“小油料”精油抑菌活性研究及其在食品保藏中的应用

蔡庭秀，乔杨波，吴森

(1.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，西宁 810016；2.青海大学 农牧学院，西宁 810016；3.青海大学 畜牧兽医科学院，西宁 810016)

近年来，随着植物资源开发程度的不断扩大，“小油料”资源得到了科学家的更多关注，研究发现小油料作物具有抗菌[1]、治疗心血管疾病[2]、调节免疫功能[3]、调节神经系统[4]、调控基因表达、调节细胞膜功能[5]、抗氧化[6]等特殊生理作用，在各类新型油料的研究中，尤其针对其生物活性成分的研究，已成为新型油料开发利用的重点研究方向之一。

植物精油为植物生长过程中产生的一种高挥发性的，由酚类、萜类、萜烯等化合物组成的生物活性混合物。植物精油具有广泛的应用价值，不仅可以当作油料来源，还可用于烹饪调味料，部分精油已被用于肉制品、牛奶、乳制品、色拉酱、面包等食品中[7]。目前“小油料”精油的作用开发日渐广泛，尤其对香辛料精油的提取研究[8]，同时植物精油在抑菌方面的研究也不断深入。

本文就目前“小油料”作物精油的一般提取技术做了简要的说明，同时，对其精油抑菌活性及机制研究进行了概括和总结，并对其在食品抑菌方面的研究现状进行了概述，以期为新型“小油料”作物精油的进一步开发及在食品保藏中的研究提供理论参考。

1 常见的小油料精油提取方法

小油料种实中含有丰富的精油，但小油料作物资源较为稀缺，未成规模化种植，且种实获取困难，要想进一步开发利用小油料精油首先得考虑其提取问题。精油在提取过程中极易被氧化分解，要最大程度地保留小油料精油的功能活性物质，就得从小油料精油的提取方式着手。目前，小油料精油的提取方法也在不断改善和创新，一般包括水蒸气蒸馏法、索氏抽提法、超声辅助法、微波辅助法、超临界CO2提取法等。

1.1 传统提取法

1.1.1 水蒸气蒸馏法

精油通过水蒸气蒸馏法而得到提取分离。Spadi等[9]对迷迭香精油进行提取，发现蒸汽蒸馏法和水力蒸馏法的提取得率分别可达到0.94%和0.78%。An等[10]采用蒸汽蒸馏法提取柠檬果皮精油的得率达到1.6%，检测发现该精油主要由单萜烃、醛和酯组成。崔丽佼等[11]采用离子液体辅助水蒸气蒸馏法提取柠檬精油，最佳工艺条件下柠檬精油的提取率为0.93%。该方法设备简单、操作方便，但耗时长、能耗高，提取的精油品质较低。

1.1.2 索氏提取法

索氏提取法是常见的精油提取方法，主要是借助溶液回流和虹吸作用。索氏提取法操作简便、提取率高的优势与小油料作物资源来源窄和含油量低的特点完美适配，且其准确性高、重现性好、成本低，解决了小油料精油生产稳定性和成本问题。

1.2 新兴提取法

1.2.1 超声辅助法

尹佳等[12]优化了超声提取葡萄籽油的工艺条件，发现最佳条件下葡萄籽油的提取率达到20.26%。该方法利用超声波的空化作用及其次级效应，可以对油料种实细胞结构起到破坏作用，有效提高出油率，缩短提油时间，且对精油活性物质的破坏小，利于保证精油品质。

1.2.2 微波辅助法

微波辅助法提取有效成分的报道也日渐增多。Xiao等[13]建立微波辅助水蒸气蒸馏法，以提取辽细辛精油，发现最优工艺条件下其最大提取量约为15.80%，且精油具有良好的抑菌活性。张怡等[14]通过单因素实验和响应面实验优化了草豆蔻精油(AKEO)的超声-微波辅助提取条件，最佳条件下精油得率为0.40%。该法在短时间内使油料与提取溶剂整个体系升温，迅速破坏油料种实细胞结构，使油脂在短时间内溶出，缩短提取时间，提高油料油脂出油率，不仅节约资源且缩短了油脂在高温提取体系中滞留的时间，有效地减少了精油的分解破坏。

1.2.3 水酶法

研究表明水酶法与溶剂法等相比，油脂的脂肪酸组成保留更佳，油脂的品质相对也较好，且绿色、环保。孟文俊等[15]对酶提取茴香挥发油工艺进行优化，发现其最佳工艺条件下得率为1.68%。酶能特异性地破坏油料植物种实细胞壁，提高种实细胞结构通透性，减少油料油脂的提取时间，该法因未加入其他溶剂、作用条件温和，有利于保存油料油脂的功能活性物质，且出油率高。

1.2.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取技术是一种节能环保的油脂提取方式，在油脂提取中应用的报道最为广泛。孙睿等[16]采用超临界二氧化碳萃取技术对花椒籽油进行萃取，最佳工艺条件下萃取率可达到12.5%，α-亚麻酸含量达到4.45%。Awolu等[17]对超临界CO2法及常规法提取芒果仁种子油进行对比研究，发现超临界法得率较低，且油脂中含有较高的饱和脂肪酸。该法不会造成油料中的功能油脂因热而变性，对精油的理化性质和成分的影响小，且CO2易分离，不存在有机溶剂挥发问题。因此，提取的精油品质优良，适合于高价值产品的加工。

综上所述，新型精油提取方法相较于传统方法，对种实细胞破坏程度高，精油提取效率高，并且无溶剂残留、生物危害等风险存在，更符合营养、绿色等要求。但上述精油提取方法目前仅在实验室中取得了良好的结果，并未进入工厂化大规模应用，因此如何将实验室试验应用到精油大规模提取，依然有待进一步探讨，未来利用各类新型植物油提取方法，实现高效、绿色、节能、环保的精油生产方式，是促进油料作物开发利用的核心与关键。

2 小油料精油抑菌活性研究

2.1 微生物对食品腐败的影响

微生物可利用食品中的营养物质促进自身生长繁殖，造成食品腐败，导致食物营养损失，同时可能引发食源性疾病，危害食品及人体安全。微生物导致的食品营养损失是食品腐败变质的重要因素，且食品营养越丰富越易受微生物的污染[18]。微生物间的交流通常借助微生物群体感应(quorum sensing，QS)，即通过微生物群体密度变化产生的信号分子的变化，调控相关基因的表达和群体行为，达到微生物种内和种间的信息交流[19]。

图1 QS系统的4种类型[20-21]Fig.1 The four types of QS system

微生物群体感应是调节微生物对食品作用的关键点，研究发现群体感应对生物膜的形成具有重要的调控作用，生物膜的形成促进微生物在不利环境中生长，食源性微生物通常借助生物膜附着在食品工业环境中的生物或非生物表面，对消毒剂和抑菌剂产生抗药性，难以控制，食品加工中形成生物膜，影响食品加工、食品的品质及安全性。群体抑制剂(quorum sensing inhibitors，QSIs)可通过抑制信号分子合成、酶解信号分子、QS类似物竞争性结合受体蛋白等机制调控微生物细胞膜的形成。常见的天然感应抑制剂有植物精油、草药、香料及其分离成分等。

2.2 小油料精油作为感应抑制剂在食品抑菌中的作用及其机制

研究发现小油料精油具有良好的抑菌活性，在开发天然高效抑菌剂方面具有广泛的开发前景，小油料精油作为一种绿色、安全、高效的天然抑菌剂在食品保鲜方面的应用已成为食品保鲜研究方面的新趋势。小油料精油抑菌机制的研究也是开发新型抑菌剂的关键环节。

2.2.1 破坏细胞基本结构和生理功能，影响正常生长

植物精油可以引起微生物细胞壁及细胞器破坏，改变细胞各指标水平，影响微生物正常代谢，促使细胞死亡。柠檬草(Cymbopogoncitratus)油能改变微生物细胞内pH，膜电位、胞内ATP及细胞完整性，从而起到对革兰氏阴性菌的抑制作用[22]。龙蒿精油能分解细菌细胞膜，导致离子和其他细胞化合物泄漏，从而导致细胞死亡[23]。Zhou等[24]发现高良姜根茎精油可使大肠杆菌改变细菌细胞膜渗透压，使细胞内物质外流，有效抑制大肠杆菌生长代谢。

2.2.2 影响微生物代谢酶活性和能量代谢

植物精油可以破坏菌体结构，干扰线粒体代谢酶的活性，影响正常的能量代谢，抑制菌体生长[25]。辽细辛精油对细胞壁降解酶的酶活力既有激活作用又有抑制作用，尤其对羧甲基纤维素酶的抑制作用，可能与该精油的抑菌活性存在密切相关性[26]。Cortés Rojo等[27]发现肉桂精油、丁香精油和薄荷精油能够通过抑制酿酒酵母电子输送链及氧化磷酸化反应，影响酿酒酵母线粒体正常代谢，影响菌体正常生长。

3 植物精油在食品保藏中的应用

3.1 植物精油在果蔬保鲜中的应用

植物精油在果蔬贮藏中具有良好的有效性和实用性。Louis等[28]以蘑菇为研究对象，研究肉桂醛精油对其冷藏期间的品质影响，发现冷藏蘑菇经肉桂醛精油涂抹后，其硬度、颜色、总多酚及抗氧化保持率都有所改善，且保质期也相对延长。Shankar等[29]以混合精油为主要原料制备复合膜，发现该复合膜可以有效抑制李斯特菌、鼠伤寒沙门氏菌、黑曲霉的生长，并能有效减小草莓储藏期间的失重。

3.2 植物精油在肉制品保鲜中的应用

植物精油在肉制品保藏中具有广泛的应用价值。Kazemeini等[30]研究发现水苏精油纳米乳液负载的藻酸盐涂层能阻止冷藏12 d李斯特菌在火鸡鱼片中的生长。Sani等[31]以百日草精油、马铃薯淀粉、苹果皮果胶为主要原料制成纳米薄膜，对鹌鹑肉保藏性进行研究，发现百日草精油可显著影响薄膜的稳定性，该薄膜可有效延长鹌鹑肉的保质期。

3.3 基于植物精油的食品涂膜包装材料开发

将香精油和聚乙烯醇结合生产的包装材料用于鸡胸肉、鱼片的保藏，发现香精油在样品中的残留可以抑制68%的脂质氧化，进而表现出良好的抑菌活性，此外，对产品的pH和色泽存在有益的影响[32]。棕榈油和精油混合制成的鱼明胶包装膜能够有效增强包装材料的弹性和厚度，且具有突出的抗氧化和抑菌特性，其中以牛至精油和棕榈油制备的材料对金黄色葡萄球菌的抑菌圈可达到11.73 mm和11.23 mm，此外，研究发现以丁香油为涂膜材料其抗氧化性、拉伸强度、伸长率均处于相对较优的水平[33]。

4 总结及展望

随着人们对食品安全认知的不断增强，天然抑菌保鲜剂的开发成为现代食品保鲜研究的方向。小油料作物品种繁多，可为植物精油的开发提供广泛的原材料，为开发高效、绿色的食品防腐保鲜剂提供了基础。但被广泛应用于食品保鲜还存在一定的问题：根据安全监测发现植物精油可能存在农药残留的安全性问题；植物精油稳定性差，挥发性强，储存条件苛刻；植物精油本身含有一些色素成分和风味物质，可能会影响产品的感官品质；植物精油提取率低，且各提取方法可能影响精油的品质。因此，在保证食品安全性的基础上，使植物精油得到合理的开发和应用是开发植物精油防腐保鲜剂的重要方向。

“小油料”精油具有丰富的生物活性和无毒无害的特点，选择最佳提取方式，提高植物精油的提取得率，并保持精油的良好活性，有利于对植物精油进行合理开发，扩大其在食品防腐保鲜及延长食品货架期方面的应用。