張雪，左希敏，劉濤

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

近年來(lái)，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)于一些合成防腐劑的安全性提出了質(zhì)疑[1]。因此不斷呼吁生產(chǎn)更安全的糧食作物和開(kāi)發(fā)新的抗菌劑，在這種情況下，天然產(chǎn)品如水溶膠就更受到研究者的青睞。近年來(lái)，尤其是在食品工業(yè)領(lǐng)域，食品水溶膠的研究和應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展[2]。水溶膠(水合物或芳香水)是植物提取為獲得精油進(jìn)行蒸汽蒸餾所得的次級(jí)產(chǎn)物。20世紀(jì)早期就發(fā)現(xiàn)芳香植物在蒸餾期間，水中少量精油成分有損失[3]。水溶膠是一種相對(duì)復(fù)雜的含有少量精油和幾種水溶性成分的混合物。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，許多地方早已使用香料和草藥來(lái)增加食物的風(fēng)味和香味[4]。在古代人們也認(rèn)識(shí)到使用香料和草藥來(lái)保存食物和提高藥用價(jià)值的重要性。與精油相比，水溶膠生產(chǎn)簡(jiǎn)單且廉價(jià)，并且對(duì)人體健康幾乎沒(méi)有毒性。雖然其抗菌活性已有報(bào)道，但現(xiàn)有資料仍然有限[5]。本文旨在報(bào)道水溶膠的抗菌活性、安全性，以及水溶膠應(yīng)用的新的潛在領(lǐng)域。

1 水溶膠及抗菌和抗真菌活性

1.1 水溶膠

水溶膠是在芳香植物提取精油的過(guò)程中產(chǎn)生的，具體而言，它們由蒸餾過(guò)程的冷凝水與能產(chǎn)生氣味的親水性揮發(fā)性油組分形成氫鍵構(gòu)成，具有極性和氧化性。它們是少量精油(通常小于1 g/L)和揮發(fā)性水溶性次生代謝產(chǎn)物的混合物[6]。水溶膠必須儲(chǔ)存在無(wú)菌容器中，密封并存放在陰涼處，可以保存1年甚至更久。但是在其儲(chǔ)存期間，水溶膠的香氣和成分可能發(fā)生變化，例如草味的丟失或者主要香料的變化[7]。實(shí)際上，水合物的保存期限取決于它們的化學(xué)組成和所含化合物的內(nèi)在抗菌活性，當(dāng)然也有可能存在包裝操作期間的污染。在蒸餾后期，部分獲得的水溶膠的氣味和化學(xué)組成有所不同，這是由于它們含有低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)的萜類(lèi)化合物。此外，水溶膠的芳香性可能與單純的精油有顯著不同，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈κ杷院退蝗苄灶?lèi)異戊二烯化合物(烴類(lèi))[8]。長(zhǎng)期以來(lái)，在科學(xué)界，水溶膠被定義為蒸汽蒸餾的廢物，直到最近，許多研究者重新關(guān)注它們，并且研究其抗菌活性。

1.2 水溶膠的抗菌和抗氧化活性

精油的化學(xué)成分較為復(fù)雜，一種植物精油往往含有十多種甚至上百種化學(xué)成分[9]。精油主要是由萜類(lèi)、芳香族類(lèi)、脂肪族類(lèi)等化合物組成的混合物，生物活性取決于它們的官能團(tuán)。在某些情況下水溶膠的主要成分和次要成分與精油相同(盡管數(shù)量不同)，這就是水合物具有抗菌活性的主要原因。

了解水溶膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)于了解其生物活性和特定的應(yīng)用至關(guān)重要。例如，香芹酚和百里酚等酚類(lèi)化合物被認(rèn)為是強(qiáng)抗菌劑[10]。它們是疏水性分子，主要破壞細(xì)菌的外膜，誘導(dǎo)脂多糖的釋放。它們也與脂質(zhì)雙分子層相互作用從而影響細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能[11]。特別是香芹酚干擾自身的脂肪酸鏈，導(dǎo)致膨脹和膜結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，增加其流動(dòng)性和滲透性，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)泄漏。與香芹酚接觸后，菌體的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁被破壞，并引起細(xì)胞膜通透性和菌體形態(tài)的改變[12]。另外，香芹酚還通過(guò)減少ATP的生成和增加ATP的水解來(lái)降低細(xì)菌的活性，以上都是抗菌作用的機(jī)理。此外，另一種水溶膠化合物——醇，由于疏水性的作用也可顯示出抗菌作用。這種特性主要表現(xiàn)在它會(huì)積累在細(xì)胞膜中，損害細(xì)胞的完整性從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放。研究表明酚類(lèi)化合物如百里酚、丁香酚和香芹酮、肉桂醛也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抗真菌活性。

氧化也是食品變腐的一個(gè)原因，因此能夠抑制食品氧化的物質(zhì)在食品工業(yè)中備受追捧。如今，在天然添加劑替代合成產(chǎn)品的應(yīng)用中，植物的抗氧化特性變得非常有價(jià)值。雖然關(guān)于水溶膠所產(chǎn)生的抗氧化活性的研究很少，但卻獲得了很好的結(jié)果。例如，椰子和檳榔水合物可以有效地清除DPPH和ABTS自由基，表現(xiàn)出強(qiáng)的抗氧化活性。而來(lái)自椰子花的水溶膠總酚含量最高，因此檳榔花中的水溶膠顯示出更強(qiáng)的DPPH清除活性[13]。

2 水溶膠的應(yīng)用及安全性

2.1 水溶膠的應(yīng)用

在世界各地，水溶膠是食物和飲料的調(diào)味品。此外，由于水溶膠的抗菌、防腐、抗氧化特性，它們還被用于治療霉菌。除了傳統(tǒng)的用途外，研究者正在開(kāi)發(fā)它們作為替代物的用途，尤其是它們的性質(zhì)與精油相似，所以它們的這一特性在醫(yī)療中有很大的潛力。比如近年來(lái)發(fā)現(xiàn)大蒜頭內(nèi)含有揮發(fā)性大蒜素(大蒜精油)，是一種植物性廣譜抗生素，將大蒜頭放入口內(nèi)咀嚼5 min，口腔中的細(xì)菌可全部被消滅[14]。另外，鼠尾草茶-百里香-薄荷水溶膠口腔清洗劑在治療口腔粘膜炎方面顯示出很好的效果；同時(shí)一些伊朗研究人員研究使用核桃酸水解物控制Ⅰ型糖尿病患者的血糖。但是考慮到有些精油可能會(huì)產(chǎn)生一些副作用，所以可考慮采用含有低精油濃度的水溶膠作為替代物。

2.2 水溶膠的安全性

水溶膠不具有許多單純精油的副作用：它們通常沒(méi)有強(qiáng)烈的氣味，不會(huì)導(dǎo)致頭痛，也不會(huì)導(dǎo)致接觸刺激，此外，它們通常可以被施用于皮膚或攝入(在合適的濃度內(nèi))。在伊朗的營(yíng)養(yǎng)文化中，水溶膠與甜味劑如糖或蜂蜜一起使用，可作為天然可口的飲料[15]。但是一些研究者認(rèn)為，盡管這些化合物在傳統(tǒng)藥物和芳香療法中已經(jīng)使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但應(yīng)注意在動(dòng)物系統(tǒng)中水溶膠的應(yīng)用安全性[16]。雖然許多文章中提到了在食品和化妝品領(lǐng)域中使用肉桂提取物或其組分(肉桂醛、丁香酚和肉桂酸)，但這并不完全可取，相反有限劑量則是被推薦使用的(國(guó)家補(bǔ)充和整合健康中心，2016年)。因?yàn)槿夤鹑┠軌蛳墓入赘孰?，所以肝病患者在服用撲熱息痛時(shí)不建議攝入肉桂皮油。最后，肉桂醛和肉桂酸是細(xì)胞膜的刺激物，如果大量攝入會(huì)造成接觸性皮炎、口腔炎、牙齦炎、舌炎、疼痛、紅斑、水皰性潰瘍、脫屑和色素沉著[17]。雖然水溶膠在食品中作為抗菌劑并沒(méi)有相應(yīng)的法律規(guī)定，但是根據(jù)例如2008年12月16日關(guān)于調(diào)味品的歐盟條例第1334/2008號(hào)(第3條第2款)規(guī)定，它們被視為“調(diào)味品”。在這種情況下，水溶膠已經(jīng)被用于食品配方中。根據(jù)第4條的規(guī)定，應(yīng)符合下列條件：①根據(jù)現(xiàn)有科學(xué)證據(jù)證明它們不會(huì)對(duì)消費(fèi)者的健康構(gòu)成威脅；②它們的使用不會(huì)誤導(dǎo)消費(fèi)者。根據(jù)第9條規(guī)定，除食物以外的蔬菜、動(dòng)物或微生物來(lái)源的材料所含的調(diào)味劑應(yīng)由歐盟委員會(huì)進(jìn)行評(píng)估和批準(zhǔn)。但是，從食品材料中獲得的水溶膠，只要符合第4條，則不需要評(píng)估和批準(zhǔn)(第8條)。

3 結(jié)論及展望

上面報(bào)道的數(shù)據(jù)描述了水溶膠的潛在用途以及它們?cè)诓煌膽?yīng)用領(lǐng)域中可能發(fā)揮的作用。由于其廣泛的抗菌以及抗氧化活性，水溶膠在食品中的應(yīng)用可能很快被實(shí)現(xiàn)，特別是控制致病和腐敗微生物的生長(zhǎng)，還能延緩氧化，因此可以延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。水溶膠目前已經(jīng)成功地用于控制水果和蔬菜的腐爛，或者阻礙病原體生長(zhǎng)。

在食品工業(yè)發(fā)展中，尋求安全、高效的天然食品防腐劑已成為今后的研究方向。而水溶膠符合食品工業(yè)中作為天然抗菌劑的要求，也可用作工具、機(jī)器和表面的消毒。事實(shí)上，與精油不同的是表面的水溶膠可以很容易被沖洗掉，所以沒(méi)有持久的強(qiáng)烈氣味。此外，水溶膠可在工作工具和表面形成生物膜，起到保護(hù)的作用。新的潛在應(yīng)用方面，水溶膠可以與其他分子協(xié)同使用，作為包裝成分，抗微生物或抗氧化包裝，從而能夠延長(zhǎng)食品的保存期限，并且不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的特性產(chǎn)生重大影響，而且還能保持產(chǎn)品質(zhì)量。由于水溶膠是精油純化過(guò)程中的副產(chǎn)物，迄今為止幾乎沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用，因此將其運(yùn)用到工業(yè)中會(huì)產(chǎn)生額外的價(jià)值。目前仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)評(píng)估這些提取物在工業(yè)規(guī)模上的成本和功效。此外，盡管有大量的科學(xué)論文和各種建議是關(guān)于其實(shí)際應(yīng)用的，但是最重要的還是要進(jìn)行更多的原位研究，來(lái)確認(rèn)在體外能獲得良好結(jié)果，以及進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)完善關(guān)于毒理學(xué)方面的研究。最后，還需要調(diào)查環(huán)境中水溶膠的穩(wěn)定性。