食用香料揮發性成分及其抗菌活性研究進展

王雪雅， 陸 寬， 殷 勇， 李文馨, 孫小靜

(1.貴州省農業科學院 辣椒研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省生物技術研究開發基地， 貴州 貴陽 550002)

植物揮發性成分是一類主要存在于植物根、莖、葉、果實或種子中的具有強烈氣味的物質，屬于植物次生代謝產物[1]，是由多種化合物組成的混合物，其成分復雜。一種植物揮發性成分可能由數十種到數百種化學成分組成，同一種植物，因采用部位、生長環境、采收季節不同都會引起揮發性成分的差異。但這些組分從化學結構上大致分屬于萜烯類、芳香族、脂肪族及含氮含硫類化合物等。其中以萜類及其衍生物和芳香族化合物為主要組分。

香料是一種能被嗅覺嗅出香氣的物質，可分為天然香料和人造香料，其中天然香料包括動物性天然香料和植物性天然香料，而食用香料多以植物性天然香料為主。獨特的植物揮發性成分組成使得不同食用香料之間氣味千差萬別。雖然食用香料中植物揮發性成分含量較低，但卻有著多種生物活性，如驅蟲、抑菌、抗氧化等[2-5]，在許多領域得到較廣泛的應用，尤其在食品抗菌方面的應用研究在逐年深入[6-9]。丁香、甘草、山蒼子、肉桂是常用食用香料，具有一定的代表性。筆者通過對丁香、甘草、山蒼子、肉桂4種常用食用香料相關文獻的整理，對其揮發性成分及抗菌活性研究進展進行綜述，旨在為4種香料應用領域及開發新型天然抑菌產品提供思路。

1 丁香

1.1 化學成分

丁香(Syzygiumaromaticum)為桃金娘科植物丁香的干燥花蕾，又稱公丁香、雞舌香，是我國重點開發研究的藥材之一，是一種藥食兩用的中草藥[10]。其性溫、味辛，用作腎虛陽痿、呃逆嘔吐等癥狀。蔡君龍等[11]采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)，對國內外4個地區的丁香揮發性成分進行了檢測，共鑒定出72種揮發性成分，通過對結果的分析發現，雖然各產地丁香揮發性成分不同，但主要揮發性成分有一定的相似性，主要成分含量排名前兩位的均為丁香酚、(-) -α-芹子烯，兩者含量之和均大于90%。金宏等[12]通過水蒸氣蒸餾法提取的丁香油成分分析發現，丁香揮發油主要含有丁香酚、β-石竹烯、乙酰基丁香酚、α-石竹烯、δ-杜松油烯等10種揮發性成分，約占揮發油總量的96%。丁香酚為丁香主要揮發性成分，其分子式為C10H12O2，不溶于水，具有麻醉[13]、抗菌[14]、抗氧化[15-16]等藥理作用，主要用于抗菌、降血壓、香水香精以及各種化妝品香精和皂用香精配方中，還可以用于食用香精的調配。

1.2 抗菌活性

近年來，多位學者研究發現，丁香的抑菌譜較寬，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽抱桿菌、黑曲霉及酵母菌等細菌或真菌均有較強的抑制效果[17-19]。馬艷玲等[14]研究發現，丁香酚對金黃色葡萄球菌菌體蛋白質質量濃度、蘋果酸脫氫酶活性以及琥珀酸脫氫酶活性均有一定的抑制作用，且該抑制作用主要是通過抑制菌體二羧酸循環和電子聯傳遞中相關關鍵酶的活性實現，丁香酚對金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度為600 μg/mL，最低殺菌濃度為700 μg/mL。丁香還具有防腐保鮮的效果，李寧等[20]研究發現，丁香精油還可有效降低冬棗果實在貯藏60 d后25℃貨架期5 d的腐爛指數，保持較高的苯丙氨酸解氨酶、多酣氧化酶、過氧化物酶活性和總酣含量。

2 甘草

2.1 化學成分

甘草為豆科植物甘草(GlycyrrhizauralensisFiseh.)的干燥根莖，味甘，性平，是一種常見的中草藥，具有止咳、化痰、解毒的功效。許永等[21]對甘草浸膏揮發性成分進行研究，共鑒定出108種揮發性成分，其中主要成分為己酸(30. 62%)、棕櫚酸(13.55%)、己酸乙酯(3.99%)、弧油酸乙酯 (3.93%)、11-十六碳烯醛(2.84%)、3-甲基-環戊醇(2.09%)、2-戊基呋喃(1.82%)和1-己醇(1.76%)等。梁勇等[22]對甘草揮發性成分進行研究，通過GC-MS分離鑒定出32種成分，主要包括2,6-雙(1,1二甲基乙基)-4-甲基苯酚(20.16%)、鄰苯二甲酸二甲酯(6.82%)、正十六酸(8. 33%)、正十八酸(4.68%)、正十九烷(4.71%)、正十八烷(4.16%)、正十七烷(4.02%)等化合物。通過對甘草成分的研究發現，甘草主要含有三萜皂苷類、黃酮類及多糖等活性物質[23]。目前，甘草中三萜類化合物主要包括甘草酸和次甘草酸，具有抗炎、抗肝損傷和抗腫瘤等多種功能[24-26]。甘草中黃酮類物質相對較為復雜，主要包括甘草素、異甘草素和甘草苷等物質，具有抗炎抑菌、抗氧化及抗病毒等作用[27-29]。甘草多糖主要由葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖以及半乳糖構成，具有調節免疫[30]和預防骨關節炎[31]的作用。

2.2 抗菌活性

黃雪芳等[32]對甘草水煎劑的抗菌活性進行研究發現，甘草水煎劑對葡萄球菌具有明顯的抑制作用，對金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的最低抑菌濃度分別為生藥25 mg/mL和50 mg/mL，并且甘草醇提物的抗菌活性高于水提物。陳麗艷等[33]用不同濃度乙醇對甘草進行提取，對比提取物抗菌活性發現，甘草 80%乙醇提取物的抗菌活性高于10%乙醇提取物，對金黃色葡萄球菌最小抑菌濃度和最低殺菌濃度分別為0.31 mg/mL和0.62 mg/mL。王南舟等[34]通過對甘草氯仿-乙醇提取物的抗菌活性進行研究發現，提取物對金黃色葡萄球菌、檸檬色葡萄球菌均有抑制作用，并且通過對甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌的抑制作用發現，甘草氯仿部位的抑菌活性高于己烷部位，提示甘草的抗菌成分具有一定的親脂性。楊靜等[35-36]通過對甘草中黃酮成分進行提取分離得到甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷、異甘草素、甘草酸以及甘草酸三鉀鹽。通過對上述物質抗菌活性的研究發現，采用1 mg/mL的甘草總黃酮、甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷及異甘草素對大腸桿菌、雙歧桿菌、綠膿桿菌以及金黃色葡萄球菌均有抑制作用，而甘草酸和甘草酸三鉀鹽對上述4種細菌無明顯抑制作用。甘草總黃酮中的甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷和異甘草素為主要抑菌成分，且甘草素、甘草查爾酮A的抑菌活性強于甘草苷和異甘草素。

3 山蒼子

3.1 化學成分

山蒼子為樟科植物，是山雞椒〔Litseacubeba( Lour. ) Pers.〕的果實，具有驅寒散寒和行氣止痛功效。其揮發油叫山蒼子油，有特殊的清香，可用于抗菌、祛痰及抗心律失常等。劉政等[37]通過對湖南懷化山蒼子揮發油進行GC-MS測定，共檢出29種揮發性成分，并對占總峰面積90%的揮發性成分進行定性分析發現，山蒼子揮發性成分以α-檸檬醛、β-檸檬醛和D-檸檬烯為主，3者總和所占比例高達65.95%。趙歐等[38]通過對10批貴州不同產地山蒼子的揮發性成分進行分析，確定了16個比較穩定的共有特征峰，且該16種成分占揮發油樣品總量的86.8 %～92.3 %，并且以α-檸檬醛、β-檸檬醛和D-檸檬烯3種成分為主要揮發性成分。彭湘蓮等[39-40]通過對山蒼子揮發性成分進行研究得出，其主要揮發性成分為檸檬烯、順式檸檬醛及反式檸檬醛等。由此看出，不同產地、不同批次的山蒼子中，檸檬醛和檸檬烯均為山蒼子主要揮發性成分，且總量達85%以上。由于3種主要成分中檸檬醛最高，山蒼子精油通常可用于提取檸檬醛，該檸檬醛可用于合成紫羅蘭酮類和維生素等[41-42]。

3.2 抗菌活性

山蒼子油及其主要成分檸檬醛具有廣譜的抗真菌效果。研究表明，檸檬醛對白念珠菌、非白念珠菌、黑曲霉、黃曲霉、煙曲霉、皮膚癬菌，新生隱球菌、申克孢子絲菌、根霉和酵母菌等具有很好的抑制活性[43]。山蒼子主要成分檸檬醛對黃曲霉具有顯著的抑制作用，最小抑制濃度為2.59 μg/mL[44-45]。濃度50～250 μL/L的山蒼子油及檸檬醛對赭曲霉具有顯著的抑制作用，并呈劑量依賴關系[46]。吳均等[46-47]以黑曲霉、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及枯草芽孢桿菌4種細菌為受試菌，對山蒼子精油的抑菌作用和機理進行研究發現，山蒼子油對霉菌抑菌作用最為顯著，細菌次之。余伯良[48]研究發現，山蒼子油不僅有較強的抗菌作用，且在中性環境時，抗菌效果好于苯甲酸鑰及山梨酸鉀。梁青等[49]對山蒼子油進行研究發現，其對日化產品腐敗菌有較強的抑制效果，可作為天然抑菌劑應用在日化工業中；在植物保護方面，已有報道證實山蒼子油及其提取物對油茶炭疽病、瓜枯萎病菌和小麥白粉病菌等有明顯抑制生長的作用[50-51]。

4 肉桂

4.1 化學成分

肉桂亦稱中國肉桂(Chinesecinnamon)，為樟科(Lauraceae)植物樟屬(Cinnamomum)肉桂(CinnamomumcassiaPresl)的干燥樹皮，屬藥食同源，其性辛、甘、熱，歸腎、脾心、肝經，具有活血通經及止痛補益之功效。陳立平等[52]采用水蒸汽蒸餾法對肉桂進行提取，并用氣相色譜-質譜聯用儀對肉桂油成分進行分析，鑒定出10種成分，主要為肉桂醛(93.94%)、肉桂醇醋酸酯(1.55%)、2-對甲氧基桂皮醛(1.32%)以及鄰苯二甲酸二乙酯(1.31%)等成分。張喜才等[53]采用氣質聯用法對肉桂油進行成分分析，共鑒定出27種成分，主要有反式肉桂醛、檸檬醛及苯乙醇等。陳建華[54]通過對5個代表性產地的肉桂揮發性成分進行GC-MS分析表明，我國廣西西江和防城地區及印尼和越南4個地方產的肉桂均屬Cassia型肉桂，其桂皮醛含量占總揮發性成分的55%以上，其中西江肉桂和防城肉桂的香氣成分接近，主要為桂皮醛(56.85%、60.89%)和α-可巴烯(16.02%、12.451%)。可以看出桂皮醛為肉桂主要揮發性成分，賦予肉桂辛辣的感覺，其具有多種生物活性，具有降血糖血脂[55]、抑制細胞纖維化[56]、增強消化促進食欲[57]等作用，并且具有良好的抑菌效果，在醫藥及食品中有廣泛的應用

4.2 抗菌活性

肉桂精油簡稱桂油，作為香料被廣泛應用于食品、日用品及香精調配等，近年學者對其在食品及糧食的儲存研究較多，其對食品腐敗微生物有較好的抑制作用。劉曉麗等[58]研究發現，肉桂的超臨界萃取物對酵母菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌及黑曲霉具有抑制作用。肉桂油對常見儲糧霉菌黃曲霉、灰綠曲霉、黃綠霉素、青綠霉素的抑制作用較強，其中與對照(雙乙酸鈉)相比，肉桂油對黃曲霉、灰綠曲霉的抑制效果更好。研究表明，肉桂油可不涂布于培養基內即可對細菌、真菌和空氣中常見霉菌有良好的抑制作用[59]。肉桂油對供試的真菌、細菌、霉菌均有抑制作用，其中，對霉菌的抑菌活性較強，尤其是對黑曲霉的MIC值最低[60]。梁效[61]采用末端限制性片段多態性分析技術研究肉桂精油對SD大鼠腸道特定菌群生長的影響，結果顯示，肉桂精油均能減少SD大鼠結腸和直腸中的梭菌屬IV簇細菌數量，其中在結腸中減少作用極顯著，在直腸中減少顯著。另外肉桂精油具有抗蟲作用，飼料拌藥法測定結果表明，肉桂精油對赤擬谷盜、谷蠢和玉米象的繁殖抑制率可達100%；采用噴霧法和濾紙藥膜法，肉桂精油對赤擬谷盜成蟲和黃粉蟲初孵幼蟲具有觸殺作用[62]。

5 結語

揮發性物質作為植物的次生代謝產物，多具有保護植物免受草食性昆蟲及病原菌侵害的作用。植物揮發性物質多隨氣候等外界環境影響，盡管如此，同植物揮發性物質的主要組成成分仍有相似性。植物揮發性物質多具有抑菌活性，該性質可用于對常見致病菌、植物病原菌的抑制以及食品的防腐保鮮等領域。丁香、甘草、山蒼子和肉桂4種香料，開始時多用于日常調味，通過研究人員對其成分的深入研究，已經發展到將其應用于醫藥、食品及化妝品領域，但是在天然抑菌劑方面的應用還有很大的開發空間。