laboratorium przemysłowe | temat numeru MIKROBIOLOGIA
dr inż. Paweł Satora
Katedra Technologii Fermentacji
i Mikrobiologii Technicznej
Akademia Rolnicza w Krakowie
Przyprawy
 z
ródło środków antybiotycznych
Streszczenie Summary
Przyprawy są produktami roślinnymi pochodzenia krajowego lub Spices have been defined as plant substances from indigenous or
zagranicznego, charakteryzujÄ…cymi siÄ™ intensywnym aromatem exotic origin, aromatic or with strong taste, used to enhance the
i smakiem, wykorzystywanymi do poprawiania cech sensorycznych taste of foods. They include different chemical compounds that
żywności. W swoim składzie zawierają liczne związki chemiczne, have been shown to exhibit antibacterial, antiviral, antimycotic,
mogące wykazywać aktywność przeciwbakteryjną, przeciwwiru- antitoxigenic, antiparasitic and insecticidal properties. In the
sową, przeciwgrzybową, przeciwtoksygenną, przeciwpasożytni- article isolation methods of antimicrobial substances from plant
czą i owadobójczą. W artykule zaprezentowano metody izolacji raw material and their antimicrobial properties analysis were
substancji antybiotycznych z surowca roślinnego oraz badanie presented. The mechanisms of action of selected antimicrobial
ich właściwości antybiotycznych. Opisano również mechanizmy compounds of spices like allicin, eugenol, thymol, carvacrol and
działania najlepiej poznanych obecnie składników przeciwmi- others were also shown.
krobiologicznych przypraw, takich jak allicyna, eugenol, tymol,
karwakrol i inne.
SÅ‚owa kluczowe Key words
przyprawy, właściwości antybiotyczne, allicyna, eugenol, tymol spices, antimicrobial properties, allicin, eugenol, thymol
W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie nowymi naturalnymi środ- że właściwości lecznicze konserwujące i przeciwutleniające przypraw
kami antybiotycznymi, które mogłyby znalez
ć zastosowanie zarówno są dobrze znane, obecnie stosowane są przede wszystkim do poprawy
w medycynie, jak i podczas konserwowania artykułów spożywczych. właściwości organoleptycznych produktów żywnościowych. Aktywne
Szczególną uwagę poświęca się produktom roślinnym, charakteryzującym związki przypraw zaliczane są do grupy naturalnie występujących
się właściwościami bakterio- i grzybobójczymi. Rośliny zawierają liczne konserwantów żywności, a ich dodatek do produktów spożywczych
substancje, które mogą kształtować jakość produktów żywnościowych, regulują odpowiednie rozporządzenia. Niektórzy naukowcy podkre-
a ponadto ogólnie uważa się je za bezpieczne (ang. GRAS  generally ślają możliwość wykorzystania przypraw i ich pochodnych w ramach
recognized as safe) dla konsumentów. Obserwacja interakcji biologicznych alternatywnego, nowego systemu konserwowania żywności, określanego
pomiędzy mikroorganizmami a produktami roślinnymi jest cennym mianem  naturalnego systemu przeciwmikrobiologicznego , który ma
z
ródłem informacji o nowych i skutecznych substancjach antybiotycz- wykorzystywać synergistyczny efekt związków antybiotycznych pocho-
nych. Substancje te, w porównaniu do substancji stosowanych konwen- dzenia zwierzęcego, roślinnego i/lub mikrobiologicznego.
cjonalnie, mogą odznaczać się odmiennym mechanizmem działania na
komórki mikroorganizmów. W wyniku metabolizmu wtórnego rośliny Badanie aktywności
syntetyzują liczne związki o złożonej strukturze molekularnej, z których przeciwmikrobiologicznej związków in vitro
część wykazuje właściwości przeciwmikrobiologiczne. W grupie tych Każda część rośliny może zawierać aktywne składniki. Korzenie żeń-
metabolitów wtórnych znajdują się alkaloidy, flawonoidy, izoflawonoidy, -szeń zawierają aktywne saponiny i olejki eteryczne. Najcenniejszym
taniny, kumaryny, glikozydy, terpeny oraz związki fenolowe. surowcem zielarskim eukaliptusa ze względu na obecność dużych
Właściwości antybiotyczne przypraw są szeroko opisywane w litera- ilości tanin i olejków eterycznych są liście. Niektóre drzewa, takie jak
turze i zostały dobrze udokumentowane w ostatnich latach. Cieszą się topola balsamiczna, zawierają pożyteczne substancje zarówno w korze,
również rosnącym zainteresowaniem. Ponieważ przyprawy należą do w liściach, jak i w korzeniach.
naturalnych produktów roślinnych, ich dodatek do żywności jest ak- Analiza aktywności przeciwmikrobiologicznej surowca roślinnego
ceptowany przez konsumentów, w przeciwieństwie do licznych środków rozpoczyna się zwykle od ekstrahowania substancji biologicznie
syntetycznych. Od dawna uważa się, że przyprawy stabilizują żywność czynnych, początkowo z użyciem wody lub alkoholi, a następnie
i ograniczają jej psucie mikrobiologiczne. Aktywność antybiotyczna różnych rozpuszczalników organicznych. Ponieważ niemal wszystkie
przypraw zależy od kilku czynników, m.in.: rodzaju przyprawy, jej składu identyfikowane komponenty roślin wykazujące działanie antybiotyczne
i stężenia, gatunku mikroorganizmu, na który ma działać, poziomu są związkami organicznymi aromatycznymi lub nasyconymi, najczę-
zakażenia, składu produktu żywnościowego oraz warunków jego prze- ściej są otrzymywane poprzez ekstrakcję etanolem lub metanolem.
twarzania i przechowywania. Przyprawy są definiowane jako substancje W rzeczywistości niezwykle istotna jest ekstrakcja frakcjonowana wodą,
roślinne pochodzenia krajowego lub zagranicznego, charakteryzujące ponieważ niektóre związki w niej rozpuszczalne, takie jak polisacharydy
się intensywnym aromatem i smakiem, wykorzystywane do poprawiania (np. skrobia) i polipeptydy (fabatyna, różne pektyny) skutecznie inhi-
cech sensorycznych żywności. Jako przypraw używa się liści (liść laurowy, bują adsorpcję związków antybiotycznych do patogenów (szczególnie
mięta, rozmaryn, kolendra, oregano), kwiatów (goz
dziki), cebuli (czo- wirusów). W fazie wodnej sporadycznie wykrywane są również taniny
snek, cebula), owoców (kminek, czerwone chili, czarny pieprz), łodyg i terpenoidy, dużo częściej izolowane są jednak po zastosowaniu
(kolendra, cynamon), korzeni (imbir) i innych części roślin. Pomimo rozpuszczalników mniej polarnych.
Laboratorium | 6/2007
36
temat numeru MIKROBIOLOGIA | laboratorium przemysłowe
Jak już zostało wspomniane, do najczęstszych metod pozyskiwania
substancji antybiotycznych z roślin należy ekstrakcja alkoholem. Cały
proces rozpoczynany jest od wysuszenia poszczególnych części roślin,
zmielenia ich, a następnie nasączenia metanolem lub etanolem przez
długi okres czasu. Zawiesinę filtruje się następnie i przemywa, po czym
suszy przy obniżonym ciśnieniu i rozpuszcza ponownie w alkoholu
do wymaganego stężenia. Kiedy do ekstrakcji używana jest woda,
rośliny są z reguły nasączane wodą destylowaną, suszone na bibule,
miksowane, a całość poddawana jest sączeniu. Filtrat może być wiro-
wany (okoÅ‚o 20 000×g przez 30 minut) kilkakrotnie dla sklarowania.
Uzyskany w ten sposób ekstrakt wykorzystuje się do badań właściwości
bakterio- i grzybobójczych z użyciem metody krążkowo-dyfuzyjnej,
rozcieńczania bulionem lub do różnych oznaczeń stosowanych do
określania aktywności przeciwwirusowej.
Chemicy organicy zajmujÄ…cy siÄ™ produktami naturalnymi oczysz-
czają aktywne składniki, na przykład za pomocą technik podziału
pomiędzy różne rozpuszczalniki. Chemiczna struktura uzyskanego
materiału może być następnie analizowana przy wykorzystaniu metod
chromatograficznych, bioautografii, oznaczeń radioimmunologicz-
nych, różnych metod identyfikacji struktury oraz nowszych technik,
takich jak spektrometria masowa, HPLC, elektroforeza kapilarna,
spektroskopia magnetycznego rezonansu jÄ…drowego i krystalografia
z użyciem promieniowania X.
Analiza właściwości przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybowych
roślin może być wykonywana zarówno na czystych substancjach,
jak i ekstraktach surowych. Do dwóch najczęściej wykorzystywanych
metod określania wrażliwości na dany czynnik antybiotyczny należą
metoda rozcieńczeń w bulionie oraz testy krążkowo- lub studzienko-
wo-dyfuzyjne. Czasami stosowane jest również oznaczenie metodą
rozcieńczeń w agarze. W niektórych przypadkach, w celu wykrycia
obecności związków fotochemicznych uwrażliwiających mikroorga-
nizmy na światło, zaszczepione płytki lub probówki poddawane są
działaniu promieniowania UV.
Podczas kiełkowania zarodników grzybów można analizować do-
datkową aktywność fitochemikaliów. Ekstrakty roślinne lub czyste
substancje dodawane są do zarodników grzybowych zebranych z kul-
tury rosnącej na podłożu stałym, umieszczane na szklanych szkiełkach
i inkubowane w odpowiedniej temperaturze (zwykle 25°C) przez
24 godziny. Szkiełka są następnie barwione laktofenolem z błękitem
metylenowym i obserwowane mikroskopowo w celu stwierdzenia
kiełkowania zarodników. Po wstępnej selekcji substancje chemiczne
i ekstrakty pochodzenia roślinnego mogą być poddawane dokładniej-
szym badaniom. Na kolejnym etapie wykorzystuje siÄ™ bardziej specy-
ficzne podłoża, a wartości najmniejszego stężenia hamującego (MIC)
danego związku porównywane są z szeroką gamą wykorzystywanych
obecnie antybiotyków.
Do określania przeciwwirusowej aktywności roślin wykorzystuje się
kilka metod. Określa się przede wszystkim efekty cytopatologiczne,
zdolność do tworzenia płytki, transformacji lub namnażania się
na liniach komórkowych. Replikacja wirusów może być określana
poprzez wykrycie produktów wirusowych, takich jak DNA, RNA
lub polipeptydy. Należy nadmienić, że oznaczenia przeciwwirusowe
często uwzględniają substancje aktywne, które zapobiegają adsorpcji
mikroorganizmu do komórki gospodarza.
Badanie wpływu ekstraktów roślinnych na pierwotniaki i robaki
pasożytnicze może być bardziej skomplikowane od analizy działania
przeciwbakteryjnego, przeciwgrzybowego i przeciwwirusowego. Wzrost
tych organizmów jest często złożony i dużo wolniejszy. Oznaczenia
są zwykle specyficzne dla danego mikroorganizmu. Przykładem może
Laboratorium | 6/2007
37
37
laboratorium przemysłowe | temat numeru MIKROBIOLOGIA
Rysunek 1. Tworzenie allicyny podczas miażdżenia ząbka czosnku
być oznaczenie efektywności związków przeciwko rozwojowi pierwot- wykorzystywano również podczas kilku epidemii, m.in. tyfusa, cholery,
niaka świdrowca nagany (Trypanosoma brucei), składające się z dwóch dyfterytu i gruz
licy. Ostatnio uwaga skierowana jest na właściwości
etapów. Pierwsze obejmuje ekspozycje 66-godzinnej kultury tkankowej przeciwnowotworowe czosnku, zwłaszcza po opublikowaniu badań
świdrowca na różne stężenia ekstraktów, a następnie określanie MIC epidemiologicznych prowadzonych w Chinach, wykazujących obniże-
(w tym przypadku definiowanego jako najniższe stężenie, które całko- nie ryzyka raka żołądka wraz ze wzrostem spożycia czosnku. Zjawisko
wicie hamuje rozwój świdrowca) przy użyciu mikroskopu inwersyjnego. to związane jest ze zdolnością do redukowania stężenia azotynów
Drugą z metod jest oznaczenie fluorescencyjne żywotności świdrowca w przewodzie pokarmowym. Większość ze wspomnianych efektów
w studzienkach płytek Microtiter. biologicznych związanych jest z obecnością lotnych związków siarki,
charakterystycznych dla roślin z rodzaju Allium, które nadają im ostry
Aktywność przeciwmikrobiologiczna smak i aromat.
siarkowych związków organicznych Związek odpowiedzialny za właściwości przeciwbakteryjne rozgnie-
czosnku i cebuli cionego czosnku został odkryty w 1944 roku i okazał się utlenionym
Od starożytności czosnek (Allium sativum) i cebula (Allium cepa) związkiem siarki, nazwanym allicyną od łacińskiej nazwy czosnku (Al-
używane były jako popularne składniki żywności, stosowane podczas lium sativum). Czysta allicyna jest substancją lotną, słabo rozpuszczalną
leczenia wielu chorób. Pierwsza wzmianka na temat tych roślin w wodzie, o typowym zapachu roztartego czosnku. Zagadka związana
znaleziona została w Kodeksie Ebersa z 1550 roku p.n.e., egipskim z obecnością allicyny w zgniecionym, a jej braku  w nieuszkodzonym
papirusie medycznym dotyczącym terapeutycznych zastosowań ząbku czosnku, została rozwiązana przez Stolla i Seebecka, którzy
czosnku i cebuli, jako użytecznych remediów na liczne schorzenia, wyizolowali, zidentyfikowali i zsyntetyzowali utleniony aminokwas siar-
takie jak: choroby serca, ból głowy, ukąszenia, robaki i guzy nowotwo- kowy, obecny w dużych ilościach w czosnku i nazwany alliiną. Alliina
rowe. Ząbki czosnku odkryto w grobowcu Tutanhamona i w świętej okazała się stabilnym prekursorem, z którego pod wpływem enzymu
podziemnej świątyni byków w Saqqara (Egipt). Egipcjanie za pomocą allinazy tworzy się allicyna (rys. 1). Przekształcanie alliiny do aktywnej
czosnku i cebuli wspomagali swoją odporność i przyjmowali duże ich biologicznie cząsteczki allicyny podczas rozgniatania ząbka czosnku
ilości. Surowe rośliny podawano astmatykom i ludziom cierpiącym na jest niezwykle szybkie i kończy się w ciągu kilku sekund. Allinaza jest
problemy oskrzelowo-płucne. W póz
niejszym okresie rośliny te były liazą składającą się z dwóch podjednostek i obecną w niezwykle dużych
znane Grekom i Rzymianom, którzy wykorzystywali je jako ważne ilościach w czosnku (prawie 10% wszystkich białek). Stwierdzono dużą
środki lecznicze. homologię pomiędzy allinazą czosnku i cebuli, jednakże w cebuli
Obecnie, oprócz zastosowań kulinarnych, przedstawiciele rodzaju zamiast aminokwasu alliiny obecne są dihydroalliina, metyloalliina
Allium stanowiÄ… bogate z
ródło fitonutraceutyków, przydatnych podczas i cykloalliina, a w miejsce allicyny występują jej odpowiednie pochodne.
leczenia lub zapobiegania licznym chorobom, w tym rakowi, choro- Zarówno alliina, jak i allinaza, zlokalizowane są na całej powierzchni
bom wieńcowym serca, otyłości, hipercholesterolemii, cukrzycy typu ząbka czosnku i spełniają rolę ochronną przeciwko mikroorganizmom
2, nadciśnieniu, katarakcie i zaburzeniom układu pokarmowego. patogennym z gleby. Atak grzybów lub innych patogenów glebowych
Rodzaj Allium jest największym i najważniejszym przedstawicielem na cebulkę czosnku rozpoczyna się od zniszczenia błony zawierającej
rodziny Alliaceae i obejmuje 450 gatunków, szeroko rozpowszechnio- zarówno enzym, jak i jego substrat. Powoduje to interakcję pomiędzy
nych na półkuli północnej. Poza wspominanymi czosnkiem i cebulą, alliiną a allinazą, w wyniku czego gwałtownie powstaje allicyna, która
na szerszą skalę uprawianych i wykorzystywanych jest w celach kulinar- inaktywuje intruza. Reaktywne cząsteczki allicyny mają bardzo krótki
nych kilka innych gatunków, m.in. por (Allium porrum), czosnek dęty okres półtrwania, ponieważ reagują z wieloma białkami otoczenia,
(Allium fistulosum), szalotka (Allium ascalonicum), czosnek niedz
wiedzi w tym z allinazą, czyniąc z niej enzym quasi-samobójczy. Ten bardzo
(Allium ursinum), por dziki (Allium ampeloprasum), szczypiorek (Allium sprawny system powoduje, że mechanizm obronny jest uruchamiany
schoenoprasum), czosnek bulwiasty (Allium tuberosum) i inne. jedynie na małym obszarze i przez krótki czas, podczas gdy pozostałe
Pierwsze naukowe doniesienia na temat leczniczych właściwości części alliiny i allinazy pozostają w stanie niezmienionym i są dostępne
tych roślin pochodzą z drugiej połowy XIX wieku, kiedy Louis Pasteur na wypadek kolejnego ataku mikroorganizmów. Co więcej, ponieważ
wykazał antybakteryjne właściwości czosnku. W latach 30. XX wieku duże ilości allicyny mogą być również toksyczne dla tkanek i enzymów
czosnek stosowany był przez Alberta Schweitzera przy zwalczaniu roślinnych, ograniczona ich produkcja i czas działania minimalizują
czerwonki pełzakowatej w Afryce. Jego właściwości terapeutyczne potencjalne samoistne uszkodzenia rośliny.
Laboratorium | 6/2007
38
temat numeru MIKROBIOLOGIA | laboratorium przemysłowe
Przyprawa Nazwa łacińska Główne komponenty Zawartość
linaool 26%
Kolendra Coriandrum sativum
E-2-dekanal 20%
Cinnamomum aldehyd
Cynamon 65%
zeylandicum trans-cynamonowy
karwakrol do 80%
tymol do 64%
Oregano Origanum vulgare
Å‚-terpinen 2-52%
p-cymen do 52%
Ä…-pinen 2-25%
Rosmarinus octan bornylu 0-17%
Rozmaryn
officinalis kamfora 2-14%
1,8-cineol 3-89%
kamfora 6-15%
Ä…-pinen 4-5%
SzaÅ‚wia Salvia officinalis ²-pinen 2-10%
1,8-cineol 6-14%
Rysunek 2. Wybrane lotne związki aromatyczne przypraw o działaniu ą-tujon 20-42%
antybiotycznym
Syzygium eugenol 75-85%
Goz
dziki
aromaticum octan eugenolu 8-15%
tymol 10-64%
Allicyna wykazuje szerokie spektrum działania na mikroorganizmy.
karwakrol 2-11%
Tymianek Thymus vulgaris
Stwierdzono aktywność zarówno przeciwko bakteriom Gram-dodatnim,
Å‚-terpinen 2-31%
jak i ujemnym, należącym m.in. do rodzajów Escherichia, Salmonella, p-cymen 10-56%
Tabela 1. Główne komponenty wybranych przypraw, które wykazują
Staphylococcus, Streptococcus, Klebsiella, Proteus, Bacillus i Clostridium, a także
właściwości przeciwbakteryjne
kwasoodpornym bakteriom, takim jak Mycobacterium tuberculosis. Ekstrakty
z czosnku zapobiegają również tworzeniu enterotoksyn gronkowcowych
ZwiÄ…zek Gatunek bakterii MIC (µl·ml-1)
typu A, B i C1 oraz termonukleazy. Ciekawą sprawą jest również fakt,
Escherichia coli 0,225-5
Salmonella typhimurium 0,225-0,25
że mikroorganizmy niezwykle trudno wykształcają oporność przeciwko
Karwakrol
Staphylococcus aureus 0,175-0,450
temu związkowi. Przyjmuje się, że rozwój oporności na antybiotyki
Listeria monocytogenes 0,375-5
beta-laktamowe pojawia się 1000 razy łatwiej niż na allicynę. E. coli 0,5
S. typhimurium 0,5
Ekstrakty czosnku wykazują również silne działanie przeciwgrzy-
Citral
Staph. aureus 0,5
bowe, przeciwpasożytnicze i przeciwwirusowe. Produkt kondensacji
L. monocytogenes 0,5
E. coli 1,0
allicyny  ajoen  ma dużo silniejsze działanie przeciwwirusowe niż
Eugenol S. typhimurium 0,5
allicyna. Wykryto, że ajoen blokuje również procesy związane z funk-
L. monocytogenes >1,0
cjonowaniem białek receptorowych  integryn, u osób zakażonych
E. coli 0,5
Geraniol S. typhimurium 0,5
wirusem HIV.
L. monocytogenes 1,0
Mechanizm działania mikrobiologicznego allicyny polega na inhibicji
E. coli 0,225-0,45
niektórych enzymów zawierających grupy tiolowe w mikroorganizmach.
S. typhimurium 0,056
Tymol
Staph. aureus 0,140-0,225
Allicyna reaguje z modelowym zwiÄ…zkiem zawierajÄ…cym grupÄ™ tiolowÄ…
L. monocytogenes 0,450
(L-cysteinÄ…), tworzÄ…c produkt  S-allilomerkaptocysteinÄ™. Produkty tiolacji
Tabela 2. Minimalne stężenie hamujące (MIC) dla wybranych związków,
sÄ… wykrywane za pomocÄ… rezonansu magnetycznego jÄ…dra lub spektro-
będących komponentami olejków eterycznych różnych przypraw
skopii mas. W przypadku pierwotniaka ameby allicyna silnie blokuje
aktywność proteinaz cysteinowych, dehydrogenaz alkoholowych, jak rów- występujące nawet w małych ilościach mogą niezwykle silnie wpływać na
nież reduktaz tioredoksyn, które odpowiedzialne są za utrzymanie wła- aktywność przeciwbakteryjną ekstraktów roślinnych, prawdopodobnie
ściwego redoksu w komórce pierwotniaka. Inhibicja tych enzymów była w wyniku efektu synergistycznego z innymi komponentami. Generalnie
obserwowana już przy bardzo niskich stężeniach zwiÄ…zku (<10 µg/ml). przyjmuje siÄ™, że aktywność przeciwbakteryjna wÅ›ród lotnych skÅ‚adników
Przy stężeniach dziesiÄ™ciokrotnie wyższych (> 100 µg/ml) allicyna może przypraw zmniejsza siÄ™ w szeregu: eugenol> karwakrol/kwas cynamonowy
być również toksyczna dla komórek ssaków. Zróżnicowane oddziaływanie > metylochawikol > aldehyd cynamonowy > citral/geraniol.
na komórki mikroorganizmów i zwierząt wyższych należy tłumaczyć Mechanizm aktywności antybiotycznej poszczególnych związków
znacznie wyższym stężeniem glutationu w komórkach drobnoustrojów. lotnych przypraw jest różny. Przyjmuje się, że jedną z ważniejszych cech
Allicyna może również deaktywować inne enzymy bakteryjne, takie jak jest ich hydrofobowość, która umożliwia im oddziaływanie na lipidy
kinazę octanową i syntetazę fosfotransacetylo-CoA, a nawet polimerazę błon komórkowych i mitochondriów, w wyniku czego zaburzeniu ulega
RNA, działając w ten sposób bakteriostatycznie. Każda z inhibicji jest ich struktura, powodując, że stają się bardziej przepuszczalne. W efekcie
niekowalencyjna i odwracalna. może następować wyciek składników z komórki. Generalnie najsilniej-
szymi właściwościami wśród lotnych związków aromatycznych przypraw
Przeciwbakteryjna aktywność lotnych odznaczają się karwakrol, eugenol i tymol. Z reguły powodują one
komponentów aromatycznych przypraw uszkodzenie błony cytoplazmatycznej, pompy protonowej, przepływu
Od dawna wiadomo było, że substancje lotne zawarte w roślinach mogą elektronów, aktywnego transportu oraz koagulację składników komórki.
wykazywać aktywność przeciwbakteryjną, przeciwwirusową, przeciw- Chemiczna struktura związku fenolowego warunkuje precyzyjnie rodzaj
grzybową, przeciwtoksygenną, przeciwpasożytniczą oraz owadobójczą. ich działania i aktywność przeciwbakteryjną. Niezwykle ważna jest
Właściwości te związane są najprawdopodobniej z funkcjami, jakie związki obecność grupy hydroksylowej w pierścieniu fenolowym, tak jak ma to
te pełnią w roślinach. Do najczęściej występujących roślinnych związków miejsce w karwakrolu i tymolu (rys. 2). Pozycja grupy hydroksylowej
lotnych o działaniu antybiotycznym należą substancje fenolowe, wcho- nie wpływa istotnie na stopień aktywności przeciwmikrobiologicznej,
dzące w skład tzw. olejków eterycznych (tabela 1). Uważa się, że związki działanie tymolu przeciwko bakteriom B. cereus, Staphylococcus aureus
Laboratorium | 6/2007
39
39
laboratorium przemysłowe | temat numeru MIKROBIOLOGIA
i Pseudomonas aeruginosa jest porównywalne do występującego w przy- fobowa), dlatego też może lepiej wiązać się do hydrofobowych rejonów
padku karwakrolu. Obecność samego pierścienia fenolowego nie jest protein i łatwiej rozpuszczać w fazie lipidowej.
wyróżnikiem właściwości antybiotycznych, czego przykładem może być Eugenol jest dominującym związkiem w goz
dzikach (około 85%
mentol. Dodatek cząsteczki octanu może spowodować wzrost aktywności związków lotnych). Wykazano, że półtoksyczne stężenia eugenolu
przeciwbakteryjnej; octan geranylu wykazuje wyższe działanie przeciwko inhibują produkcję amylazy i protezy u B. cereus. Obserwowano również
bakteriom Gram-dodatnim i ujemnym niż geraniol. Również niefenolowe zaburzenia w funkcjonowaniu ściany komórkowej i duży stopień lizy
komponenty olejków eterycznych, m.in. typ grupy alkilowej, wpływają komórek. Przypuszcza się, że grupa wodorotlenowa eugenolu łączy się
na aktywność związku, przykładowo  limonen jest aktywniejszy od z białkami, zaburzając funkcjonowanie enzymów u E. aerogenes.
p-cymenu. Biologicznym prekursorem karwakrolu jest p-cymen  zwiÄ…zek hydro-
Oprócz oddziaływania na składniki lipidowe błon, lotne związki fobowy, powodujący pęcznienie błony cytoplazmatycznej w większym
aromatyczne przypraw mogą również wpływać na białka komórkowe, stopniu niż karwakrol. p-Cymen nie wykazuje wysokiej aktywności
takie jak ATPazy, zlokalizowane w błonach cytoplazmatycznych. antybiotycznej, kiedy jest używany pojedynczo, natomiast w kombinacji
Przyjmuje się dwa możliwe mechanizmy ich działania. Hydrofilowe z karwakrolem, stwierdzono synergistyczny efekt przeciwmikrobiologicz-
cząsteczki węglowodoru mogą się kumulować w podwójnej warstwie ny. Większa skuteczność p-cymenu związana jest z łatwym wkomponowy-
lipidowej i zaburzać oddziaływania tłuszczów z białkami. Możliwe są waniem się w podwójną warstwę lipidową B. cereus, co ułatwia znacząco
również bezpośrednie interakcje związków lipofilowych z częściami transport karwakrolu przez błonę cytoplazmatyczną.
hydrofobowymi białek. Niektóre aromatyczne związki lotne w niskich Właściwościami przeciwmikrobiologicznymi charakteryzują się również
stężeniach stymulują wzrost pseudomycelium u niektórych szczepów fenylopropany tworzone w roślinach z L-fenyloalaniny, a zbudowane
drożdży Saccharomyces cerevisiae. Może być to związane z wpływem tych z pierścienia aromatycznego i łańcucha bocznego składającego się z trzech
substancji na enzymy biorące udział w regulacji energii lub syntezie atomów węgla. Typowymi przedstawicielami tej grupy związków są lotne
komponentów strukturalnych. Olejki eteryczne cynamonu wykazują fenylopropany, które zawierają propenowy łańcuch boczny (trans-ane-
zdolność do hamowania dekarboksylazy aminokwasowej u Enterobacter tol), dodatkowy atom tlenu przyłączony w łańcuchu bocznym (aldehyd
aerogenes. Mechanizm akcji związany jest z wiązaniem białek. Wskaza- cynamonowy), ewentualnie dwa dodatkowe pierścienie aromatyczne
nia, że olejki eteryczne mogą działać na proteiny, uzyskano również powstałe na skutek zamknięcia się łańcucha (kumaryny). Najbardziej
podczas badań z użyciem mleka zawierającego różny poziom białek. znanym komponentem przypraw o działaniu antybiotycznym z tej grupy
Karwakrol i tymol, główne komponenty oregano i tymianku, są najle- związków jest aldehyd cynamonowy, główny składnik kory cynamonowca
piej przebadanymi związkami fenolowymi wchodzącymi w skład olejków (Cinnamomum zeylanicum) tłumiący lub całkowicie hamujący wzrost
eterycznych przypraw. Tymol jest strukturalnie bardzo podobny do różnych grup mikroorganizmów przy stężeniu do 250 ppm. Podobnym
karwakrolu, jednakże posiada grupę hydroksylową w innym położeniu działaniem odznacza się chawikol, substancja znajdująca się w miąższu
pierścienia fenolowego. Obie substancje zwiększają przepuszczalność pieprzu żuwnego, betelu (Piper betle) oraz liściach laurowych.
błony komórkowej. Karwakrol i tymol są w stanie zdezintegrować błonę
zewnętrzną bakterii Gram-ujemnych, uwalniając lipopolisacharydy i pod- Podsumowanie
nosząc przepuszczalność błon cytoplazmatycznych dla ATP. Wykazano, Wykorzystanie przypraw jako czynników antybiotycznych w żywności
że obecność chlorku magnezu nie ma wpływu na powyższe zjawisko, jest często ograniczone ze względu na ich silny wpływ na aromat
sugerując, że mechanizm ten nie jest związany z chelatowaniem katio- i smak. Dawka wymagana do skutecznego zahamowania rozwoju
nów w błonie zewnętrznej. Badania na B. cereus wykazały, że karwakrol drobnoustrojów może znacząco przekraczać akceptowany sensorycz-
oddziałuje z błoną komórkową, gdzie ulega rozpuszczeniu w podwójnej nie poziom. Pomimo to kombinacje przypraw z innymi czynnikami
błonie fosfolipidowej i ulokowuje się pomiędzy łańcuchami kwasów tłusz- przeciwmikrobiologicznymi mogą zwiększyć stabilność przechowal-
czowych. Tego typu zniekształcenie struktury fizycznej może powodować niczą i bezpieczeństwo mikrobiologiczne żywności. Przyjmuje się,
rozszerzanie i destabilizację błony, podnosi płynność membrany, co że przyprawy i ich pochodne mogą być korzystnymi alternatywami
w efekcie może zwiększyć jej bierną przepuszczalność. Pomiary średniej dla stosowanych obecnie substancji konserwujących. Zanim jednak
temperatury przemiany fazowej lipidów bakteryjnych potwierdziły, że przyprawy i/lub ich pochodne trafią do systemów zabezpieczania
w obecności karwakrolu błony natychmiast stają się bardziej płynne. żywności, przeprowadzone muszą zostać dokładne badania ich jakości
Pomiary stężenia wewnątrz- i zewnątrzkomórkowego ATP ujawniły, że mikrobiologicznej, opłacalności ekonomicznej, długości trwania efektu
po zastosowaniu karwakrolu poziom ATP wewnątrz komórki obniżał antybiotycznego oraz ewentualnej toksyczności.
się, podczas gdy na zewnątrz proporcjonalnie rósł. Przypuszcza się, że
Piśmiennictwo
tempo syntezy ATP uległo obniżeniu, ewentualnie wzrastała hydroliza
1. Ankri S., Mirelman D.: Antimicrobial properties of allicin from garlic.  Microbes
ATP. Gradient pH błony komórkowej ulegał osłabieniu w obecności
and Infection , 1999, 2, 125-129.
karwakrolu, a całkowicie rozpraszał się przy stężeniu ponad 1 mM.
2. Burt S.: Essential oils: their antibacterial properties and potential applications in
Prawdopodobnie karwakrol tworzy również w błonach kanały, przez
foods  a review.  International Journal of Food Microbiology , 2004, 94,
które na zewnątrz wypychane są łańcuchy kwasów tłuszczowych fosfoli-
223-253.
pidów, umożliwiając różnym jonom opuszczanie cytoplazmy. Oregano,
3. Cowan M.M.: Plant products as antimicrobial agents.  Clinical Microbiology
Reviews , 1999, 12, 564-582.
w którym karwakrol stanowi główny komponent, powoduje wyciek
4. Lanzotti V.: The analysis of onion and garlic.  Journal of Chromatography A ,
jonów fosforanowych u Staphylococcus aureus i P. aeruginosa. Poza inhi-
2006, 1112, 3-22.
bicją wzrostu wegetatywnych komórek bakteryjnych związki fenolowe
5. Pauli A.: Antimicrobial properties of essential oil constituents.  International
wykazują również zdolność do hamowania syntezy toksyn, np. karwakrol
Journal of Aromatherapy , 2001, 11, 126-133.
blokuje produkcję toksyny B. cereus, która wywołuje biegunkę.
6. de Souza E.L., Stamford T.L.M., Lima E.O., Trajano V.N., Filho J.M.B.:
Tymol wykazuje najbardziej hamujÄ…cy efekt przy pH od 5,5 do 6,5.
Antimicrobial effectiveness of spices: an Approach for use in food conservation systems.
W niskim pH cząsteczka tymolu może być niezdysocjowana (hydro-  Brazilian Archives of Biology and Technology , 2005, 48, 4, 549-558.
Laboratorium | 6/2007
40