張麗，王玉真，高爽，孫越，薄福民，李凌軍

(山東中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，濟南 250355)

香辛料精油是由香辛料植物經(jīng)不同方法提取得到的一類天然香料，具有獨特的氣味，成分復(fù)雜，不僅可以矯味，還具有抑菌、抗氧化等藥理作用。

食品腐敗問題威脅著人類的健康，而現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)許多香辛料對多種有害菌，如抗枯草芽孢桿菌、熒光假單胞菌、金黃色葡萄球菌等具有顯著抑制作用[1]。抑菌的主要成分常存在于精油中，對于香辛料精油的研究已成為目前國內(nèi)外研究的熱點問題[2,3]。香料作為一種新型、安全的抗菌藥物具有很大的開發(fā)潛力，符合人們對天然無添加的價值追求。本文綜述了香辛料(八角茴香、小茴香、花椒、丁香、肉桂等)精油的提取工藝、抗菌活性及應(yīng)用等研究進展，以期對其綠色、安全、高效的開發(fā)有所幫助。

1 提取工藝

1.1 水蒸氣蒸餾(SD)

水蒸氣蒸餾法是常用的制備精油的方法，其原理是利用精油易揮發(fā)的特性，可隨水蒸氣蒸餾，然后冷凝成液滴，經(jīng)有機溶劑萃取制備得到的。鄒俊波等[4]采用水蒸氣蒸餾法提取小茴香揮發(fā)油，并通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)分析提取過程中的成分溶出規(guī)律。Valtcho D Zheljazkov等[5]采用水蒸氣蒸餾萃取動力學(xué)實驗，對孜然揮發(fā)油的得率、成分、抗瘧和抗氧化能力進行了評價，還建立了在一定時間內(nèi)水蒸氣蒸餾時間(DT)下?lián)]發(fā)油產(chǎn)量和成分的回歸模型，得出在600 min內(nèi)，隨著DT的增加，揮發(fā)油產(chǎn)量增加的結(jié)論。該方法操作簡單，成本較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但溫度高，熱敏性成分易分解。

1.2 超聲波提取

超聲波提取是利用超聲波產(chǎn)生的強烈空化、振動、粉碎等特殊作用，破壞藥材細(xì)胞，將藥材中成分提取到溶劑中，使有效成分得以分離的技術(shù)。謝志新等[6]對超聲波輔助提取八角茴香油的工藝參數(shù)進行了研究，結(jié)果證實：3個考察因素影響超聲波輔助提取法的程度依次為料液比>粉碎粒徑>超聲時間；提取工藝的最佳條件是料液比1∶15，粉碎粒徑60目，超聲時間30 min，提取率(28.438±0.11)%。左喜釗等[7]采用正交設(shè)計優(yōu)選出超聲提取花椒揮發(fā)油的最佳工藝為料液比1∶50(g/mL)，超聲溫度40 ℃，超聲時間90 min。該方法具有提取時間短、出油率高、能耗低、設(shè)備簡單且沒有噪音污染等優(yōu)點。

1.3 超臨界CO2萃取(SFE-CO2)

超臨界 CO2萃取法是利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的，在超臨界狀態(tài)下，選擇經(jīng)濟方便的CO2作為超臨界流體，它具有很好的流動性和滲透性，當(dāng)與待分離的物質(zhì)接觸時，有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。路廣平等[8]采用超臨界流體萃取(SFE)和分子蒸餾(MD)相結(jié)合的方法，對標(biāo)準(zhǔn)的姜黃揮發(fā)性組分的分離純化進行了優(yōu)化，解決了揮發(fā)性成分質(zhì)量控制中參比化合物的不足，提出了利用多種校準(zhǔn)組分對主要生物活性物質(zhì)進行放大和定量評價的方法。此法也應(yīng)用于丁香等其他物質(zhì)精油的萃取[9]，具有溫度低、分離效率高、無溶劑殘留等優(yōu)點；但是成本高，限制了其應(yīng)用。

1.4 其他

微波提取(MAE)主要是利用微波產(chǎn)生的強烈熱效應(yīng)，具有簡單快速、加熱均勻、清潔高效等優(yōu)點，Lo?c Petigny等[10]采用響應(yīng)面法對微波萃取分離法進行了優(yōu)化，在實驗室規(guī)模上提取可溶性物質(zhì)，并從植物中分離出揮發(fā)性有機化合物(VOC)的最佳工藝條件為微波200 W，提取時間56 min，固液比7.5%。以及采用同時蒸餾萃取法提取揮發(fā)油，優(yōu)化提取-共沸精餾耦合技術(shù)工藝等，使揮發(fā)油的品質(zhì)得到更好的保證，對所適用的藥材的提取工藝不斷改進、優(yōu)化，保證方法穩(wěn)定可行。

多種提取方法提取揮發(fā)油各有優(yōu)缺點，需要針對不同精油的特點選擇合適的方法。常規(guī)的水蒸氣蒸餾法適合工業(yè)化大生產(chǎn)，操作簡單方便，但有不足，仍需將多種方式的優(yōu)點結(jié)合起來，繼續(xù)探索優(yōu)化提取工藝，彌補不足。

2 抑菌活性

2.1 八角茴香

八角茴香(IlliciumverumHook.F.)是木蘭科八角屬植物，其干燥成熟果實藥食兩用，既可溫中散寒，又可調(diào)味，八角茴香精油的化學(xué)成分主要由大茴香醛、檸檬烯、反式茴香腦、草蒿腦及β-石竹烯等多種化合物組成[11]。張赟彬等[12]研究表明：檸檬烯和八角茴香精油抑菌效果較好；一定濃度下，檸檬烯和八角茴香精油可提高菌液中的還原糖、蛋白質(zhì)含量以及增大電導(dǎo)率；說明檸檬烯的含量和八角茴香精油的抑菌效果有一定的關(guān)聯(lián)。有研究采用濾紙片法測定八角茴香油(含大茴香醛、對丙酮基茴香醚、大茴香酸)對多種菌株(金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、黑曲霉、黃曲霉和桔青霉)具有抑制作用，水溶性揮發(fā)成分好，揮發(fā)性成分中的油相抑菌強弱有待討論[13]。

精油具有易揮發(fā)、不穩(wěn)定的特點。溫度、光照時間、熱處理和精油濃度等因素均對八角茴香精油保持肉糜優(yōu)良的感官特征產(chǎn)生影響，加入精油的新鮮肉糜的保存期隨著溫度的升高而減少，光照顯著破壞揮發(fā)油的穩(wěn)定性，長時間熱處理導(dǎo)致精油的抑菌活性下降[14]。張光杰等[15]用羥丙基-1-環(huán)糊精(HPCD)選擇性包封八角精油(SAEO)，改善其揮發(fā)性高、氣味強烈、物理性質(zhì)不穩(wěn)定的情況，且提高了SAEO對匍匐根霉、釀酒酵母和大腸桿菌的抑菌效果。

八角茴香揮發(fā)油具有良好的抗菌活性，抑菌作用與其化學(xué)組成有關(guān)，但穩(wěn)定性方面需進一步探索。

2.2 小茴香

小茴香(FoeniculumvulgareMill.)為傘形花科茴香屬植物，屬于藥食同源物品[16]。小茴香揮發(fā)油具有抑菌作用，反式茴香腦是小茴香揮發(fā)油的主要成分，含量高，但不同產(chǎn)地的小茴香反式茴香腦含量差異較大[17]；黃酮類成分具有抗氧化活性，但是抗氧化作用不及維生素C和β-胡蘿卜素[18]。

小茴香對水果中常見霉菌中的灰霉、黑根霉、交鏈孢、青霉和黑曲霉均有良好的抑制作用，研究發(fā)現(xiàn)小茴香揮發(fā)油對紅棗黑斑病菌離體(菌絲、孢子萌發(fā)和生物量的抑制作用)和活體的抗菌活性是通過破壞它的細(xì)胞膜的完整性而達到抑菌作用的[19]。實時逆轉(zhuǎn)錄RT-PCR實驗和蛋白免疫印跡實驗證明了茴香醛對金黃色葡萄球菌的抑制作用是通過抑制金黃色葡萄球菌中毒力蛋白基因(hla,sea和seb)的轉(zhuǎn)錄而抑菌的[20]，推測了其可能的抑菌機制。

2.3 花椒

花椒 (ZanthoxylumbungeanumMaxim.) 來源于蕓香科花椒屬植物，作為藥食兩用之品，味辛，芳香味濃烈，具有溫中止痛、燥濕、殺蟲止癢等功效，花椒香氣成分可作為一種天然、無毒的抑菌防腐劑用于食品防腐，其抗菌防腐能力較食品行業(yè)中常用的山梨酸鉀更強，其中檸檬烯、芳樟醇、β-蒎烯和 α-萜品醇等都具有較強的抗菌活性。花椒精油對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、微球菌、大腸桿菌等多種細(xì)菌均有抑殺作用[21]?；ń方嵋簩莶菅挎邨U菌和金黃色葡萄球菌等陽性菌的抑菌活性具有明顯的抑制作用，而對大腸桿菌和乙型副傷寒沙門氏菌等陰性菌的抑菌活性不明顯[22]。麻琳等[23]通過抑菌圈實驗和96孔板二倍稀釋法對3種花椒(漢源紅花椒、江津青花椒、峨眉山藤椒果皮)精油的抑菌特性進行了研究，3種精油的芳樟醇相對含量均最高，結(jié)果表明：紅花椒果皮精油對細(xì)菌和真菌的抑菌效果最好，尤其是金黃色葡萄球菌?？赡艿囊志鷻C制是通過破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，引起細(xì)胞內(nèi)K+、Mg2+、AKP 等物質(zhì)滲漏至胞外，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，抑制細(xì)菌增殖的[24]。

2.4 丁香

丁香(Caryophylliflos)為桃金娘科(Myrtaceae)植物丁香的干燥花蕾，又稱公丁香，為藥食兩用中藥。丁香精油的主要成分為丁香酚，丁香精油具有廣泛的藥理和生物活性，對一定菌屬具有抑菌效果，而且不僅是丁香的精油，也包括它的醇提物，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、香料等行業(yè)，有研究表明丁香精油及丁香酚對革蘭氏陽性菌的抑制效果優(yōu)于革蘭氏陰性菌，其中，對金黃色葡萄球菌及蠟樣芽孢桿菌的毒力最強，對綠膿假單胞菌的抑制活性最弱[25]。用表型、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法揭示細(xì)胞形態(tài)和功能的變化[26]，推測其抑菌機理可能是破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，抑制細(xì)菌生長所需的DNA和蛋白質(zhì)的正常合成，從而抑制菌的生長代謝及其繁殖而發(fā)揮抑菌作用[27]。

2.5 肉桂

肉桂(CinnamomumcassiaPresl)為樟科植物肉桂的干燥樹皮，揮發(fā)油的主要化學(xué)成分為肉桂醛，肉桂醛是抑制細(xì)菌生長和具有殺菌作用的主要生物活性化合物，肉桂醛的抗菌活性與一線抗結(jié)核抗生素乙胺丁醇的抗菌活性相當(dāng)[28，29]。肉桂醇提物和肉桂精油對肉中常見的腐敗菌和致病菌(包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉、酵母菌等)均有較強的抑制作用，而且發(fā)現(xiàn)一定濃度的肉桂精油能抑制細(xì)菌和真菌包括G+、G-，表明肉桂精油具有廣譜抑菌作用[30，31]，用于食品保鮮領(lǐng)域?qū)⒕哂休^好的開發(fā)潛力。張小飛等[32]分別采用紙片法及刃天青染色法測定四川產(chǎn)肉桂油的抑菌圈及最小抑菌濃度(MIC)，并考察其對大鼠離體小腸平滑肌張力的影響，結(jié)果表明：在肉桂揮發(fā)油中鑒定出 21 種成分，其中桂皮醛和蒎烯的相對含量為 72.54%和 8.19%，肉桂揮發(fā)油對白色念珠菌、大腸埃希菌的抑菌作用最強，對青霉菌、黑曲霉、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌作用次之，對綠膿桿菌的抑菌作用最差，肉桂揮發(fā)油還具有抑制大鼠小腸平滑肌張力的作用。經(jīng)肉桂精油處理的 3 種病原菌(尖孢鐮刀菌Fusariumoxysporum、鏈格孢菌Alternariaalternata、灰葡萄孢霉Botrytiscinerea)菌絲形態(tài)在掃描電子顯微鏡下可以看出其發(fā)生凹陷、皺縮、粗糙等一系列變形現(xiàn)象，推測其可能的抑菌機理是破壞細(xì)胞壁，影響細(xì)胞膜的通透性[33，34]。

3 開發(fā)應(yīng)用

3.1 調(diào)味

八角茴香、小茴香、花椒、丁香、肉桂等是五香粉、十三香及鹵肉料的主要香辛料成分之一，香氣濃烈，常備于家庭調(diào)味。尤其在制作鹵味食品過程中，香辛料可以起到增香去腥的作用，是改善鹵制品風(fēng)味的重要香辛料成分。花椒、肉桂等具有特殊風(fēng)味，入口辛香，在復(fù)合調(diào)味品中常用作配香原料，各自具有主要呈味的化學(xué)成分，持香時間較好，使食品香味持久，回味無窮。利用含有風(fēng)味成分的調(diào)料腌制肉制品，不僅能夠提供獨特的風(fēng)味，還能有效避免腌制過程中受到微生物的污染。

腐乳調(diào)味醬以紅腐乳和芝麻醬為主料，以八角茴香油、花椒油調(diào)味，混合醬香突出,色澤明亮油潤,具有腐乳和芝麻兩者的營養(yǎng),該醬成分天然,營養(yǎng)健康,為企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)提供了思路[35]。北五味子藤莖調(diào)味粉配以陳皮、八角茴香、香葉的適當(dāng)比例，其產(chǎn)品芳香柔和，帶有北五味子獨特的清香，口感辛辣帶甜，余味略帶苦澀[36]。孫靈霞等[37]研究了八角茴香添加到鹵雞腿中，使雞腿本身的揮發(fā)性成分的相對含量改變，改善口味，且采用電子鼻技術(shù)能將不同八角茴香添加量的鹵雞腿區(qū)分開。適量添加不僅可以提高風(fēng)味，改善品質(zhì)，還可以替代山梨酸鉀、丙酸鈣等防腐劑，也能賦予果汁飲料、蛋糕點心和冰激凌獨特的口感和風(fēng)味，在食品中應(yīng)用前景廣闊。

3.2 抑菌防腐、抗氧化

微生物感染造成食品腐敗變質(zhì)威脅著人們的健康，而天然無害的防腐添加劑是人們的追求，香辛料精油中的某些特殊成分具有很好的抑菌保鮮效果，對多種細(xì)菌和真菌微生物都有較強的抑制能力，不僅可以解決食品的保鮮問題，也能夠增加果蔬產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，適合工業(yè)化生產(chǎn)，保障人們健康。例如丁香精油對食品中常見致病菌的抑制作用顯著，將丁香精油浸漬醬牛肉后真空包裝，于4 ℃貯藏過程中，不僅2-硫代巴比妥酸過氧化生成物(TBA)明顯低于空白樣品，而且色澤、滋味和口感等方面均較空白樣品好，說明丁香精油的添加對醬牛肉脂肪氧化有一定的抑制效果，可降低醬牛肉的菌落總數(shù)，有利于將丁香進一步開發(fā)成安全、有效的天然食品防腐劑[38]。

果蔬產(chǎn)業(yè)具有季節(jié)性、地域性和易腐性的特點，解決果蔬保鮮可以保障人們的需求。八角茴香油對“富士”具有延緩硬度，保持口感、風(fēng)味的作用，對“富士”蘋果的保鮮效果與常用保鮮劑1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)的效果相當(dāng)，作為天然保鮮物質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景[39]。肉桂、花椒、八角茴香、百里香精油都能對從“紅提”葡萄上分離純化出的 3 種致病菌發(fā)揮抑菌效果，但效果最好的為花椒精油，能有效地抑制青霉菌(Penicillum)、黑根霉菌(Rhizo-pusnigricans)和黑曲霉菌(Aspergillusniger) 的生長，可用于后續(xù)的葡萄鮮果保鮮研究[40]。

混合精油具有協(xié)同作用，例如孜然精油和花椒精油、肉桂醛和丁香精油混合均比它們單獨使用的抑菌效果要好，混料設(shè)計法可有效優(yōu)化不同精油聯(lián)合使用時的組合比，以實現(xiàn)較低精油用量下較好的抑菌效果，為天然抑菌劑的減量使用提供了方法指導(dǎo)[41]。張一等[42]對孜然豆蔻按1∶1復(fù)配，對某些菌的抑制效果明顯，且優(yōu)于單獨使用，體現(xiàn)了復(fù)配精油抑菌的協(xié)同作用，但對另一些菌效果一般，說明復(fù)配精油具有一定選擇性。楊順開等[43]使用肉桂精油(CBO)和美羅培南作為添加劑的模型，利用聯(lián)合療法治療耐藥細(xì)菌感染，結(jié)果顯示：CBO與美羅培南的可加性相互作用與以往報道的協(xié)同組合相比具有相似的膜破壞能力，精油和抗生素之間的協(xié)同增效性降低了兩種抗菌藥物的最低有效劑量，因此有必要進一步研究這種相互作用機制的影響。

3.3 其他作用

香辛料精油外用可殺蟲抑菌，其揮發(fā)性成分具有刺激性香味，例如花椒在殺蟲中具有一定的作用功效。

面對越來越多的多藥耐藥菌和抗生素抗性的事實，需要發(fā)現(xiàn)對感染的替代治療，研究者們把目光轉(zhuǎn)向了精油。Kamillacs等[44]研究了丁香、肉桂皮、桉樹、百里香、松、薄荷、香茅等多種精油(EOS)對呼吸道病原體如鏈球菌的抗菌評價。Amornrat Intorasoot等[45]采用瓊脂擴散法、最小抑菌濃度法、最小殺菌濃度法從藥用植物中提取10種揮發(fā)油對4種標(biāo)準(zhǔn)菌株(金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌)的抑菌活性，結(jié)果顯示：肉桂揮發(fā)油對人類最常見的病原菌金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和鮑曼氏菌具有較強的抗菌活性，得出結(jié)論：揮發(fā)油提取物是治療人類最常見病原菌和MDR-A的替代天然產(chǎn)物。

4 總結(jié)與展望

香辛料因其特殊的香味具有一定深入探索的價值，尤其是其提取的精油成分。精油具有揮發(fā)性，成分復(fù)雜，屬于混合物，天然的香辛料提取的精油是天然的防腐劑，其某些特殊成分可以延長食品的保質(zhì)期，提高食品的安全性。多數(shù)香辛料既可藥用，又可食用，屬于藥食兩用的藥品[46]。

植物的化學(xué)成分和生物學(xué)活性聯(lián)系緊密，精油也不例外。植物精油的化學(xué)成分常因原料來源及提取方法等差異導(dǎo)致精油的化學(xué)成分呈現(xiàn)明顯差異，因此不斷探索新的提取方法、優(yōu)化提取工藝對保留更多精油的有效成分尤其重要，這是進一步研究其可能存在的藥理作用的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)已有的研究，精油的可能作用機制包括破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞質(zhì)外流以及破壞蛋白質(zhì)等。

采用高效、安全的天然防腐劑替代傳統(tǒng)常見的化學(xué)防腐劑已經(jīng)成為一種新的趨勢,研究發(fā)現(xiàn)香辛料精油的抑菌成分具有協(xié)同增效作用。在香辛料植物精油中，一些次要成分可能在其抗菌作用中起關(guān)鍵性的作用，在其他成分之間起協(xié)同作用，多種成分共存時可提高各成分單獨使用的效果，這可能是兩種或兩種以上的成分相互協(xié)同作用的結(jié)果。

香辛料精油作為天然防腐劑和保鮮劑在肉制品及果蔬等食品領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價值。由于精油本身的特性以致于在應(yīng)用中仍然存在許多問題，為了更好地保存精油的芳香氣味，增加精油的穩(wěn)定性以及研究精油的抗菌活性成分等，需要進一步探索、改進優(yōu)化提取工藝、制備合適的制劑和研究多精油聯(lián)合抑菌，以期為揮發(fā)油的實際應(yīng)用提供方向，更好地創(chuàng)造價值，保障人們的食品安全。