紅棗色素抑菌作用的研究

鄭安然,邵佩蘭,周華佩,李宛陶

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

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紅棗色素抑菌作用的研究

鄭安然,邵佩蘭,周華佩,李宛陶

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

為了探究紅棗色素的抑菌特性,采用濾紙片擴散法測定了紅棗色素對幾種常見腐敗菌的抑菌作用,探討了溫度、pH、紫外光等因素對紅棗色素抑菌活性的影響,并研究了其與蔗糖、NaCl、常見防腐劑的協同抑菌作用。結果表明:紅棗色素對金黃色葡萄球菌、鏈球菌具有一定的抑制作用,最低抑菌濃度(MIC)分別為0.01 g/mL和0.02 g/mL;在20～40 ℃、pH呈堿性時抑菌活性較強,紫外光照射25 min對色素的抑菌活性沒有顯著影響;紅棗色素與蔗糖、NaCl具有良好的協同抑菌作用。此外,紅棗色素還具有一定的食品防腐功能,是一種較理想的天然防腐劑。

紅棗色素,抑菌活性,協同作用

隨著人們生活水平的提高,健康意識的增強,食品中天然物質的應用備受消費者的青睞。為解決食品在加工、貯存期間腐敗變質而縮短產品貨架期,向食品中加入防腐劑是一種有效的方法。然而我國應用的防腐劑絕大多數是由人工合成的,長期攝入會對人體健康造成一定程度的傷害。如過量攝入苯甲酸鈉,不僅會影響脂肪酶的脂代謝作用,還會損壞人體的心臟、血壓及腎功能[1]。因此,具有抑菌性能的天然活性物質成為研究者關注的焦點。研究發現,板栗殼色素對枯草芽孢桿菌、大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌、副溶血弧菌黃曲霉、青霉等具有良好的抑制作用[2-3],山竹果殼色素對藤黃球菌、八疊球菌、枯草芽孢桿菌、啤酒酵母、根霉、痢疾桿菌、大腸桿菌等有較強的抑菌作用[4],榛子殼棕色素對金黃色葡萄球菌的生長具有一定的抑制性[5],紫甘藍色素對枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌也存在著明顯的抑制作用[6]。因此,從植物中開發提取具有抑菌作用的天然活性物質,已成為新型防腐劑的發展趨勢[7]。

紅棗色素是從加工棗汁的廢棄棗渣中提取的一種植物源天然色素,其色澤鮮艷呈棗紅色,香味怡人,安全無毒,且對紫外光、溫度、氧化劑、還原劑及大多數金屬離子均具有良好的穩定性[8-11],是一種理想的天然色素資源。已有研究報道表明,紅棗色素的主要成分為黃酮類、多酚類和間苯二酚類物質[12-13],雖然已有紅棗多酚清除超氧陰離子、DPPH·及OH·能力[14-15],及紅棗色素抗油脂氧化作用[16]的報道,但對紅棗色素抑菌作用的研究,迄今鮮有報道。本文研究了紅棗色素對常見腐敗菌的抑制作用以及溫度、pH等因素對其抑菌活性的影響,并探討了其與蔗糖、NaCl、苯甲酸鈉等常見防腐劑的協同抑菌作用,旨在為紅棗色素在食品防腐方面的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅棗色素 寧夏大學食品化學與分析實驗室提供;供試菌株 大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylosocusaureus)、鏈球菌(Streptococcus)、沙門氏菌(Salmonellatyphi)、黃曲霉菌(A.niger)、釀酒酵母(S.cerevisiae)寧夏大學微生物實驗室提供;鹽酸、氫氧化鈉 分析純;蔗糖、氯化鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀 食品級;乳酸鏈球菌素 上海瑞永生物科技有限公司;LB牛肉膏蛋白胨培養基、馬鈴薯培養基。

LRH生化恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司;AIR TECH超凈工作臺 蘇凈集團安泰公司;YX280B高壓蒸汽滅菌鍋 上海三申醫療器械有限公司;HH-S數顯恒溫水浴鍋 常州翔天實驗儀器廠。

1.2 實驗方法

采用濾紙片擴散法,濾紙片直徑為6 mm,每組做3個平行[4]。紅棗色素用無菌蒸餾水配制成0.04 g/mL的溶液,濾紙片121 ℃干熱滅菌2 h,備用。

1.2.1 菌懸液的制備 將細菌供試菌接種到裝有LB牛肉膏蛋白胨培養基的試管斜面上,進行擴大培養,37 ℃恒溫培養24 h。霉菌和酵母菌接種到裝有馬鈴薯培養基的試管斜面上,進行擴大培養,28 ℃恒溫培養24 h。取活化好的菌種斜面,用無菌生理鹽水配制成106～107CFU/mL的菌懸液。

1.2.2 抑菌作用的測定 將滅菌濾紙片浸泡于色素溶液中1 h,以無菌生理鹽水為對照。吸取制備好的菌懸液0.1 mL,滴入含有相應固體培養基的培養皿中,涂布均勻。待菌液凝固后,夾取浸泡過的濾紙片于含菌平皿中,置于恒溫培養箱中培養24 h(細菌:37 ℃,霉菌、酵母菌:28 ℃),測量抑菌圈直徑。

1.2.3 最小抑菌濃度(MIC)的測定 將紅棗色素分別配制成0.005、0.01、0.02、0.04、0.06 g/mL的系列溶液,將滅菌濾紙片浸泡于上述溶液1 h后,夾取放在相應的含菌固體培養基中,按1.2.2所述條件培養,測量抑菌圈直徑。以出現明顯抑菌圈的最小濃度作為紅棗色素的最小抑菌濃度(MIC)。

1.2.4 溫度對抑菌作用的影響 以Staphylosocusaureus為供試菌株。將紅棗色素溶液分裝在7個無菌試管中,經20、40、60、80、100 ℃水浴及0 ℃冷藏處理20 min后,室溫自然冷卻。再按1.2.3所述方法,測量抑菌圈直徑。

1.2.5 pH對抑菌作用的影響 以Staphylosocusaureus為供試菌株。將紅棗色素溶液分裝在5個無菌試管中,分別調節溶液的pH至3、5、7、9、11。再按1.2.3所述方法,測量抑菌圈直徑。

1.2.6 紫外光對抑菌作用的影響 以Staphylosocusaureus為供試菌株。將紅棗色素溶液分裝在7個無菌培養皿中,分別置于紫外燈下照射0、5、10、15、20、25、30 min,備用。再按1.2.3所述方法,測量抑菌圈直徑。

1.2.7 與蔗糖、NaCl的協同抑菌作用 以Staphylosocusaureus為供試菌株。將紅棗色素溶液分裝在6個無菌錐形瓶中,分別添加2%、4%、6%、8%、10%的蔗糖,以不添加蔗糖的色素溶液作為對照。再按1.2.3所述方法,測量抑菌圈直徑。以同樣方法測量NaCl協同抑菌作用的抑菌圈直徑。

1.2.8 與防腐劑的協同抑菌作用 以Staphylosocusaureus為供試菌株。將紅棗色素、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、乳酸鏈球菌素(nisin)分別配制成0.04 g/mL的溶液,以濾紙片擴散法分別測定抑菌圈直徑。

以0.04 g/mL為基準,分別選取紅棗色素+苯甲酸鈉(A)、紅棗色素+山梨酸鉀(B)、紅棗色素+nisin(C)、紅棗色素+苯甲酸鈉+山梨酸鉀+nisin(D)4個組合進行實驗,每個組合各種物質之間以1∶1的質量比混合[17]。以濾紙片擴散法測定各組合的抑菌圈直徑

1.2.9 紅棗色素的防腐作用 將煮熟切塊的牛肉、土豆及豆腐浸泡在紅棗色素液中30 min,新鮮蘋果洗凈榨汁后加入適量紅棗色素溶液,將處理后的樣品分裝于滅菌培養皿中,37 ℃恒溫培養48 h,以無菌蒸餾水處理組作為對照。觀察比較食品感官的變化情況。

1.2.10 數據分析 每個樣品設3個平行,采用Excel 2010和SPSS 13.0軟件進行數據分析。測定結果以平均數±標準差表示。實驗數據采用ANOVA進行Duncan’s差異分析,以p<0.05為差異性顯著。

2 結果與分析

2.1 紅棗色素的抑菌作用

由表1可看出,紅棗色素對Escherichiacoli、Salmonellatyphi、A.niger及S.cerevisiae的抑制作用不明顯;對Staphylosocusaureus和Streptococcus的具有良好的抑制作用,且前者的抑菌圈大于后者。因此,可初步推測紅棗色素對球菌具有較好的抑制作用。

表1 紅棗色素的抑菌作用

注:“-”表示沒有抑菌圈或抑菌圈直徑小于8 mm。

2.2 最小抑菌濃度(MIC)

通過抑菌圈直徑的大小可以判斷樣品抑菌能力的強弱,當抑菌圈直徑小于8 mm時,視為樣品沒有抑菌作用或抑菌作用不明顯。紅棗色素的最低抑菌濃度實驗結果(表2)顯示,隨著色素濃度的增加,抑菌作用逐漸增強,鏈球菌的最小抑菌濃度為0.02 g/mL,金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度低至0.01 g/mL,說明紅棗色素具有良好的抑菌性能,是一種理想的天然防腐劑。

表2 紅棗色素的最低抑菌濃度(MIC)

注:表中數字表示抑菌圈直徑(mm),不同字母表示不同濃度色素抑菌差異性顯著(p<0.05);“-”表示無明顯抑菌圈或抑菌圈直徑小于8 mm。以出現抑菌圈的最小濃度為紅棗色素的最低抑菌濃度。

2.3 溫度對抑菌活性的影響

熱處理對紅棗色素的抑菌活性具有一定程度的影響(圖1),當溫度小于40 ℃時,紅棗色素的抑菌活性隨溫度的升高而增大,大于20 ℃時增加不顯著(p>0.05);當溫度在40～100 ℃時,紅棗色素的抑菌活性顯著降低(p<0.05),但仍具有較好的抑菌活性。說明紅棗色素總體對溫度穩定性良好,20～40 ℃范圍內抑菌活性最佳,適宜應用于食品加工中。

圖1 溫度對紅棗色素抑菌效果的影響Fig.1 Effect of temperature on the antibacterial activity of red jujube pigment

2.4 pH對抑菌活性的影響

當紅棗色素處于酸性條件下時,抑菌圈不明顯,抑菌效果較差;中性條件下抑菌圈擴大,但抑菌能力仍較差;在堿性條件下,隨著pH的增大,抑菌圈不斷擴大,抑菌作用顯著增強(p<0.05)(圖2)。這是因為紅棗色素在酸性條件下不完全溶解,在溶液中易生成沉淀,故抑菌活性較差;隨著pH增大至中性,紅棗色素溶解度增大,但穩定性仍較差,抑菌活性不能充分表現出來;堿性條件下,紅棗色素完全溶解無沉淀生成,抑菌活性達到最大。

圖2 pH對紅棗色素抑菌效果的影響Fig.2 Effect of pH on the antibacterial activity of red jujube pigment

2.5 紫外光對抑菌活性的影響

紫外光對紅棗色素抑菌活性的影響如圖3所示,隨著紫外光照射時間的延長,紅棗色素的抑菌活性呈緩慢下降趨勢。當照射時間小于25 min時,抑菌活性沒有顯著差異(p>0.05)。說明紫外光照射對紅棗色素具有一定的穩定性[13]。

圖3 紫外光照射時間對紅棗色素抑菌效果的影響Fig.3 Effect of ultraviolet irradiation time on the antibacterial activity of red jujube pigment

2.6 與蔗糖、NaCl的協同抑菌作用

隨著蔗糖和NaCl濃度的增加,紅棗色素的抑菌活性逐漸增強。當添加量達到4%時,與NaCl的協同作用顯著增強(p<0.05);當添加量達到8%時,與蔗糖的協同作用顯著增強(p<0.05)(圖4),說明紅棗色素與蔗糖和NaCl具有良好的協同抑菌作用,與NaCl的協同抑菌作用大于蔗糖。這可能是與紅棗色素對蔗糖和NaCl的穩定性不同,同時這兩種物質本身也具有抑菌作用有關。

圖4 蔗糖、NaCl對紅棗色素抑菌效果的影響Fig.4 Effects of sucrose and NaCl on the antibacterial activity of red jujube pigment

2.7 與防腐劑的協同抑菌作用

紅棗色素的抑菌活性與苯甲酸鈉、山梨酸鉀的抑菌活性無顯著差異,但明顯低于nisin(圖5),紅棗色素+苯甲酸鈉(A)、紅棗色素+

表3 紅棗色素的防腐效果

苯甲酸鈉+山梨酸鉀+nisin(D)的抑菌活性均稍低于同濃度下各組單一試劑,紅棗色素+nisin(C)的抑菌活性高于同濃度紅棗色素但低于nisin,說明紅棗色素和苯甲酸鈉、nisin無協同抑菌作用;紅棗色素+山梨酸鉀(B)抑菌活性顯著降低,說明山梨酸鉀不僅和紅棗色素無協同抑菌作用,反而對紅棗色素的抑菌性起到了抑制作用。這是因為紅棗色素對山梨酸鉀不穩定,色素性質遭到破壞所致[14]。

圖5 紅棗色素與防腐劑的協同抑菌效果Fig.5 Snergistic antibacterial effect of red jujube pigment with preservative注:A:紅棗色素+苯甲酸鈉;B:紅棗色素+山梨酸鉀;C:紅棗色素+nisin;D:紅棗色素+苯甲酸鈉+山梨酸鉀+nisin。

2.8 紅棗色素的應用

土豆、豆腐、牛肉和蘋果汁經紅棗色素處理,放置48 h后,其質地、氣味、色澤沒有明顯變化,牛肉、蘋果汁表面有少量菌斑;對照組食物表面色澤變暗,有明顯的長菌現象,有酸臭味(表4)。因此,紅棗色素具有一定的防腐作用。

3 結論

3.1 紅棗色素對大腸桿菌、沙門氏菌、霉菌和酵母菌無明顯抑菌作用,對金黃色葡萄球菌、鏈球菌等球類細菌具有良好的抑菌作用,最小抑菌濃度(MIC)分別為0.01 g/mL和0.02 g/mL。

3.2 紅棗色素在20～40 ℃和堿性條件下具有較好的抑菌活性,酸、中性下抑菌活性較差;紫外照射25 min對色素抑菌活性無顯著影響。

3.3 紅棗色素抑菌活性與苯甲酸鈉、山梨酸鉀相近,但顯著低于乳酸鏈球菌素。與蔗糖、NaCl具有良好的協同抑菌作用,與苯甲酸鈉、山梨酸鉀及乳酸鏈球菌素的協同抑菌作用不明顯。將紅棗色素應用在豆類、淀粉類、肉類及水果類等食品中具有良好的防腐效果,可作為天然防腐劑研究開發。

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Study on the antimicrobial activities of jujube pigment

ZHENG An-ran,SHAO Pei-lan,ZHOU Hua-pei,LI Wan-tao

(College of Agriculture Science,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

The antimicrobial property of the jujube pigment on several common spoilage bacteria was determined by using filter paper dispersion method in this paper. The influence of several factors,including temperature,pH,ultraviolet radiation,and the synergistic inhibitory effect of sucrose,NaCl and common preservatives were studied. The results showed that the jujube pigment had an obvious antimicrobial effect on staphylococcus aureus and streptococcus,the minimum inhibition concentrations(MIC)were 0.01 and 0.02 g/mL respectively. Under the alkalinity environment the red jujube pigment was proved to have a good antimicrobial activity at 20～40 ℃ and 25 min ultraviolet irradiation has no significant effect on the antimicrobial activity. Besides,it have a good synergistic effect of jujube pigment and sucrose,NaCl. Furthermore,jujube pigment had some antiseptic functions on food,it is an ideal natural preservative.

jujube pigment;antibacterial activities;synergistic effect

2016-03-30

鄭安然(1993-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：食品營養與化學，E-mail:zhenganran17@163.com。

*通訊作者:邵佩蘭(1963-)，女，教授，主要從事食品化學與營養、天然產物提取及應用方面的研究，E-mail:nxshpl@163.com。

國家自然科學基金資助項目(31260375)。

TS

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000