李德海，蔣沙沙

（1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）（2.黑龍江省森林食品資源利用重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150040）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展，飲食多元化成為為滿足居民對日益增長的物質(zhì)文化生活的一種需求，這也催促了中國漿果類鮮果市場需求持續(xù)攀升。漿果分為不同的科屬，如茄科、獼猴桃科、忍冬科、杜鵑科、葡萄科等。漿果不但果肉水分含量高，并且含有豐富的 糖、蛋白質(zhì)、有機酸、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，以及多酚、花青素、黃酮等具有生理活性的物質(zhì)[1]。而采后由病原微生物污染導(dǎo)致漿果的腐爛變質(zhì)是造成其采后漿果保鮮的主要原因之一。這些病原微生物一旦感染到漿果中，就會使其果皮破裂，果肉軟爛，失去固有的光澤與風味。并造成漿果腐敗變質(zhì)，進而給果農(nóng)造成巨大的經(jīng)濟損失。目前，化學(xué)防腐保鮮劑在我國漿果類水果貯藏中已得到廣泛應(yīng)用，但同時化學(xué)防腐劑存在誘癌性、致畸性和易引起食物的慢性中毒等不安全問題[2]。因此，開發(fā)天然安全無毒害的漿果保鮮抑菌劑顯得尤為重要。

植物精油（essential oils，EOs），又稱香精油、芳香油和揮發(fā)油，從植物的花、葉、根、皮或全植物中以蒸餾、壓榨等方式提煉而得，屬于植物體內(nèi)的次生代謝物質(zhì)，具有一定揮發(fā)特性的油狀混合物液體的總稱[3]。對病原微生物具有很好的抑菌作用，同時具有無毒低殘留、天然環(huán)保、不易產(chǎn)生依賴性與抗藥性等特點[4]，常用于水果、蔬菜、鮮肉、鮮蛋的保鮮。但是，植物精油提取成本高、耗時大、化學(xué)成分復(fù)雜，且本身易揮發(fā)的特殊香氣有可能對有些漿果本身的香氣造成影響[5]。因此，在使用天然植物精油對漿果進行貯存保鮮時，不同成分之間的協(xié)同作用可能產(chǎn)生更加有效的抑菌保鮮效果，也可以與其他的天然物質(zhì)結(jié)合制成為微納米材料代替單一植物精油的使用[6]。這就大大減少了貯藏漿果時的成本，也減少對漿果品質(zhì)的影響。針對采后漿果遭受病原微生物侵入導(dǎo)致漿果腐敗變質(zhì)這一問題，總結(jié)近幾年天然植物精油對病原微生物抑菌機制的研究進展，并對采后漿果類水果運用植物精油貯藏保鮮研究現(xiàn)狀進行分類綜述，展望了植物精油在漿果保鮮中的發(fā)展趨勢，以期為后期拓展其應(yīng)用領(lǐng)域提供理論參考。

1 植物精油來源及活性成分

植物精油是植物源保鮮劑的一種，在生物保鮮技術(shù)研究領(lǐng)域中備受關(guān)注[7]。植物精油為芳香植物的高度濃縮脂溶性天然化合物，具有揮發(fā)性、高滲透性等特點，并且借其安全、高效、可被人體消化道降解等諸多優(yōu)點[8]，被作為很有應(yīng)用前景的天然保鮮劑。目前研究發(fā)現(xiàn)植物精油天然來源廣泛，已有17000多種芳香植物能夠產(chǎn)生精油，通常屬于被子植物科、唇形科、蕓香科、桃金娘科、姜科和菊科木蘭科等[9]，也是天然產(chǎn)物化合物的可持續(xù)資源。并且自中世紀以來，植物精油已被廣泛用于制藥、衛(wèi)生、化妝品、農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)中[10]。植物精油構(gòu)成成分復(fù)雜，包含100多種，主要是醇類、醛類、酸類、酚類、丙酮類、萜烯類等，大多成分具有抗氧化、抗菌、抗病毒等多方面的生物活性。其中，最主要的是它可作為天然抑菌劑的重要來源，對病原微生物具有很好的抑菌作用。常見植物精油的主要活性成分及對漿果中常見的病原菌的抑菌作用如表1所示。

表1 植物精油的主要活性成分及對漿果中常見的病原菌的抑菌作用 Table 1 The main active components of plant essential oils and their bacteriostasis to common pathogens in berries

2 植物精油對病原微生物的抑菌機理

由于植物精油的種類和官能團位置不同，所以針對不同的病原微生物的機制不盡相同，植物精油對微生物的作用靶點及抑菌機制如圖1所示[27]。植物精油抗病原微生物作用的機制主要體現(xiàn)在四個方面：（1）破壞細胞膜結(jié)構(gòu)；（2）影響細胞內(nèi)生物大分子合成；（3）紊亂能量代謝；（4）破壞病原菌的菌絲和分生孢子的結(jié)構(gòu)。

2.1 改變細胞膜發(fā)揮抑菌作用

植物精油可以通過破壞病原微生物的細胞膜，使膜結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，細胞內(nèi)物質(zhì)的流失，致使病原菌死亡，從而達到抑菌效果。通過破壞膜內(nèi)外的電位差、通透性、完整性3種方式作用于病原微生物細胞膜，產(chǎn)生抑制作用。首先細胞膜內(nèi)外形成電位差。Song等[28]研究柑橘精油處理過的金黃色葡萄球菌的熒光強度顯著下降，使細胞膜電位發(fā)生變化，導(dǎo)致細胞代謝活動異常，掃描電子顯微鏡圖像也顯示出細胞膜受到破壞，從而實現(xiàn)抑菌作用。其次影響細胞膜的通透性。薄荷精油對病原微生物的抗菌機理，利用流式細胞術(shù)技術(shù)通過熒光探頭的滲透能力不同，來識別細胞中的DNA是否外流。結(jié)果表明薄荷精油通過破壞大腸桿菌、單增李斯特菌和腸炎沙門氏菌的細胞膜，增加膜的滲透性，抑制了細菌呼吸活性[29]。再者是破壞細胞膜的完整性。水晶紫羅蘭很容易進入受損細胞，并對其吸收的特點，根據(jù)細胞對紫羅蘭的吸收量的大小，可以判斷細胞膜破壞的完整性的程度[30]。另外，以1.00 g/L濃度的芥末精油包合物處理棘孢曲霉60 h后（處理組），同時以未進行芥末精油包合物處理的為對照組。處理組β-1,3-葡聚糖酶和幾丁質(zhì)酶活性相比對照有所上升，推測細胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分β-1,3-葡聚糖和幾丁質(zhì)發(fā)生了更多的降解，導(dǎo)致棘孢曲霉死亡[31]。

2.2 改變核酸和蛋白質(zhì)發(fā)揮抑菌作用

病原微生物的基本結(jié)構(gòu)核酸或者蛋白質(zhì)，任何一個受到損傷或破壞，都會影響遺傳物質(zhì)正常的復(fù)制表達及病原微生物的生長繁殖。植物精油及其主要成分不但可以破壞核酸基本的雙螺旋結(jié)構(gòu)，還可以抑制基因表達，阻止蛋白質(zhì)合成。丁香油通過阻止單核細胞相關(guān)基因中的蛋白質(zhì)表達，進而阻礙相關(guān)蛋白質(zhì)和酶的合成進而發(fā)揮抗菌作用，導(dǎo)致細胞中蛋白質(zhì)表達量減少，產(chǎn)生抑菌活性[32]。Rodrigo等[33]證實了丁香精油和迷迭香精油對黃曲霉的作用機制，結(jié)果顯示兩種精油通過核濃縮和質(zhì)膜損傷來誘導(dǎo)細胞凋亡，并且可以使laeA基因、lipA基因和metP基因（編碼金屬蛋白酶）三個基因的表達量發(fā)生下調(diào)，達到抑菌的效果。Tagliati等[34]研究發(fā)現(xiàn)百里香、香茅、迷迭香揮發(fā)精油可直接作用于蛋白質(zhì)，使得其合成過程中的復(fù)合物的穩(wěn)定性發(fā)生變化。李燕妮等[35]研究了芥末精油包合物對紅毛丹的優(yōu)勢致腐微生物棘孢曲霉的DNA和RNA的生物合成和代謝受到顯著影響；酶活性相關(guān)基因、跨膜運輸調(diào)節(jié)相關(guān)基因受到顯著影響；有絲分裂過程受到嚴重抑制從而抑制體細胞產(chǎn)生；呼吸電子傳遞鏈及能量代謝水平受到顯著抑制。精油對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響尚存在短板，并且對DNA的具體作用位點也尚不明確。

2.3 改變細胞代謝過程發(fā)揮抑菌作用

天然植物精油從通過影響病原微生物的代謝過程，發(fā)揮抑菌作用。Qian等[36]研究發(fā)現(xiàn)香草酸可以改變耐碳青霉烯類陰溝腸桿菌細胞內(nèi)ATP的濃度。麝香草酚可抑制沙門氏菌ATP合成酶活性，影響檸檬酸代謝途徑，進而干擾三羧酸循環(huán)進程。另外，通過線粒體中活性氧供給變化可以影響細胞代謝，馬鞭草精油去處理黃曲霉，發(fā)現(xiàn)菌體內(nèi)活性氧迅速增加，線粒體的功能紊亂使細胞死亡[37]。葡萄糖是微生物形成ATP的重要物質(zhì)，改變培養(yǎng)基中葡萄糖含量，對比精油主要成分丁香酚對單增李斯特菌能量合成過程中的抑制作用，當含量少時能夠抑制合成ATP過程反應(yīng)途徑中關(guān)鍵酶ATP合成酶的活性。并可能引起細胞離子泄漏，從而分散質(zhì)子動力，導(dǎo)致其代謝紊亂[38]。這些精油極大地改變了病原微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，最終抑制病原微生物生長。

2.4 破壞菌絲和分生孢子結(jié)構(gòu)

根據(jù)病原微生物菌絲或孢子的生長情況，選擇抑制其生長作用強的植物精油以達到阻斷病原微生物的生長繁殖。目前國內(nèi)外對病原微生物菌絲以及孢子生長的影響情況研究較少。（1）針對菌絲形態(tài)。Bomfim等人[39]探究百里香酚在一定濃度能夠有效抑制枯萎病菌，主要表現(xiàn)為菌絲生長緩慢，菌絲表現(xiàn)外形細弱，分支有明顯的減少并會伴隨部分菌絲發(fā)生斷裂的情況發(fā)生。甜櫻桃采后優(yōu)勢致腐真菌分別為灰葡萄孢菌、鏈格孢菌和膠孢炭疽菌。丁香精油有較強的精油疏水性，通過抑制3種真菌菌絲生長和孢子萌發(fā)，破壞了菌絲形態(tài)，抑制其生長[40]。（2）針對分生孢子。用檳榔葉精油處理的黃曲霉孢子，使細胞內(nèi)成分釋放，黃曲霉孢子受損，最終使孢子失活，孢子失活的最小濃度為15 μL/mL。但是，當花椒精油濃度為8 μL/mL時，黃曲霉菌絲生長和孢子萌發(fā)完全被抑制[41]。這說明導(dǎo)致漿果霉變的主要優(yōu)勢菌種根據(jù)其種類的不同而有所差異，所以選取多種植物精油的抑菌效果不一。

3 植物精油在漿果保鮮中的應(yīng)用

3.1 植物精油對漿果的保鮮

植物精油在漿果保鮮中的應(yīng)用分為兩種，一是植物精油單獨作用于漿果的保鮮，二是不同植物精油復(fù)配組合用于漿果保鮮。Jhalegar等[42]研究了檸檬草、桉樹、丁香等精油對金諾柑桔采后病原菌的抑菌活性。結(jié)果表明，精油處理對指狀青霉和意大利青霉引起的青霉病和藍霉病有較好的防治效果。對處理后的果實未造成任何傷害，也未表現(xiàn)出其他植物毒性作用，果實品質(zhì)也未發(fā)生變化。另外，有研究用香樟精油、羅勒精油以及薄荷精油協(xié)同處理草莓中的炭疽菌、灰霉菌和念珠菌，結(jié)果維持草莓的Vc含量，減少了黃酮和多酚的損失速率，呼吸代謝、抑制非酶類抗氧化物質(zhì)的分解、抗氧化酶活性的下降，可較長時間保持草莓的新鮮度[43]。

3.2 精油與氣調(diào)保鮮方式協(xié)同保鮮作用研究

目前，以植物精油為基礎(chǔ)，輔以氣調(diào)、紫外、無菌膜、納米管道等方式處理用于控制即食新鮮漿果中的微生物種群。在Valverde等[44]進行的一項研究中，將鮮食葡萄放入含有丁香酚、百里香酚或薄荷醇精油（各0.5 mL）的無穿孔取向聚丙烯袋中，在1 ℃的黑暗條件下貯藏35 d。植物精油聯(lián)合氣調(diào)包裝保持了果實的顏色、質(zhì)地、硬度，減少了果肉的老化、腐爛、失重等的現(xiàn)象。然而，在打開包裝后有精油的微小氣味，但很快消失。即使品嘗了葡萄，特有的香氣仍然存在。也有研究用0.2%的檸檬草精油結(jié)合5%～10% O2和10%～15% CO2氣調(diào)包裝在4±1 ℃下貯藏3、6、9、12、15、18和21 d，結(jié)果表明精油與氣調(diào)包裝協(xié)同作用條件下可以有效抑制草莓霉變的速率，使其保鮮時間最長可延長到18 d，并對草莓的感官影響極小[45]。這可能與精油的使用種類和漿果的主要風味物質(zhì)有關(guān)。

3.3 植物精油納米微膠囊保鮮作用研究

微膠囊技術(shù)是利用天然高分子材料對物質(zhì)進行誘捕，形成微粒子產(chǎn)品包埋的技術(shù)。微膠囊化減少了精油使用中的高揮發(fā)性和快速消散等問題，且緩慢釋放有效地減緩活性組分的揮發(fā)[46]。近年來，納米微膠囊技術(shù)在我國漿果保鮮中也充當十分重要的角色，主要是通過向漿果儲藏環(huán)境中釋放抗菌、抗氧精油揮發(fā)物來延長漿果的保鮮周期。在5 ℃冷藏條件下研究了丁香精油殼聚糖納米膠囊對石榴的保鮮效果，通過總可溶性固體含量、可溶性酸度、pH值、總苯酚和總花青素含量的測定，證明使用丁香精油殼聚糖納米膠囊保鮮可以明顯減少酵母菌和霉菌的數(shù)量，延長保質(zhì)期并控制石榴中不良微生物的生長代謝，且不會發(fā)生不良的理化和感官變化[47]。Cheng等[48]將肉桂精油加入微膠囊對芒果進行涂膜，加入微膠囊的活性包裝通過緩釋精油有效物成分保鮮芒果，從而控制包裝內(nèi)部的微環(huán)境，達到抗菌抗氧化保鮮的目的。另一項研究中，采用離子膠凝法以丁香精油為芯材，殼聚糖為壁材，三聚磷酸鈉為交聯(lián)劑，制備丁香精油殼聚糖納米微膠囊。對從櫻桃番茄中分離純化的3種真菌微生物產(chǎn)生抑菌作用，5 ℃貯藏可以維持櫻桃番茄機體內(nèi)活性物質(zhì)的含量，延緩果實軟化，將貨架期延長至12 d，并且與對照相比，櫻桃番茄的硬度和顏色得到了更好的保持[49]。這為漿果保鮮開發(fā)新型天然保鮮劑奠定理論基礎(chǔ)。因此，在延長新鮮水果的保質(zhì)期的同時，這些物質(zhì)被包裹起來以控制不良的感官變化。

3.4 植物精油合成復(fù)合可食薄膜保鮮作用研究

食用薄膜是用于食品保存和延長貨架壽命的活性包裝。具有抗氧化和抗菌性能，防止?jié){果中微生物的腐敗，最大限度地保護漿果的感官性能和固有品質(zhì)[50]。Perdones等[51]研究將檸檬精油-殼聚糖形成復(fù)合薄膜用于野草莓的保鮮，復(fù)合薄膜處理保持其主要的風味物質(zhì)萜類化合物含量，大大減弱了相關(guān)成分的揮發(fā)，這說明在一定貯存條件下對野草莓品質(zhì)、感官、風味特性都有明顯的積極作用。Mei等[52]用碳甲基纖維素與中國冷杉精油結(jié)合研究，復(fù)合薄膜對革蘭陽性細菌和青霉素具有極好的抑制作用。使用碳甲基纖維素+1%中國冷杉精油處理葡萄，在儲存過程中保持最佳活性性能。He等[53]研究以殼聚糖為外層，以海藻酸鈉和兩親性淀粉包覆的抗菌肉桂精油為內(nèi)層，用殼聚糖替代聚乙烯薄膜，制備了可降解抗菌膜，當殼聚糖添加量為0.5%時，可降解抗菌膜具有較好的保鮮性和力學(xué)性能。對櫻桃的保鮮試驗表明，其保鮮效果能達到兩周左右。具有較高的保鮮應(yīng)用潛力。

3.5 植物精油合成納米乳液保鮮作用研究

除了上面提到的幾種活性包裝外，納米乳液還因其能夠克服植物精油穩(wěn)定性低。由于其納米尺寸的液滴增加了活性表面積，能夠改善了植物精油活性化合物在目標致病菌優(yōu)先位于食物基質(zhì)區(qū)域的功效。因此納米乳液被認為比常規(guī)乳液具有優(yōu)異的抗菌活性。目前，精油納米乳液作為優(yōu)秀活性包裝在漿果保鮮應(yīng)用中在迅速發(fā)展[54]。Oh等[55]利用動態(tài)高壓處理（DHP）技術(shù)與高剪切探針混合（HSM）技術(shù)制備了兩種含有中等分子量殼聚糖-檸檬草精油納米乳液，分別對4 ℃和25 ℃儲存葡萄上的鼠傷寒沙門氏菌進行抑菌活性的測定。與未做處理的葡萄相比，DHP納米乳液與HSM納米乳液涂層都有效減少了葡萄漿果貯藏過程中的微生物生長和品質(zhì)劣化。并使顏色、可溶性固形物（SSC）和抗氧化活性（DPPH）保留。Hf等[56]將丁香、肉桂和薰衣草精油單獨封裝并組合成納米乳液，然后研究其物化特性和大腸桿菌滅活動力學(xué)特性。利用乳化作為改善活性物質(zhì)在水中的分散性，賦予增加聚合和減少降解的功能。減弱香蕉保存過程中大腸桿菌的活性?？傮w而言，乳化方法通過補充活性物質(zhì)成功地為薄膜提供了多功能性，而不會對其在漿果保鮮過程中的基本性能產(chǎn)生負面影響。

4 存在的問題以及解決辦法

4.1 植物精油的安全性

植物精油是天然且可生物降解的化合物，對非目標生物的影響有限，常用于食品保鮮[57]，且長期以來，植物一直是人類生活中不可或缺的一部分，是一般公認安全（generally recognized as safe，GRAS）產(chǎn)品[58]。隨著消費者需求的增加，測試“天然產(chǎn)品”的成分變得更加重要。因此，研究食品工業(yè)中使用的植物精油的化學(xué)和毒理學(xué)特征更為突出。其中食品法典委員會、食品化學(xué)法典等國際組織已經(jīng)制定了植物精油的良好使用指南，以及植物精油中的最小和最大揮發(fā)性成分的數(shù)量限制[59]。根據(jù)“安全使用的悠久歷史”和“限制原則”等概念判斷植物精油在預(yù)期使用條件下的安全性。但有人提出，由于植物精油提取自植物，而植物有可能含有多種化學(xué)成分，導(dǎo)致植物精油提取純度下降，若將其用于果蔬保鮮，會影響其安全性[60]。但目前這一說法尚需后續(xù)驗證。

4.2 對漿果采后感官特性的影響

感官方面主要包括風味、色澤、質(zhì)地等，對消費者的購買決定有很大的影響。在貯藏的新鮮漿果中，風味往往比外觀的下降更快，在某些情況下，風味對消費者來說是貨架壽命的實際指標[61]。藍莓采后在冷藏條件（7 ℃）下對腐爛真菌進行防治，采用精油熏蒸法對藍莓進行處理，發(fā)現(xiàn)使用迷迭香精油與百里香精油的藍莓風味有負面影響。處理后顯著增加了酸味、澀味與苦味。但是藍莓的抗氧化性和單體花青素含量沒有太大影響[62]。所以針對不同的漿果選擇合適的精油也很重要。Jahani等[63]將百里香精油和桉樹精油固封于瓊脂平板中，制成精油香膏，并采用熏蒸法熏蒸石榴，通過石榴保鮮指數(shù)，經(jīng)過33 d貯藏，與不經(jīng)精油香膏熏蒸的相比，雖然腐爛指數(shù)降低了12.5%，但石榴的色澤也發(fā)生一定的變化，這有可能和植物精油的使用量有關(guān)。因此在運用植物精油對漿果進行保鮮時，不同貯存條件以及使用量有可能是導(dǎo)致感官性能變化的原因。Siriwardana等[64]進行的測試營銷試驗。關(guān)于消費者對羅勒精油處理香蕉的偏好顯示，由于其具有令人愉悅的味道，并對香蕉的色澤具有一定的保護作用，消費者對精油處理的香蕉接受度更高，也可能因為羅勒精油對香蕉質(zhì)地具有保護作用。綜上所述，根據(jù)食物類型和抑菌濃度謹慎選擇精油，可以降低對感官的負面影響。

4.3 解決方法

植物精油對少數(shù)物理化學(xué)因素敏感，如氧氣、光、溫度和pH值。在光照下，氧氣會導(dǎo)致精油中不飽和化合物氧化并產(chǎn)生自由基，在高溫下儲存時會損失少量揮發(fā)性抑菌成分。此外，一些成分在不同的pH值下非常不穩(wěn)定，例如檸檬醛，它在酸性環(huán)境中很容易分解，而漿果大多數(shù)含量酸性物質(zhì)[65]。使用植物精油來貯藏漿果對其條件有一定的要求，應(yīng)該根據(jù)不同的漿果選擇對應(yīng)的精油進行保鮮研究。精油在儲存、運輸和加工過程中可以通過封裝得到保護，這不僅可以免受各種物理化學(xué)因素的影響，還可以掩蓋其特殊氣味，并將其轉(zhuǎn)化為水溶性粉末[66]。另外，微納米結(jié)合精油的技術(shù)可以緩慢釋放精油成分，最大限度保留漿果固有風味并延長保質(zhì)期。并且，食品級封裝材料和封裝技術(shù)應(yīng)與含有精油的食品基質(zhì)的性質(zhì)一致。要引入液體中的精油必須轉(zhuǎn)化為液體膠體分散體或納米乳液和微乳液，或者它們可以包含在水溶性分子系統(tǒng)中，減少對精油抑菌成分的影響[67]。

5 結(jié)論與展望

5.1 采用天然保鮮劑替代化學(xué)防腐保鮮劑是食品行業(yè)和消費市場發(fā)展的大趨勢，天然植物精油用于果蔬保鮮取得了良好效果。雖然近年來對植物精油的抑菌機理的研究逐步深入，但由于植物精油活性物質(zhì)成分組成復(fù)雜、氣味多樣、機制靶點多變、抑菌機制尚未完全明確。另外，在未來對于植物精油結(jié)合不同漿果自身的特點及致病微生物的差異性，篩選最佳的植物精油或植物精油納米技術(shù)保鮮劑仍然是研究的重點。

5.2 精油具有獨特的香氣，使用不當時會對漿果本身的感觀特性產(chǎn)生一定的影響。所以在將來對不同種類的漿果進行保鮮時，可以通過精油特殊香氣成分針對性的進行選擇，也可加入微納米技術(shù)解決這一問題。針對外部環(huán)境對精油的影響，精油生物活性化合物的封裝保護可以免受外部環(huán)境條件的影響，并掩蓋其強烈的風味。有效減弱精油對漿果感官品質(zhì)的影響，使?jié){果最大可能保持原有的特性。當然，在保持新鮮漿果質(zhì)量方面的整體效果取決于精油的類型及其成分、包裝材料類型、食品品種、病原體類型、應(yīng)用方法等。總體來講，植物精油安全性高，抑菌力強，保鮮效果突出，是一類前景較好的天然保鮮劑。