異硫氰酸烯丙酯在食品中的應(yīng)用研究進展

王屋梁，馬云標(biāo)，王莉莉

上海太太樂食品有限公司（上海 201812）

異硫氰酸烯丙酯（allyl isothiocyanate，AITC）廣泛存在于辣根、芥菜等十字花科植物當(dāng)中，具有良好的光譜抗菌性。研究表明，異硫氰酸烯丙酯對食品中常見致病微生物，如大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、綠膿假單胞菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等具有顯著的抑制作用[1-5]*。美國食品安全監(jiān)督管理局已將異硫氰酸烯丙酯評估為一種一般公認安全級的食品防腐劑。目前，該物質(zhì)已被應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[1,*6-7]*。文章將對異硫氰酸烯丙酯的理化特性、制取方法、可能的作用機制及其在食品中的應(yīng)用等方面進行簡要介紹，以期為異硫氰酸烯丙酯的進一步研究與應(yīng)用提供一定的參考。

1 異硫氰酸烯丙酯的特性

異硫氰酸烯丙酯，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在常溫下，其為淡黃色透明油狀液體，隨著儲藏時間的延長，顏色也隨之變深，且揮發(fā)性極強，并伴隨刺激的芥子氣味，同時該物質(zhì)微溶于水，在水中的溶解度僅為2.0 g/L[8]*。此外，相關(guān)研究表明，該物質(zhì)在堿性條件下，性質(zhì)不穩(wěn)定，極易發(fā)生降解反應(yīng)[9]*。

圖1 異硫氰酸烯丙酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2 異硫氰酸烯丙酯的制取

異硫氰酸烯丙酯的制取方式主要有兩種。（1）十字花科植物中提取，異硫氰酸烯丙酯廣泛存在于芥菜、山葵、辣根等十字花科植物及其制品中。研究表明，甘藍中異硫氰酸烯丙酯的含量為0.8～1.0 g/kg，芥菜種子中異硫氰酸烯丙酯的含量高達2.5～5.0 g/kg[10]*。提取異硫氰酸烯丙酯的方法主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法[11-12]*。（2）化學(xué)合成，由于從十字花科中提取異硫氰酸烯丙酯存在工藝復(fù)雜、能耗高，提取率低、難以規(guī)模化生產(chǎn)等問題，相關(guān)研究學(xué)者以烯丙基鹵與硫氰酸鹽為原料，利用仿生化合成途徑制備異硫氰酸烯丙酯[13]*，其反應(yīng)方程式如圖2所示，目前該法已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

圖2 異硫氰酸烯丙酯的制備反應(yīng)方程式

3 異硫氰酸烯丙酯的作用機制

Isshiki等[14]*利用異硫氰酸烯丙酯處理多種細菌，其研究表明，與經(jīng)異硫氰酸烯丙酯處理的革蘭氏陽性菌相比，經(jīng)異硫氰酸烯丙酯處理的革蘭氏陰性菌的生長繁殖受抑制。Lin等[15]*研究了異硫氰酸烯丙酯對不同生長階段的沙門氏菌、大腸桿菌和李斯特菌的抗菌活性，并與多粘菌素B、硫酸鏈霉素和青霉素G的作用進行比較，也得到了類似的結(jié)果。研究結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯對革蘭氏陰性菌（大腸桿菌和沙門氏菌）的抑制作用強于革蘭氏陽性菌（李斯特菌），且異硫氰酸烯丙酯可顯著抑制處于靜止期和指數(shù)生長期的大腸桿菌和沙門氏菌的生長繁殖。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，異硫氰酸烯丙酯與多粘菌素B的作用效果類似，可增強細菌的膜通透性，使得細菌被殺滅。多粘菌素B的雙性分子屬性類似，異硫氰酸烯丙酯具有一個極性的末端和一個非極性末端鏈，異硫氰酸烯丙酯通過改變細胞膜通透性，造成細菌死亡[16-17]*。

4 異硫氰酸烯丙酯在食品中的應(yīng)用

4.1 異硫氰酸烯丙酯在果蔬保鮮中的應(yīng)用

房詳軍等[18]*探究了異硫氰酸烯丙酯對草莓的保鮮作用，其研究結(jié)果表明在5 ℃貯藏條件下，放置15 d后，與對照組相比，異硫氰酸烯丙酯處理可有效降低草莓的腐爛指數(shù)，抑制草莓在儲藏期間的呼吸及電導(dǎo)率的升高，可保持草莓較高的硬度、維生素C及總酚含量，從而保證草莓的食用品質(zhì)，延長草莓的貨架期。李娟等[19]*利用異硫氰酸烯丙酯復(fù)合膜對巨峰葡萄進行處理，與常規(guī)的聚乙烯材質(zhì)的保鮮膜相比，含有異硫氰酸烯丙酯的復(fù)合膜可有效抑制葡萄表面腐敗微生物的生長繁殖，好果率可提升26.14%，極大程度上保證了巨峰葡萄的食用品質(zhì)。Wu等[20]*利用異硫氰酸烯丙酯微膠囊處理成熟番茄，在室溫條件下儲藏30 d，對照組的腐爛率為16.7%±1.33%，而0.5 g/L的異硫氰酸烯丙酯微膠囊處理組的腐爛率僅為10.0%±2.27%，在異硫氰酸烯丙酯作用下，番茄的好果率增加，貨架期大大提升。Ko等[21]*探究了異硫氰酸烯丙酯對泡菜的保鮮效果，其研究結(jié)果表明，在4 ℃條件下，泡菜儲藏15 d，對照組的pH由初始值5.75降低至3.70，菌落總數(shù)由初始值4.5 lg CFU/mL增加至7.9 lg CFU/mL，而異硫氰酸烯丙酯處理組的pH為5.00，相比初始值，酸度基本無變化，菌落總數(shù)為5.7 lg CFU/mL，遠低于對照組。異硫氰酸烯丙酯的處理可使泡菜在儲藏過程中保持原有的酸度、抑制微生物的生長，進而保證泡菜的食用品質(zhì)與食用安全性。鮮切果蔬因具有方便性及可食性而深受消費者喜愛，但鮮切處理會破壞果蔬的完整組織，影響其生理代謝進程，進而影響其食用品質(zhì)[22]*。姜愛麗等[23]*研究了異硫氰酸烯丙酯對鮮切紫甘藍生理代謝的影響，其研究表明5 μL/L的異硫氰酸烯丙酯對鮮切紫甘藍進行處理，與對照組相比，處理組的呼吸代謝速率下降，抗性相關(guān)酶如多酚氧化酶及苯丙氨酸酶的活性增強，抗氧化物質(zhì)如多酚、維生素C等含量增加，抗氧化能力增強，汁液流失率降低，可較好保持鮮切甘藍的品質(zhì)及食用價值。

4.2 異硫氰酸烯丙酯在谷物食品中的應(yīng)用

Tracz等[24]*采用50，100和500 mL/L的氣態(tài)異硫氰酸烯丙酯在密閉空間內(nèi)處理玉米粒48 h，然后通風(fēng)放置24 h，100 g玉米中接種105*個真菌分生孢子/g，在23 ℃儲藏條件下，放置30 d，其結(jié)果表明，各處理組的玉米粒中均未檢出霉菌毒素，且異硫氰酸烯丙酯的殘留量約為16%，而空白對照組產(chǎn)生了大量的霉菌毒素。異硫氰酸烯丙酯可以作為天然的抗菌劑，顯著抑制玉米中霉菌毒素的產(chǎn)生，進而延長玉米的貯藏期，保證其食用安全性。Nazareth等[25]*利用異硫氰酸烯丙酯處理面粉，儲藏時間為30 d時，10 μL/L的氣態(tài)異硫氰酸烯丙酯就可以完全抑制面粉中寄生曲霉Aspergillus parasiticus生成黃曲霉毒素和早熟禾鐮刀菌Fusarium poae生成白僵菌素及恩鐮孢菌素。Kim等[26]*將異硫氰酸烯丙酯作用于米飯，結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯可有效抑制嗜熱好氧桿菌的生長，可有效延長市售米飯的保質(zhì)期且感官品質(zhì)可接受。

4.3 異硫氰酸烯丙酯在肉制品中的應(yīng)用

李學(xué)紅等[27]*將異硫氰酸烯丙酯及其環(huán)糊精包埋物作用于冷卻牛肉片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用4 μL/g的異硫氰酸烯丙酯及其包埋物處理時，與對照組相比，牛肉片中的大腸桿菌和腐敗細菌生長繁殖明顯受限，其中，其環(huán)糊精包埋物因可以持續(xù)釋放出異硫氰酸烯丙酯，不僅具有強化殺菌效果，還可減少汁液流失，增強肉的持水性，但在一定程度上會影響牛肉的鮮紅色澤。Chacon等[28]*將異硫氰酸烯丙酯的微膠囊作用于冷鮮牛肉，結(jié)果表明，在4 ℃條件下儲藏18 d，與對照組相比，2.828 g/kg的異硫氰酸烯丙酯作用于牛肉，可使牛肉中的大腸桿菌數(shù)量由4.38 lg CFU/g減少至2.91 lg CFU/g，而對照組大腸桿菌數(shù)量基本無變化，異硫氰酸烯丙酯可顯著殺滅引起牛肉腐敗變質(zhì)的主要微生物大腸桿菌，進而延長冷鮮牛肉的保質(zhì)期。陸寬等[29]*探究了含有異硫氰酸烯丙酯的殼聚糖涂膜液對冷鮮肉的保鮮效果，研究結(jié)果表明該種涂膜液可有效抑制冷鮮肉中微生物的生長繁殖，延緩揮發(fā)性鹽基氮的生成和硫代巴比妥酸反應(yīng)值的升高，抑制pH的增加。在4 ℃的貯藏條件下，該種涂膜可極大提升冷鮮肉的保鮮期，使其處于一級新鮮度的時間由3 d延長至8 d。

4.4 異硫氰酸烯丙酯在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

唐文艷[30]*以含有1.5%的異硫氰酸烯丙酯復(fù)合涂膜處理鯽魚，在4 ℃條件下儲藏15 d，結(jié)果顯示，與對照組相比，含有異硫氰酸烯丙酯的復(fù)合涂膜對鯽魚的保鮮具有積極作用，可有效控制微生物的生長繁殖速度，延緩揮發(fā)性鹽基氮的生成，抑制魚肉pH的上升，在最大程度上可保持鯽魚的感官品質(zhì)，延長了鯽魚的儲藏期。Hasegawa等[31]*將異硫氰酸烯丙酯作用于金槍魚，其研究表明異硫氰酸烯丙酯可有效抑制金槍魚中副溶血弧菌的生長，且對不同部位作用效果不同。金槍魚經(jīng)50.9 μg/mL的異硫氰酸烯丙酯處理8 h后，對瘦肉部位而言，對照組的副溶血弧菌數(shù)量為（4.85±0.51）×106*CFU/mL，而處理組的副溶血弧菌數(shù)量為（4.79±1.73）×104*CFU/mL；對肥肉部位而言，對照組的副溶血弧菌數(shù)量為（9.66±3.44）×105*CFU/mL，而處理組的副溶血弧菌數(shù)量為（1.80±1.30）×101*CFU/mL。

5 展望

異硫氰酸烯丙酯因具有良好的光譜抗菌性，同時因?qū)θ梭w安全無毒、無害的特性，對替代現(xiàn)有的食品中常用的化學(xué)防腐劑具有廣闊的應(yīng)用前景，目前異硫氰酸烯丙酯已在果蔬、谷物、肉制品及水產(chǎn)品加工及儲藏過程有所應(yīng)用。結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯的抗菌活性明顯，可極大延長食品的保質(zhì)期，保證食用品質(zhì)，但異硫氰酸烯丙酯存在易揮發(fā)，具有強烈的芥子刺激氣味，水溶性差等問題極大地限制了其在食品加工中的應(yīng)用。今后需加大對降低其揮發(fā)性、減少刺激性氣味及增強其水溶性的研究。

6 結(jié)語

異硫氰酸烯丙酯具有天然的抗菌活性，作用效果顯著，可有效延長食品的保質(zhì)期。文章簡要闡述了異硫氰酸烯丙酯的理化特性、制取方法、可能的作用機制及其在各類食品（果蔬、谷物、肉制品、水產(chǎn)品等）中的應(yīng)用研究進展，以期為異硫氰酸烯丙酯的廣泛應(yīng)用提供一定參考。但目前，異硫氰酸烯丙酯的抗菌作用機理尚未完全明確，且其刺激的揮發(fā)性芥子氣味在一定程度上可能會影響食品的風(fēng)味，亟待進一步的研究與解決。在已報道的相關(guān)研究中，異硫氰酸烯丙酯已展現(xiàn)出其強大的應(yīng)用優(yōu)勢，相信在不久的將來，隨著研究的深入，異硫氰酸烯丙酯將被廣泛應(yīng)用于食品加工的各個領(lǐng)域。