鄭渝川，陳方方，成會(huì)如，王靈慧，楊凌

（四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610066）

細(xì)菌污染和脂類(lèi)氧化是食品質(zhì)量降低、貨架期縮短的主要原因[1]。長(zhǎng)久以來(lái)，合成防腐劑在食品工業(yè)中被廣泛用來(lái)降低微生物污染、抑制脂類(lèi)氧化，延長(zhǎng)了貨架期，提升了食品質(zhì)量和安全。隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)天然食品添加劑的偏好和對(duì)合成添加劑安全性的擔(dān)憂，促使了天然防腐劑的發(fā)展和應(yīng)用[2]。人們希望天然防腐劑是廣譜抗菌的，且有抗氧化能力，能提高易腐食品的質(zhì)量和保質(zhì)期[3]。植物精油是廣泛研究和應(yīng)用的天然防腐劑，富含活性成分，不僅能延長(zhǎng)食品貨架期，還能預(yù)防對(duì)抗人類(lèi)多種疾病。目前已知精油大約有3 000種，其中約300種在制藥、農(nóng)學(xué)、食品、衛(wèi)生、化妝品和香料工業(yè)中有重要的商業(yè)價(jià)值[4]。本文綜述了不同植物精油的抗菌效果、抗菌機(jī)理以及在各類(lèi)食品中的應(yīng)用，以期為植物精油的應(yīng)用提供參考。

1 植物精油概述

植物精油是天然的揮發(fā)性液體，成分復(fù)雜，可溶于脂質(zhì)和有機(jī)溶劑，具有低分子量的特征。精油由萜烯化合物（單萜、倍半萜和二萜）、醇、酸、酯、環(huán)氧化物、醛、酮、胺和硫化物組成，按組分區(qū)別可分為兩類(lèi)：萜烯類(lèi)和芳香類(lèi)[4-5]。萜烯化合物是由異戊二烯結(jié)構(gòu)單元形成的烴，通式(C5H8)n，這些化合物可能是無(wú)環(huán)、單環(huán)、雙環(huán)或三環(huán)的。精油的大部分成分是單萜，約占精油的90%，使精油具有揮發(fā)性和令人愉悅的氣味[6]。

研究表明植物精油對(duì)幾種重要的食源性致病菌（大腸桿菌O157-H7、鼠傷寒沙門(mén)氏菌、金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特桿菌、彎曲桿菌等）有抗菌作用。Mendel等[7]測(cè)試了96種精油和23種油類(lèi)化合物對(duì)空腸彎曲桿菌、大腸桿菌O157-H7、單核增生李斯特菌和腸沙門(mén)氏菌的抗菌能力，結(jié)果表明27種植物精油和12種油類(lèi)化合物對(duì)4種細(xì)菌均有一定的抗菌活性?？箍漳c彎曲桿菌活性最高的精油主要來(lái)自生姜根、茉莉、胡蘿卜籽、芹菜籽和苦柳橙；抗大腸桿菌O157-H7活性最高的精油主要來(lái)自牛至、百里香、肉桂、月桂葉、丁香、檸檬草、百香果；抗單核增生李斯特活性最高的精油主要來(lái)自月桂葉、丁香、牛至、肉桂、多香果和百里香；抗腸沙門(mén)氏菌活性最高的精油主要來(lái)自百里香、牛至、肉桂、丁香、多香果、月桂葉和馬郁蘭。油類(lèi)化合物肉桂醇、香芹酚、苯甲醇、檸檬醛、百里香酚和丁香酚對(duì)4種微生物均有一定的抗菌活性。Dussault等[8]研究了67種精油、含油樹(shù)脂及純化合物對(duì)大腸桿菌O157-H7、金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌、鼠傷寒沙門(mén)氏菌、綠膿桿菌的抗菌活性，異硫氰酸烯丙酯、肉桂油樹(shù)脂、肉桂樹(shù)皮、牛至和百里香精油對(duì)6種致病菌有很強(qiáng)的抗菌作用。

精油的抗菌活性成分主要存在于植物的葉（迷迭香、鼠尾草、牛至、百里香和馬郁蘭）、鱗莖（大蒜和洋蔥）、果實(shí)（小豆蔻和胡椒）、鮮花（丁香）和種子（芫荽、茴香、肉豆蔻）中。與其他痕量成分相比，精油通常包含了2～3種主要成分，占總量的20%～70%。例如，香芹酚（30%）和百里香酚（27%）是牛至精油的主要成分[9]。部分植物精油主要活性成分和可以抑制的微生物見(jiàn)表1。

2 精油的抗菌機(jī)理

疏水性是精油及其組分的重要特征，能夠分離細(xì)菌的細(xì)胞膜和脂質(zhì)層，通過(guò)使細(xì)菌細(xì)胞滲透性增加而死亡。一般認(rèn)為精油對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌更有效，細(xì)胞膜與精油的疏水組分能很好地相互作用；相反，革蘭氏陰性菌具有親水性細(xì)胞壁，對(duì)植物精油有一定抵抗力[24-26]。但也有研究報(bào)道稱，精油對(duì)革蘭氏陰性菌的作用有時(shí)間延遲，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，精油對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌均有殺菌作用[21,27]。牛至、丁香、肉桂、大蒜、迷迭香、芫荽、檸檬草、鼠尾草精油對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌都有效[1,28]。精油影響微生物細(xì)胞有多種抗菌機(jī)制，包括攻擊細(xì)胞膜的磷脂雙層、破壞酶系統(tǒng)和細(xì)菌遺傳物質(zhì)并影響氧化不飽和脂肪酸形成脂肪酸氫過(guò)氧化物[1]。芳香族和酚類(lèi)化合物會(huì)使細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能喪失，大腸桿菌和鼠傷寒沙門(mén)氏菌經(jīng)香芹酚和百里香酚處理后，細(xì)胞膜會(huì)分解，導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)滲漏[29]。百里香精油會(huì)破壞單核細(xì)胞增生李斯特氏菌的細(xì)胞壁，使其增厚、表面粗糙[30]。辣根和芥末中的異硫氰酸酯能使細(xì)菌二硫鍵斷裂，導(dǎo)致胞外酶失活[29]。萜類(lèi)化合物能夠穿透細(xì)菌細(xì)胞壁并破壞脂質(zhì)層，使其胞質(zhì)滲漏、細(xì)胞裂解，并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[30]。香芹酚能增加細(xì)胞膜的流動(dòng)性，引起鉀離子滲漏，導(dǎo)致膜電位崩潰，抑制ATP合成[31-32]。茶樹(shù)精油對(duì)金黃色葡萄球菌的作用也是如此，會(huì)影響細(xì)胞壁，使K+損失、降低耐鹽性，抑制細(xì)胞的呼吸作用[33]。

3 精油在食品中的應(yīng)用

在食品工業(yè)中，合理利用精油能夠起到抗菌、抗氧化、調(diào)香的作用，并提升食品的質(zhì)量。Burt[21]在報(bào)道中提到，在食品中添加0.5～20.0μL/g或0.1～10.0μL/mL精油清洗蔬菜和水果，可以起到很強(qiáng)的抗菌作用。Lu[34]開(kāi)發(fā)了一種含百里香酚的水果洗滌液，相比對(duì)照組，圣女果上的沙門(mén)氏菌減少了3.16×107cfu，總需氧菌減少了20 cfu，洗滌廢液中的沙門(mén)氏菌減少了10 000 cfu，將圣女果在4℃和22℃條件下貯藏16d，發(fā)現(xiàn)處理組的顏色、pH值和質(zhì)地沒(méi)有受到負(fù)面影響。Fisher[35]在2cm2雞皮上分別接種3.16×108cfu單核細(xì)胞增生菌、蠟樣芽胞桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌，使用檸檬、橘子、佛手柑精油及其組分檸檬醛和芳樟醇處理10min，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)量降至105～106cfu。Hayouni等[36]在接種了沙門(mén)氏菌的肉糜中添加了鼠尾草和胡椒精油，冷藏15d，當(dāng)添加濃度小于0.1%（w/v）時(shí)，僅觀察到抑菌作用；當(dāng)濃度大于3.0%時(shí)，有很強(qiáng)的殺菌作用。謝晶等[37]將牛至、大蒜、生姜、丁香精油復(fù)配成抗菌乳液，涂膜在雞蛋上，使雞蛋的品質(zhì)得到了提升；牛至和丁香精油對(duì)雞蛋的保鮮效果最好。孟玉霞等[38]考察了14種精油對(duì)冷藏大黃魚(yú)的保鮮抗菌作用，并從冷藏大黃魚(yú)中分離出6株優(yōu)勢(shì)腐敗菌，發(fā)現(xiàn)精油對(duì)腐敗菌具有不同的抑制活性，其中肉桂醇的抑制活性最強(qiáng)，其次是丁香酚、百里香酚、檸檬醛、檸檬草及山蒼子精油；同時(shí)，部分精油還能矯正大黃魚(yú)肉的腥味。

4 精油的缺陷和解決辦法

精油的抗菌效果與食品基質(zhì)有很大關(guān)系，在復(fù)雜的食品基質(zhì)中抗菌穩(wěn)定性差。高脂肪、蛋白質(zhì)、水分活度和酶都有可能降低精油的抗菌活性；低pH值可以增加精油的溶解度和穩(wěn)定性，增加鹽含量或降低貯藏溫度可以提高精油的活性[21,39]；精油的揮發(fā)性成分隨著貯藏時(shí)間增加而降低，影響抗菌性，例如芳樟醇和檸檬烯[40]；精油幾乎不溶于水，該特性限制了其在部分食品中的應(yīng)用；精油的抗菌作用與添加量在一定范圍內(nèi)呈正比，部分精油的異味與強(qiáng)烈氣味限制了精油在食品中的應(yīng)用。盡管體外抗菌試驗(yàn)和精油組分表明牛至和肉豆蔻具有顯著的抗菌活性，在食品中添加1%～3%時(shí)有很強(qiáng)的抗菌作用，但大眾感官可接受性會(huì)因此降低[41]。

將精油微膠囊化并制成食用膜、熏蒸可以解決部分精油的應(yīng)用問(wèn)題。Pan等[42]用酪蛋白酸鈉包埋百里酚，發(fā)現(xiàn)百里酚微膠囊可以增強(qiáng)精油的分布性和溶解性，從而更有效地抑制乳制品中的食源性病原體。Gao等人[43]用含丁香、肉桂醛和百里香的精油熏蒸蘑菇，冷藏16 d后研究對(duì)褐變和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，所有精油均能抑制蘑菇的衰老和腐敗，其中肉桂醛的效果最好。譚瑞心等人[44]利用牛至精油與羧甲基纖維素混合，制備了具有抗氧化性和抗菌性的可降解活性包裝膜；使用瓊脂擴(kuò)散法發(fā)現(xiàn)，精油包裝膜能夠顯著抑制金黃色葡萄球和大腸桿菌的生長(zhǎng)。

5 展望

食品中的基質(zhì)是復(fù)雜的，如肉類(lèi)在貯藏過(guò)程中，肉菌群會(huì)有極大的改變，即發(fā)生微生物的演替。目前，國(guó)內(nèi)更多的研究集中于精油的體外抗菌和抗氧化性能，而精油在各種食品基質(zhì)中對(duì)微生物的影響研究則較少。精油在食品中的化學(xué)變化、代謝以及對(duì)細(xì)菌演替的影響在世界范圍內(nèi)鮮有報(bào)道，且精油種類(lèi)多、細(xì)菌演替復(fù)雜，需要更多先進(jìn)的檢測(cè)手段和數(shù)據(jù)支撐。因此，需要克服這一難題，明確其變化規(guī)律，以利于精油的應(yīng)用。另一方面，精油的芳香氣味不適合在部分食品中運(yùn)用，因此可以研究精油與精油之間的協(xié)同作用，通過(guò)復(fù)配以達(dá)到提升抗菌性能、減少添加量并降低芳香氣味的目的。