肉桂精油可食性復合膜的抑菌性能研究

黃梓煒，吳雪輝，周悅，藍小河，張兵

(華南農業大學 食品學院，廣州 510642)

肉桂精油是從桂皮、桂枝、桂葉等部位提取的油狀液體[1]，其中含有肉桂醛、肉桂醇、桂皮酸等多種重要的活性成分[2]，這些活性物質具有抑菌活性和抗氧化活性[3-4]，使得肉桂精油對多種微生物具有良好的抑菌效果[5-6]。王芳等[7]發現肉桂精油能改變細菌細胞形態，對成團泛菌和腐生葡萄球菌有明顯的抑菌作用。Zhang等[8]用肉桂精油作抑菌劑，發現其對菌絲生長、孢子活力和真菌萌發均有明顯的抑制作用。

可食性復合膜是指可食性大分子物質與食品添加劑、表面活性劑等經過加工后得到的具有選擇透過性的薄膜[9-10]，繼續添加天然抗菌植物精油，使之變成具有抗菌作用的復合膜[11]，復合膜能夠有效地將植物精油包埋在膜內，控制精油的釋放，保留植物精油的抗菌活性[12]。鄭玉璽等[13]在可食性復合膜中添加荔枝木質精油后，抑菌活性大大增強，能夠有效地抑制革蘭氏菌的生長。逯文倩等[14]研究表明牛至精油復合膜可以明顯控制雙孢蘑菇病原菌數量的增長，從而減少雙孢蘑菇因感染細菌導致的腐爛現象。隨著復合膜的發展應用，不同精油與復合膜的混合效果成為了研究重點，本試驗以肉桂精油復合膜為研究對象，測定肉桂精油復合膜的細菌與酵母菌抑制性能，旨在為復合膜的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料與試劑

肉桂精油：廣州百花香料股份有限公司；吐溫80、甘油、瓊脂粉、酵母提取物、細菌學蛋白胨、無水葡萄糖、氯化鈉：均為分析純。

1.1.2 供試菌種

大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)：由華南農業大學食品學院微生物實驗室提供。

1.1.3 試驗儀器

HWS-24恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；85-2恒溫磁力攪拌器 金壇市城東新瑞儀器廠；FJ-200高速分散均質機 姜堰市銀河儀器廠；101-2A電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司；HWS-80智能恒溫恒濕箱 上海比朗儀器制造有限公司；BTS-100R恒溫搖床 上海精其儀器有限公司；SJ-CJ-1F超凈工作臺 蘇州凈化設備有限公司；GI36DWS自動壓力蒸汽滅菌器 致微(廈門)儀器有限公司；LBI-300-L生化培養箱 上海龍躍儀器設備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 肉桂精油復合膜的制備

以蒸餾水體積為基準配制質量分數為5.0%的氧化羥丙基木薯淀粉溶液，在70 ℃下加熱攪拌30 min，使淀粉糊化，冷卻至室溫后，以淀粉溶液體積為基準加入質量分數為1.0%的甘油和1.0%的吐溫80，再加入質量分數分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的肉桂精油，將物料混勻后傾倒于平板玻璃皿中，靜置10 min后烘干、揭膜，復合膜于50%的相對濕度和25 ℃的溫度條件下平衡48 h，備用。

1.2.2 菌種活化與菌懸液的制備

將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌分別接種到LB培養基中于37 ℃下培養24 h；將釀酒酵母接種到PDA培養基中于28 ℃培養48 h，進行一次活化；用移液管移取1 mL已活化一次的菌液采用相同條件進行二次活化，之后保存于低溫環境中。

1.2.3 肉桂精油對細菌和酵母菌抑菌效果的測定

制作含菌平板，在每個含菌平板中央放置1個已滅菌的直徑為6 mm的牛津杯，并向其中滴加10 μL肉桂精油，于對照組加入10 μL無菌水，測量抑菌圈直徑，用雙倍稀釋法測定肉桂精油的MIC與MBC，再根據藥物敏感試驗判定標準，判定敏感程度[15-16](抑菌圈直徑大于20 mm為極敏感，15～20 mm為高度敏感，10～15 mm為中度敏感，6～10 mm為低度敏感，抑菌圈直徑小于6 mm為不敏感)。

1.2.4 肉桂精油復合膜對細菌和酵母菌抑菌效果的測定

向平板中加入100 μL菌懸液，均勻涂布后靜置5 min。將復合膜樣品裁剪成直徑為20 mm的圓形膜片，紫外滅菌20 min，用無菌鑷子將樣品膜放置于含菌平板中心，靜置5 min后進行培養，培養結束后測量抑菌圈直徑。

1.3 數據分析

試驗重復3次，數據以“平均值±標準偏差”表示，運用Excel進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 肉桂精油對供試菌抑菌效果的分析

肉桂精油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、釀酒酵母的抑菌效果見圖1～圖3。

圖1 肉桂精油對大腸桿菌的抑菌圈大小Fig.1 Inhibition zone size of cinnamon essential oil against Escherichia coli

圖2 肉桂精油對金黃色葡萄球菌的抑菌圈大小Fig.2 Inhibition zone size of cinnamon essential oil against Staphylococcus aureus

圖3 肉桂精油對釀酒酵母的抑菌圈大小

由圖1～圖3可知，對照組a中均未表現出抑菌活性，而在添加了肉桂精油后，3種供試菌平板中出現了不同直徑的抑菌圈，金黃色葡萄球菌平板中的抑菌圈直徑為(34.28±0.58) mm，大腸桿菌平板中的抑菌圈直徑為(26.38±0.51) mm，根據藥敏試驗標準，肉桂精油對兩種細菌均表現為極敏感，能夠得出肉桂精油的細菌抑制性強，且對革蘭氏陽性菌的抑菌作用優于革蘭氏陰性菌。此試驗結果與李娜等[17]、Khazaei等[18]研究中肉桂精油對革蘭氏菌的抑菌結果一致，這是因為肉桂精油及其疏水性組分可直接作用于磷脂雙分子層，阻止酶和蛋白的結合，從而提高了細胞膜的通透性，并引起細胞膜破裂，膜內物外滲，所以起到了抑菌效果[19]。此外，釀酒酵母平板中的抑菌圈直徑為(48.07±0.84) mm，也表現為極敏感，表明肉桂精油對酵母菌的抑菌活性優于細菌，在劉笑宇[20]的研究中也得出肉桂精油對酵母菌的抑制作用優于細菌的結論。

肉桂精油對3種供試菌的MIC值和MBC值結果見表1和表2。

表1 肉桂精油對供試菌的MIC值Table 1 MIC values of cinnamon essential oil against tested bacteria

表2 肉桂精油對供試菌的MBC值Table 2 MBC values of cinnamon essential oil against tested bacteria

由表1和表2可知，肉桂精油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的MIC值均為0.25 μL/mL，MBC值分別為1，4 μL/mL，兩種細菌的MBC值明顯大于其MIC值，但釀酒酵母的MIC值和MBC值卻相同，且相較于兩種供試細菌更低，皆為0.125 μL/mL，表明肉桂精油對酵母菌的抑菌效果更明顯。

2.2 肉桂精油復合膜的細菌抑制活性分析

2.2.1 復合膜的大腸桿菌抑菌效果分析

不同質量分數的肉桂精油復合膜對革蘭氏陰性的大腸桿菌的抑菌效果見圖4。

由圖4可知，對照組a中未添加肉桂精油，平板內長滿了大腸桿菌，而在添加了不同質量分數肉桂精油的試驗組中出現了大小不同的抑菌圈，質量分數為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的肉桂精油復合膜的抑菌圈直徑分別為(15.26±0.77)，(26.44±0.57)，(34.07±0.40)，(41.61±0.85)，(48.98±0.38) mm，根據藥敏試驗標準，除了0.5%的肉桂精油復合膜對大腸桿菌表現為高度敏感外，其余均表現為極敏感。

圖4 復合膜對大腸桿菌的抑菌圈大小Fig.4 Inhibition zone size of composite film against Escherichia coli

2.2.2 復合膜的金黃色葡萄球菌抑菌效果分析

不同質量分數的肉桂精油復合膜對革蘭氏陽性的金黃色葡萄球菌的抑菌效果見圖5。

圖5 復合膜對金黃色葡萄球菌的抑菌圈大小Fig.5 Inhibition zone size of composite film against Staphylococcus aureus

由圖5可知，對照組a中未出現抑菌活性，而當復合膜中肉桂精油的質量分數由0.5%增加至1.0%時，抑菌圈直徑由(21.55±0.52) mm增大至(29.37±0.43) mm；肉桂精油質量分數為1.5%、2.0%時，抑菌圈直徑增大為(38.44±0.44)，(44.76±0.97) mm；當質量分數為2.5%時，抑菌圈直徑增大為(54.43±0.74) mm，在藥敏試驗標準下，肉桂精油復合膜對金黃色葡萄球菌均表現為極敏感。

對比分析圖4與圖5，在相同肉桂精油質量分數下，復合膜對革蘭氏陽性菌的抑制作用優于革蘭氏陰性菌，這是因為革蘭氏陽性菌的內部結構中僅有單一的肽聚糖層結構，而革蘭氏陰性菌是雙層的脂質結構，且具有外膜蛋白或細胞壁脂多糖的保護，使得革蘭氏陰性菌能夠防止多種物質的滲入與透過，所以革蘭氏陰性菌對肉桂精油復合膜的耐受程度優于革蘭氏陽性菌，抑菌圈更小。

2.3 肉桂精油復合膜的酵母菌抑菌作用分析

不同質量分數的肉桂精油復合膜對釀酒酵母的抑菌效果見圖6。

圖6 復合膜對釀酒酵母的抑菌圈大小Fig.6 Inhibition zone size of composite film against Saccharomyces cerevisiae

由圖6可知，對照組a中無抑菌圈生成，不存在抑菌活性，而當肉桂精油的添加量為0.5%時平板中的抑菌圈直徑為(30.52±0.71) mm；肉桂精油質量分數為1.0%、1.5%時抑菌圈直徑增大至(38.43±0.86)，(47.62±0.88) mm；當質量分數為2.0%時抑菌圈直徑增大至(66.77±1.13) mm，直至質量分數為2.5%時，抑菌圈直徑擴大至與平板直徑相同，此時的抑菌效果達到最強。根據藥敏試驗標準，肉桂精油復合膜對釀酒酵母均表現為極敏感，且將試驗結果與細菌的抑菌圈試驗結果相比較可以得出，在相同的肉桂精油添加量下，復合膜對酵母菌的抑菌活性優于細菌。

3 結論

肉桂精油對3種供試菌具有良好的抑制作用，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、釀酒酵母的抑菌圈直徑分別為26.38，34.28，48.07 mm，MIC分別為0.25，0.25，0.125 μL/mL，MBC分別為1，4，0.125 μL/mL。肉桂精油復合膜對3種供試菌的抑菌活性強弱順序與肉桂精油相同，均為釀酒酵母>金黃色葡萄球菌>大腸桿菌，且隨著肉桂精油質量分數的提高，復合膜抑菌作用增強。當肉桂精油質量分數從0.5%增加至2.5%時，大腸桿菌的抑菌圈直徑由15.26 mm增大到48.98 mm，金黃色葡萄球菌從21.55 mm增大到54.43 mm，釀酒酵母則由30.52 mm擴大到平板上沒有菌生長，得出肉桂精油復合膜能夠有效保留肉桂精油的抑菌活性并且有效地抑制微生物的生長，為復合膜的應用提供了參考。