生姜精油抗菌性能及在食品中的應(yīng)用研究進展

張晶琳，KOWALEGUET M G Gloire Martha，班兆軍, ，劉海東，王永江*

1. 浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點實驗室，浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心（浙江 310023）；2. 天津捷盛東輝保鮮科技有限公司（天津 300300）

生姜（Zingiber officinale Roscoe，Zingiberacae）屬多年生草本植物，是一種傳統(tǒng)藥食兩用農(nóng)作物。生姜富含多種生物活性成分，如姜辣素、姜醇、姜酚和姜烯等，具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性[1-3]。已有研究表明，生姜可以下調(diào)NF-κB調(diào)節(jié)的基因產(chǎn)物及促進細胞增殖和血管生成IL-8、VEGF和卵巢癌細胞[4]。Habib等[5]發(fā)現(xiàn)姜末提取物具有抗癌及抗炎功能，抑制促炎因子TNF-α的表達，中斷NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的信號通路，因此可減少致癌率。

生姜精油（Ginger essential oil）是指從生姜根莖中用水汽蒸餾的方法得到的揮發(fā)性油分[6]。主要組分為萜烯類、醇類及醛酮類化合物，包括姜醇（Zingier）、姜烯（Zingiberene）、姜酚類（Gingerly）、姜烯酚（Shagaol）、檸檬醛（Geral）、姜酮（Zingerone）等[7-8]。生姜精油具有抑菌、抗氧化及消炎作用，可降低膽固醇，防治腫瘤，誘導(dǎo)T淋巴系統(tǒng)凋亡，強化中樞神經(jīng)系統(tǒng)，促進新陳代謝，增強各器官功能[7-9]，因此生姜精油在醫(yī)藥、化妝品及食品等領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。Ji等[10]發(fā)現(xiàn)姜油樹脂可降低電離輻射誘導(dǎo)的細胞毒性，抑制ROS產(chǎn)生和DNA鏈斷裂；姜油樹脂可以誘導(dǎo)姜Nrf2易位至細胞核并激活細胞保護基因的表達。說明姜油樹脂具有作為有效抗氧化劑和輻射防護劑的潛在作用。

生姜精油是一種植物類天然抗菌劑，但其難溶于水，易溶于有機溶劑；沸點低，易揮發(fā)，穩(wěn)定性較差[11]；具有濃郁的生姜氣味，直接添加會影響產(chǎn)品風(fēng)味。因此可引入微乳化技術(shù)及微膠囊技術(shù)對其進行包埋[12-13]，以提高精油的穩(wěn)定性，控制精油中功能成分的釋放。

1 生姜精油的抑菌性能

生姜精油具有廣譜抗菌的效果，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和真菌等均有一定的抑菌活性?？咕饔脵C理主要包括破壞細胞膜、細胞內(nèi)容物滲出、細胞質(zhì)凝結(jié)和改變細胞膜滲透壓等方面[14]。生姜精油對革蘭氏陽性菌的抑菌效果強于革蘭氏陰性菌，主要原因是生姜精油可以攻擊革蘭氏陽性菌細胞膜上的磷脂，增加細胞膜的滲透性，致使細胞質(zhì)外滲，而革蘭氏陰性菌細胞壁周圍覆蓋有脂多糖和外膜蛋白，減弱對細胞膜的損害作用，限制疏水性化合物通過脂多糖層向胞外擴散。

王小慧等[15]對生姜精油對產(chǎn)氣莢膜梭菌抑菌效果進行研究，發(fā)現(xiàn)姜精油對產(chǎn)氣莢膜梭菌標(biāo)準(zhǔn)菌株ATCC13124、CICC22949，分離菌株C1和C2均有抑制作用，尤其對產(chǎn)氣莢膜梭菌ATCC13124具有極高的抑制效果。

Kalemba等[16]對多種精油（姜精油、百里香精油、迷迭香精油、丁香精油、牛至精油、豆寇精油）的抑菌活性進行了研究，發(fā)現(xiàn)它們對革蘭氏陽性、革蘭氏陰性細菌、真菌、酵母菌均有抑制作用。Baroty等[17]采用薄層色譜法-生物自顯影法、平板擴散法測試發(fā)現(xiàn)，生姜精油對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷白桿菌有顯著的抑制作用，另外對黑曲霉、匍枝根霉、尖鐮孢等真菌具有一定的抑菌效果。且由GC/MS測得抑菌圈中的活性物質(zhì)為倍半石竹烯和檸檬烯，說明倍半石竹烯和檸檬烯是生姜精油具有較強抑菌活性的主要成分。Debbarma等[18]研究了生姜、桉樹和柑桔揮發(fā)油對魚源性致病菌的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)生姜油對所有細菌均有最佳的抗菌活性?？莶菅挎邨U菌是對生姜精油最敏感的細菌。

Sasidharan等[19]以鮮姜和干姜為原料提取精油，并對其組分及抑菌效果進行比較，發(fā)現(xiàn)鮮姜精油對黑曲霉的抑制效果均較強，而對青霉菌、釀酒酵母的抑制效果較弱；且鮮姜精油中香葉醛含氧化合物（含氧化合物電負性對抑制黑曲霉和假絲酵母有重要作用）含量顯著高于干姜精油，從而導(dǎo)致鮮姜精油對黑曲霉抑菌效果優(yōu)于干姜精油[20]。但干姜精油中含有更多含雙鍵的倍半萜烯，其活性強于單萜類，這使其對綠膿桿菌、青霉菌、假絲酵母的抑制能力較強[20]。

2 生姜精油微乳化研究進展

王躍猛等[21]利用明膠、碳酸鈣及姜精油制備可食性膜并應(yīng)用于冷鮮肉保鮮，發(fā)現(xiàn)加入姜精油可提高可食膜的厚度、斷裂伸長率及抑菌活性；且增加姜精油添加量可加強可食性膜對冷鮮肉的保鮮效果。表明生姜精油可食膜在食品包裝方面具有潛在的開發(fā)價值。張依潔等[22]利用生姜精油與青花椒油樹脂、八角茴香精油等精油復(fù)合保鮮醬鹵鴨肉，證實精油可有效抑制醬鹵鴨肉四種優(yōu)勢腐敗菌（熒光假單胞菌、產(chǎn)氣腸桿菌、表皮葡萄球菌、藤黃微球菌）的生長。說明精油這種天然抑菌劑可部分替代或替代化學(xué)防腐劑，應(yīng)用于肉制品的防腐與保鮮，可提高肉制品的安全性，降低生產(chǎn)成本。Noori等[23]研究了含姜精油納米乳液的酪蛋白酸鈉可食性涂料的制備、表征及在雞肉保鮮中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該納米乳液包衣液具有與慶大霉素類抗生素相當(dāng)?shù)目咕钚?，并證實生姜精油納米乳劑在改善生禽肉保質(zhì)期方面的潛在用途。同樣地，Souza等[24]的研究也證明生姜精油的乳液涂膜對家禽肉制品具有良好的抑菌保鮮性能。

康明麗等[25]使用生姜精油復(fù)合羧甲基纖維素鈉制備微乳并涂膜草莓，研究結(jié)果表明生姜精油可以顯著降低草莓貯藏過程中的腐爛指數(shù)及失重，顯著抑制貯藏前期草莓果實的呼吸強度，提高草莓果實貯藏過程中可溶性固形物含量和花色苷含量，抑制丙二醛含量的上升，提高草莓的貯藏品質(zhì)。Ali等[26]發(fā)現(xiàn)生姜精油對番木瓜也具有抗菌保鮮作用，生姜精油可以減少番木瓜炭疽病的發(fā)生，且可延緩番木瓜的成熟，使其保持較高的硬度、色差、可溶性固形物含量及可滴定酸含量。這為生姜精油在果蔬保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。

謝晶等[27]研究發(fā)現(xiàn)生姜精油乳狀液涂膜處理可以延長雞蛋新鮮度及貯藏期，阻止微生物的入侵，減少失重率，提高雞蛋蛋黃指數(shù)及哈夫單位，并發(fā)現(xiàn)該方法安全高效，成本低廉，為蛋制品的大批量工業(yè)化處理提供高研究價值。另外，Herve等[28]使用姜精油飼喂鵪鶉，發(fā)現(xiàn)姜精油可以提高鵪鶉體內(nèi)抗氧化酶活性，減少生殖細胞的脂質(zhì)過氧化；有利于鵪鶉的孵育，提高其生育率。這說明生姜精油微乳在食品保鮮及加工領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。更多的是，生姜精油同樣可以加強殼聚糖-羧甲基纖維素鈉/蒙脫土復(fù)合膜及明膠基膜的抗氧化能力[29-31]。

3 生姜精油微球研究進展

Tour等[32]使用麥芽糖糊精和乳清蛋白分離物作為壁材，對揮發(fā)性姜油進行微膠囊化，通過比較包埋率及釋放速率得到最佳包埋條件：乳清蛋白分離物與麥芽糖糊精的比例1∶1，芯材與壁材的比例1∶4，且掃描電子顯微鏡顯示微膠囊沒有可見的裂縫和孔隙，氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用顯示在噴霧干燥過程中僅有輕微損失。Fernandes等[33]研究了不同比例阿拉伯樹膠（GA）、麥芽糖糊精（MD）和菊粉（IN）作為壁材料對制備生姜精油微膠囊的影響，發(fā)現(xiàn)GA和MD混合生產(chǎn)的微球具有更好的潤濕性、包封效率和高吸收性；超聲波處理可以輔助加快乳化過程。阿拉伯樹膠安全便宜，為精油包封提供了極好的保護封裝材料。

Zhang等[34]利用生姜精油/β-環(huán)糊精/殼聚糖，采用包裹體法、離子凝膠法和噴霧干燥法，制備了球體并對其性能進行了研究。結(jié)果表明β-環(huán)糊精/殼聚糖可以改善生姜精油的性能，提高其熱穩(wěn)定性，提高其在食品和醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用價值。Racoti等[35]利用懸浮聚合法制備聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯與姜精油微膠囊，并對其特性進行了表征，證明其在化妝品或紡織工業(yè)中應(yīng)用的可能性。Simon-Brown等[36]利用麥芽糊精和/或阿拉伯膠研制了生姜提取物的微膠囊，確定該微膠囊制備方法，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品可作為食品原料加入到食品（茶和面包等）中，以防止食品的氧化變質(zhì)。Rialita等[37]為獲得高溶解度、高抗菌活性的紅姜微膠囊，對不同配比的阿拉伯膠進行了姜精油包封的研究，并對不同阿拉伯膠配比的微膠囊對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性進行比較。發(fā)現(xiàn)紅姜揮發(fā)油與阿拉伯膠的比例為1∶3時具有最佳產(chǎn)率，為抑制細菌生長的最佳比例。

4 結(jié)語與展望

生姜精油具有良好的抑菌及抗氧化效果。微乳化及微膠囊技術(shù)可以提高生姜精油穩(wěn)定性，增加其應(yīng)用范圍。不同產(chǎn)地不同品種生姜及其不同組織提取生姜精油組分及含量有顯著差異，因此了解生姜精油主要組分及分辨主要抑菌成分的研究具有重要意義。隨著生姜精油功能價值的不斷拓展，其在食品貯藏、食品包裝、功能性食品及食品抑菌劑等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。生姜精油應(yīng)用于食品保鮮貯藏方法主要表現(xiàn)為微膠囊化及乳化，綜合國內(nèi)外研究成果，證實了生姜精油應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域的可行性。未來發(fā)展趨勢主要是探究生姜精油產(chǎn)品對食品的保鮮機理及抑菌原理，通過組學(xué)的方法探討其對食品蛋白質(zhì)水平及代謝產(chǎn)物的影響，找到生姜精油抑菌的作用靶點，從而高效的開發(fā)利用生姜精油及其相關(guān)產(chǎn)品。