植物精油在肉制品中的抑菌應(yīng)用研究進(jìn)展

張鵬禹，任小云，肖作兵，王一非，*

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.南京師范大學(xué)金陵女子學(xué)院食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)系，江蘇 南京 210097）

近年來植物精油作為一種新型的冷殺菌技術(shù)，在低濃度時(shí)就對(duì)大多數(shù)的食品腐敗菌和致病菌如Listeria monocytogenes，Salmonella typhimurium，Escherichia coli O157：H7，Higella dysenteria 和Bacillus cereus 等都具有抑制作用[1]，同時(shí)可以有效地克服當(dāng)前抑菌保鮮技術(shù)的一些弊端。隨著研究的深入，各類精油作天然的抗菌劑，以直接接觸和熏蒸的方式應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在歐洲，精油廣泛地應(yīng)用于食品、香水和藥品。在食品應(yīng)用中，不同的植物精油有不同的應(yīng)用范圍，根據(jù)食品的種類選擇合適的精油可以有效地消除其帶來的不良感官效果。果香型精油和香辛料精油是兩類使用范圍最廣的植物精油，在肉制品防腐保鮮方面有非常好的效果。

1 植物精油在肉制品中的應(yīng)用

1.1 果香型精油

海產(chǎn)品的保質(zhì)期比較短，一般平均為3 d。若能將海產(chǎn)品保質(zhì)期延長(zhǎng)，就能夠被運(yùn)輸?shù)礁h(yuǎn)的地方。柑橘屬精油中含有的檸檬醛和芳樟醇成分具有很強(qiáng)的抑菌作用。有報(bào)道稱在20 ℃時(shí)，檸檬醛和芳樟醇可以有效地抑制鯉魚體表、鰓和腸道上的菌群長(zhǎng)達(dá)48 h[2]。濃度為2%（體積分?jǐn)?shù)）的芳樟醇對(duì)從皮膚上分離出的細(xì)菌更有效，對(duì)Acinetobacter spp.，Enterobacteriaceae spp.，Moraxella spp.和Vibrionaceae spp.的抑菌圈直徑分別是8、2、5、8.3 mm。Mahmoud 發(fā)現(xiàn)當(dāng)檸檬醛的濃度為1%和2%時(shí)，對(duì)鯉魚皮膚、腮和腸道上的大多數(shù)細(xì)菌都有抑制作用。另外也有試驗(yàn)是在牛肉丸上研究濃度為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的柑橘和檸檬提取物干粉的抗菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者的抑菌有效時(shí)間可以達(dá)到12 d 以上，抑菌濃度的檢測(cè)值限制在1.69 log cfu/g 以下[3]。Fernandez-Lopez 等[4]在腐敗菌潛伏期末期測(cè)試牛肉丸的酸敗程度，結(jié)果表明產(chǎn)品上采用檸檬提取物作抑菌劑比柑橘提取物更容易發(fā)生酸敗。

1.2 香辛料精油

香辛料具有芳香味和辛辣味，是肉制品加工中的重要輔助材料。香辛料不僅使肉制品增香去腥，賦予其特定的色香風(fēng)味，有些還具有防腐抑菌等作用。常見的香辛料有肉桂、丁香、大蒜、胡椒、辣椒、生姜、八角茴香等。Ponce 等[5]在體外和體內(nèi)分別研究了增添有植物提取物的可食性薄膜的抗氧化性和抗菌性，其中就包括辣椒、大蒜、洋蔥等香辛料植物。得出的結(jié)論是一般含1%不同油性樹脂的成膜溶液對(duì)Listeria monocytogenes 等微生物有抗性，并且當(dāng)成膜溶液富含油性樹脂時(shí)將失去或不影響其降低過氧化酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性的能力。Gómez-Estaca 等[6]測(cè)試了茴香、丁香、百里香等精油對(duì)包括一些重要的食物致病菌和腐敗菌在內(nèi)的18 種細(xì)菌的抗菌能力，得出其中丁香精油表現(xiàn)出較高的抑菌作用。他們通過在魚的榨取物中進(jìn)行試驗(yàn)來鑒定這些精油作為食物防腐劑的有效性，并得出丁香和百里香精油最有效。另外Atarés等[7]對(duì)酪蛋白酸鈉—肉桂、生姜精油可食用性薄膜的特性進(jìn)行了研究，通過光譜光度測(cè)定方法發(fā)現(xiàn)肉桂精油是一種非常強(qiáng)的抗氧化劑，而且肉桂精油對(duì)薄膜的光學(xué)性質(zhì)影響很大。在應(yīng)用中，人們往往要根據(jù)產(chǎn)品的口味、香氣選擇風(fēng)味相協(xié)調(diào)的香辛料或其提取制品。

2 提高精油抑菌效果的手段

早在1949 年P(guān)iacentini 就發(fā)現(xiàn)柑橘精油具有抑菌作用。據(jù)報(bào)道稱作為消毒劑，柑橘精油在水溶液中的消毒作用比苯酚效果更好。接著Subba、Southmithri 和Suryanarayana 有研究表明在營(yíng)養(yǎng)瓊脂上，2 000 mg/kg的柑橘和檸檬精油可以有效地抑制4×105cells/mL 的枯草芽孢桿菌孢子。2 000 mg/kg 的柑橘精油可以完全抑制106cells/mL 的糞鏈球菌（現(xiàn)分類為糞腸球菌）和植物乳桿菌，而檸檬精油也可以達(dá)到99.9%的抑制程度。后來Deans 和Ritchie 有報(bào)道稱柑橘精油的抑菌作用不僅僅針對(duì)酵母、霉菌和芽孢類細(xì)菌，也可以抑制引起食物中毒的細(xì)菌。但目前采用植物精油抑菌也存在一些弊端，據(jù)記載部分精油考慮到安全性不能直接應(yīng)用到食品中，還有部分精油的成本較高或是對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味產(chǎn)生不良影響，其應(yīng)用也受到了限制，因此需進(jìn)一步深入研究提高精油抑菌效果的手段[8]。

2.1 微乳液技術(shù)

一般情況下與普通乳狀液和膠團(tuán)溶液相比，將兩種互不相溶的液體在表面活性劑和助表面活性劑的作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性的、外觀透明或者半透明、粒徑在1 nm～100 nm 之間的O/W 型或W/O 型的分散體系稱為微乳液[9]。從1943 年Hoar 和Schulman 首次報(bào)道微乳液以來，微乳理論和應(yīng)用方面的研究獲得了迅速的發(fā)展。將植物精油制備成微乳體系其抗菌活性會(huì)顯著增強(qiáng)。有研究表明含較低精油濃度的保鮮劑能顯著的抑制青霉菌和酸腐菌的孢子萌發(fā)和芽管伸長(zhǎng)，對(duì)柑橘貯藏過程中的病原菌具有良好的抑制作用，可明顯提高柑橘貯藏過程中的好果率[10]。另外精油是油狀物，將其制成微乳劑型后可有效地應(yīng)用到一些水溶性食品體系中，擴(kuò)大了在食品中的防腐保鮮范圍。

2.2 微膠囊技術(shù)

微膠囊技術(shù)是利用天然或合成高分子成膜材料把分散的固體、液體或氣體包覆而形成微小粒子的技術(shù)，得到的微小粒子就是微膠囊[9]。食品中的某些成分可能會(huì)使精油中許多加入的或本身含有的抗菌成分失效，與純精油相比微膠囊的優(yōu)勢(shì)在于形成微膠囊時(shí)，芯材被包覆而與外界環(huán)境隔離，它的性質(zhì)被毫無影響的保留下來，在適當(dāng)?shù)臈l件下，壁材被破壞后又能將含有效成分的芯材釋放出來，方便了在食品中的應(yīng)用。另外微膠囊中的芯材被保護(hù)，降低了其揮發(fā)性和毒性。因此植物精油的微膠囊體系通過控制芯材的可持續(xù)釋放作用，抗菌活性相當(dāng)高，比多數(shù)化學(xué)防腐劑的安全性高，在食品中有很大的應(yīng)用潛能?，F(xiàn)有試驗(yàn)正在探究與純精油相比，在相同濃度下肉桂、丁香和大蒜精油微乳液的抑菌效果。肉桂精油具有很好的抑菌效果，但由于其易揮發(fā)限制了在食品中的應(yīng)用，但可通過微膠囊化來防止其不良揮發(fā)。也有研究證明采用改進(jìn)的液中硬化被覆法將山葵提取物做成微膠囊劑型，將其加入并制成抗氧化性的塑料薄膜能調(diào)節(jié)精油的揮發(fā)，可用于豬肉和魚肉的保鮮并延長(zhǎng)其貨架期[11]。

2.3 兩種以上的精油進(jìn)行組合

一般情況下精油的濃度越高，其抗菌活性就越好，但高濃度會(huì)產(chǎn)生令人不愉快的風(fēng)味。之前有報(bào)道稱生菜葉上百里香和檸檬香脂的最低抑菌濃度分別為500 μg/g 和1 000 μg/g，但在這兩種濃度下樣品上有強(qiáng)烈的化學(xué)氣味[10]。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有大量的研究關(guān)于優(yōu)化精油組合，即在達(dá)到同等抑菌效果的基礎(chǔ)上，尋找濃度較低的精油組合以消除對(duì)食品感官的影響。兩種以上精油相混合一般具有協(xié)同抑菌作用，混合使用的總濃度低于各精油單獨(dú)使用濃度總和，因此可有效地消除對(duì)產(chǎn)品感官產(chǎn)生的不良影響。有研究表明針對(duì)李斯特菌，組合精油具有更多相加性的協(xié)同效應(yīng)；對(duì)于L.monocytogenes，牛至與百里香或檸檬香脂組合，協(xié)同效應(yīng)更好。百里香和檸檬香脂組合對(duì)L.innocua 有更大的抗菌活性。只有百里香和牛至組合對(duì)腐敗微生物的抗菌活性有影響。一般精油的相互組合沒有出現(xiàn)相減作用[11]。

2.4 與其他抑菌防腐技術(shù)配合使用

當(dāng)前的食品保鮮和貨架壽命延長(zhǎng)技術(shù)主要包括化學(xué)防腐劑、熱加工、氣調(diào)保鮮包裝（MAP）、真空包裝（VP）和制冷等。在實(shí)際的食品應(yīng)用中，大多數(shù)情況下會(huì)將若干種防腐技術(shù)混合使用，可到達(dá)更好的抑菌效果。因?yàn)楦鶕?jù)食品內(nèi)不同柵欄因子的協(xié)同作用或交互效應(yīng)，使食品微生物達(dá)到更穩(wěn)定的防腐穩(wěn)定性。真空包裝[12]、MAP 技術(shù)[13-14]、乳鏈菌肽[15]、熱處理[16]等技術(shù)均能有效的提高植物精油的抑菌活性。植物精油可以與熱處理、低溫保藏、氣調(diào)保鮮以及真空包裝等技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于食品的抑菌防腐，不僅提高了各防腐技術(shù)的抑菌效果，也降低了防腐保鮮的成本。有研究表明牛至精油結(jié)合真空包裝處理增強(qiáng)了對(duì)S.typhimurium 的抗性[17]。

3 植物精油的抑菌機(jī)制

目前還沒有完全弄清楚精油的抗菌作用機(jī)制，但Holley 等提出了不少可能的機(jī)理[14]?？梢钥隙ǖ氖俏⑸锝?jīng)精油作用后發(fā)生了一些明顯的形態(tài)學(xué)變化：E.coli 和S.typhimurium 經(jīng)香芹酚和百里香酚作用后[18]，出現(xiàn)外膜分解、細(xì)胞壁大幅度增厚或分解的現(xiàn)象，而L.monocytogenes 經(jīng)過百里香精油處理后，則表面的粗糙度增加，細(xì)胞質(zhì)減少[19]。分別用肉桂和牛至精油處理大腸桿菌O157：H7 菌株和L.monocytogenes 時(shí)也觀察到了類似的現(xiàn)象[20]。

香芹酚能夠增加細(xì)胞膜的流動(dòng)性，使細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)子和鉀離子外排，最終破壞了膜電位的平衡，抑制ATP的合成[21-22]。這也證明了茶樹精油能夠抑制Staphylococcus aureus，該抑制作用通過影響細(xì)胞壁并引起大小為260 nm 的細(xì)胞核內(nèi)物質(zhì)、鉀離子減少和其耐鹽性下降來實(shí)現(xiàn)。有研究表明精油內(nèi)有類似間體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)存在，可抑制葡萄糖呼吸作用[23]。萜烯能破壞和滲透細(xì)菌細(xì)胞壁中的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和細(xì)胞膜的損壞，并導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)滲漏，細(xì)胞溶解，最終使得細(xì)胞死亡。茶樹精油的濃度越大，在S.aureus 中損失的鉀離子量就越多。細(xì)胞膜的破裂會(huì)導(dǎo)致pH 值的下降，這意味著某些細(xì)胞活動(dòng)例如DNA 轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成和酶活力將失去控制。精油不僅僅通過滲透作用進(jìn)入細(xì)胞膜而且也能夠透過線粒體膜，導(dǎo)致細(xì)胞器和相同離子泄漏過程中的滲透率更大[24]。

檸檬味的桉樹油的主要成分是香茅，具有生物除草劑的性能，可以影響抗闊葉雜草的光合作用[25]，這意味著精油不僅作用于細(xì)胞壁，在新陳代謝系統(tǒng)上的影響或許遠(yuǎn)超過目前的記載。因此需要進(jìn)一步研究精油引起細(xì)胞死亡的機(jī)制，從而為今后能將精油更有效的應(yīng)用在食品和臨床領(lǐng)域中做好鋪墊。

據(jù)資料顯示革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌比革蘭陰性菌對(duì)精油更敏感，曾有人認(rèn)為，可能是相對(duì)不滲透性的外膜起到了保護(hù)作用的緣故[26]。盡管這一解釋被普遍認(rèn)同，但是也有研究認(rèn)為只是因?yàn)楦锾m陰性菌生長(zhǎng)的時(shí)間有些延遲。因此在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，一致認(rèn)為精油對(duì)革蘭陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌具有相同的抑菌效果[27]。這種微小的差異在柑橘精油的非食品體外試驗(yàn)中可以觀察到[28]。

薄荷及其成分薄荷醇具有抗質(zhì)粒作用，雖然這不能成為破壞細(xì)胞的機(jī)理，但確實(shí)有破壞細(xì)胞的作用?？官|(zhì)粒作用指外源DNA 序列不可能通過R 質(zhì)粒進(jìn)入致病菌共存，若能與致病菌DNA 并存的話會(huì)產(chǎn)生耐抗生素（耐精油）的菌株出現(xiàn)[29]。

4 展望

當(dāng)前我國(guó)肉類加工業(yè)中由微生物污染而引起的肉制品腐敗問題嚴(yán)重，急需尋找高效、穩(wěn)定以及廉價(jià)的防腐劑或防腐手段。植物精油作為一種天然的抗菌劑，有較好的抑菌效果，另外通過組合或與其他抗菌手段聯(lián)合使用等方法，可以優(yōu)化其在食品中的應(yīng)用。如何更進(jìn)一步的提高精油的抑菌效果會(huì)繼續(xù)成為研究的熱點(diǎn)。

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