辛香料提取液抑菌效果的影響因素及其在濕熟面條保鮮中的應用研究

李霞，劉尚軍，鄭雅茹

(南陽理工學院 生物與化學工程學院，河南省工業微生物資源與發酵技術重點實驗室，河南 南陽 473004)

辛香料是一類具有芳香、辛香典型風味的天然植物性原料，常用于食品的呈香和調味。香辛料中含有的丁香酚、百里酚、芥子苷、茴香腦等物質具有抑菌、抗氧化等功能[1]，因此辛香料也可用于食品的防腐保鮮。眭紅衛等[2]的研究表明辛香料具有抗氧化、抑菌防腐、抗病毒等多種生理活性，其中的大蒜素、α-松油烯、α-蒎烯等精油成分對多種細菌和真菌具有抑制或殺滅作用。周小偉[3]研究了山蒼子油、姜油等10種精油的抑菌活性，結果表明百里香酚能有效地抑制細菌的生長，肉桂醛能有效地抑制霉菌的生長。孟君等[4]研究發現八角提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌均有抑制作用，辣椒提取液僅對金黃色葡萄球菌有一定的抑制作用，而花椒提取液則對3種供試菌均無明顯的抑制作用。朱明濤等[5]研究了丁香、八角和白芷3種香辛料的提取物對冷卻牛肉的貯藏保鮮效果，結果發現提取物可有效延長冷卻牛肉的保質期并顯著延緩其汁液的流失。孫衛青[6]用丁香、桂皮、大蒜、辣椒等辛香料對生鮮豬肉進行抑菌處理，可使鮮豬肉的總菌數由106級別降到104級別。單恬恬等[7]對14種香辛料水提物和醇提物的抗氧化性能以及多酚、黃酮等活性成分的含量進行了測定，結果表明丁香的抗氧化能力最強，其次為桂皮、花椒。

面條是人們的日常主食之一，而濕面條由于糖類(碳水化合物)和蛋白質含量較高、水分活度大、酸堿性(pH值)接近中性或微酸性等原因比較適合微生物的滋長[8-10]。許玉慧等[11]的研究結果表明，引起即食鮮面條變質的優勢腐敗微生物主要是Bacillussubtilis(枯草芽孢桿菌)、Bacilluslicheniformis(地衣芽孢桿菌)和Bacillusmegaterium(巨大芽孢桿菌)。王曉明[12]發現鮮濕面條中的微生物菌群存在著細菌與霉菌之間的拮抗作用，該作用會導致鮮濕面條在儲存過程中細菌的增長速度明顯大于霉菌的增長速度，最終使細菌成為食物腐敗的優勢菌。因此，抑制細菌的增殖是面條保存要考慮的首要問題。濕熟面條由于含水量更大，較鮮濕面條更難保存，但迄今為止，對于濕熟面條天然保鮮方面的研究僅有少量相關報道[13,14]。

鮮濕即食面條的天然保鮮是開發新一代方便面食的關鍵技術和難點之一。本文研究辛香料提取工藝對其抑菌效果的影響，并將辛香料提取液應用于濕熟面條的保鮮中。本研究為辛香料的精深加工和高附加值利用提供了一種新的途徑，也可為方便化、速食化面條新產品的開發提供基礎理論數據。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

干面條：河南想念食品股份有限公司市售產品；桂皮、紅辣椒、八角、花椒、小茴香、肉桂、土生姜、大蒜等：均為市售商品。

蛋白胨肉湯(固態)培養基：北京奧博星生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

LDZM-80KCS-II立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠；LRHS-300-II恒溫恒濕培養箱、MJ-300-II霉菌培養箱 上海躍進醫療器械有限公司；XSP-BM-8C生物顯微鏡 上海彼愛姆光學儀器制造有限公司；IP67型游標卡尺 上海工具廠股份有限公司；HH-8數顯恒溫水浴鍋 常州榮華儀器制造有限公司；FW-100高速萬能粉碎機 北京中興偉業儀器有限公司。

1.3 檢測方法

菌落總數的測定：采用平板菌落計數法；辛香料提取液抑菌圈的測定：采用牛津杯法。

1.4 試驗方法

1.4.1 辛香料的篩選

分別將初選的8種天然辛香料(八角、紅花椒、辣椒、肉桂、桂皮、小茴香、生土姜、大蒜)在高速萬能粉碎機中粉碎，再分別按液料比10∶1 (mL/g)加水，于80 ℃下水浴2 h后過濾，所得濾液即為辛香料的提取液。將煮熟的面條浸入以上辛香料提取液中10 min，取出濕熟面條封入自封袋中于室溫下(25 ℃)放置，觀察其保存情況，通過檢測面條在保存過程中的染菌情況(以菌落總數≤1×105CFU/g為面條未腐敗變質的標準)來篩選適于濕熟面條保鮮的天然辛香料種類。

1.4.2 單因素試驗1.4.2.1 提取劑種類的確定

分別稱取10 g經過粉碎的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香的粉末，各自按液料比10∶1 (mL/g)分別加入飲用水和濃度為75%的乙醇溶液，密封條件下80 ℃水浴提取2.0 h后抽濾，濾液即為辛香料提取液。以辛香料提取液抑菌圈直徑的大小為衡量指標，比較提取溶劑(乙醇溶液和水)對抑菌效果的影響。

1.4.2.2 乙醇溶液濃度的確定

分別稱取10 g辛香料(辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香)的粉末，按液料比10∶1 (mL/g)的比例分別加入體積分數為45%、55%、65%、75%、85%的乙醇溶液，80 ℃水浴2 h后抽濾得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇適宜的乙醇濃度。

1.4.2.3 液料比的確定

放入250 mL錐形瓶中，以不同的液料比(8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1，mL/g)加入75%的乙醇溶液，80 ℃水浴2 h后抽濾得濾液備用，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇適宜的液料比。

1.4.2.4 提取溫度的確定

分別稱取10 g粉末狀的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香放入250 mL錐形瓶中，加入100 mL的75%乙醇，在不同溫度下(60，70，80，90，100 ℃)水浴提取2 h后抽濾得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標篩選最合適的提取溫度。

1.4.2.5 提取時間的確定

分別稱取10 g粉末狀的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL的75%乙醇，于80 ℃水浴中分別提取1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h，抽濾后得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇最適宜的提取時間。

1.4.3 辛香料提取條件的優化

根據單因素試驗結果，選取乙醇濃度(A)、液料比(B)、提取溫度(C)和提取時間(D)等因素及其相應水平進行正交試驗，以抑菌圈直徑為指標對辛香料提取工藝條件進行優化，因素水平表見表1。

表1 辛香料提取工藝優化因素水平表

1.4.4 辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果研究

分別將八角、花椒、桂皮按相應最佳提取工藝條件進行水浴浸提后得濾液，再分別將煮熟的濕面條浸入濾液中10 min后取出，分別在室溫(25 ℃)、37 ℃、45 ℃條件下放置，觀察保存情況。每天定期檢測面條在保存過程中的染菌情況，以菌落總數不超過1×105CFU/g的最長保存天數來衡量辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果。

2 結果與分析

2.1 辛香料篩選結果

常溫(25 ℃)下，濕熟面條在八角、花椒、辣椒、肉桂、桂皮、小茴香、生姜、大蒜等辛香料水提取液中的保存期分別為7，8，9，5，9，4，2，6 d，見圖1。

圖1 不同辛香料對濕熟面條的保存效果

由圖1可知，不同種類的辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果差別較大，其中辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香這5種辛香料提取液的保鮮效果較好，尤其是桂皮和花椒最為明顯，兩者對濕熟面條的保鮮時間均達9 d，因此選擇這5種辛香料進行后期的保鮮研究。

2.2 單因素結果分析

2.2.1 提取劑種類的影響

辛香料提取液的抑菌效果可以用抑菌圈大小來衡量，以乙醇溶液和水作為提取劑時提取液的抑菌圈大小見圖2和圖3。

圖2 提取劑種類對抑菌效果的影響

由圖2可知，以乙醇溶液為提取劑時，所有辛香料提取液的抑菌效果均優于以水為提取劑的提取液。由于辛香料中的有效防腐成分醇溶性的較多，以乙醇溶液作為提取劑時能夠提取出更多的抑菌防腐有效物質，因此乙醇提取液的抑菌效果均優于水提取液。由圖2還可知，幾種天然辛香料中，八角和桂皮的抑菌效果較強，兩者的抑菌圈直徑分別為14.3 mm和15.0 mm。

圖3 不同提取劑時辛香料的抑菌圈

2.2.2 乙醇濃度的影響

乙醇濃度對辛香料提取液抑菌效果的影響見圖4。

圖4 乙醇濃度對抑菌效果的影響

由圖4可知，在乙醇濃度低于75%時，各辛香料提取液的抑菌效果均隨乙醇濃度的增加而增強；當乙醇溶液的濃度為75%時，各辛香料提取液的抑菌圈均最大，抑菌效果均最好；當乙醇濃度高于75%時，各辛香料提取液的抑菌效果反而有所降低。這可能是75%乙醇溶液的極性與辛香料中的防腐保鮮成分(八角中的茴香腦、桂皮中的桂皮醛、花椒中的花椒油素等)的極性較為接近的緣故。此外，在幾種天然辛香料的75%乙醇提取液中，八角的抑菌效果最強，其抑菌圈直徑為16.5 mm；其次是桂皮，抑菌圈直徑為16.3 mm，第三是花椒，抑菌圈直徑為15.7 mm。

2.2.3 液料比的影響

不同液料比對辛香料提取液防腐保鮮效果的影響見圖5。

圖5 液料比對抑菌效果的影響

由圖5可知，當液料比在8∶1～16∶1范圍內變化時，隨著液料比的增大，各辛香料提取液的抑菌圈直徑的變化趨勢均為先增大后減小；各辛香料提取液的抑菌圈直徑均在液料比為10∶1時達到最大值，此時抑菌效果最好。在最佳液料比條件下，所試5種辛香料提取液的抑菌圈直徑大小順序為八角>桂皮>花椒>辣椒>小茴香，其中八角、桂皮、花椒提取液的抑菌圈直徑分別為18.1，17.7，17.3 mm。

2.2.4 提取溫度的影響

提取溫度對各辛香料提取液抑菌效果(以抑菌圈直徑大小來衡量)的影響見圖6。

圖6 提取溫度對抑菌效果的影響

由圖6可知，當提取溫度在60～80 ℃范圍內時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑隨著溫度的上升而上升；當提取溫度超過80 ℃時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑隨著溫度的上升反而有下降的趨勢；當提取溫度為80 ℃時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑最大，其保鮮效果最好。一方面，溫度越高，分子間擴散越劇烈，有利于辛香料中抑菌成分的溶出；另一方面，高溫更容易導致辛香料中的部分抑菌成分發生分解、改性、揮發等物理化學變化，從而使提取液的抑菌保鮮效果有所降低。另外，由圖6還可以看出，在提取溫度為80 ℃時，5種受試辛香料提取液的抑菌圈直徑大小分別為19.2 mm(八角)、18.3 mm(桂皮)、17.8 mm(花椒)、17.2 mm(辣椒)和15.1 mm(小茴香)，八角提取液的抑菌效果最佳，小茴香提取液的抑菌效果最差，且與其他幾種辛香料提取液的差距較為明顯。

2.2.5 提取時間的影響

提取時間對各辛香料提取液抑菌效果的影響見圖7。

圖7 提取時間對抑菌效果的影響

提取時間的延長在提取更多防腐成分的同時，也有可能使其發生分解、改性等變化，而這些變化則使提取液的抑菌效果減弱。由圖7可知，提取時間在2.0 h以內時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑均隨著提取時間的延長而增大；當提取時間在2.0 h以上時，其變化趨勢則正好相反，即隨著提取時間的延長而減小；當提取時間為2.0 h時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑均最大，抑菌效果最好。在此條件下，八角、桂皮和花椒的提取物的抑菌效果最為明顯，三者的抑菌圈直徑分別為20.0，19.1，18.8 mm。

2.3 辛香料提取條件的優化

根據單因素試驗的結果，選擇乙醇濃度(A)、液料比(B)、提取溫度(C)和提取時間(D)4個因素，按照正交表L9(34)進行辛香料提取條件的優化試驗(見表1)。將抑菌圈直徑大小作為指標，以此研究各辛香料提取液抑菌效果的最佳工藝條件。3種辛香料(八角、桂皮和花椒)提取工藝優化試驗的設計及結果見表2。

表2 辛香料提取工藝優化試驗設計及結果

由表2可知，在影響八角提取液抑菌防腐效果的各因素中，乙醇溶液濃度的影響最大，液料比次之，接下來依次是提取溫度和提取時間；八角最優提取工藝條件為A2B1C2D1，即乙醇濃度為75%，液料比為8∶1，提取溫度為80 ℃，提取時間為1.5 h。在影響花椒提取液抑菌效果的因素中，乙醇濃度的影響最大，其次為提取時間，接下來是液料比，提取溫度的影響最小；花椒最優提取工藝條件為A2B1C2D1，即乙醇濃度為75%，液料比為8∶1，提取溫度為80 ℃，提取時間為1.5 h。在影響桂皮提取液抑菌效果的因素中，液料比(因素B)的影響最大，接下來依次為乙醇濃度和提取時間，而提取溫度的影響最小；桂皮最優提取工藝條件為A2B2C1D2，即乙醇濃度為75%，液料比為10∶1，提取溫度為70 ℃，提取時間為2.0 h。

分別在最優提取工藝條件下進行驗證試驗，3種辛香料(八角、花椒和桂皮)提取液的抑菌效果結果見圖8，其抑菌圈直徑分別為20.5，19.1，20.3 mm。

圖8 3種辛香料提取液的抑菌圈驗證試驗

2.4 辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果

分別將煮熟的濕面條浸入八角、花椒、桂皮的提取液(最佳提取工藝條件下提取所得)中，10 min后取出封入自封袋中，記錄其在特定溫度下菌落總數不超過1×105CFU/g的最長保存天數。結果表明，濕熟面條在八角、花椒、桂皮提取液中的保鮮天數分別為22，19，20 d(25 ℃)，4，3，4 d(37 ℃)，5，4，4.5 d(45 ℃)。在3個試驗溫度中，濕熟面條在25 ℃下的保存效果最好，其保鮮時間明顯長于較高溫度(37 ℃和45 ℃)的情況；而濕熟面條在37 ℃下的保鮮時間短于45 ℃時的情況，這說明微生物在37 ℃條件下更易在濕熟面條這種基質上生長。

3 結論

以抑菌圈大小為指標來衡量辛香料提取液的抑菌效果，結果表明以乙醇溶液為提取劑優于以水為溶劑，八角、花椒、桂皮的乙醇提取液的抑菌效果最為顯著。

八角提取液的最優提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比8∶1、提取溫度80 ℃、提取時間1.5 h。花椒提取液的最優提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比8∶1、提取溫度80 ℃、提取時間1.5 h。桂皮提取液的最優提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比10∶1、提取溫度70 ℃、提取時間2.0 h。保鮮試驗表明，八角、花椒和桂皮3種辛香料最佳條件下的提取液對濕熟面條的保鮮時間分別為22，19，20 d(25 ℃)，4，3，4 d(37 ℃)，5，4，4.5 d(45 ℃)，說明辛香料提取液對濕熟面條有較明顯的保鮮效果。