analysis and bioactive properties of zingiberis rhizoma essential oil[J].Farmacia, 2020, 68(2):280-287.

[10] LI J, LI C Z, SHI C, et al.Antibacterial mechanisms of clove essential oil against Staphylococcus aureus and its application in pork[J].International Journal of Food Microbiology, 2022, 380:109864.

[11] ZHANG C, XIE Y, QIU W Q, et al.Antibacterial and antibiofilm efficacy and mechanism of ginger (Zingiber officinale) essential oil against Shewanella putrefaciens[J].Plants, 2023, 12(8):1720.

[12] 国家药典委员会.中华人民共和国药典四部[M].北京:中国医药科技出版社,2020.

[13] ZHANG S, ZUO K W, ZHANG L J, et al.Preparation and properties of chitosan complexes consisting of Artemisia argyi volatile oil nanoemulsion[J].Molecules, 2025, 30(3):585.

[14] 高玲. 侧柏精油的提取工艺及复配抑菌性研究[D].长沙:中南林业科技大学, 2024.GAO L.Study on the extraction process and antibacterial property of cypress essential oil[D].Changsha:Central SouthUniversity of Forestry and Technology, 2024.

[15] 舒娟,张雪研,宋爽,等.鲁甸青花椒精油对金黄色葡萄球菌的抑菌活性及机制研究[J].食品工业科技, 2025,46(23):178-189.SHU J, ZHANG X Y, SONG S, et al.Antibacterial activity and mechanism of Ludian green pepper (Z.schinifolium) essential oils against Staphylococcus aureus[J].Science and Technology of Food Industry, 2025,46(23):178-189.

[16] KOWALCZYK A, TWAROWSKI B, FECKA I, et al.Thymol as a component of chitosan systems:Several new applications in medicine:A comprehensive review[J].Plants, 2024, 13(3):362.

[17] 王颖, 李琳, 胡静.基于山苍子精油的复配筛选及协同抗菌性能[J].精细化工, 2023, 40(1):146-152;199.WANG Y, LI L, HU J.Compound screening and synergistic antibacterial properties of Litsea cubeba essential oils[J].Fine Chemicals, 2023, 40(1):146-152;199.

[18] 徐海星, 周柳莎, 胡香莲, 等.肉桂、百里香、罗勒精油联合抑菌活性研究[J].中国食品学报, 2024, 24(12):105-116.XU H X, ZHOU L S, HU X L, et al.Studies on the antibacterial activity of cinnamon, thyme, basil essential oils[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2024, 24(12):105-116.

[19] 赵津好, 张玉锋, 董泽来, 等.椰子油酶法提取工艺优化及抗氧化活性评价[J].中国粮油学报, 2025, 40(1):120-127.ZHAO J H, ZHANG Y F, DONG Z L, et al.Optimization of enzymatic extraction processing of coconut oil extraction and its functional activity study[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2025, 40(1):120-127.

[20] 张辰露, 梁宗锁, 吴三桥, 等.不同方法提取紫苏叶挥发油成分GC-MS分析[J].中药材,2016, 39(2):337-341.ZHANG C L, LIANG Z S, WU S Q, et al.GC-MS analysis of volatile oil from Perilla leaves extracted by different methods[J].Journal of Chinese Medicinal Materials, 2016, 39(2):337-341.

[21] MOO C L, YANG S K, OSMAN M A, et al.Antibacterial activity and mode of action of β-caryophyllene on Bacillus cereus[J].Polish Journal of Microbiology, 2020, 69(1):49-54.

[22] MEENU M, PADHAN B, PATEL M, et al.Antibacterial activity of essential oils from different parts of plants against Salmonella and Listeria spp[J].Food Chemistry, 2023, 404:134723.

[23] YAZGAN H.Investigation of antimicrobial properties of sage essential oil and its nanoemulsion as antimicrobial agent[J].LWT, 2020, 130:109669.

[24] TREPA M, SUKOWSKA-ZIAJA K, KAA K, et al.Therapeutic potential of fungal terpenes and terpenoids:Application in skin diseases[J].Molecules, 2024, 29(5):1183.

[25] ZHAO A J, ZHANG Y, LI F, et al.Analysis of the antibacterial properties of compound essential oil and the main antibacterial components of unilateral essential oils[J].Molecules, 2023, 28(17):6304.

Study on chemical composition and antibacterial and antioxidant properties of perilla-ginger compound essential oil

CHEN Lingxing1, ZUO Kewei1, CAO Zhenni1, ZHANG Shun1, BAO Kun1, MA Zhencheng1, LIU Xu1, ZHU Hong2, ZHANG Chenlu1,3,4*

1(School of Biological Science and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, China)

2(Agricultural Technology Extension Center, Liuba County, Shaanxi Province, Liuba 724100, China)

3(Shaanxi Provincial Key Laboratory of Resource Biology, Hanzhong 723000, China)

4(Collaborative Innovation Center for Comprehensive Development of Biological Resources in Qinba Mountainous Area, Southern Shaanxi, Hanzhong 723000, China)

ABSTRACT This study extracted essential oils from perilla (Perilla frutescens) and ginger (Zingiber officinale) via hydrodistillation and systematically evaluated the antibacterial activity, antioxidant capacity, and compositional changes of their blended system.Antibacterial activity was determined using the agar disk diffusion method and the broth microdilution method, identifying the optimal blending volume ratio (1∶2).Antioxidant activity was assessed via the DPPH free radical scavenging assay.Changes in chemical composition were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).The results demonstrated that the perilla-ginger essential oil blended at 1∶2 (V/V) exhibited highly sensitive inhibition against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella, Candida albicans, with inhibition zone diameters ranging from 18.29 to 20.24 mm.The minimum inhibitory concentrations of the blend were significantly lower than those of the individual essential oils.Fractional inhibitory concentration indices indicated synergistic effects against most tested strains.At 4.0 mg/mL, the DPPH free radical scavenging rate of the compound oil reached 81.20%, corresponding to 92.34% of the activity observed for the same concentration of ascorbic acid solution.GC-MS analysis revealed significant increases in the relative contents of bioactive compounds such as β-caryophyllene and α-zingiberene in the compound oil.The synergistic interaction of components within the compound oil significantly enhanced its antibacterial function while also demonstrating favorable antioxidant capacity.These findings may provide a theoretical foundation for developing natural and green preservatives.

Key words compound essential oil; antibacterial activity; antioxidant; GC-MS

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.043926

引用格式:陈玲星,左可伟,曹珍妮,等.紫苏-生姜复配精油的化学成分及其抑菌性、抗氧化性研究[J].食品与发酵工业,2026,52(10):327-334.CHEN Lingxing,ZUO Kewei,CAO Zhenni, et al.Study on chemical composition and antibacterial and antioxidant properties of perilla-ginger compound essential oil[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(10):327-334.

第一作者:硕士研究生(张辰露教授为通信作者,E-mail:chenluzhang@snut.edu.cn)

基金项目:秦巴生物资源与生态环境省级重点实验室(培育)“市校共建”科研专项项目(SXC-2111,SXZC-2301);陕西理工大学研究生创新基金项目(SLGYCX2534)

收稿日期:2025-07-17,改回日期:2025-10-14