《Food Chemistry Advances》：Phytochemical Properties, FTIR, Antibacterial Activity, And Molecular Docking of Ginger (
Zingiber Officinale) And Garlic (
Allium Sativum) Extracts Against Selected Bacteria
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食源性疾病和抗生素耐药性的日益流行凸显了对有效天然抗菌剂的需求。本研究评估了姜（Zingiber officinale）和大蒜（Allium sativum）提取物对从即食胡萝卜中分离的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和产酸克雷伯菌
食源性疾病和抗生素耐药性的日益流行凸显了对有效天然抗菌剂的需求。本研究评估了姜（Zingiber officinale）和大蒜（Allium sativum）提取物对从即食胡萝卜中分离的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和产酸克雷伯菌（Klebsiella oxytoca）的抗菌活性。采用琼脂孔扩散法进行抗生素敏感性测试，同时进行了植物化学分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析及活性化合物的分子对接研究。在所有浓度下，大蒜的抑菌圈均显著大于生姜。植物化学分析显示，两种提取物均含有生物活性化合物，包括黄酮类、萜类、鞣质和蛋白质，且大蒜提取物中的含量更高。FTIR光谱验证了与抗菌作用相关的官能团。在针对金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌的分子对接评估中，五种测试化合物中的化合物5（shogaol）表现出最强的双物种结合亲和力（分别为?6.04和?6.67 kcal/mol），接近产酸克雷伯菌的参考配体（?6.90 kcal/mol）。化合物5被推荐作为广谱抗菌药物开发的先导化合物。总之，大蒜表现出优于生姜的抗菌潜力。本研究为未来利用这些天然提取物的治疗特性进行药物开发提供了支持。
一、研究背景与意义
即食（RTE）果蔬产品因便捷、健康且不含添加剂的特点，近年来市场需求呈爆发式增长。然而，这类产品因加工处理程度低且无需烹饪即可直接食用，在操作、包装或储存过程中极易受到微生物污染。胡萝卜、黄瓜等即食果蔬尤其容易受到病原微生物的侵袭。金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和产酸克雷伯菌（Klebsiella oxytoca）是两类重要的条件致病菌，前者为革兰氏阳性球菌，常定植于人类皮肤和鼻黏膜，可引起食物中毒；后者为革兰氏阴性肠杆菌科细菌，是医院环境中败血症、肺炎和泌尿道感染的常见病原体。两类细菌均表现出日益严重的多重耐药性（AMR），传统抗生素的疗效不断下降，耐药机制包括外排泵、酶降解和靶位点突变等。因此，寻找植物来源的天然抗菌剂成为替代疗法的重要方向。大蒜（Allium sativum）和生姜（Zingiber officinale）作为常见调味香料，含有大蒜素（allicin）、姜辣素（gingerol）和姜烯酚（shogaol）等生物活性化合物，具有广谱抗菌特性，可通过破坏细菌膜、抑制群体感应和干扰DNA旋转酶活性等机制发挥抗菌作用。然而，这些化合物精确的分子作用机制，特别是对细菌外排泵的调节和靶点相互作用，仍缺乏深入研究。为此，本研究采用体外实验和计算机模拟（in silico）相结合的方法，系统评估大蒜和生姜提取物对从即食水果中分离的金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌的抗菌活性，并通过分子对接技术预测关键植物化学化合物与细菌蛋白靶点的结合亲和力，为开发新型天然抗菌药物提供科学依据。
二、主要技术方法
研究在尼日利亚鲍文大学（Bowen University）微生物学专业开展。细菌菌株（金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌）分离自即食水果（胡萝卜），来自该实验室的保藏菌种库，经革兰氏染色和生化试验（过氧化氢酶、吲哚、MR、VP、乳糖和甘露醇发酵试验）鉴定确认。新鲜大蒜鳞茎和生姜块茎购自拉各斯州伊科通市场。采用水提法制备100%浓度的提取物，并以无菌蒸馏水稀释制备75%、50%和25%浓度。植物化学分析按照Sofowora等（1993）的方法进行定性检测。FTIR光谱采用Cary 630 Agilent Technologies仪器采集。抗菌活性通过Kirby-Bauer纸片扩散法测定，以环丙沙星为阳性对照、无菌蒸馏水为阴性对照。分子对接使用分子操作环境（MOE）软件，采用诱导契合对接方法，受体蛋白为金黄色葡萄球菌谷氨酰胺转酰胺酶GatD（PDB ID: 5N9M）和产酸克雷伯菌肠毒素Tilimycin（PDB ID: 6VHW），均从蛋白质数据库（Protein Data Bank）获取。
三、研究结果
3.1 植物化学筛选结果
植物化学分析显示，大蒜水提物中蛋白质和氨基酸含量丰富（+++），黄酮类、萜类和酚类含量中等（++），鞣质、皂苷和醌类含量较低（+）。生姜水提物中脂肪和油类以及酚类含量中等（++），皂苷和黄酮类含量较低（+）。蛋白质、氨基酸、鞣质、醌类、萜类和植物甾醇存在于大蒜提取物中但在生姜提取物中缺失。两种提取物中均未检测到还原糖、蒽醌类和生物碱。该结果表明大蒜含有更丰富的生物活性化合物种类，为其更强的抗菌活性提供了物质基础。
3.2 FTIR光谱分析结果
FTIR分析确认了大蒜和生姜提取物中多种与抗菌活性相关的官能团。大蒜提取物在3304.3 cm?1处出现宽峰，对应O-H伸缩振动，表明存在醇类和酚类羟基化合物；在2176.8 cm?1和2133.9 cm?1处的吸收峰分别对应C≡N伸缩（腈类）和C≡C伸缩（末端炔烃）；1636.3 cm?1处的峰对应C=C伸缩或酰胺区域；1026.9 cm?1处的峰对应C-O伸缩/环振动，表明存在醇类、醚类、碳水化合物和糖苷。生姜提取物在3285.6 cm?1处的宽吸收带归因于O-H/N-H伸缩振动，表明存在酚类、醇类、胺类和蛋白质；2929.7 cm?1处的峰对应C-H不对称/对称伸缩振动，表明存在烷烃、亚甲基、萜类和脂类；2020.2 cm?1处的峰为芳香族或共轭化合物的组合带/泛频带；1638.2 cm?1处对应C=C伸缩/胺类；1457.4 cm?1处对应CH2弯曲振动；1340.0 cm?1处对应C-H弯曲/S=O伸缩；1149.9 cm?1处对应C-N/C-O伸缩，表明存在胺类、醇类、醚类和糖苷；1077.2 cm?1处对应C-O、C-O-C伸缩，表明存在醇类、碳水化合物和糖苷；997.1 cm?1处对应C-O、C-C伸缩，表明存在多糖。这些官能团的存在与提取物的抗氧化和抗菌活性密切相关。
3.3 抗生素敏感性试验结果
抗菌活性测定结果显示，大蒜提取物对两种测试菌株的抑制活性均显著高于生姜提取物，且活性呈浓度依赖性。大蒜提取物对金黄色葡萄球菌在25%、50%、75%和100%浓度下的抑菌圈直径分别为24、34、35和38 mm，对产酸克雷伯菌分别为17、20、22和26 mm。单因素方差分析（ANOVA）确认大蒜对两种细菌的活性均具有显著的浓度依赖性（p < 0.05）。生姜提取物对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径在相同浓度梯度下分别为4、5、7和11 mm（p < 0.05），对产酸克雷伯菌分别为5、6、9和10 mm（p > 0.05），后者未达到统计学显著性。环丙沙星阳性对照对金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌的抑菌圈分别为18 mm和20 mm。大蒜提取物在100%浓度下对金黄色葡萄球菌的抑菌圈（38 mm）甚至超过了环丙沙星（18 mm），显示出优异的抗菌潜力。
3.4 计算机模拟分子对接结果
分子对接研究评估了五种化合物（大蒜素、姜辣素、阿霍烯、二烯丙基硫化物和姜烯酚）与金黄色葡萄球菌GatD蛋白和产酸克雷伯菌Tilimycin蛋白的结合亲和力。参考配体（环丙沙星）对金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌的结合能分别为?7.76和?6.90 kcal/mol，表现出最强的结合稳定性。在五种测试化合物中，化合物5（姜烯酚，shogaol）表现最优，对金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌的结合能分别为?6.04和?6.67 kcal/mol，其中对产酸克雷伯菌的结合亲和力最接近参考配体。姜烯酚与GLU 299形成氢键相互作用（3.12 ?，?2.2 kcal/mol），并与PHE 274形成π-H相互作用。化合物2（姜辣素，gingerol）对产酸克雷伯菌也表现出较好的结合亲和力（?6.26 kcal/mol），但缺乏多样化的相互作用。化合物4（二烯丙基硫化物）结合能最弱（?4.39和?4.25 kcal/mol），表明其抑制潜力有限。分子对接结果表明，姜烯酚具有作为广谱抗菌药物先导化合物的潜力。
四、讨论与结论
研究讨论部分指出，即食果蔬中分离出金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌与尼泊尔加德满都和赞比亚卢萨卡地区的相关研究结果一致，表明卫生习惯、环境条件和食品处理方式等因素可能导致水果中细菌的存在。大蒜提取物表现出的优异抗菌性能归因于其富含大蒜素、阿霍烯和二烯丙基硫化物等具有明确抗菌特性的生物活性化合物。生姜提取物活性较低可能与其活性成分在体外对测试菌株无效或浓度不足有关。两种提取物的抗菌活性可归因于黄酮类、酚类、皂苷、姜辣素、姜烯酚和大蒜素等生物活性植物化学物质，这些化合物通过膜破裂、酶抑制和外排泵调节等多重机制发挥作用，与标准抗生素的作用机制显著不同，有助于降低耐药性的产生。分子对接结果表明，尽管没有测试化合物在结合亲和力上超过参考配体，但姜烯酚表现出有前景的相互作用，可通过进一步优化开发。研究结论指出，金黄色葡萄球菌和产酸克雷伯菌对生姜和大蒜提取物敏感，但对环丙沙星的敏感性较低，表明这些植物具有抗菌活性，可作为开发治疗这些感染性微生物药物的活性抗菌剂来源。分子对接显示姜烯酚表现出最有利的结合亲和力，接近参考配体，其余化合物也表现出有前景的相互作用，可作为进一步药物开发的候选化合物。研究的局限性在于未对已鉴定的植物化学物质进行释放特性指数（RPI）评估，且对接分析缺乏分子动力学（MD）模拟，建议未来工作通过计算机模拟、体外和体内方法评估这些植物化学物质的药代动力学、分布和生物利用度，并通过分子动力学模拟进一步验证对接结果的稳定性。
