香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用研究進展

呂佳煜，宋莎莎，馮敘橋,*，朱丹實，梁潔玉，侯 宇，楊文晶，杜玉慧

（1.渤海大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用研究進展

呂佳煜1，宋莎莎1，馮敘橋1,*，朱丹實1，梁潔玉1，侯 宇1，楊文晶1，杜玉慧2

（1.渤海大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

隨著人們對食品安全問題認識的提高，天然多功能食品添加劑正受到人們越來越多的關注。香蘭素作為一種易提取的天然香味化合物，因其原料成本低、生產工藝成熟，被廣泛應用于食品貯藏保鮮和加工尤其是乳制品的加工中。本文主要介紹香蘭素的結構與性質，綜述香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用，包括抑菌作用、抗氧化作用、穩定劑作用，并提出香蘭素在應用上還值得研究的問題，展望其應用前景。

香蘭素；食品保鮮；貯藏

隨著人們對食品安全問題認識的提高，對健康飲食的追求以及對營養搭配的重視，安全、健康、營養、天然的食品受到越來越多的人的青睞，“回歸自然”成為現今人們飲食的流行趨勢。天然食品保鮮劑也隨之受到更多的重視，天然、多功能的食品保鮮劑更成為了國內外研究人員關注的焦點。香蘭素（vanillin）又稱香草醛（vanillic aldehyde），是從大型蘭科植物香莢蘭（Vanilla fragrans）的種子中提取出來的醛類物質。香蘭素是第一種人工合成的香精，而且合成工藝簡單、原料成本低廉[1]，目前主要的合成方法有：微生物發酵法、酶合成法和植物細胞培養法[2]。本文主要介紹香蘭素的結構與性質，綜述香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用，包括抑菌作用、抗氧化作用、穩定劑作用，并提出香蘭素在應用上還值得研究的問題，對其應用前景進行展望。

1 香蘭素的結構與性質

圖1 香蘭素同分異構體的分子模型及原子數量[4]Fig.1 Molecular models and atom numbering for the possible conformers of vanillin[4]

香蘭素即4-羥基-3-甲氧基苯甲醛（4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde），呈白色針狀結晶，有芳香氣味[3]。通過MP2/6-31G**計算結合氣體電子衍射方法得出香蘭素有兩個穩定的構象（圖1）[4]。徐婷等[5]認為香蘭素結構中含有還原性的醛基，由于還原性與抗氧化性呈正相關，因此推斷香蘭素具有抗氧化性。香蘭素在低濃度條件下仍具有抑菌活性：將香蘭素濃度稀釋2 000倍時依然有抑菌作用[6]。

在食品的貯藏保鮮過程中，香蘭素的揮發性與溶解性對貯藏保鮮效果影響很大。香蘭素具有揮發性，在食品的加工過程中若經高溫處理可能會失去其對產品的保鮮及加工作用。在解決香蘭素的易揮發及延長其保質期的問題上已取得了良好成果。微膠囊技術及復合膜系統可以解決香蘭素易揮發的問題，曾張福等[7]用β-環糊精作為包埋劑制成微膠囊，提高了香蘭素的熱穩定性并賦予其緩釋特性。β-環糊精包埋香蘭素提高了其熱穩定性的同時也提高了其抗氧化性：Karathanos等[8]證明β-環糊精包埋的香蘭素在游離香蘭素被氧化的溫度仍具有抗氧化活性。Kayaci等[9]將香蘭素環糊精包合物以靜電方式封于聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）的微型網狀結構中，使香蘭素的貨架期得以延長、穩定性得以提高，并且證明環糊精的添加對香蘭素的熱穩定性有著很重要的影響。Stroescu等[10]證實以細菌纖維素、PVA及香蘭素為主要成分的復合膜系統也可以控制對香蘭素的釋放。香蘭素具有溶解性，在溶液中的濃度越大其保鮮作用越強[11]。Karathanos等[8]證明，香蘭素和β-環糊精的包絡物在水中的溶解性優于香蘭素。

香蘭素具有濃烈的奶香氣味，作為食品添加劑在食品工業中有廣泛用途，可以添加到需要增加奶香味的產品中，如蛋糕、冷飲、糖果、餅干、面包及炒貨產品等，有效地提高產品的感官品質。由于乙基香蘭素的香味比同等質量的香蘭素強并且能夠持久留香，香蘭素往往搭配乙基香蘭素使用，添加比例約為m（香蘭素）∶m（乙基香蘭素）＝3∶1[3]。

2 香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用

食品保鮮劑分為天然保鮮劑與化學保鮮劑兩類，被用于食品生產、流通、貯藏等過程中以起到保持食品感官性狀、提高食用價值、延長貯藏時間等作用。與化學保鮮劑相比較，天然保鮮劑具有對環境無害、生產成本較低、生物相容性好、保鮮效果良好等優勢[12]。食品中的香蘭素可通過紫外-可見分光光度法、色譜法、電泳法等常規方法準確地檢出，是一種安全性較高的食品保鮮劑[13-15]。香蘭素在食品貯藏保鮮中的應用可分為抑菌、抗氧化、穩定食品中其他成分及抑制呼吸速率等方面。

2.1抑菌

香蘭素是一種天然的抑菌劑，在食品領域常結合其他抑菌方法共同作用，且香蘭素對不同菌種的抑菌效果不同（表1）。Moon等[11]證明香蘭素的抑菌效果與其濃度、pH值有關，較高的香蘭素濃度和較低的pH值均有利于提高香蘭素的抑菌作用，香蘭素對不同菌種的抑菌效果不同，對比其他菌種，香蘭素對大腸桿菌的抑菌效果更好。香蘭素對多種酵母菌有抑制作用，高濃度的香蘭素有利于提高其抑菌效果，但是高濃度的香蘭素不能即時殺滅酵母菌[16]。復合保鮮實現了保鮮劑（或保鮮方法）間的協同作用，是一種能夠被普遍接受的果蔬保鮮方法，香料之間的抗菌效果往往有協同作用且用量比單一使用小，例如：對防止黑曲霉污染來說，單獨使用香蘭素的有效殺菌劑量是0.5%（質量分數，下同），而0.05%的香蘭素與0.0025%的桂醛混合物即可發揮殺菌作用[6]；王娟等[17]用復合涂膜結合紫外處理的方法對鮮切木瓜品質進行研究，香蘭素質量分數僅為0.3%便可起到保鮮作用。

表1 香蘭素的抑菌效果Table1 Antimicrobial effects of vanillin

香蘭素在輔助抑菌、殺菌方面也起到了重要的作用。在現階段的生產過程中，熱殺菌在果汁加工中仍然是最為普遍的殺菌方式，其處理方式一般為巴氏殺菌和高溫瞬時滅菌。傳統的殺菌方式常會導致果汁中營養成分被破壞、產品褐變等問題[25]。Gastélum等[26]以低頻超聲技術、溫度、香蘭素加入量作為主要研究因素，對菌種滅活情況進行探究，結果表明：低頻超聲技術、溫度、香蘭素的組合有效提高了菌種失活速率，在45～55℃溫度范圍內，出現了英諾克李斯特氏菌（Listeria innocua）明顯減少的結果，并且這種殺菌方式在工業上仍有很大的研究價值。Cava-Roda等[27]提出，食品中的成分可能會影響到香蘭素的抑菌作用，以香蘭素在全脂和脫脂牛乳中的作用為例，高脂肪含量明顯降低了香蘭素的抑菌活性，猜測是脂肪分子對于細菌的保護作用所致。

2.2抗氧化

結構相似的抗氧化劑的作用機理有所差別（表2），香蘭素主要通過氧化產物香草酸來加速對自由基的清除[28]，香蘭素具有的抗氧化作用可顯著延長含油食品的保質期并且對其酸敗味具有掩蓋作用[29]。香蘭素的同分異構體——鄰香草醛（2-羥基-3-甲氧基苯甲醛），被證實具有清除過氧亞硝基陰離子的作用，但并不是很好的自由基清除劑[30]。在鄭紅等[31]的研究中，香蘭素衍生物VND3207有清除活性氧自由基的能力，且清除能力強于香蘭素。VC是一種應用廣泛、具有強抗氧化作用的自由基清除劑，而低濃度的香蘭素在脂質抗氧化性方面表現出的作用明顯優于VC[32]。香蘭素對蛋白質的氧化降解具有保護作用，當香蘭素的濃度為12.5μmol/L時已有微弱的保護作用，當其濃度達到100μmol/L時，已完全保護了蛋白質的氧化降解[28]。Tai等[33]用多種方法評價香蘭素的抗氧化性，結果表明香蘭素比VC和水溶性VE表現出更強的抗氧化活性。

表2 不同物質抗氧化活性的對比Table2 Comparison of antioxidant activities of vanillin and other phytochemiiccaallss

2.3 穩定食品中其他成分

原玲芳等[36]將香蘭素添加于天然香料中，證明了在不改變桂花精油化學成分的基礎上，香蘭素有效延緩了桂花精油的揮發，既提高了食品品質，又推廣了桂花精油在食品領域的應用。已有研究證明香蘭素的反應產物有助于穩定食品中其他成分：白藜蘆醇為天然功能性成分，為提高其穩定性并充分發揮功能性作用，以香蘭素與殼聚糖反應后形成的網狀殼聚糖微球包覆白藜蘆醇，有助于控制白藜蘆醇的釋放[37]；香蘭素與氨基的縮合產物具有與金屬離子絡合的良好能力，能夠有效提高其包合的物質的穩定性[38]。

3 香蘭素的安全性以及在應用中值得研究的問題

香蘭素是天然的植物成分，是公認的較安全的食品添加劑。由于其在食品中的添加量較小，到目前為止還沒有發現香蘭素對人體有害的相關報道。在我國，除在0～6個月嬰幼兒食品中不得檢出香蘭素外，在其他產品中均沒有香蘭素添加的限制[3]。

香蘭素的安全性與其使用特性密切相關。香蘭素有增香、抑菌、抗氧化、穩定食品成分等作用，是一種具有多重功能的天然食品添加劑，且低劑量即可發揮多重作用。Srinivasan等[39]證明香蘭素同時也是一種有益健康的活性物質，香蘭素隨日常飲食攝入后，能夠有效降低實驗小鼠血清甘油三酯及與多種脂蛋白結合的甘油三酯水平，且香蘭素的有效降血脂使用量與其作為食品添加劑少量添加于食品中的使用量是一致的。Tai等[33]也提出，小鼠口服香蘭素，血液中的抗氧化活性物質水平隨著香蘭素濃度的增加而升高，表明香蘭素的抗氧化性在日常保健方面可能會發揮更大的作用。因此，香蘭素所具有的低劑量即可發揮多重作 用以及有益健康的特性，是其使用安全性的基礎。

然而，添加香蘭素也可能會對果蔬保鮮造成不好的效果，這是香蘭素應用中存在的主要問題，也是值得我們研究的問題。據Sangsuwan等[40]報道，涂有香蘭素膜的菠蘿10℃條件下貯藏，VC含量快速減少且低于對照組，雖然香蘭素處理能增強菠蘿的黃色，但在增加果實外觀吸引力的同時導致了營養成分的損失。另外，由于香蘭素自身具有濃郁的奶香味且遇熱不穩定，加入食品中也會對食品原料的固有香氣造成影響。在生產中要根據實際情況嚴格控制香蘭素加入量、嚴格規范生產加工工藝和操作，以免對食品感官品質產生不良影響。對于如何有效避免因香蘭素自身特點而帶來的問題，還需要在其作用機理、加工工藝等各方面進行深入研究。

4 結 語

將人工合成的化學制劑應用于食品保鮮中，可以達到期望的保鮮作用，但有可能對人體健康產生負面影響，甚至有一定的毒副作用。香蘭素作為一種天然的香料，兼有抗氧化劑、抑菌劑、呼吸抑制劑、穩定劑等作用，在食品貯藏保鮮、保健食品的開發方面與其他食品添加劑相比表現出更多的優越性，因而具有良好的發展前景。然而，近年來關于香蘭素的研究主要集中在生物合成、醫藥與檢測方面，香蘭素的保鮮機理目前并沒有文章明確闡述，對其保鮮作用的研究多處于實驗室探索階段。同時，香蘭素在保鮮貯藏應用上還存在一些問題，如：采用何種添加方式使其在非奶香味食品中發揮保鮮作用？如何與其他保鮮劑復配實現最大保鮮效果？如何保持其在處理過程中的穩定性？這些問題都直接影響著香蘭素在食品貯藏領域的推廣。另外，必須有效解決香蘭素添加方式對食品原料加工品質影響的問題。隨著有關研究的發展和深化，香蘭素在食品領域將會擁有更廣闊的利用空間。

[1] 張瑞峰. 愈創木酚法合成香蘭素工藝綜述[J]. 廣東化工, 2012, 39(8)∶ 192-193.

[2] 許美玲, 王芳, 譚天偉. 香蘭素生物合成技術進展及展望[J]. 現代化工, 2008(增刊1)∶ 142-145.

[3] 陶保華, 儲小軍, 賴世云, 等. 嬰幼兒配方粉中香蘭素和乙基香蘭素的檢測方法比較[J]. 食品安全質量檢測學報, 2013, 4(2)∶ 421-426.

[4] EGAWA T, KAMEYAMA A, TAKEUCHI H. Structural determination of vanillin, isovanillin and ethylvanillin by means of gas electron diffraction and theoretical calculations[J]. Journal of Molecular Structure, 2006, 794(1/3)∶ 92-102.

[5] 徐婷, 吳時敏, 梅俊. 天然香味化合物在食品中的抗氧化研究進展[J].中國調味品, 2010, 35(4)∶ 24-27.

[6] 杜世祥. 我國傳統香料香精的防腐功能[J]. 中國食品添加劑, 1999(3)∶ 33-37.

[7] 曾張福, 方巖雄, 紀紅兵, 等. 噴霧干燥法制備β-環糊精/香蘭素微膠囊[J]. 精細化工, 2012, 29(7)∶ 678-682.

[8] KARATHANOS V T, MOURTZINOS I, YANNAKOPOULOU K, et al. Study of the solubility, antioxidant activity and structure of inclusion complex of vanillin with β-cyclodextrin[J]. Food Chemistry, 2007, 101(2)∶ 652-658.

[9] KAYACI F, UYAR T. Encapsulation of vanillin/cyclodextrin inclusion complex in electrospun polyvinyl alcohol (PVA) nanowebs∶prolonged shelf-life and high temperature stability of vanillin[J]. Food Chemistry, 2012, 133(3)∶ 641-649.

[10] STROESCU M, STOICA-GUZUN A, JIPA I M. Vanillin release from poly (vinyl alcohol)-bacterial cellulose mono and multilayer films[J]. Journal of Food Engineering, 2013, 114(2)∶ 153-157.

[11] MOON K D, DELAQUIS P, TOIVONEN P, et al. Effect of vanillin on the fate of Listeria monocytogenes and Escherichia coli O157∶H7 in a model apple juice medium and in apple juice[J]. Food Microbiology, 2006, 23(2)∶ 169-174.

[12] 胡曉亮, 沈建. 淡水魚天然保鮮劑的研究進展[J]. 現代食品科技, 2013, 29(4)∶ 925-931.

[13] YARDIM Y, G?LCAN M, ?ENTüRK Z. Determination of vanillin in commercial food product by adsorptive stripping voltammetry using a boron-doped diamond electrode[J]. Food Chemistry, 2013, 141(3)∶1821-1827.

[14] 呂昱, 杜海軍, 紀少凡, 等. 香蘭素在電活化玻碳電極上的電化學行為及其伏安法測定[J]. 分析科學學報, 2013, 29(4)∶ 543-546.

[15] 馮東, 李雪梅, 王丙蓮. 紫外-可見分光光度法在食品檢測及食品安全分析中的應用[J]. 食品工業, 2013, 34(6)∶ 190-192.

[16] ROJAS G M A, RAYBAUDI M R M, SOLIVA F R C, et al. Apple puree-alginate edible coating as carrier of antimicrobial agents to prolong shelf-life of fresh-cut apples[J]. Postharvest Biology and Technology, 2007, 45(2)∶ 254-264.

[17] 王娟, 陳平生, 孟祥春. 復合涂膜結合紫外處理對鮮切木瓜冷藏品質的影響[J]. 農業工程學報, 2012(2)∶ 273-278.

[18] GABRIEL A A, PINEDA J K F. Influences of vanillin and licorice root extract supplementations on the decimal reduction times of Escherichia coli O157∶H7 in mildly heated young coconut liquid endosperm[J]. Food Control, 2014, 38∶ 136-141.

[19] RUPASINGHE H P V, BOULTER B J, AHN T, et al. Vanillin inhibits pathogenic and spoilage microorganisms in vitro and aerobic microbial growth in fresh-cut apples[J]. Food Research International, 2006, 39(5)∶ 575-580.

[20] 陳默, 胡長鷹, 王志偉, 等. 香蘭素對大豆分離蛋白膜抗菌作用的影響[J]. 包裝工程, 2008(10)∶ 83-85.

[21] 高蕙文. 香蘭素抑菌活性及在食品中的應用研究[D]. 南京∶ 南京農業大學, 2007∶ 20-28.

[22] CAVA R R M, TABOADA A, PALOP A, et al. Heat resistance of Listeria monocytogenes in semi-skim milk supplemented with vanillin[J]. International Journal of Food Microbiology, 2012, 157(2)∶314-318.

[23] FITZGERALD D J, STRATFORD M, NARBAD A. Analysis of the inhibition of food spoilage yeasts by vanillin[J]. International Journal of Food Microbiology, 2003, 86(1/2)∶ 113-122.

[24] 趙建芬, 韋壽蓮, 嚴子軍. 香蘭素的抑菌性及其應用的初步研究[J].微生物學雜志, 2009, 29(6)∶ 73-76.

[25] 方婷, 龔雪梅, 虞聰, 等. 高壓脈沖電場對冷凍濃縮荔枝汁非熱殺菌的研究[J]. 食品科技, 2010, 35(9)∶ 83-87.

[26] GAST?LUM G G, AVILA-SOSA R, L?PEZ-MALO A, et al. Listeria innocua multi-target inactivation by thermo-sonication and vanillin[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5(2)∶ 665-671.

[27] CAVA-RODA R M, TABOADA-RODR?GUEZ A, VALVERDEFRANCO M T, et al. Antimicrobial activity of vanillin and mixtures with cinnamon and clove essential oils in controlling Listeria monocytogenes and Escherichia coli O157∶H7 in milk[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5(6)∶ 2120-2131.

[28] MOURTZINOS I, KONTELES S, KALOGEROPOULOS N, et al. Thermal oxidation of vanillin affects its antioxidant and antimicrobial properties[J]. Food Chemistry, 2009, 114(3)∶ 791-797.

[29] 時忠烈. 香蘭素在含油食品中抗氧化性研究[J]. 食品工業科技, 2000, 21(6)∶ 36-37.

[30] BARIK A, PRIYADARSINI K I, M OHAN H. Reactive oxygen and nitrogen species (RONS) scavenging reactions of o-vanillin∶pulse radiolysis and stopped flow studies[J]. Research on Chemical Intermediates, 2006, 32 (9)∶ 837-845.

[31] 鄭紅, 汪思應, 嚴雨倩, 等. 香蘭素衍生物 對輻射損傷細胞保護作用的初步研究[J]. 輻射防護, 2008, 28(4)∶ 226-231.

[32] 楊慶明, 丁蘭, 楊紅, 等. 食用香料∶ 香蘭素的抗氧化活性研究[J]. 食品研究與 開發, 2007, 28(1)∶ 85-87.

[33] TAI A, SAWANO T, YAZAMA F, et al. Evaluation of antioxida nt activity of vanillin by using multiple antioxidant assays[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 2011, 1810(2)∶ 170-177.

[34] 李書國, 趙文華, 陳輝. 食用油脂抗氧化劑及其安全性研究進展[J].糧食與油脂, 2006(5)∶ 34- 37.

[35] 許颯, 李忠, 張聲華. 類胡蘿卜素與VC的協同抗氧化性研究[J]. 食品科學, 1999, 20(2)∶ 22-25.

[36] 原玲芳, 敖明章, 金文聞, 等. 香蘭素延緩桂花精油香氣釋放的作用[J]. 食品科學, 2013, 34(19)∶ 73-75. doi∶ 10.7506/spkx1002-6630-201319016.

[37] PENG Hailong, XIONG Hua, LI Jinhua, et al. Vanillin cross-linked chitosan microspheres for contro lled release of resveratrol[J]. Food Chemistry, 2010, 121(1)∶ 23-28.

[38] SABAA M W, MOHAMED R R, ORABY E H. Vanillin-Schiff’s bases as organic thermal stabilizers and co-stabilizers for rigid poly (vinyl chloride)[J]. European Polymer Journal, 2009, 45(11)∶ 3072-3080.

[39] SRINIVASAN K, PLATEL K, R AO M V L. Hypotriglyceridemic effect of dietary vanillin in experimental rats[J]. European Food Research and Technology, 2008, 228(1)∶ 103-108.

[40] SANGSUWAN J, RATTANAPANONE N, RACHTANAPUN P. Effect of chitosan/methyl cellulose films on microbial and quality characteristics of fresh-cut ca ntaloupe and pineapple[J]. Postharvest Biology and Technology, 2008, 49(3)∶ 403-410.

Advances in Application and Research of Vanillin in Food Storage and Preservation

L? Jiayu1, SONG Shasha1, FENG Xuqiao1,*, ZHU Danshi1, LIANG Jieyu1, HOU Yu1, YANG Wenjing1, DU Yuhui2
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

With increasing awareness about food safety, natural food additives with multi-functions have drawn more and more attention. Vanillin, a readily extractable natural flavor compound, is widely used in food storage and processing, especially in the dairy industry because of the low cost of its sources and the mature production technology. This review presents the structure and properties of vanillin and summarizes its application in food preservation and its functions as antibacterial, antioxidant and stabilizer. In addition, problems that need to be further studied in the application of vanillin are proposed and its application prospects are discussed.

vanillin; food preservation; storage

TS255.3

1002-6630（2015）17-0305-05

10.7506/spkx1002-6630-201517056

2014-11-01

渤海大學人才引進基金項目（BHU20120301）

呂佳煜（1990—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工及貯藏工程。E-mail：863088802@qq.com

*通信作者：馮敘橋（1961—），男，教授，博士，研究方向為農產品貯藏與加工工程。E-mail：feng_xq@hotmail.com