植物精油對果蔬防腐保鮮作用研究進展

周曉薇，王 靜，顧 鎳，鄭永華*

植物精油對果蔬防腐保鮮作用研究進展

周曉薇，王 靜，顧 鎳，鄭永華*

(南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095)

病原微生物引起的腐爛是造成果蔬采后損失的主要原因，由此帶來巨大的經濟損失。植物精油是植物體內的次生代謝產物，化學組成較為復雜，因其具有抑菌和保持果蔬品質等多方面的作用，引起了食品研究人員的極大興趣。近年來，植物精油在果蔬保鮮上的應用已成為研究熱點。本文就植物精油的抑菌活性、對果蔬防腐保鮮的作用及其機理等方面進行綜述及分析，以期為高效、安全的食品天然防腐保鮮劑的開發(fā)和植物精油在果蔬保鮮中的應用提供參考。

植物精油；果蔬；體外抑菌；機理；保鮮

由病原微生物侵染導致的腐爛是造成果蔬采后損失的主要原因之一。目前，化學防腐劑在果蔬采后貯藏保鮮中的應用已十分廣泛，但許多人工合成的化學防腐劑存在誘癌性、致畸性和易引起食物慢性中毒等不安全問題，因此，研究開發(fā)天然安全的食品防腐劑顯得尤為重要[1]。植物精油，又稱香精油、芳香油和揮發(fā)油，屬于植物體內的次生代謝物質，是一類可隨水蒸氣蒸餾，具有一定芳香氣味且能在常溫下揮發(fā)的油狀物質的總稱，同時它還是一種GRAS(generally recognized as safe)物質。植物精油由萜烯類、芳香族、脂肪族和少量的含氮含硫化合物組成，研究表明，植物精油不僅能夠矯正食品的異味，賦予香氣，還有著色、抗菌、抗病毒、抗氧化等多方面的生物活性，可作為天然防腐劑的重要來源之一，在食品保鮮中具較好的應用前景[1-3]。本文就植物精油的抑菌活性、對果蔬保鮮的作用及其機理等方面進行綜述，以期為高效、安全的食品天然防腐保鮮劑的開發(fā)和植物精油在果蔬保鮮中的應用提供參考。

1 植物精油對病原菌離體生長的抑制作用及其抑菌機理

植物群體是一個含有自然殺菌物質的巨大資源庫，許多研究都表明一些植物精油對病菌有明顯的抑制作用，且由于其組成復雜，較難使病原菌產生抗性。研究發(fā)現[4-8]，篙屬植物精油可以抑殺水果致病病原菌；九里香屬植物精油大多能抑殺常見的霉菌；樟油、肉桂油可以抑制番茄灰霉病菌菌絲生長；而柑桔屬果皮精油對柑桔類水果的青綠霉病的病原菌有很強的抑殺作用；羅

勒屬植物及黃連、甘草、肉豆蔻對細菌、霉菌、酵母都有一定的抑制作用；香菜精油、百里香精油、肉桂、桂皮、牛至能很好的抑制大腸桿菌；雪松、肉桂、香茅、茴香、天竺葵、百里香、山雞椒、冬青、檸檬草、山蒼子油、薄荷油、桂皮油和香茅油能完全抑制白色念珠菌；羅勒和山蒼子油能完全抑制金黃色葡萄球菌；而雪松、香茅、天竺葵、百里香和檸檬草能完全抑制枯草芽孢桿菌。Chami等[9]研究植物精油抑菌作用時，發(fā)現抑菌作用主要由其中的一種或幾種主要成分決定。此外，精油各組分間存在協(xié)同作用，Lachowicz等[4]在比較全組分植物精油和其主要組分的任意組合的抑菌效果時，發(fā)現全組分植物精油的抑菌效果明顯要好。錢昆等[6]的研究也發(fā)現精油合理復配后的抑菌效果要明顯強于單獨使用。有些精油組分間也會存在拮抗作用，如Cox等[10]發(fā)現茶樹精油中非氧合的萜類會降低其主要抗菌成分4-萜烯醇的水溶性，其獨自使用反而比茶樹精油全組分的抗菌活性高。

雖然對于植物精油抗菌性研究的成果顯著，但關于植物精油抗菌機理的研究還不夠深入。目前，人們對于植物精油抗菌機理的假設主要有：植物精油通過損傷酵母和細菌等的細胞壁、細胞膜和細胞器的質膜，導致細胞內容物的泄露或細胞內外離子梯度變化而最終造成微生物的死亡。部分研究也證明了這種設想，如Billerbeck等[11]發(fā)現，800mg/L的錫蘭香茅油能夠使黑曲霉菌菌絲直徑變小，菌絲壁變薄，此外，還導致了細胞膜破裂和線粒體結構的分解。戴向榮等[12]探究了肉桂油中有效成分肉桂醛處理對黃曲霉的抑菌機理，結果發(fā)現處理黃曲霉細胞孢子提取液的OD260nm、OD280nm值都增大，丙二醛(MDA)含量上升，表明肉桂醛能通過損傷黃曲霉細胞質膜而進入細胞，使胞內大分子空間結構改變并且有序的新陳代謝被破壞，導致抑制黃曲霉的生長。Liu等[13]發(fā)現百里香精油可以濃度依賴性的抑制病原菌孢子萌發(fā)，從而能有效抑制病原菌的繁殖。目前，植物精油的抑菌機理還沒有被完全闡明，主要原因是由于植物精油成分復雜，組分間的相互作用復雜多變，因此關于植物精油的抑菌機理還有待深入研究。

2 植物精油對果蔬保鮮的作用

2.1 植物精油對果蔬的防腐作用

其外，有些植物果蔬大多呈酸性，極易滋生灰霉、匍枝根霉等腐敗菌，導致果蔬腐敗變質。將植物精油應用到果蔬采后保鮮中，能夠減輕采后果蔬腐爛，延長果蔬貨架期。研究發(fā)現，20μL/L的桂葉油、大蒜精油、肉桂油、丁蕾油和丁香葉油能顯著抑制采后杏果實在室溫高濕條件下的腐爛變質[14]。不同濃度的峨眉含笑精油處理對冬棗的腐爛均有一定的效果，不僅推遲了果實腐爛出現的時間，同時降低了爛果率，其作用呈現出濃度相關性[15]。Chu等[16-17]用麝香草酚(百里酚)對甜櫻桃果實進行熏蒸處理，發(fā)現可以有效抑制灰霉病和褐腐病的發(fā)生，顯著降低爛果率，當處理質量濃度為30mg/L時，灰霉病發(fā)病率僅為0.5%，而對照的發(fā)病率為35%。Liu等[18]用相同的方法處理李和杏果實，也得到了類似的結果。Hartmans等[19]的研究發(fā)現香芹酮可抑制馬鈴薯在貯藏期間由真菌引起的腐爛。Singh等[20]通過系統(tǒng)篩選研究，發(fā)現大多數芳香精油配制成0.1～10 μg/g的水乳劑對果蔬進行浸洗處理后均可一定程度地控制自然界腐敗性菌群和食源性致病菌的生長。顯然，應用植物精油抑制果蔬采后腐爛與其對病菌具直接抑制作用有關。此外，有些植物精油還能誘導果蔬過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)等抗性相關酶活性的上升，提高果蔬對病菌的抗性，從而抑制果蔬腐爛。如茉莉屬素馨花香精油中的主要成分茉莉酸甲酯(m e t h y l jasmonate，MeJA)具廣譜的生理學效應，可作為信號分子參與生物體對病菌的防御反應[21]。用MeJA處理采后綠熟期番茄，能有效地抑制病害癥狀的發(fā)展，降低了果實發(fā)病率。石慧等[22]認為MeJA可能是誘導了果實中病程相關蛋白的合成，從而增強果實對不良代謝的調控能力，降低病害的發(fā)生。MeJA還可顯著抑制八成熟草莓貯藏程中果實腐爛發(fā)生，但對全熟草莓果實腐爛發(fā)生無顯著影響[23]。在20℃和25℃分別用低濃度肉桂精油處理有傷櫻桃番茄和無傷口櫻桃番茄5d，結果發(fā)現，兩種條件下均顯著增加櫻桃番茄抗鏈格孢菌(Alternaria alternata)的能力[24]。綜上所述，植物精油抑制果蔬防腐的機理，可能是由于其直接抑制病原菌的生長，同時一些植物精油如MeJA等還可誘導果蔬產生抗病性。

2.2 植物精油對減輕果蔬低溫冷害的作用

冷藏是果蔬保鮮最基本和有效的手段，但不適當的低溫條件會引發(fā)冷敏果蔬的冷害，造成嚴重損失。研究表明，采用MeJA處理能提高木瓜、桃等果實活性氧清除相關酶的活性，防止過多的活性氧造成膜脂過氧化和破壞膜系統(tǒng)，從而提高果實的抗冷性，減輕果實冷害癥狀，保持果實品質[25-26]。王海波等[27]研究發(fā)現，10μmol/L MeJA能延緩低溫下香蕉果皮細胞膜透性的升高，提高NADPH氧化酶和Ca2+-ATPase活性，誘導香蕉果皮活性氧猝發(fā)并作為信號分子參與采后香蕉抗冷性的誘導，從而減輕冷害指數。MeJA處理采后黃瓜，則能提高果實中CAT活性，降低POD活性，并通過影響活性氧代謝和酚類物質的代謝緩解黃瓜的冷害[28]。采用MeJA處理枇杷果實，則可維持果實中較高的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性及細胞膜中不飽和脂肪酸亞油酸、亞麻酸含量，并減少果實內活性氧的積累并抑制膜脂過氧化，從

而減輕了果實的冷害癥狀[29]。Fung等[30]的研究發(fā)現，MeJA處理能誘導增強甜辣椒果實中交替氧化酶基因的轉錄表達并增強其抗冷性。Ding等[31]使用MeJA處理番茄時，發(fā)現其可顯著誘導果實中熱激蛋白基因的轉錄，同時減輕了5℃貯藏時的冷害癥狀。此外，MeJA處理還能抑制冷藏枇杷果實中半纖維素和纖維素的積累，保持果實中較高的水溶性和離子結合果膠及較低的共價結合果膠，從而保持果實較高的出汁率，減輕果實木質化冷害癥狀[32]。1μmol/L和10μmol/L MeJA處理水蜜桃，也使水蜜桃果實0℃冷藏時正常后熟軟化，促進果實著色，從而防止果實冷害發(fā)生，保持果實食用品質[33]。但MeJA減輕果蔬低溫冷害的作用機制還有許多不明之處，尚有待在細胞和分子水平上進一步研究和闡述。

2.3 植物精油保持果蔬品質的作用

植物精油對果蔬品質的保持具有顯著功效。如采用肉桂精油處理碭山酥梨，能推遲果實呼吸和乙烯高峰出現的時間，從而延緩果實后熟衰老，保持果實的品質和風味[34]。丁香精油和丁香酚能抑制采后蘋果呼吸強度和褐變指數的上升，延緩可溶性固性物、可滴定酸含量和硬度的下降，減輕果實生理衰老，從而保持果實品質[35]。MeJA則能從營養(yǎng)成分、風味、質地和抗氧化能力等方面綜合影響果蔬采后品質。用MeJA處理八成熟草莓果實，能促進貯藏前期可溶性固形物含量的增加，果實紅色的發(fā)育和總酸含量的下降，且貯藏后期果實品質指標接近于全熟果實[23]。MeJA處理巨峰葡萄果皮，則能促進果實中花青素的積累，使成熟期提前，并提高了果實的糖酸比，同時所有處理葡萄樣品平均單粒質量均較對照有所增加[36]。另有研究表明，MeJA與乙醇混合處理采后草莓，可以提高草莓中總酚和花青素含量高，增加貯藏期間的揮發(fā)性化合物如乙酸甲酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸己酯的含量，還能增強果實的抗氧化活性[37]。Chanjirakul等[38]也發(fā)現MeJA處理可提高草莓和黑莓果實中的抗氧化能力，有效的清除過量的超氧陰離子自由基、羥自由基、H2O2和單線態(tài)氧。綜上所述，植物精油可以從多方面保持貯藏期間果蔬的品質和可食用性，提高果蔬的商品性，具有開發(fā)為新型植物源防腐保鮮劑的潛能。

3 結 語

我國地大物博，植物種類繁多，植物精油資源相當豐富。植物精油作為一種安全、高效的天然果蔬防腐保鮮劑已受到人們的廣泛關注，國內外研究均顯示植物精油在果蔬保鮮方面具有良好的保鮮抑菌效果，并且能夠減少冷害的發(fā)生，保持果實品質。然而，植物精油在果蔬保鮮中的商品應用還很少，其原因主要有以下幾點：1)植物精油成分存在不確定性，其有效成分含量常隨著植物生長季節(jié)和地理環(huán)境而改變；2)一些植物精油在果蔬保鮮應用時，存在抗菌譜窄、效果不佳、產生異味和雜色等問題；3)對植物精油的作用機理、藥理和毒理評價等研究得不夠深入。針對這些問題，應在精油資源植物生產加工過程標準化和質量控制、植物精油的作用機制和安全性評價等方面開展進一步研究。相信隨著這些方面研究的深入，植物精油在果蔬保鮮中將顯示出廣闊的應用前景。

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Research Progress in Preservative Effect of Plant Essential Oil on Fruits and Vegetables

ZHOU Xiao-wei，WANG Jing，GU Nie，ZHENG Yong-hua*
(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

The decay caused by microorganism invasion is the major loss of postharvest fruits and vegetables, which brings huge economic loss. Plant essential oils containing a variety of chemical components are the secondary metabolites extracted from plants. The antibacterial activity and the capability to maintain quality of fruits and vegetables have gained extensive interests. The application of natural plant essential oils in the preservation of fruits and vegetables has become the research focus in recent years. In this paper, antibacterial activity, the effects and possible mechanisms of plant essential oils involved in the preservation of fruits and vegetables are discussed, which is expected to provide a theoretical reference for the development of natural food preservatives for fruits and vegetables.

plant essential oil；fruits and vegetables；antibacterial activity in vitro；mechanism；preservation

TS255.3

A

1002-6630(2010)21-0427-04

2010-07-07

科技部科技人員服務企業(yè)行動項目(2009GJC10010)；南京農業(yè)大學SRT計劃項目(0908A19)

周曉薇(1989—)，女，本科生，研究方向為食品質量與安全。E-mail：1847215@njau.edu.cn

*通信作者：鄭永華(1963—)，男，教授，博士，研究方向為農產品貯藏與加工。E-mail：zhengyh@njau.edu.cn