“小油料”精油抑菌活性研究及其在食品保藏中的應用

蔡庭秀，喬楊波，吳森

(1.青海大學省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，西寧 810016；2.青海大學 農(nóng)牧學院，西寧 810016；3.青海大學 畜牧獸醫(yī)科學院，西寧 810016)

近年來，隨著植物資源開發(fā)程度的不斷擴大，“小油料”資源得到了科學家的更多關注，研究發(fā)現(xiàn)小油料作物具有抗菌[1]、治療心血管疾病[2]、調(diào)節(jié)免疫功能[3]、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)[4]、調(diào)控基因表達、調(diào)節(jié)細胞膜功能[5]、抗氧化[6]等特殊生理作用，在各類新型油料的研究中，尤其針對其生物活性成分的研究，已成為新型油料開發(fā)利用的重點研究方向之一。

植物精油為植物生長過程中產(chǎn)生的一種高揮發(fā)性的，由酚類、萜類、萜烯等化合物組成的生物活性混合物。植物精油具有廣泛的應用價值，不僅可以當作油料來源，還可用于烹飪調(diào)味料，部分精油已被用于肉制品、牛奶、乳制品、色拉醬、面包等食品中[7]。目前“小油料”精油的作用開發(fā)日漸廣泛，尤其對香辛料精油的提取研究[8]，同時植物精油在抑菌方面的研究也不斷深入。

本文就目前“小油料”作物精油的一般提取技術做了簡要的說明，同時，對其精油抑菌活性及機制研究進行了概括和總結，并對其在食品抑菌方面的研究現(xiàn)狀進行了概述，以期為新型“小油料”作物精油的進一步開發(fā)及在食品保藏中的研究提供理論參考。

1 常見的小油料精油提取方法

小油料種實中含有豐富的精油，但小油料作物資源較為稀缺，未成規(guī)模化種植，且種實獲取困難，要想進一步開發(fā)利用小油料精油首先得考慮其提取問題。精油在提取過程中極易被氧化分解，要最大程度地保留小油料精油的功能活性物質(zhì)，就得從小油料精油的提取方式著手。目前，小油料精油的提取方法也在不斷改善和創(chuàng)新，一般包括水蒸氣蒸餾法、索氏抽提法、超聲輔助法、微波輔助法、超臨界CO2提取法等。

1.1 傳統(tǒng)提取法

1.1.1 水蒸氣蒸餾法

精油通過水蒸氣蒸餾法而得到提取分離。Spadi等[9]對迷迭香精油進行提取，發(fā)現(xiàn)蒸汽蒸餾法和水力蒸餾法的提取得率分別可達到0.94%和0.78%。An等[10]采用蒸汽蒸餾法提取檸檬果皮精油的得率達到1.6%，檢測發(fā)現(xiàn)該精油主要由單萜烴、醛和酯組成。崔麗佼等[11]采用離子液體輔助水蒸氣蒸餾法提取檸檬精油，最佳工藝條件下檸檬精油的提取率為0.93%。該方法設備簡單、操作方便，但耗時長、能耗高，提取的精油品質(zhì)較低。

1.1.2 索氏提取法

索氏提取法是常見的精油提取方法，主要是借助溶液回流和虹吸作用。索氏提取法操作簡便、提取率高的優(yōu)勢與小油料作物資源來源窄和含油量低的特點完美適配，且其準確性高、重現(xiàn)性好、成本低，解決了小油料精油生產(chǎn)穩(wěn)定性和成本問題。

1.2 新興提取法

1.2.1 超聲輔助法

尹佳等[12]優(yōu)化了超聲提取葡萄籽油的工藝條件，發(fā)現(xiàn)最佳條件下葡萄籽油的提取率達到20.26%。該方法利用超聲波的空化作用及其次級效應，可以對油料種實細胞結構起到破壞作用，有效提高出油率，縮短提油時間，且對精油活性物質(zhì)的破壞小，利于保證精油品質(zhì)。

1.2.2 微波輔助法

微波輔助法提取有效成分的報道也日漸增多。Xiao等[13]建立微波輔助水蒸氣蒸餾法，以提取遼細辛精油，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)工藝條件下其最大提取量約為15.80%，且精油具有良好的抑菌活性。張怡等[14]通過單因素實驗和響應面實驗優(yōu)化了草豆蔻精油(AKEO)的超聲-微波輔助提取條件，最佳條件下精油得率為0.40%。該法在短時間內(nèi)使油料與提取溶劑整個體系升溫，迅速破壞油料種實細胞結構，使油脂在短時間內(nèi)溶出，縮短提取時間，提高油料油脂出油率，不僅節(jié)約資源且縮短了油脂在高溫提取體系中滯留的時間，有效地減少了精油的分解破壞。

1.2.3 水酶法

研究表明水酶法與溶劑法等相比，油脂的脂肪酸組成保留更佳，油脂的品質(zhì)相對也較好，且綠色、環(huán)保。孟文俊等[15]對酶提取茴香揮發(fā)油工藝進行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)其最佳工藝條件下得率為1.68%。酶能特異性地破壞油料植物種實細胞壁，提高種實細胞結構通透性，減少油料油脂的提取時間，該法因未加入其他溶劑、作用條件溫和，有利于保存油料油脂的功能活性物質(zhì)，且出油率高。

1.2.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取技術是一種節(jié)能環(huán)保的油脂提取方式，在油脂提取中應用的報道最為廣泛。孫睿等[16]采用超臨界二氧化碳萃取技術對花椒籽油進行萃取，最佳工藝條件下萃取率可達到12.5%，α-亞麻酸含量達到4.45%。Awolu等[17]對超臨界CO2法及常規(guī)法提取芒果仁種子油進行對比研究，發(fā)現(xiàn)超臨界法得率較低，且油脂中含有較高的飽和脂肪酸。該法不會造成油料中的功能油脂因熱而變性，對精油的理化性質(zhì)和成分的影響小，且CO2易分離，不存在有機溶劑揮發(fā)問題。因此，提取的精油品質(zhì)優(yōu)良，適合于高價值產(chǎn)品的加工。

綜上所述，新型精油提取方法相較于傳統(tǒng)方法，對種實細胞破壞程度高，精油提取效率高，并且無溶劑殘留、生物危害等風險存在，更符合營養(yǎng)、綠色等要求。但上述精油提取方法目前僅在實驗室中取得了良好的結果，并未進入工廠化大規(guī)模應用，因此如何將實驗室試驗應用到精油大規(guī)模提取，依然有待進一步探討，未來利用各類新型植物油提取方法，實現(xiàn)高效、綠色、節(jié)能、環(huán)保的精油生產(chǎn)方式，是促進油料作物開發(fā)利用的核心與關鍵。

2 小油料精油抑菌活性研究

2.1 微生物對食品腐敗的影響

微生物可利用食品中的營養(yǎng)物質(zhì)促進自身生長繁殖，造成食品腐敗，導致食物營養(yǎng)損失，同時可能引發(fā)食源性疾病，危害食品及人體安全。微生物導致的食品營養(yǎng)損失是食品腐敗變質(zhì)的重要因素，且食品營養(yǎng)越豐富越易受微生物的污染[18]。微生物間的交流通常借助微生物群體感應(quorum sensing，QS)，即通過微生物群體密度變化產(chǎn)生的信號分子的變化，調(diào)控相關基因的表達和群體行為，達到微生物種內(nèi)和種間的信息交流[19]。

圖1 QS系統(tǒng)的4種類型[20-21]Fig.1 The four types of QS system

微生物群體感應是調(diào)節(jié)微生物對食品作用的關鍵點，研究發(fā)現(xiàn)群體感應對生物膜的形成具有重要的調(diào)控作用，生物膜的形成促進微生物在不利環(huán)境中生長，食源性微生物通常借助生物膜附著在食品工業(yè)環(huán)境中的生物或非生物表面，對消毒劑和抑菌劑產(chǎn)生抗藥性，難以控制，食品加工中形成生物膜，影響食品加工、食品的品質(zhì)及安全性。群體抑制劑(quorum sensing inhibitors，QSIs)可通過抑制信號分子合成、酶解信號分子、QS類似物競爭性結合受體蛋白等機制調(diào)控微生物細胞膜的形成。常見的天然感應抑制劑有植物精油、草藥、香料及其分離成分等。

2.2 小油料精油作為感應抑制劑在食品抑菌中的作用及其機制

研究發(fā)現(xiàn)小油料精油具有良好的抑菌活性，在開發(fā)天然高效抑菌劑方面具有廣泛的開發(fā)前景，小油料精油作為一種綠色、安全、高效的天然抑菌劑在食品保鮮方面的應用已成為食品保鮮研究方面的新趨勢。小油料精油抑菌機制的研究也是開發(fā)新型抑菌劑的關鍵環(huán)節(jié)。

2.2.1 破壞細胞基本結構和生理功能，影響正常生長

植物精油可以引起微生物細胞壁及細胞器破壞，改變細胞各指標水平，影響微生物正常代謝，促使細胞死亡。檸檬草(Cymbopogoncitratus)油能改變微生物細胞內(nèi)pH，膜電位、胞內(nèi)ATP及細胞完整性，從而起到對革蘭氏陰性菌的抑制作用[22]。龍蒿精油能分解細菌細胞膜，導致離子和其他細胞化合物泄漏，從而導致細胞死亡[23]。Zhou等[24]發(fā)現(xiàn)高良姜根莖精油可使大腸桿菌改變細菌細胞膜滲透壓，使細胞內(nèi)物質(zhì)外流，有效抑制大腸桿菌生長代謝。

2.2.2 影響微生物代謝酶活性和能量代謝

植物精油可以破壞菌體結構，干擾線粒體代謝酶的活性，影響正常的能量代謝，抑制菌體生長[25]。遼細辛精油對細胞壁降解酶的酶活力既有激活作用又有抑制作用，尤其對羧甲基纖維素酶的抑制作用，可能與該精油的抑菌活性存在密切相關性[26]。Cortés Rojo等[27]發(fā)現(xiàn)肉桂精油、丁香精油和薄荷精油能夠通過抑制釀酒酵母電子輸送鏈及氧化磷酸化反應，影響釀酒酵母線粒體正常代謝，影響菌體正常生長。

3 植物精油在食品保藏中的應用

3.1 植物精油在果蔬保鮮中的應用

植物精油在果蔬貯藏中具有良好的有效性和實用性。Louis等[28]以蘑菇為研究對象，研究肉桂醛精油對其冷藏期間的品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)冷藏蘑菇經(jīng)肉桂醛精油涂抹后，其硬度、顏色、總多酚及抗氧化保持率都有所改善，且保質(zhì)期也相對延長。Shankar等[29]以混合精油為主要原料制備復合膜，發(fā)現(xiàn)該復合膜可以有效抑制李斯特菌、鼠傷寒沙門氏菌、黑曲霉的生長，并能有效減小草莓儲藏期間的失重。

3.2 植物精油在肉制品保鮮中的應用

植物精油在肉制品保藏中具有廣泛的應用價值。Kazemeini等[30]研究發(fā)現(xiàn)水蘇精油納米乳液負載的藻酸鹽涂層能阻止冷藏12 d李斯特菌在火雞魚片中的生長。Sani等[31]以百日草精油、馬鈴薯淀粉、蘋果皮果膠為主要原料制成納米薄膜，對鵪鶉肉保藏性進行研究，發(fā)現(xiàn)百日草精油可顯著影響薄膜的穩(wěn)定性，該薄膜可有效延長鵪鶉肉的保質(zhì)期。

3.3 基于植物精油的食品涂膜包裝材料開發(fā)

將香精油和聚乙烯醇結合生產(chǎn)的包裝材料用于雞胸肉、魚片的保藏，發(fā)現(xiàn)香精油在樣品中的殘留可以抑制68%的脂質(zhì)氧化，進而表現(xiàn)出良好的抑菌活性，此外，對產(chǎn)品的pH和色澤存在有益的影響[32]。棕櫚油和精油混合制成的魚明膠包裝膜能夠有效增強包裝材料的彈性和厚度，且具有突出的抗氧化和抑菌特性，其中以牛至精油和棕櫚油制備的材料對金黃色葡萄球菌的抑菌圈可達到11.73 mm和11.23 mm，此外，研究發(fā)現(xiàn)以丁香油為涂膜材料其抗氧化性、拉伸強度、伸長率均處于相對較優(yōu)的水平[33]。

4 總結及展望

隨著人們對食品安全認知的不斷增強，天然抑菌保鮮劑的開發(fā)成為現(xiàn)代食品保鮮研究的方向。小油料作物品種繁多，可為植物精油的開發(fā)提供廣泛的原材料，為開發(fā)高效、綠色的食品防腐保鮮劑提供了基礎。但被廣泛應用于食品保鮮還存在一定的問題：根據(jù)安全監(jiān)測發(fā)現(xiàn)植物精油可能存在農(nóng)藥殘留的安全性問題；植物精油穩(wěn)定性差，揮發(fā)性強，儲存條件苛刻；植物精油本身含有一些色素成分和風味物質(zhì)，可能會影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)；植物精油提取率低，且各提取方法可能影響精油的品質(zhì)。因此，在保證食品安全性的基礎上，使植物精油得到合理的開發(fā)和應用是開發(fā)植物精油防腐保鮮劑的重要方向。

“小油料”精油具有豐富的生物活性和無毒無害的特點，選擇最佳提取方式，提高植物精油的提取得率，并保持精油的良好活性，有利于對植物精油進行合理開發(fā)，擴大其在食品防腐保鮮及延長食品貨架期方面的應用。