常见烹饪香料丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)的植物化学特征分析及抗菌活性评估

文摘   2024-11-05 17:00   中国香港  

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摘要
背景:微生物病原体对传统抗生素的耐药性日益增强,迫切需要探索替代性抗菌剂。本研究旨在评估丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)提取物的抗菌潜力及植物化学特性,这两种植物在传统医学和烹饪应用中均有悠久的使用历史。
方法:制备丁香和黑胡椒的水醇提取物和水提取物。采用纸片扩散法评估这些提取物对大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、白色念珠菌(Candida albicans)和黑曲霉(Aspergillus niger)的抗菌活性。采用肉汤稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)。通过定性植物化学筛选确定关键生物活性化合物的存在,并通过定量分析测量总酚和黄酮类化合物含量。对乙醇提取物进行液相色谱-高分辨质谱/质谱(LC-HRMS/MS)分析。
结果:两种香料提取物均表现出显著的抗菌活性,抑菌圈直径范围为14至18毫米。与黑胡椒相比,丁香表现出更优的抗菌效果,尤其是对真菌。两种香料的MIC值均在3 mg/mL至6 mg/mL之间。植物化学分析显示,丁香中的总酚和黄酮类化合物含量较高,且水醇提取物中的浓度高于水提取物。高效液相色谱(HPLC)分析结果显示,丁香提取物中的丁香酚含量较高,而黑胡椒提取物中的胡椒碱含量较高。生物活性化合物含量的差异具有统计学显著性(p < 0.05)。
结论:本研究证实,这两种香料因其丰富的植物化学成分,特别是酚类和黄酮类化合物,而具有显著的抗菌特性。与黑胡椒相比,丁香表现出略优的抗菌活性。这些发现支持了将这些香料作为辅助抗菌剂使用的潜力。未来的研究应探讨它们与传统抗生素的协同作用,并探索其在食品保鲜和替代医学中的应用。
引言
在寻找新型抗菌剂的过程中,对天然产物,尤其是药用植物的探索已显著加速(1)。在众多具有潜在治疗特性的植物中,诸如丁香(Syzygium aromaticum,S. aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum,P. nigrum)等烹饪香料,不仅因其提味增香而备受推崇,更因其药用价值而广受赞誉(2)。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)和耐万古霉素肠球菌(Vancomycin-resistant Enterococci,VRE)等多重耐药(MDR)病原体的出现,对公共卫生构成了重大威胁(3)。医疗保健和农业中抗生素的过度使用和滥用加速了耐药性的发展,导致治疗选择有限,医疗保健成本增加。此外,新型抗生素的研发日益减少,抗生素研发管线日渐枯竭(4)。在此背景下,由于丁香和黑胡椒富含植物化学物质且具有广谱抗菌特性,因此它们作为天然产物提供了有前景的替代方案。这些天然提取物可能抑制耐药细菌的生长,并减少对传统抗生素的依赖,从而减缓耐药性的传播。本手稿旨在评估这些广泛使用的香料的抗菌活性,为其传统使用提供科学依据,并探索其作为传统抗菌剂的替代品或补充品的潜力。
香料在传统医学中的应用历史悠久(5)。丁香原产于印度尼西亚的马鲁古群岛,几个世纪以来,因其药用特性被各种文化所利用(6)。丁香在中国传统医学和阿育吠陀医学中被用作镇痛剂、防腐剂和抗菌剂。而原产于南印度的黑胡椒在传统医学中同样占有重要地位(7)。被誉为“香料之王”的黑胡椒不仅作为调味料使用,还因其潜在的健康益处而受到重视,包括助消化和治疗从感冒到霍乱的各种疾病。丁香和黑胡椒的抗菌特性归因于其丰富的植物化学成分(8)。丁香精油主要由丁香酚组成,该化合物因其强大的抗菌活性而被认可。丁香酚已被证明能够破坏微生物细胞膜、抑制酶活性并干扰病原微生物的复制。丁香的其他显著成分包括乙酸丁香酯、β-石竹烯和没食子酸,这些成分均有助于其生物活性(9)。另一方面,黑胡椒的主要生物活性化合物是胡椒碱。胡椒碱因其能够增强各种营养素和药物的生物利用度,以及其具有抗菌、抗炎和抗氧化特性而闻名(10)。此外,黑胡椒还含有精油、生物碱、黄酮类化合物和鞣质,这些成分协同作用增强其抗菌功效。
丁香和黑胡椒发挥抗菌作用的机制是多方面的(11)。丁香中的丁香酚通过破坏微生物细胞膜的脂质双层导致细胞裂解和死亡,从而发挥其抗菌作用。它还干扰微生物内必需蛋白质和核酸的合成。此外,丁香酚的抗氧化特性通过中和可能损害微生物细胞的自由基来助力其抗菌活性(11)。黑胡椒中的胡椒碱通过破坏微生物膜和抑制细菌的外排泵,增强抗菌剂在细胞内的积累,从而增强其作用效果(12)。胡椒碱还通过抑制代谢途径中的关键酶来损害微生物细胞内的能量产生(13)。这种多方面的作用机制降低了微生物产生耐药性的可能性,这是相对于传统抗生素的一个显著优势。
抗生素耐药病原体的出现对全球公共卫生构成了严峻挑战(14)。抗生素的过度使用和滥用加速了耐药菌株的出现,使许多传统治疗方法失效(15)。在此背景下,丁香和黑胡椒等天然产物的抗菌特性为开发新型治疗药物提供了有前景的途径。它们作为传统抗生素的辅助剂可以增强现有治疗的疗效并减少所需剂量,从而最大限度地减少副作用并减缓耐药性的发展。此外,与合成药物相比,天然抗菌剂的吸引力在于其总体安全性和副作用最小。丁香和黑胡椒被广泛认为食用安全,有大量历史和当代证据支持其使用。这使它们成为抗菌疗法进一步研究和开发的理想候选者。
对丁香和黑胡椒的抗菌活性进行评估,凸显了这些常见烹饪香料作为天然抗菌剂重要来源的潜力。本研究通过将传统知识与现代科学研究相结合,旨在为寻找有效且可持续的解决方案来对抗微生物感染做出贡献。未来对具体作用机制、临床疗效以及与传统抗生素的潜在协同作用的研究将进一步阐明这些香料在当代医学中的作用。随着对抗抗生素耐药性的斗争日益激烈,将丁香和黑胡椒等天然产物纳入抗菌策略可能在保障公共卫生方面发挥关键作用。
方法
植物材料收集与准备
本研究所用的植物材料丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)将从当地知名市场采购,以确保其真实性和质量。采购后,由合格的植物分类学家确认香料的植物学身份,以验证其物种正确性。随后对香料进行彻底清洁,以去除任何杂质。将丁香和黑胡椒粒在阴凉、通风良好的地方晾干,以保存其生物活性化合物。晾干后,使用无菌研磨机将香料研磨成均匀的粉末。将这些粉末状香料储存在室温下密闭容器中,避免阳光直射,直至用于进一步分析。
生物活性化合物提取
为从粉末状香料中提取生物活性化合物,采用了水醇提取和水提取两种方法。对于水醇提取,将每种粉末状香料50克浸泡在250毫升(mL)70%乙醇中。将混合物在室温下连续搅拌24小时,以确保充分提取。搅拌后,使用Whatman No. 1滤纸过滤溶液(16)。然后在减压下使用旋转蒸发器蒸发滤液,得到粗制水醇提取物。对于水提取,将每种粉末状香料50克浸泡在250 mL蒸馏去离子水中。将混合物在60°C下加热1小时,并连续搅拌(16)。冷却后,将滤液冷冻干燥,得到水提取物。将此提取物在4°C下储存于无菌容器中,直至进一步使用。
微生物菌株和培养条件
将选择多种微生物菌株来评估香料提取物的抗菌效果。待测试的细菌菌株包括大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC25922、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)MTCC737和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ATCC251521。此外,还包括真菌菌株,如白色念珠菌(Candida albicans)MTCC1637和黑曲霉(Aspergillus niger)MTCC2544。这些菌株均从微生物菌种保藏中心获得。将细菌菌株接种在营养琼脂平板上,并在37°C下培养24小时;将真菌菌株接种在沙堡氏葡萄糖琼脂平板上,并在28°C下培养48小时,以确保最佳生长条件。
抗菌活性测定
采用纸片扩散法评估提取物的抗菌活性(17)。对于细菌测定,使用无菌Mueller-Hinton琼脂平板;对于真菌测定,使用沙堡氏葡萄糖琼脂平板。将每种微生物菌株调整为0.5 McFarland标准,并均匀涂布在相应琼脂平板的表面,形成生长菌苔。将直径为6毫米的无菌纸片浸渍20微升浓度为100 mg/mL的每种提取物。然后将这些纸片放置在接种的琼脂平板上。将平板在细菌37°C和真菌28°C下分别培养24小时和48小时。培养后,使用数字游标卡尺测量纸片周围的抑菌圈直径,以毫米为单位记录,作为抗菌活性的指标。使用标准抗生素(如细菌用氨苄青霉素30 μg/mL,真菌用氟康唑25 μg/mL)作为阳性对照,蒸馏水作为阴性对照。
最小抑菌浓度(MIC)测定
采用肉汤稀释法测定每种提取物的最小抑菌浓度(18)。在Mueller-Hinton肉汤中为细菌菌株,在沙堡氏葡萄糖肉汤中为真菌菌株,制备每种提取物的系列稀释液,浓度范围为1.25 mg/mL至100 mg/mL。向96孔微量滴定板的每个孔中接种100 μL微生物悬液(10^6 CFU/mL)和100 μL提取物稀释液。将平板在细菌37°C和真菌28°C下培养24~48小时。将MIC定义为抑制可见微生物生长所需的最低提取物浓度。使用GraphPad Prism 8.0版进行统计分析。使用ANOVA确定均值之间的差异,以p < 0.05认为具有显著性。
植物化学分析
定性分析
采用标准方法进行定性植物化学筛选(19),以检测各种生物活性化合物的存在,如生物碱、黄酮类化合物、鞣质、皂苷和酚类化合物(表1)。

表1. 丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)提取物的植物化学成分定性筛选。
生物碱、黄酮类、鞣质、皂苷和酚类化合物的定性检测
为检测生物碱,采用了Dragendorff试验。将提取物与Dragendorff试剂(碘化铋钾溶液)反应,若出现红棕色沉淀,则表明结果呈阳性。此外,还使用了Mayer试剂(碘化汞钾溶液)来确认生物碱的存在,若出现乳白色沉淀则表明存在生物碱。黄酮类化合物通过Shinoda试验进行鉴定。将提取物与镁屑和浓盐酸混合,若黄酮类化合物存在,则会产生粉红色或红色。同时还采用了碱性试剂试验,即向提取物中加入氢氧化钠(NaOH)溶液;若出现强烈的黄色,且在加入稀酸后变黄色消失,则可确认黄酮类化合物的存在。为检测鞣质,进行了氯化铁试验,将提取物与5%氯化铁(FeCl₃)溶液反应,若鞣质存在,则会产生蓝黑色或绿黑色。还进行了明胶试验,将提取物与含有氯化钠(NaCl)的1%明胶溶液混合,若出现白色沉淀则表明存在鞣质。皂苷通过泡沫试验进行鉴定。将提取物与蒸馏水在试管中剧烈摇动,若泡沫持续超过10分钟,则表明存在皂苷。通过溶血试验进一步确认皂苷,即当向血液中加入一滴提取物时,观察是否出现溶血(红细胞破裂)。酚类化合物通过FeCl₃试验进行检测,向提取物中加入5% FeCl₃溶液,若产生深蓝色或黑色,则表明存在酚类化合物。此外,还进行了醋酸铅试验,将提取物与醋酸铅溶液混合,若出现白色沉淀则表明存在酚类化合物。
植物化学成分的定量分析
采用Folin-Ciocalteu法(20)测定提取物中的总酚含量。该方法包括以没食子酸为标准品绘制校准曲线,并将提取物与Folin-Ciocalteu试剂和碳酸钠混合。使用分光光度计在765 nm处测定吸光度,总酚含量以每克提取物中没食子酸当量(GAE)的毫克数表示。总黄酮含量采用氯化铝比色法测定,包括以槲皮素为标准品绘制校准曲线,并将提取物与氯化铝溶液混合。使用分光光度计在415 nm处测定吸光度,总黄酮含量以每克提取物中槲皮素当量(QE)的毫克数表示。通过绘制吸光度与标准溶液浓度的关系图构建校准曲线,并采用线性回归分析获得校准曲线的方程。对于总酚含量,没食子酸的校准曲线方程为𝑦=0.0123𝑥+0.0045,R²值为0.995。对于总黄酮含量,槲皮素的校准曲线方程为𝑦=0.0156𝑥+0.0032,R²值为0.990。通过将样品吸光度值代入相应的校准曲线,对提取物中的总酚和黄酮含量进行定量。采用高效液相色谱(HPLC)对提取物中的主要生物活性化合物进行定量(21)。对于丁香提取物中的丁香酚,将提取物用流动相(水:甲醇,30:70 v/v)稀释并过滤。HPLC分析使用C18柱,流速为1.0 mL/min,检测波长为280 nm,根据标准丁香酚溶液制备的校准曲线对丁香酚含量进行定量。对于黑胡椒提取物中的胡椒碱,将提取物用流动相(乙腈:水,60:40 v/v)稀释并过滤。HPLC分析使用C18柱,流速为1.0 mL/min,检测波长为343 nm,根据标准胡椒碱溶液制备的校准曲线对胡椒碱含量进行定量。对这些植物化学分析结果进行统计分析,以确定提取物中每种化合物的浓度。平均值和标准差根据三次实验计算得出。通过进行定性和定量植物化学分析,本研究提供了丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)中生物活性成分的全面概况。这些分析有助于阐明其抗菌活性相关的化合物,并为将这些香料开发为潜在的抗菌剂提供支持。
乙醇提取物的液相色谱-高分辨率质谱/质谱(LC-HRMS/MS)分析
LC-HRMS/MS分析在配备二元泵、柱温箱、自动进样器和精确质量四极杆飞行时间质谱检测器的Agilent 1200 HPLC系统上进行。分离使用Phenomenex Gemini色谱柱(2 mm × 100 mm,3 μm),流动相为0.1%甲酸水溶液(A)和乙腈(B)。梯度为10–60% B(0–45 min)和90% B(46–50 min),流速为0.3 mL/min,进样体积为3 μL。质谱设置包括电喷雾电离(ESI),正负模式下的高分辨率采集,质荷比(m/z)范围为50–1000,氮气流速为12 L/min,汽化器温度为350°C,雾化器压力为40 psi,毛细管电压为4000 V,偏转器电压为65 V,碎裂器电压为140 V,碰撞诱导解离(CID)能量为40 V。使用MassHunter Workstation 8.0软件采集和分析数据。通过将香料提取物的基峰色谱(BPC)中的光谱数据与文献和在线数据库(如METLIN、KNApSacK、PubChem、NIST)进行比较,进行峰鉴定。
统计分析
计算数据的平均值和标准差(SD)。使用GraphPad Prism 8.0版对数据进行统计分析。均值间的差异通过单因素方差分析(ANOVA)确定。以p < 0.05为差异有统计学意义。
结果
植物材料收集与生物活性化合物制备
为确保原料的真实性和质量,我们从当地知名市场采购了符合标准的丁香和黑胡椒。这些香料在干燥后,使用无菌研磨机进行精细研磨,以获得均匀的粉末(图1A、B)。这些粉末状样品被储存在室温下的密封容器中,避免阳光直射,直至进行进一步分析。这种细致的制备过程确保了样品在后续的植物化学成分分析和抗菌分析中的完整性。

图1 从丁香和黑胡椒中制备和提取生物活性化合物。(A)研磨后的干燥丁香(丁香属芳香植物)。(B)研磨后的干燥黑胡椒(胡椒属植物)。(C)丁香的水提取物。(D)黑胡椒的水提取物。
通过水醇提取法,我们从丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)中获得了浓缩的粗提取物。同样,通过水提取法也获得了大量的水提取物(图1C、D)。这两种提取物均储存在4°C的无菌容器中,以保持其完整性,便于后续分析。提取过程高效,确保了从这两种香料中提取出高含量的生物活性化合物。
抗菌潜力
通过测量抑菌圈直径(毫米)来量化香料提取物的抗菌活性(表2)。结果显示,这两种香料均表现出显著的抗菌潜力。丁香对白色念珠菌MTCC1637和黑曲霉MTCC2544的抑菌活性更高,抑菌圈直径范围为17至18毫米,其次是对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌MTCC737和革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌ATCC251521的抑菌活性,抑菌圈直径范围为15至16.5毫米。在比较两种提取方法时,发现水醇提取物和水提取物之间无显著差异。然而,与标准抗菌药物(细菌用氨苄西林,真菌用氟康唑)相比,这两种提取物的抗菌活性均较低,标准药物的抑菌圈直径更大。

表2. 丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)香料提取物对各种微生物菌株的抗菌活性。
丁香和黑胡椒的最小抑菌浓度(MIC)
采用肉汤稀释法测定了每种提取物的最小抑菌浓度,浓度范围从1.25 mg/mL至100 mg/mL。结果表明,丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)提取物对测试微生物菌株的最小抑菌浓度值均在3 mg/mL至6 mg/mL之间(表3)。丁香提取物的最小抑菌浓度值略低,表明其抗菌效果优于黑胡椒提取物。两种香料的水醇提取物和水提取物之间的最小抑菌浓度值无显著差异。阳性对照(细菌用氨苄西林,真菌用氟康唑)的最小抑菌浓度值显著降低,表明其抗菌效力高于香料提取物。阴性对照蒸馏水对微生物生长无抑制作用(未在表中显示)。这些结果表明,丁香和黑胡椒提取物均具有明显的抗菌性能,且丁香的活性略优。然而,与标准抗菌药物相比,其效力较低。

表3. 丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)香料提取物对各种微生物菌株的最小抑菌浓度(MIC,mg/mL)。
植物化学成分定性分析
对丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)提取物进行的植物化学成分定性筛查结果显示,两者均含有多种生物活性化合物。分析发现,这两种植物中均含有生物碱、黄酮类、鞣质、皂苷和酚类化合物(表4)。这表明两种提取物均含有相当数量的这些生物活性化合物,这些化合物有助于其发挥抗菌作用。对所有测试的生物活性化合物进行的试验均一致显示出两种香料提取物中的阳性结果。

表4. 丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)提取物植物化学成分定性分析结果。
植物化学成分定量分析
丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)提取物的植物化学成分定量分析结果汇总于表5。采用Folin-Ciocalteu法测定提取物的总酚含量,并以每克提取物中毫克数的没食子酸当量(GAE)表示。黄酮类化合物含量采用氯化铝比色法测定,并以每克提取物中毫克数的槲皮素当量(QE)表示。采用高效液相色谱法(HPLC)对主要生物活性化合物进行定量分析,包括丁香提取物中的丁香酚和黑胡椒提取物中的胡椒碱。与黑胡椒提取物相比,丁香提取物含有更高的总酚含量,且水醇提取物的酚含量高于水提取物。这些差异具有统计学显著性(p<0.05)。同样,丁香提取物的总黄酮含量也高于黑胡椒提取物,且水醇提取物的黄酮浓度高于水提取物。丁香的水醇提取物中丁香酚含量高于水提取物。对于黑胡椒,水醇提取物的胡椒碱含量也高于水提取物。这些结果为丁香和黑胡椒中所含生物活性成分提供了全面的概况,支持了其作为抗菌剂的潜在用途。丁香在生物活性化合物含量上略优于黑胡椒,但两种香料均因含有这些化合物而表现出显著的抗菌性能。

表5. 丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)提取物的植物化学成分定量含量。
液相色谱-高分辨质谱/质谱(LC-HRMS/MS)分析
丁香乙醇提取物的LC-HRMS/MS分析结果显示存在多种关键化合物(表6)。这些化合物包括在保留时间为1.3分钟时鉴定出的奎宁酸,以及在2分钟时鉴定出的柠檬酸。丁香提取物中其他值得注意的化合物包括在1.4分钟时的咖啡酰奎宁酸、在3.2分钟时的三-O-没食子酰基-六羟基二苯酰基-己糖、在5.4分钟时的鞣花酸。此外,在9.8分钟时检测到了丁香酸-O-己糖醛酸,在23.8分钟时检测到了金圣草黄素,在24.1分钟时检测到了西瑞香素,在24.6分钟时检测到了三甲基鞣花酸,以及在25.5分钟时检测到了西瑞马汀。在黑胡椒乙醇提取物中,柠檬酸在保留时间为1.8分钟时被鉴定出来。其他重要化合物包括在13.9分钟时的N-阿魏酰酪胺、在20.7分钟时的胡椒亭、以及在25.9分钟时的胡椒灵。胡椒达丁在31.5分钟时被检测出来,而N-异丁基十二碳二烯酰胺在43.2分钟时出现。分析还揭示了去氢胡椒诺酮在38.5分钟时、新胡椒碱B在37.9分钟时、以及短梗霉素A在45.5分钟时的存在。此外,在1.9分钟时发现了羟基苯甲酸,在46.9分钟时发现了几内亚碱,以及在49.1分钟时发现了胡椒瓦卡林。

表6. 基于液相色谱-高分辨质谱/质谱(LC-HRMS/MS)分析的丁香(Syzygium aromaticum)和黑胡椒(Piper nigrum)乙醇提取物中鉴定出的化合物。
讨论本研究旨在探讨丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)提取物的抗菌潜力及植物化学成分。这两种香料之所以被选中,是因为它们在传统医学中有着悠久的历史应用,并且在烹饪中也被广泛应用,特别是在东南亚、印度和非洲部分地区等以丰富使用香料著称的地区。据报道,丁香和黑胡椒均含有具有潜在健康益处的重要生物活性化合物,包括抗菌特性(22)。丁香在传统医学中的应用包括治疗牙痛、消化不良和炎症(23)。黑胡椒则用于治疗便秘、腹泻和心脏病等传统医学病症。本研究选取的微生物菌株包括大肠杆菌(E. coli)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)、铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)、白色念珠菌(C. albicans)和黑曲霉(A. niger)。选择这些生物是因为它们作为与人类感染相关的常见病原体具有临床意义。大肠杆菌和铜绿假单胞菌分别在尿路感染和呼吸道感染中起着重要作用。金黄色葡萄球菌是皮肤感染的主要原因,而其耐甲氧西林菌株(MRSA)给治疗带来了重大挑战。白色念珠菌和黑曲霉分别是引起念珠菌病和曲霉病的真菌病原体(24)。纳入这些病原体为评估香料提取物的抗菌功效提供了广泛范围。抗菌活性测定结果显示,丁香和黑胡椒提取物均表现出显著的抗菌特性。与细菌菌株相比,丁香提取物对白色念珠菌和黑曲霉的抑菌圈更大,表明其具有较强的抗真菌活性。这一发现与以往研究一致,这些研究证明了丁香因其高丁香酚含量而对真菌病原体有效,丁香酚是一种已知具有抗真菌特性的化合物。黑胡椒提取物也表现出显著的抗菌活性,尽管与丁香提取物相比,其抑菌圈略小。先前的研究表明,黑胡椒中的主要生物活性化合物胡椒碱有助于其抗菌作用(25)。然而,本研究发现,黑胡椒提取物的总体功效低于丁香提取物,尤其是对真菌菌株。两种香料提取物对所有测试微生物菌株的最小抑菌浓度(MIC)值范围均为3 mg/mL至6 mg/mL。与黑胡椒相比,丁香提取物的MIC值略低,表明其抗菌效果更佳。这些结果与以往报道的丁香和黑胡椒提取物对各种病原体的MIC范围相似的研究结果相一致。然而,与氨苄西林和氟康唑等标准抗菌药物相比,两种香料提取物的MIC值均较高,凸显了传统抗生素的更强效力。定性和定量植物化学成分分析证实,两种香料中均存在生物活性化合物,如生物碱、黄酮类、鞣质、皂苷和酚类化合物(26)。丁香提取物的总酚和黄酮含量高于黑胡椒。这与其他研究一致,这些研究强调了丁香丰富的酚类成分,这有助于其强大的抗菌和抗氧化活性。高效液相色谱法(HPLC)定量分析了主要生物活性化合物,结果显示丁香的水醇提取物中丁香酚含量较高,而黑胡椒的水醇提取物中胡椒碱含量较高。丁香中的酚类化合物丁香酚以其广谱抗菌活性而闻名,包括抑制细菌和真菌生长。黑胡椒中的胡椒碱已被证实可破坏微生物膜并抑制微生物必需酶。我们的发现与几项先前探索丁香和黑胡椒抗菌特性的研究相一致。例如,Nzeako等人(27)报道了丁香油对念珠菌属具有相似的抗菌活性。Dorman和Deans(28)的另一项研究证实了包括丁香和黑胡椒在内的香料精油对各种病原体的抗菌效果。然而,不同研究中观察到的MIC值差异可能是由于提取方法、所用微生物菌株以及香料成分的地域差异所致。值得注意的是,虽然这两种香料均表现出抗菌特性,但其功效通常低于标准抗生素,这表明这些香料可能更适合作为辅助而非主要抗菌药物。本研究存在几个局限性。首先,所使用的提取方法可能未能完全捕获香料中存在的所有生物活性化合物。不同的提取技术和溶剂可能会产生不同的结果,从而影响整体的抗菌效果。其次,仅测试了有限数量的微生物菌株。扩大病原体范围可以更全面地了解这些香料的抗菌潜力。第三,本研究未探索香料提取物与传统抗生素联合使用的协同作用,这可能会揭示出更强的抗菌活性。最后,体外条件不能完全复制体内环境,因此结果可能不能直接转化为临床应用。
结论
本研究对丁香(S. aromaticum)和黑胡椒(P. nigrum)提取物的抗菌潜力及植物化学成分进行了综合分析。结果表明,这两种香料均含有大量生物活性化合物,特别是酚类和黄酮类,这些化合物有助于其抗菌特性。由于酚类和黄酮类含量较高,丁香表现出的抗菌活性略优于黑胡椒。然而,与标准抗菌药物相比,两种香料的功效均较低。这些发现支持了丁香和黑胡椒提取物作为天然抗菌药物,特别是与传统治疗结合使用的潜力。未来有必要进一步研究这些香料提取物与抗生素的协同作用及其在食品保鲜和替代医学中的潜在应用。

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