植物精油協同抑菌的研究進展

郝文鳳，田玉紅 ，董菲，周旭凱

(廣西科技大學 生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006)

1 研究背景

精油是植物產生的一種次生代謝產物，在植物防御害蟲中起著重要作用。精油又稱揮發油，主要由脂肪族化合物、含硫化合物、萜烯類及衍化物等構成，其中萜類是主要成分，易溶于極性小的有機溶劑中。研究表明，植物精油具有良好的殺菌活性、抗氧化性、抗增殖、殺蟲、驅避等作用，并且植物精油一直被認為是天然抗菌劑和抗氧化劑的來源[1-4]。植物精油可被用于防腐劑、保鮮劑，也可被用于改善殼聚糖復合膜的性能[5,6]。精油的化學成分多種多樣，它們的成分之間往往表現出復雜的相互作用，由于化合物之間的相互作用，它們產生4種可能的效應：無關效應、加性效應、拮抗效應、協同效應。當綜合效應等于單個效應之和時，視為加性效應；當一種或兩種化合物同時使用時，其效果比單獨使用時的效果小，視為拮抗作用；當物質的綜合作用大于個體作用之和時，視為協同作用；當物質的總和效應無相關時視為無關作用[7,8]。

致病菌是導致食品安全問題和引起疾病的微生物。常見致病菌主要有痢疾桿菌、致病性大腸桿菌、沙門氏菌、霍亂弧菌等。對于致病菌的抑制有特定的抗菌素，許多抗菌素在抑制致病菌的同時伴有令人不快的副作用，過多使用抗菌素會造成細菌、真菌、病毒、寄生蟲等對抗菌素產生耐藥性，因此使傳統的藥物對微生物和疾病無效，與合成藥物相比，尋求一種新的抗菌劑成為一種需求[9,10]。植物精油作為一種新的抑菌劑被開發出來，由于植物精油的疏水性能使細菌細胞膜和線粒體膜上的脂質分離，通過干擾細胞膜結構使細胞膜更具有滲透性，導致細胞內含物發生外泄或破壞細胞相關的關鍵酶，因而細胞死亡[11-13]。如紅椒精油可損害金黃色葡萄球菌的滲透性和完整性，使細胞質中的蛋白質、糖、核酸的濃度增加從而使該菌受到嚴重損害[14]。本文主要闡述不同種植物精油、植物精油與精油化合物、精油與抗生素對抑制致病菌的協同效果。

2 不同植物精油協同的抑菌能力

與任何單一的精油相比，不同精油組成的精油混合物可能具有更強的抗菌性能，其原因可能與混合物生物多樣性的增加有關[15]。吳克剛等[16]探究牛至精油與百里香精油具有協同增效效果，主要成分分別為百里香酚、反式肉桂醛，是最具有抗菌活性的成分，使其兩種精油混合具有更高的抗菌活性。Wahab等[17]將檸檬草精油與香茅草精油按1/10～1/50(V/V)混合研究對6種菌的抑制作用，實驗表明混合油對金黃色葡萄球菌的協同效果大于對細菌的協同效果。Sae-Eaw A等[18]采用圓盤揮發法最高測試濃度的肉桂和牛至精油(160 μL/L空氣)下，對金黃色葡萄球菌的抑制從(31.67±0.58) mm變化到(44.67±0.58) mm。當肉桂和牛至精油的比例分別為8∶2和9∶1時，在5 μL/L時顯示出揮發物的最低抑制濃度(MIC)，同時顯示出較強的協同作用(FIC=0.25)。Reza 等[19]分別以2～1024 mg/mL濃度制備橄欖油和芝麻油，按相同比例制備芝麻油和橄欖油的混合油，研究3種精油對大腸桿菌的抗菌作用。實驗表明橄欖油、芝麻油及其混合油的MIC和MBC分別為16，64，64，265 mg/mL，芝麻油的抗菌性能與橄欖油和芝麻油的混合效果大致相同，兩者沒有協同效果。其中橄欖油中的羥基苯甲酸、橄欖苦苷、香草酸等酚類化合物是主要的抗菌物質。

Ouedrhiri等[20]采用棋盤稀釋法研究天竺葵和摩洛哥黃春菊精油聯合應用對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌抗菌能力進行檢測，所有測試菌株對天竺葵精油均敏感，而摩洛哥黃春菊精油僅對革蘭氏陽性菌有活性。以金黃色葡萄球菌為評估依據檢測混合精油的協同作用，實驗表明MIC/2天竺葵精油分別與MIC/256、 MIC/128、MIC/黃春菊精油聯合，表現出協同效應，FIC為0.50。MIC/2天竺葵精油分別與MIC/64、 MIC/2、MIC/32春菊精油聯合，表現出部分協同效應，FIC分別為0.51，0.53。王康莉等[21]采用牛津杯法和試管二倍稀釋法研究肉桂醛、百里香酚、香蘭素3種精油兩兩復合抑制大腸桿菌K88、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的能力，研究表明百里香酚與肉桂醛以4∶1復配時,對大腸桿菌K88的抑菌效果最佳；肉桂醛與香蘭素以4∶1復配時，對3種菌的抑菌效果最佳，其最小抑菌濃度為 0.156 mg/mL。丁華等[22]通過瓊脂棋盤稀釋法和三因子二次正交法研究牛至精油、丁香精油、檸檬草精油兩兩復配對黑曲霉、草本枝孢霉和球毛殼霉的抑菌效果，實驗表明檸檬草精油與牛至精油分別以0.025 μg/mL的濃度進行復配，具有最佳的抑菌效果。Partovi等[23]以香茅草與牛至精油0.025%(V/V)復配對鼠傷寒沙門氏菌的抑制有協同作用。許倩等[24]通過正交實驗結果表明溫度為5 ℃、pH為3時，肉桂精油與紫蘇精油按3∶1的比例混合對青霉和黑曲霉有較強的抑制作用，表現出協同效果。Nikkhah等[25]用78 μg/mL肉桂精油、39 μg/mL迷迭香精油混合處理梨的平均損傷直徑在25 ℃下10 d內對灰霉病和擴展青霉分別為6 mm和8 mm。結果還表明，百里香/肉桂的雙重組合(78,156 μg/mL)比單一精油處理灰霉病和擴展青霉具有更強的抑制作用。

3 精油與精油化合物協同抑菌能力

根據研究報道，含有醛類和酚類的精油，如丁香酚、百里酚、肉桂醛等表現出最高的抗菌作用，其次是含有萜烯醇的精油[26，27]。使用單一精油成分作為食品防腐劑，一般達不到理想的效果，當添加足夠的量以提供抗菌效果時，會導致負面的感官效應[28]。丁香酚/芳樟醇和丁香酚/薄荷醇組合對抑制單核細胞增生李斯特菌、產氣腸桿菌、大腸埃希菌和銅綠假單胞菌的生長具有協同作用。事實上，研究表明，精油的抗菌活性普遍高于主要化合物，精油抗菌性能是精油的主要化合物與次要化合物共同作用的結果[29]。

余小亮等[30]采用茶多酚與肉桂精油按1∶1的配比制得復合保鮮劑，測定不同濃度的復合保鮮劑10，8，6，4，2，1，0.5，0.25 mg/mL對金黃色葡萄球菌的抑菌活力，研究表明0.5 mg/mL復合保鮮劑對金黃色葡萄球菌的抑菌活力隨濃度的增大而增大。Scollard等[31]通過實驗表明百里香精油可抑制單增李斯特菌，但損害哈密瓜外觀，樟腦對單增李斯特菌無抑制效果，馬鞭烯酮既有抑菌能力，又能維持哈密瓜良好的外觀。通過進一步實驗證明采用百里香精油與馬鞭烯酮作為抗菌浸液0.001 mg/L可抑制單增李斯特菌，又能維持哈密瓜良好的外觀并且可代替傳統氯液保鮮。Raquel等[32]采用MTT法研究香芹酚與肉桂醛按1∶1配比混合時對所有大腸桿菌表現出協同作用，其最小抑制濃度為0.55 mg/mL，香芹酚與肉桂醛以0.5∶4比例混合，且最小抑制濃度為0.45 mg/mL時對單增李斯特菌表現出協同作用。涂玉蓉[33]等研究植物精油香芹酚、肉桂醛、麝香草酚對大腸桿菌標準株44102、大腸桿菌野毒株078、雞白痢沙門氏菌的最小抑菌濃度在156.25～312.5 μg/mL，采用棋盤稀釋法將3種精油兩兩之間按1∶1配比混合，香芹酚和肉桂醛配比對3種菌表現出相加作用，香芹酚與麝香草酚配比后對大腸桿菌野毒株078的MIC為78.13 μg/mL，表現出協同作用。肉桂醛與麝香草酚配比除對雞白痢沙門氏菌表現出無關作用，對其他兩種菌表現出加性作用。

4 精油與抗菌素協同抑菌

由于抗菌素處理不當，造成微生物的耐藥性，抗菌素一定程度的使用會伴有副作用。最常用的抗菌素有氨芐青霉素、兩性霉素B、氯霉素、環丙沙星等。研究表明氨芐青霉素往往對大腸桿菌與變形桿菌有效，兩性霉素B對真菌感染具有顯著的治療效果，慶大霉素是主要用于預防和治療革蘭氏陰性細菌感染[34，35]。植物精油可作為抗菌素的一種佐劑，與抗菌素聯合應用抑菌，可增強抗菌素的抑菌效果。Mahboubi等[36]研究多花野薔薇精油具有增強萬古霉素的活性，對抑制金黃色葡萄球菌具有協同作用。Yassin等[37]研究表明將肉桂精油與氨芐青霉素或氯霉素組合對抑制金黃色葡萄球菌具有協同作用，肉桂精油與氯霉素組合對抑制大腸桿菌有協同作用，肉桂精油與鏈霉素聯用對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌均有加性作用。Nabil研究百里香精油與環丙沙星聯合應用對金黃葡萄球菌的抑制具有加性作用。Salazar等[38]研究表明蛇床子精油能夠增強諾氟沙星抑制銅綠假單胞菌和大腸桿菌的作用。

Elhidar等[39]利用摩洛哥特有植物Senecioanteuphorbium，研究該植物精油分別與氟康唑和環丙沙星聯合對幾種致病菌的抑制作用。該植物精油對假絲酵母菌、微球菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌的MIC均為2048 μg/mL、對白念珠菌L61的MIC為1024 μg/mL，對肺炎克雷菌、大腸桿菌、銅綠假單胞為菌的MIC為4096 μg/mL。在亞抑菌濃度MIC/32下，該植物精油與氟康唑聯合應用對所有檢測菌均表現出協同效應；在亞抑菌濃度MIC/4下，該植物精油與環丙沙星聯合應用對肺炎克雷菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌的抑制表現出完全協同，協同效果分別增加4倍、6倍、8倍，而枯草芽孢桿菌、大腸桿菌對該組合的敏感性較低，協同效果增加2倍。Nidhal等通過二維棋盤法研究藍桉精油與氨芐青霉素聯用對金黃色葡萄球菌具有部分協同作用，其協同效果比單獨使用藍桉精油對金黃色葡萄球菌的抑制能力高32倍。藍桉精油與兩性霉素B聯合使用對白色念珠菌的抑制效果顯示出附加效應，該組合的MIC為31.25 μg/mL，而單獨使用藍桉抑制白色念珠菌的MIC為1000 μg/mL。研究表明，白千層精油分別與唑類抗真菌藥物、氯唑西林聯用對白色念珠菌、金黃色葡萄球菌的抑制具有協同作用[40,41]。

5 展望

正如文中所討論的，不同精油、精油化合物、精油與抗生素的聯用很有可能被用作致病菌的新療法。查閱相關文獻可知，精油的藥理研究獲得了可觀的結果，但仍有些問題需要解決，諸如精油成分、揮發性和精油的生物活性這些天然產物的生物利用率，以及精油主要成分與次要成分的關系對致病菌的抑制率。為了降低致病菌對抗生素的耐藥性，尋找高效、低毒的聯合藥物是人們的需求。因此，必須通過建立相關的參數，為后續的使用提供科學的依據。由于精油成分的復雜性，必須通過這個時代技術的先進性來分析植物精油，并通過科學的實驗來檢驗，從而為更多地開發天然產物，為植物精油在食品、醫藥、化妝品等行業的應用提供潛在的價值。