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天然食品防腐劑一直是近年來研究和開發(fā)的重點。國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，許多植物精油，大蒜、洋蔥、生姜、花椒、辣椒、苦瓜、荸薺、蘆薈等食材中都存在著抗菌成分。近年來，人們開始從香辛料中提取有效成分作為食品防腐劑，獲得了良好的效果。研究發(fā)現(xiàn)，香辛料中真正起防腐抗菌作用的是香精油，而目前研究與開發(fā)食品防腐劑一般使用的也是香辛料的精油或提取物。Knobloch等人對芳香植物精油的抗菌性能進行了考察和研究,Gocho對二十六種植物性芳香族化合物的抗菌效果進行了研究比較, 實驗發(fā)現(xiàn)這些芳香化合物僅對濕孢子有抗菌效果而對干孢子卻無效。我國吳傳茂等人采用濾紙片法對20多種香料或中藥材的抑菌效力進行了比較, 并就其中抑菌效力較好的迷迭香、辣椒、丁香、烏梅及甘草提取液適當(dāng)復(fù)配, 分別應(yīng)用于醬油及汽水的防腐, 結(jié)果三至六個月后細菌指標均達到合格標準。喬昕等人 對烏梅、丁香、甘草和花椒四種香料或中藥材酒精提取物的抑菌作用及它們與糖的協(xié)同抑菌作用進行了實驗研究, 并經(jīng)正交試驗將丁香、烏梅及甘草組成的復(fù)合天然防腐劑添加到薏苡奶中, 室溫下儲存半年, 未出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象。但是，專門針對大蒜、花椒、生姜、辣椒對大腸桿菌的抑菌作用的對比試驗和成分復(fù)配抑菌試驗以及用這四種食材成分研究開發(fā)天然食品防腐劑的報道十分少見。
從天然食材中提取抗菌成分，將這些成分應(yīng)用到食品、醫(yī)學(xué)、化妝品等方面，制作成對人體安全無害的天然抑菌防腐劑替代目前廣泛使用的化學(xué)防腐劑，是食品、藥品以及化妝品添加劑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，同時也會促進生物化工領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

（1）本作品采用不同方法對四種天然食材的有效成分進行提取，采用平板菌落計數(shù)法對比測定它們對大腸桿菌的抑菌作用，并試驗研究了濃度及不同成分復(fù)配混合對抑菌效果的影響，通過多組平行試驗和空白對照，保證了結(jié)果的可靠性；同時，這種對比和成分復(fù)配抑菌試驗?zāi)壳皣鴥?nèi)還未見報道。
（2）我們的研究成果，能給用于食品、藥品、化妝品等中的新型、安全、高效、天然食物源防腐劑的研究和開發(fā)提供參考。
（3）本作品不僅合理利用了天然食品資源，還能有助于提高了人們?nèi)粘Ｓ闷返陌踩浴?br />

四種天然食材有效成分對大腸桿菌抑菌作用研究
胡凌琳 符千慧 孫睿 曾月姬 劉毅（指導(dǎo)教師、通訊作者）
（湖南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)分析與檢驗專業(yè)1301班，湖南長沙，410151）
摘要：通過用生、熟對比的方法從大蒜、生姜、辣椒、花椒這四種天然食材中制備提取液，采用平板菌落計數(shù)法測定它們對大腸桿菌的抑抑菌效果，測定了濃度及不同成分復(fù)配混合對抑菌效果的影響。試驗結(jié)果表明，這四種食材中均含有抑制大腸桿菌的有效成分，其抑菌效果為：大蒜＞生姜＞辣椒＞花椒；在濃度較高時（體積比10%以上）對大腸桿菌抑菌效果較為明顯，并且它們對大腸桿菌的抑菌活性均具有較好的熱穩(wěn)定性；各成分對大腸桿菌的抑菌作用有明顯的協(xié)同作用，復(fù)配成分對大腸桿菌的抑菌效果是：大蒜：花椒1:1＞大蒜：生姜2:1＞四種成分1:1:1:1＞大蒜：生姜1:2＞花椒：辣椒1:1＞大蒜：辣椒1:1＞大蒜：生姜1:1（均為體積比）。
關(guān)鍵詞：天然食材；有效成分；大腸桿菌；抑菌作用

大腸桿菌是人和動物腸道中最著名的一種細菌，主要寄生于大腸內(nèi)，約占腸道菌中的1%，是一種兩端鈍圓、能運動、無芽孢的革蘭氏陰性短桿菌。大腸桿菌能合成維生素B和K，正常棲居條件下不會致?。蝗暨M入膽囊、膀胱等處可引起炎癥。在水和食品中檢出，可認為是被糞便污染的指標。大腸菌群數(shù)常作為飲水、食物或藥物的衛(wèi)生學(xué)標準。大腸桿菌是國際上公認的衛(wèi)生監(jiān)測指示茵，因此大腸桿菌的的安全抑制顯得十分重要。研究[1-2]表明，生姜、大蒜、辣椒和花椒等調(diào)味品，有明顯的消毒、殺菌等作用。但是，對這四類調(diào)味品對大腸桿菌抑菌作用的對比研究，還少有報道。我們對此進行了試驗研究，旨在為用于食品、藥品、化妝品等中的新型、安全、高效、天然食物源防腐劑的研究和開發(fā)提供參考。
1 材料與方法
1.1材料與設(shè)備
1.1.1原材料
生姜、大蒜、辣椒、花椒（老姜、大蒜瓣、紅辣椒、干花椒）均購于超市新鮮無腐爛。
1.1.2菌種
大腸桿菌。湖南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院微生物實驗室提供。
1.1.3培養(yǎng)基
牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基
1.1.4儀器與試劑
1、儀器：YXQ-LS-30SIIL立式壓力蒸汽滅菌器（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；GZX-9070數(shù)顯鼓風(fēng)干燥滅菌器，（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；SPX-150B-Z生化培養(yǎng)箱，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。
電爐、100mL和10mL量筒、臺秤、玻璃棒、無菌培養(yǎng)皿、1mL無菌吸管、脫脂棉、250mL和50mL燒杯、酒精燈、接種環(huán)、涂布棒、三角瓶等。
2、試劑：無水乙醇（AR），（天津市大茂化學(xué)試劑廠）；95%乙醇（AR），（天津市大茂化學(xué)試劑廠）；35%乙醇溶液（自配）；瓊脂（食用級），（福建省石獅市寶航雙塔瓊脂加工廠）。
1.2、方法[3-4]
1.2.1生、熟液體的制備
1、將四種食材各取40g分別切碎平均分成兩份，一份放入碾槽碾成汁。另一份加適量的蒸餾水（不超過100mL）在燒杯里蒸煮20min。
2、隨后準備兩個干凈的燒杯，分別貼好生熟的標簽。并在上邊攤上4層紗布，用棉線固定，備用。
3、把粗加工好的生、熟溶液分別盛入對應(yīng)燒杯。過濾時，生溶液可再加10mL蒸餾水沖洗碾槽內(nèi)壁，再次過濾收集濾液。
4、過濾好后，分別添加蒸餾水使生、熟汁液都定容到100mL。
1.2.2平板制作
1.2.2.1生、熟料單成分平板制作
“生料”單成分平板：分別用量筒量取50mL四種生汁液，分別加入到四個裝有滅菌并冷卻到40℃的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基250mL的錐形瓶中，趁熱搖勻，然后迅速倒成平板，各倒三個平板，每個培養(yǎng)皿15mL。
“熟料”單成分平板：分別用量筒量取50mL四種熟汁液，分別加入到四個裝有滅菌并冷卻到45℃的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基250mL的錐形瓶中，趁熱搖勻，然后迅速倒成平板，各倒三個平板，每個培養(yǎng)皿15mL。
1.2.2.2不同濃度成分料液平板制作
按上述平板制作方法，在每15mL牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中分別加入0.6mL的不同濃度四種天然物質(zhì)生的提取液（其提取液的濃度分別是原液、10倍稀釋液、100倍稀釋液、1000倍稀釋液），制成平板備用。
1.2.2.3復(fù)合成分料液平板制作
分別將四種生的提取液進行以下復(fù)配：四種生的提取液分別等比混合、大蒜辣椒1:1混合、大蒜生姜1:1混合、大蒜生姜1:2混合、大蒜生姜2:1混合、大蒜花椒1:1混合、花椒辣椒1:1混合，每15mL牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中加入0.6mL混合溶液，按上述方法各自制成平板備用。
1.2.2.4空白對照平板制作
把滅菌并冷卻至45℃的未加添加任何抑制成分的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基倒成平板作為對照組，各倒三個平板，每個培養(yǎng)皿15mL。
1.2.3抑菌試驗
1.2.3.1大腸桿菌菌懸液的制備[5]
1、把制備好的無菌水（每支9mL）取出編號1～6。
2、從經(jīng)37℃24h活化培養(yǎng)的大腸桿菌斜面中取幾環(huán)菌種置于1號試管中 ，搖勻。接著用十倍系列稀釋法從1號試管一直稀釋到6號試管。全程無菌操作。
1.2.3.2單成分抑菌試驗
通過無菌操作，從6號試管中取菌懸液用1mL無菌吸量管吸取，接種于制作好的平板上，每個平板0.2mL，用涂布棒在培養(yǎng)基上涂布均勻，放入37℃培養(yǎng)箱倒置培養(yǎng)24h，觀察結(jié)果。
1.2.3.3濃度對單成分抑菌率的影響試驗
通過無菌操作，用1mL無菌吸量管吸取稀釋到106倍的大腸桿菌菌懸液0.2mL于每個不同濃度成分料液平板中，用涂布棒在培養(yǎng)基上涂布均勻，放入37℃培養(yǎng)箱倒置培養(yǎng)24h，觀察結(jié)果。
1.2.3.4復(fù)合成分抑菌試驗
通過無菌操作，用1mL無菌吸量管吸取稀釋到106倍的大腸桿菌菌懸液0.2mL于每個不同復(fù)配成分料液平板中，用涂布棒在培養(yǎng)基上涂布均勻，放入37℃培養(yǎng)箱倒置培養(yǎng)24h，觀察結(jié)果。
2 結(jié)果與討論
2.1單成分抑菌效果
觀察發(fā)現(xiàn)不同單成分培養(yǎng)基平板上生長的大腸桿菌菌落對比很鮮明，無干擾因素的一組培養(yǎng)基上的大腸桿菌多且大，在生大蒜汁、生生姜汁的培養(yǎng)基平板上無菌落生長，生辣椒汁和生花椒汁中菌落生長比較多。熟培養(yǎng)基上菌落?。ù蠹s是無干擾因素組菌落的十～二十分之一大小），且稀疏，但是有一組異常數(shù)據(jù)，菌落大小是相差很大，但菌落數(shù)卻是熟培養(yǎng)基比無干擾因素培養(yǎng)基的要多。詳細情況如下表一。
表一 單成分抑菌試驗平板菌落計數(shù)結(jié)果
培養(yǎng)基平板
抑菌成分 1號 2號 3號
生姜汁培養(yǎng)基 0個菌落 4個菌落 11個菌落
熟姜汁培養(yǎng)基 11個菌落 25個菌落 23個菌落
生大蒜汁培養(yǎng)基 0個菌落 0個菌落 0個菌落
熟大蒜汁培養(yǎng)基 12個菌落 5個菌落 35個菌落
生辣椒汁培養(yǎng)基 23個菌落 43個菌落 67個菌落
熟辣椒汁培養(yǎng)基 28個菌落 65個菌落 87個菌落
生花椒汁培養(yǎng)基 45個菌落 67個菌落 88個菌落
熟花椒汁培養(yǎng)基 38個菌落 64個菌落 126個菌落
無干擾培養(yǎng)基 46個菌落 79個菌落 175個菌落

由表一可見，四種食材試驗成分對大腸桿菌的抑菌效果為大蒜＞生姜＞辣椒＞花椒；而且每種成分的相對生熟也會影響它們的抑菌效果，由表二可見每種天然食材都是生的時候的抑菌效果比較好，生的抑菌率比熟的抑菌率高了0.89%～19.21%，其中生姜差異最大，花椒差異最小。
表二 抑菌材料生熟狀態(tài)對大腸桿菌抑菌率的影響
抑菌率/% 大蒜 生姜 辣椒 花椒
生 100 96.31 52,62 22.35
熟 82.53 77.1 35.71 21.46

因此，各個組分的抑菌率為：大蒜（生）＞生姜（生）＞大蒜（熟）＞生姜（熟）＞辣椒（生）＞辣椒（熟）＞花椒（生）＞花椒（熟）。

2.2濃度對單成分抑菌率的影響
結(jié)果見表三。可見，各成分的濃度對其抑菌率有顯著影響，當(dāng)它們稀釋到100倍時，抑菌效果就都在50%以下了，其中花椒的抑菌效果降低至17.70%；稀釋至1000倍時四種天然食材的抑菌效果均降低到10%以下，其中花椒完全失去了抑菌效果。

抑菌率/% 1000倍 100倍 10倍 原液
大蒜 9.11 44.69 83.72 100
生姜 4.60 37.61 78.11 89.85
辣椒 3.56 20.00 42.46 51.37
花椒 0 17.70 21.01 32.76
表三 不同濃度單成分對大腸桿菌的抑菌率
2.3復(fù)配成分抑菌效果
從表四可見，復(fù)配混合液的對大腸桿菌的抑菌效果比單一成分溶液的抑菌效果要好，4種溶液等體積混合、大蒜花椒1:1（體積比）、大蒜生姜2:1（體積比）其抑菌率都達到了90%以上，其中大蒜：花椒1:1復(fù)配對大腸桿菌的抑菌效果最好，而且花椒和辣椒這兩種原本抑菌率較低的成分，混合之后的抑菌率也達到了85.40%，表明這些成分之間存在著對大腸桿菌抑菌的協(xié)同作用。在一些特殊的情況下（如對食品風(fēng)味的要求），可以考慮花椒和辣椒的混合抑菌作用。

表四 復(fù)配成分對大腸桿菌的抑制效果
復(fù)配成分（體積比） 四種 成分
1:1:1:1 大蒜：辣椒
1:1 大蒜：生姜
1:1 大蒜：花椒
1:1 花椒：辣椒
1:1 大蒜：生姜
2:1 大蒜：生姜
1:2
抑菌率% 90.27 84.96 83.19 97.35 85.40 90.71 88.90

3 結(jié)論
試驗用四種食材均含有對大腸桿菌產(chǎn)生明顯的抑菌作用的成分，其中生大蒜中的有效成分對大腸桿菌的抑菌效果最為突出，而且，其即使經(jīng)過100℃高溫之后對大腸桿菌的抑制效果也有82.53%；生姜提取液對大腸桿菌的抑菌率也較高。同時，試驗用四種食材有效成分對大腸桿菌的抑菌作用存在著顯著的協(xié)同作用，其中大蒜與花椒的復(fù)配成分對大腸桿菌的抑菌率高達97.35%。這四種天然食材來源廣泛、價格低廉、地域性低；盡管濃度對它們的抑菌效果有明顯影響，當(dāng)濃度較低時將失去抑菌效果，但是可以通過將這些成分適當(dāng)復(fù)配，提高抑菌率，有望在濃度較低時也有顯著的抑菌效果。因而，這四種食材可以考慮作為從中提取天然抑菌劑、制備綠色食品保鮮劑和藥品、化妝品防腐劑的重要材料。

作品榮獲湖南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎