大蒜精油提取、成分分析及其抑菌效果

蔡錦玲 陳品品 藍波妙 林濤

摘要：大蒜除了含有豐富的營養物質，還具有良好的藥用功效，提取出的大蒜精油對人體、作物和環境安全。通過分析4種不同大蒜品種的出油量，氣相色譜-質譜法分析大蒜精油的成分和抑菌成分的相對含量，并利用體外直接接觸的方式研究對粉紅單端孢菌、鏈格孢菌、灰葡萄孢菌、意大利青霉和匍枝根霉菌的抑菌效果。結果表明：不同品種的出油量存在顯著差異，白皮大蒜出油量約為紫白皮大蒜出油量的4倍;大蒜精油成分分析中，50%的成分具有抑菌作用;在對5種病原菌的抑菌試驗中，大蒜精油均表現出良好抑菌效果，抑制效果為粉紅單端孢菌>鏈格孢菌>灰葡萄孢菌>意大利青霉>匍枝根霉菌。由此可見，大蒜精油具有良好的抑菌作用，能夠用于果蔬采后保鮮中。

關鍵詞：大蒜精油;出油量;氣相色譜-質譜法（GC-MS）;抑菌;保鮮

中圖分類號： TS201 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0186-04

大蒜（Allium sativum L.）屬于百合科蔥屬，起源于亞歐大陸的中南部地區，目前全球范圍均有種植[1]。大蒜的地下鱗莖包含的化學成分復雜，如氨基酸、維生素、脂肪、微量元素及硫化合物等，不但是日常飲食中不可或缺的調味食材，還具有抑菌、保健抗癌和提高免疫力等作用[2-4]。

大蒜精油是大蒜中一種特殊呈明亮琥珀色的天然液體提取物，其中活性硫化物為主要成分，為大蒜成分總含量的0.3%左右，對不同類型的病原菌均表現出良好的抑菌效果[5]。蠟樣芽孢桿菌是一種在自然界中廣泛存在的細菌，特別容易感染各類食品。穆可云等的研究表明，0.01%濃度的大蒜精油對3種不同的蠟樣芽孢桿菌均有不錯的抑菌作用[6]。對鏈格孢霉和青霉的抑菌研究中，大蒜精油不僅在單獨使用時起到抑制作用，并且與肉桂精油復配時同樣具有很好的抑菌作用[7]。黃笠原等研究發現，不同濃度的大蒜精油，在純菌培養和熏馬腸發酵過程的抑菌試驗中，均能表現出顯著的抑菌效果[8]。但是，大蒜精油在果蔬采后病原菌上的抑制效果尚不明確，并且對不同病原菌在體外直接接觸抑菌效果的差異有待研究。

目前，大蒜精油可通過水蒸氣蒸餾法、有機溶劑浸提法、超臨界CO2萃取法、分子蒸餾法等方法提取，不同的提取方法均有其優缺點[9]。而水蒸氣蒸餾法利用混合物中不同成分的蒸汽壓力不同進行分離，不僅對儀器設備和操作要求簡單，而且具有出油量高和試驗成本低等優點，應用最為廣泛。因此，本試驗將通過水蒸氣蒸餾法提取大蒜精油。

本研究采用水蒸氣蒸餾法，以4個不同品種大蒜為原料進行精油的提取，然后通過氣相色譜-質譜（GC-MS）儀分析大蒜精油的化學組成成分;并采用抑菌圈方法研究大蒜精油對5種果蔬采后主要病原菌（包括灰葡萄孢菌、鏈格孢菌、意大利青霉、匍枝根霉菌和粉紅單端孢菌）的抑菌活性，測定其抑菌效果指標。本研究發現，不同品種大蒜出油量存在顯著差異，白皮大蒜出油量最高，并且大蒜精油對供試的5種不同病原菌均存在抑制效果，其抑制效果為粉紅單端孢菌>鏈格孢菌>灰葡萄孢菌>意大利青霉>匍枝根霉菌。本研究的結果為大蒜精油在食品和病蟲害防治領域的廣泛應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間及地點

本試驗的菌種培養、精油抑菌試驗和精油 GC-MS 成分分析均于2019年在福建省泉州市農業科學研究所內完成，大蒜精油的提取于2019年在福建省泉州市國家農業科技園內完成。

1.2 材料與儀器

4個不同的大蒜品種均購自晉江市橋南農貿市場。灰葡萄孢菌、鏈格孢菌、意大利青霉、匍枝根霉菌和粉紅單端孢菌均從上海保藏生物技術中心購買。吐溫20（購于北京索萊寶科技有限公司），PDA培養基和PDB培養基（購于杭州百思生物技術有限公司）。

植物精油提取機組（30 L）為上海矩源機械設備有限公司生產;Agilent 7890B/5977 GCMSD氣質聯用儀為安捷倫科技有限公司生產;立式壓力蒸汽滅菌器HVE-50是廣州華粵行儀器有限公司生產;SW-CJ-2D雙人單面垂直送風凈化工作臺為蘇州博萊爾凈化設備有限公司生產;生化培養箱SPX-150BE是邦西儀器科技（上海）有限公司生產。

1.3 病原菌培養

超凈工作臺上挑取適量霉菌孢子劃線接種至PDA培養基并置于28 ℃培養箱內培養1周后，挑取適量孢子于無菌水中形成濃度約為105 個/mL的孢子懸浮液。分別取100 μL懸浮液于PDA培養基上涂布均勻，并置于28 ℃培養箱中培養1周后備用（圖 1）。

1.4 精油提取

大蒜精油通過水蒸氣蒸餾法提取，參照陳品品等的方法[10]并稍加修改。取試驗材料3.0 kg，剪碎，放入精油提取器中，設置蒸餾溫度105 ℃、鍋爐溫度110 ℃、蒸餾時間3～6 h。等其沸騰時蒸餾出的揮發油較多，呈現黃色油液，有的油珠浮在液面，有的下沉略顯白色，下沉的油珠隨時放出。分出油層后，室溫下混合液靜置冷卻4 h以上。收集精油并測量記錄精油體積（mL）。精油出油量參照公式（1）計算：

1.5 GC-MS成分分析

色譜條件設定：色譜柱為HP-5MS（30 m×250 μm×0.25 μm）;進樣口溫度為230 ℃;載氣為高純氦氣（99.999%）;恒流模式：流速0.8 mL/min;分流比：50 ∶ 1;進樣量1.0 μL。程序升溫條件設定：初始溫度45 ℃，持續3 min，然后設置3 ℃/min的速率將溫度提高到280 ℃，持續 5 min。

質譜條件設定：電轟擊電離（EI），電子能量設定值為70 eV，離子源溫度設定值為250 ℃，接口溫度設定值為260 ℃，溶劑延遲設定值為4.0 min，掃描范圍設定值為50～600 m/z。

采集模式為SCAN掃描，各峰經質譜數據系統檢索及NIST 2014標準質譜圖數據庫比對，通過波峰面積歸一化法進行定量分析，計算各成分的相對百分含量。

1.6 直接接觸抑制試驗

將大蒜精油溶液溶于0.2%的乳化劑中充分乳化后，分別于50 ℃左右將其加入溶化好的培養基中充分混勻，設置7個不同的濃度水平，分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 μL/mL。將不同的處理和對照倒平板，用無菌打孔器在培養1周的病原菌平板上取直徑6 mm的菌斑，轉移到平板的中央，置于28 ℃的生化培養箱中培養，于4 d后測量菌斑直徑。采用十字交叉法測量菌落直徑并按照公式（2）計算期抑菌率：

2 結果與分析

2.1 不同大蒜品種的出油量比較

采用水蒸氣蒸餾法對4個不同的大蒜品種提取其精油成分，并計算不同品種的出油量（表1），不同大蒜品種的出油量存在明顯的差異，其中：白皮大蒜出油量最高，為0.53 mL/kg，紫白皮大蒜出油量最低，僅為0.13 mL/kg，而紫皮大蒜和紫皮獨頭蒜介于兩者之間，分別為0.40、0.27 mL/kg。由于其他大蒜品種的出油量低，不滿足后續試驗的分析需求，本文僅分析白皮大蒜精油的成分組成及其抑菌效果，如無特別說明，下文提到的大蒜精油均指白皮大蒜提取的精油。

2.2 大蒜精油GC-MS分析

大蒜精油使用毛細管氣相色譜法進行鑒定分析，通過氣相色譜數據處理系統進行比較，精油各組分的相對百分含量通過面積歸一化法計算得到。按上述的GC-MS條件對大蒜精油進行分析，得到其總離子流圖（圖 2），共分離出23個峰，通過對主要色譜峰的鑒定分析，共鑒定出21種化合物成分（表2），其含量占色譜總流出峰相對百分含量的99.33%，其中：硫醚類占91.49%，而烯烴、酚醇、羧酸及酯類占6.05%，其他占1.79%。已鑒別出的21種化合物中主要抗菌成分為二烯丙基三硫醚，相對含量占29.29%;其次為烯丙基二硫，含有19.88%;（+）-檸檬烯含有0.65%，占已鑒別出的化學成分總含量的51.41%。

2.3 直接接觸抑制效果的比較

比較大蒜精油在5種果蔬采后主要病原菌（鏈格孢菌、灰葡萄孢菌、意大利青霉、粉紅單端孢菌和匍枝根霉菌）上的抑菌效果。不同濃度的大蒜精油對引起果蔬采后病害的5種病原菌具有不同程度的抑制作用，并且隨著精油濃度的不斷提高，抑制效果呈現逐漸增強的趨勢（圖 3）。在精油濃度達到0.1 μL/mL時，對灰葡萄孢菌和粉紅單孢菌的抑制率達到70%以上;升至0.2 μL/mL時，對粉紅單孢菌的抑制率達到100%，為該菌大蒜精油的最小抑菌濃度MIC，其次對灰葡萄孢菌的抑制率在87%以上;在濃度為0.3 μL/mL時，對鏈格孢菌的抑制率達到100%，為該菌大蒜精油的最小抑菌濃度;在濃度為0.4 μL/mL時，對意大利青霉和灰葡萄孢菌的抑制率均達到85%以上;在濃度為0.5 μL/mL時，對灰葡萄孢菌的抑制率達到100%，為該菌的最小抑菌濃度;當大蒜精油濃度達到0.6 μL/mL時，對意大利青霉的抑制率達到100 %，為該菌的最小抑菌濃度;大蒜精油對匍枝根霉菌的抑制能力較其他4種菌種差，當大蒜精油濃度為0.7 μL/mL時，抑制率為65.63%。

3 結論與討論

大蒜的出油量與品種相關，不同品種的出油量相差較大，白皮大蒜出油量約為紫白皮大蒜出油量的4倍，為0.53 mL/kg。利用GC-MS聯用儀對提取的白皮大蒜精油進行成分分析鑒定，得到大蒜精油中有21種組分，分別含有醚、烯、醇和酯類等化合物，其中主要抗菌成分包括二烯丙基三硫醚（29.29%）、烯丙基二硫（19.88%）、（+）-檸檬烯（0.65%）。大蒜精油對粉紅單端孢菌、鏈格孢菌和灰葡萄孢菌的抑菌效果良好，尤其對粉紅單端孢菌具有顯著的抑菌效果，最小抑菌濃度為0.2 μL/mL，而鏈格孢菌和灰葡萄孢菌分別在0.3、0.5 μL/mL時達到最小抑菌濃度。大蒜精油對匍枝根霉菌的抑制能力較其他4種菌種差，當大蒜精油濃度為0.7 μL/mL時，抑制率也不能達到100%。抑菌圈試驗結果顯示，大蒜精油對果蔬采后病菌抑制效果為粉紅單端孢菌>鏈格孢菌>灰葡萄孢菌>意大利青霉>匍枝根霉菌。

大蒜除了含有豐富的營養物質，還具有良好的藥用功效，提取出的大蒜精油對人體、作物和環境安全，具有“天然抗生素”的美名。雖然可以通過不同的技術和工藝提高大蒜精油的出油率[9]，但是不同品種提取的精油量尚不明確。通過比較大蒜不同品種在水蒸氣蒸餾法下的出油量，本研究發現品種差異也是導致精油提取量的重要原因，出油量最大能相差到4倍。因此，在改進提取工藝的同時，培育精油含量高的品種也是提高出油率的一個重要研究方向。

大蒜精油中具有抑菌效果的成分占了總含量的50%以上，是其具有廣譜抑菌能力的保證。通過比較大蒜精油對5種不同的果蔬采后病原菌的抑菌效果，發現大蒜對所有病原菌均具有抑制效果，抑制效果依次為粉紅單端孢菌>鏈格孢菌>灰葡萄孢菌>意大利青霉>匍枝根霉菌。在粉紅單端孢菌、鏈格孢菌、灰葡萄孢菌和意大利青霉試驗中，提高大蒜精油濃度水平均能達到100%的抑菌效果，而匍枝根霉菌濃度為0.7 μL/mL時抑制效果為65.63%，未能達到100%的抑菌效果。依據試驗的結果，可通過提高大蒜精油的濃度來達到匍枝根霉菌的最小抑菌濃度。但是，大蒜精油具有強烈的刺激性氣味，會對人體粘膜產生較強刺激，這些因素極大地限制了大蒜精油直接在果蔬采后保鮮領域的應用。而通過組合不同的植物精油，配制復方精油[7]，不但可以同時利用不同精油在不同病原菌的抑菌能力，而且通過添加具有芬芳氣味的精油，可以中和大蒜精油中的刺激氣味，直接應用于采后果蔬的保鮮中。

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