植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的研究進展

孟玉霞，崔惠敬，趙前程,2，馮文倩，馬永生,*

（1.大連海洋大學食品科學與工程學院，遼寧 大連 116023；2.新興際華伊犁農(nóng)牧科技發(fā)展有限公司，新疆 伊寧 835000）

植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的研究進展

孟玉霞1，崔惠敬1，趙前程1,2，馮文倩1，馬永生1,*

（1.大連海洋大學食品科學與工程學院，遼寧 大連 116023；2.新興際華伊犁農(nóng)牧科技發(fā)展有限公司，新疆 伊寧 835000）

水產(chǎn)品產(chǎn)后腐敗損失及其導致的食品安全問題仍然是我國水產(chǎn)品加工業(yè)發(fā)展的制約因素。植物精油是從芳香植物中提取的具有揮發(fā)性及芳香氣味的次生代謝產(chǎn)物，具有抗菌和抗氧化等功能，是一種極具潛力的水產(chǎn)品保鮮劑。本文對目前植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用現(xiàn)狀、保鮮效果、對產(chǎn)品風味影響及其食用安全性進行了綜述。

植物精油；水產(chǎn)品；抗菌作用；保鮮

中國是世界水產(chǎn)品生產(chǎn)第一大國，2014年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量約6 462萬t[1]，但受保鮮技術(shù)制約，水產(chǎn)品產(chǎn)后腐敗及其引起的食品安全問題仍然嚴重，制約了我國水產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展。水產(chǎn)品具有高水分（70%～80%）、高蛋白（15%～21%）、且不飽和脂肪酸含量較高的特點，極易受微生物、內(nèi)源酶及脂質(zhì)氧化作用而發(fā)生腐敗變質(zhì)。目前的保鮮方式主要以低溫保藏為基礎(chǔ)，輔以氣調(diào)、輻照、超高壓處理及添加防腐劑等，但存在抑菌能力有限、改變產(chǎn)品風味或者防腐劑殘留等問題。因此，隨著消費者對天然綠色食品需求的增加，各國學者一直在探索研發(fā)新型天然保鮮劑，如乳酸菌素[2]、噬菌體[3]、植物精油[4]、植物多酚[5]等。

植物精油（essential oils）亦稱作植物揮發(fā)油，是從芳香植物中提取的具有揮發(fā)性和濃郁香味的脂溶性天然化合物，其成分十分復雜，包括20～60 種含量不同的化合物，其中1～3 種含量較高的主要成分決定了精油的生物活性，且它們的含量能達到85%左右[6]。精油成分從結(jié)構(gòu)上大體可以分為4大類，分別是萜烯類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫類化合物[7]。萜烯類化合物及其含氧衍生物是絕大部分植物精油的主要成分，按碳原子數(shù)目可以分為單萜（C10）、倍半萜（C15）和二萜（C20）等，其中前兩者占大多數(shù)。目前已報道的精油大約有3 000 種，其中市場上廣泛應用的有300多種[8]，全球產(chǎn)量約4～6萬t，產(chǎn)值達10億美元。

植物精油具有多種生物學活性，如抗菌、抗氧化、殺蟲等，在食品、制藥、香料等行業(yè)具有廣泛的應用。食品工業(yè)中精油一般被用作食品香料，但近年來鑒于其高效抗菌作用而被嘗試用于食源性致病菌和腐敗菌的控制。精油對大腸桿菌、沙門氏菌及金黃色葡萄球菌等常見食源性病原菌的控制已有較多報道，Bakkali[8]、Burt[9]等均對此進行了系統(tǒng)總結(jié)，在此不作詳述。目前精油作為天然防腐劑用于水產(chǎn)品保鮮也取得了顯著效果，如紅鼓魚（Sciaenops ocellatus）[10]、金頭鯛（Sparus aurata）[11]、扁鲹（Pomatomus saltatrix）[12]和劍魚（Xiphias gladius）[13]等，本文主要就近年來植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用作一綜述。

1 植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用

微生物是導致水產(chǎn)品腐敗的主要原因，新鮮水產(chǎn)品中棲息的微生物復雜多樣，主要是一些革蘭氏陰性桿菌，如希瓦氏菌（Shewanella sp.）、弧菌（Vibrio sp.）、假單胞菌（Pseudomonas sp.）、不動桿菌（Acinetobacter sp.）、發(fā)光桿菌（Photobacterium sp.）、莫拉氏菌（Moraxella sp.）和黃桿菌（Flavobacterium sp.）[14]，但只有其中少數(shù)微生物能適應后續(xù)貯藏環(huán)境，并快速生長繁殖而逐漸成為優(yōu)勢菌群，它們代謝產(chǎn)生胺、硫化物、醇、醛、酮和有機酸等異味產(chǎn)物，造成產(chǎn)品腐敗，這些少數(shù)微生物即特定腐敗菌（specific spoilage organisms）[15]。不同水產(chǎn)品中含不同特定腐敗菌，主要受魚種、保藏溫度及氣調(diào)環(huán)境等影響[16]，如弧菌屬等革蘭氏陰性發(fā)酵型細菌是未經(jīng)冷藏鮮魚的特定腐敗菌，假單胞菌屬和希瓦氏菌屬分別是冰鮮淡水魚和海水魚的特定腐敗菌，明亮發(fā)光桿菌（P. phosphoreum）和乳酸菌則是CO2氣調(diào)包裝中水產(chǎn)品的特定腐敗菌[15]。

表1 常用植物精油對水產(chǎn)品腐敗菌的抑菌活性[17-18]Table 1 Antibacterial activity of essential oils against spoilage bacteria in aquatic products[17-18]

植物精油在水產(chǎn)品中的保鮮作用主要通過抑制腐敗微生物生長繁殖來實現(xiàn)，表1列舉了一些常用植物精油對水產(chǎn)品腐敗菌的抑菌活性。部分研究也發(fā)現(xiàn)精油能降低水產(chǎn)品中脂質(zhì)氧化，鈍化內(nèi)源酶活性等。植物精油可以單獨用于水產(chǎn)品保鮮，也可以與其他保鮮方法配合使用，以達到協(xié)同增效的目的，如精油與聚合物涂膜保鮮聯(lián)合使用，精油與氣調(diào)保鮮組合等。

1.1 植物精油單獨用于水產(chǎn)品保鮮

目前精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用形式有熏蒸、浸漬或噴灑，保鮮效果主要從微生物數(shù)量、揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值、生物胺、K值及脂質(zhì)氧化等指標進行表征。

水產(chǎn)品貨架期受起始微生物數(shù)量影響較大，魚片經(jīng)精油預處理后初始菌落顯著降低，有望延長產(chǎn)品貨架期。Mahmoud等[17]將鯉魚片在含0.5%香芹酚和0.5%丁香酚的混合精油中浸漬15 min，魚片中起始菌落數(shù)由4.7×107CFU/g降低到3.6×102CFU/g，產(chǎn)品感官貨架期也延長了8 d。

TVB-N是由微生物引起的蛋白質(zhì)和非蛋白含氮化合物降解產(chǎn)生的，它是表征魚鮮度的常用指標。魚的TVB-N值最大可接受范圍是25～30 mg/100 g，超過這個范圍產(chǎn)品將喪失可食性[19-20]。Mahmoud等[17]用丁香酚和香芹酚混合精油浸漬鯉魚片，在5 ℃條件下，魚片初始TVB-N值由16.8 mg/100 g降低到11.2 mg /100 g，精油處理后的鯉魚片比對照組延遲8 d才達到限值。Erkan等[12]分別用1%百里香和1%月桂精油處理扁鲹魚糜，也得到了一致結(jié)論。

此外，水產(chǎn)品中的某些微生物能產(chǎn)生氨基酸脫羧酶，它能將游離氨基酸轉(zhuǎn)化成對人體有害的生物胺類物質(zhì)。精油可以抑制與脫羧酶有關(guān)微生物的生長，從而減少生物胺的產(chǎn)生，如經(jīng)丁香酚精油、茴香油和薄荷油處理后的紅鼓魚片，貯藏20 d后，魚片中的組胺含量由19.4 mg/kg降低至1～3 mg/kg[10]。

K值代表三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）分解產(chǎn)物次黃嘌呤和次黃嘌呤核苷的累積量，可作為水產(chǎn)品鮮度的指標，精油能抑制內(nèi)源5′-核苷酸酶的活性，從而減少肌苷酸的降解，保持魚肉鮮度。新鮮的紅鼓魚片經(jīng)4 μL/L的薄荷油熏蒸2 h，低溫貯藏5 d后，魚片K值由對照組的17.19%降低到12.70%[10]。

對鰻魚和鯡魚等多脂魚而言，魚肉中的不飽和脂肪酸易被氧化成小分子化合物醛、酮等，導致產(chǎn)品產(chǎn)生異味。某些精油具有抗氧化性能，能有效抑制魚肉中脂質(zhì)發(fā)生氧化。Erkan等[12]將含量1%百里香精油和月桂精油分別加入新鮮的扁鲹魚糜中，精油處理的扁鲹魚糜過氧化值比對照組低20～50 meq/kg，并延長貨架期3～4 d。

1.2 植物精油與抗菌包裝組合用于水產(chǎn)品保鮮

由于大多數(shù)精油具有刺激性氣味，直接添加到水產(chǎn)品中會帶來感官接受性問題。因此，有學者嘗試將精油與包裝材料組合構(gòu)建抗菌活性包裝，以改善產(chǎn)品感官接受性并延長貨架期。目前植物精油在水產(chǎn)品抗菌包裝體系中有以下兩種應用形式。

將精油摻入成膜材料中，然后以膜液形式涂于水產(chǎn)品表面。呂飛[7]以黑魚（Channa argus）為保鮮材料，將肉桂精油添加到海藻酸鈉溶液中以涂膜方式對黑魚進行保鮮，結(jié)果顯示，含肉桂精油的膜液處理能有效抑制微生物生長和脂質(zhì)氧化，不足之處是涂膜處理后魚肉色澤變黃。

將精油加入成膜載體材料中，制備出可食性抗菌薄膜，然后對水產(chǎn)品進行包裹，薄膜中的精油不斷地向與其接觸的水產(chǎn)品表面釋放，殺滅腐敗微生物。已有學者嘗試將牛至精油、迷迭香精油、大蒜精油、甜椒精油及肉桂精油摻于乳清蛋白膜、海藻酸鈉膜及殼聚糖膜中[21-24]。其中殼聚糖因其本身具有抗菌作用及良好的成膜性能而被廣泛應用[18]。此外，涂膜保鮮可以防止水產(chǎn)品水分蒸發(fā)，將精油和殼聚糖膜結(jié)合，可以達到協(xié)同增效抗菌及同時保持產(chǎn)品水分的作用。Gomez-Estaca等[18]用含丁香精油的明膠-殼聚糖可食用膜包裹大西洋鱈魚片（Gadus morhua），2 ℃貯藏11 d。細菌總數(shù)降低約4 （lg（CFU/g）），乳酸菌、假單胞菌、產(chǎn)硫菌和腸桿菌等均明顯減少，尤其產(chǎn)硫菌和腸桿菌在第3天和第9天時菌落數(shù)幾乎為0，下降了約8 （lg（CFU/g））。Wu Jiulin等[25]將含4%牛至精油摻入明膠-殼聚糖膜中，用該膜包裹草魚（Ctenopharyngodon idellus），4 ℃貯藏12 d，產(chǎn)品的菌落總數(shù)顯著降低，TVB-N值約減少15 mg/100 g ，貨架期延長4～5 d。此外，該膜對大腸桿菌、沙門氏菌及金黃色葡萄球菌等食源性致病菌也有抑制作用，且對金黃色葡萄球菌的抑制效果更顯著，這是因為革蘭氏陰性細菌細胞壁外層被脂多糖包覆，脂多糖親水的糖鏈暴露在細菌表面，阻礙了疏水性精油作用于細胞膜，故一般精油對革蘭氏陽性細菌的抗菌效果可能更好。

1.3 植物精油與氣調(diào)組合用于水產(chǎn)品保鮮

氣調(diào)包裝（modified atmosphere packaging，MAP）是用一種或幾種惰性氣體，如N2和CO2代替食品包裝袋中的空氣，來抑制水產(chǎn)品中微生物的生長繁殖和脂質(zhì)氧化，以達到保鮮效果。但MAP包裝的水產(chǎn)品中仍存在一些特定腐敗菌，如耐CO2的明亮發(fā)光桿菌和乳酸菌，會造成產(chǎn)品腐敗。將植物精油與氣調(diào)組合用于水產(chǎn)品保鮮中，可以實現(xiàn)協(xié)同增效的目的，更大程度地延長貨架期。

明亮發(fā)光桿菌是氣調(diào)保鮮鱈魚片的特定腐敗菌[26]，牛至和肉桂精油對其有強烈抑制效果。Mejlholm等[27]向氣調(diào)包裝（60% CO2、40% N2）的鱈魚片中添加0.05 g/100 mL牛至精油，置于2 ℃冷藏，產(chǎn)品貨架期由11～12 d延長至21～26 d。假單胞菌和一些產(chǎn)硫菌是變質(zhì)箭魚片的特定腐敗菌，牛至精油對其有顯著抑制效果。Giatrakou等[13]向氣調(diào)包裝（5% O2、50% CO2、45% N2）的劍魚片中添加0.1%牛至精油，產(chǎn)品貨架期延長至8～9 d。Atrea等[28]將真蛸（Octopus vulgaris）用0.4%牛至精油處理后置于真空包裝中，貨架期能達到20 d；Yildiz[4]研究證實，1%百里香精油與氣調(diào)（50% CO2、50% N2）包裝結(jié)合可協(xié)同抑制虹鱒中微生物的生長，產(chǎn)品感官貨架期可延長40 d左右。

2 植物精油在水產(chǎn)品保鮮中應用尚需解決的問題

2.1 精油的抗菌作用機制尚需深入研究

圖1 植物精油及其成分抑菌作用機理示意圖[29]Fig. 1 Schematic illustration of the antibacterial mechanisms of essential oil and its components[29]

雖然精油抗菌活性已被大量研究證實，但精油成分復雜，作用靶標多樣（圖1），目前其抑菌機理尚未被完全闡明，現(xiàn)有研究認為可能作用途徑包括如下幾個方面：

2.1.1 對細菌細胞膜的作用

細菌細胞膜擔負著滲透屏障、物質(zhì)轉(zhuǎn)運與能量代謝等功能，其結(jié)構(gòu)與功能的完整性是維持細菌生命活動的基礎(chǔ)。大部分植物精油及其成分具有疏水性，可以造成細胞膜非特異性損傷，致使膜通透性增加，引起K+、磷酸鹽與ATP等胞內(nèi)物質(zhì)滲漏[29]；另一方面，由于原核生物的呼吸鏈位于細胞膜上，細胞膜的損傷，必然導致電子傳遞鏈的破壞和質(zhì)子動力勢的消除，致使ATP合成受阻，細胞死亡[30]。但具體是哪一種作用途徑主導殺菌效果，難以區(qū)分，需要進一步研究。

部分研究嘗試鑒定出精油對細胞膜的具體作用靶標，包括磷脂雙層和膜蛋白兩方面。研究顯示某些精油能嵌入細胞膜磷脂雙層的極性頭部區(qū)域，增加了細胞膜的流動性和通透性[31]；另一方面，精油也可通過氫鍵或疏水作用與膜蛋白形成復合體，干擾膜蛋白的折疊和嵌入[32]。

2.1.2 對細菌代謝和增殖的影響

糖酵解、三羧酸循環(huán)、電子傳遞鏈和氧化磷酸化等主要代謝是維持細菌生命活動的基礎(chǔ)，干擾或破壞任一代謝途徑均可能影響微生物的存活。精油能夠通過破壞細菌三羧酸循環(huán)途徑，阻礙細菌呼吸作用和抑制ATP酶活性影響細胞ATP的合成[33]。此外，F(xiàn)tsZ是調(diào)控細菌細胞分裂的關(guān)鍵蛋白，具有GTP酶活性位點。肉桂醛能與細菌分裂蛋白FtsZ結(jié)合，抑制蠟樣芽孢桿菌細胞分裂[34]。

2.1.3 對微生物核酸的作用

Chung等[35]研究顯示萬年蒿（Artemisia iwayomogi）精油的主要抗菌成分Vulgarone B能夠體外切割環(huán)狀質(zhì)粒DNA和線性雙鏈λ-DNA，但不清楚其能否進入胞內(nèi)對DNA產(chǎn)生損傷。Sperotto等[36]則研究發(fā)現(xiàn)胡椒精油或其主要成分橙花叔醇能誘導釀酒酵母產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），ROS的過量積累導致胞內(nèi)DNA單鏈斷裂損傷。

2.2 植物精油對水產(chǎn)品風味的影響

植物精油絕大多是揮發(fā)性小分子化合物，其中某些具有明顯辛辣刺激氣味，即便使用濃度很低也會影響食品的風味及感官接受性。如低于4 μL/L的丁香、薄荷、孜然精油熏蒸紅鼓魚片后，魚片氣味感官可以接受，但當提高到8 μL/L時，魚片氣味發(fā)生明顯劣化[10]；Ouattara等[37]用0.9%百里香精油涂膜煮熟的基圍蝦，未察覺明顯異味；但若精油濃度提高到1.8%，基圍蝦的氣味則發(fā)生明顯改變。Sanjuas-Rey等[38]用牛至精油和百里香精油分別涂抹即食魷魚圈，發(fā)現(xiàn)精油質(zhì)量分數(shù)高于0.075%會使魷魚圈的氣味劣化。為降低精油對食品風味的影響，有研究嘗試將精油做成活性包裝代替將精油直接加入食品；或者使精油溶入可降解生物膜中，作成包裝膜；或者將精油制備成納米乳劑用于食品中，不僅可以降低精油對風味的影響，而且使精油及其抑菌成分緩控釋放，提高保鮮效果[39]。

另外，經(jīng)精油處理后的肉制品在食用前一般需要加熱處理，如蒸、煮等。熱處理過程中絕大部分精油揮發(fā)消散，殘留量很少，基本不影響最終產(chǎn)品的感官品質(zhì)。Tsigarida等[40]用0.8 g/100 mL的牛至精油處理牛肉片，煮熟后感官評價發(fā)現(xiàn)風味可以接受；Skandamis等[41]將 1 g/100 mL的牛至精油混于碎牛肉中，蒸熟后沒有精油氣味。此外，在水產(chǎn)品貯藏過程中，精油添加后產(chǎn)生的氣味會逐漸降低；而且添加某些精油還能夠有效掩蓋水產(chǎn)品的腥味和胺味，如牛至精油[27]。

2.3 植物精油的安全性

精油作為一種植物提取物已被人類使用近幾千年，符合美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）公認安全類產(chǎn)品（Generally Regarded as Safe，GRAS）認證要求中“經(jīng)長期使用認為沒有安全性問題”[42]。目前美國食品香料和萃取物制造者協(xié)會（Flavor and Extract Manufacturers Association， FEMA）負責香料物質(zhì)的安全性評價，其中包括植物精油。FDA充分認可FEMA對香料物質(zhì)安全性的評價結(jié)果，自1965年FEMA開始公布第一批GRAS 3以來，到2015年已陸續(xù)公布至GRAS 27。FEMA專家組對每個評價為安全的香料物質(zhì)進行編號，編號從2001號開始，目前已達4816號，即允許使用的食用香料共有2 800多種，包括160 種植物精油，其中肉桂、柑橘、丁香、檸檬草、芫荽、牛至、鼠尾草、玉桂子、百里香及迷迭香精油廣泛用于食品工業(yè)中[43-44]。

盡管很多精油或其某單體成分被公認安全，并批準用做食用香料，但仍有研究表明，有些植物精油成分可能具有潛在的毒性作用，添加到食品中可能會給消費者帶來健康隱患，如薄荷精油里含1%～4%的胡薄荷酮（pulegone），它具有肝、腎毒性[45]；柑橘屬植物精油中含有呋喃香豆素類物質(zhì)，屬于一種光敏劑，該物質(zhì)在紫外線或者太陽光照射下，會導致皮膚損傷[46]。精油作為食用香料在使用時具有“自我限量”的特性，超過某一添加量會帶來食品風味劣化和感官接受性問題，故一般食品中的最終使用量在10－6級，甚至10－9級，低于其在植物組織中天然存在時的濃度[47]。但也有一次性誤服大量精油導致急性中毒的臨床案例，如一次性誤服10 mL丁香精油導致15 月大男童肝衰竭[48]。因此，目前需要深入研究精油的毒理學特征，并對其進行風險評估，以確保其食用安全性。

3 結(jié) 語

隨著消費者對綠色健康食品的關(guān)注，化學防腐劑的接受性逐漸降低，植物精油的高效抗菌活性使其成為一種潛在的天然食品防腐劑。不過精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用仍存在一些問題，如精油抗菌成分復雜，作用靶點多樣，因此其確切作用機制有待進一步闡明；精油本身的刺激氣味影響了水產(chǎn)品的感官接受性；某些精油或組分對人體的安全性還需進行系統(tǒng)評價。

2014年，我國發(fā)布了修訂版的GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》，基本把所有精油歸類于食用香料物質(zhì)，主要功能是用于食品增香，且屬自我限量添加劑。標準中僅肉桂醛（CNS17.012）兼可用作防腐劑，適用范圍為“經(jīng)表面處理的鮮水果”。新版標準中還規(guī)定了食品香料的使用范圍，列出了不得添加食用香料、香精的食品名單，其中就包括鮮水產(chǎn)（冷凍水產(chǎn)品及水產(chǎn)加工制品除外），這某種程度上限制了精油在水產(chǎn)品防腐保鮮中的應用。未來有待在闡明植物精油抗菌活性、作用機制及應用安全性的基礎(chǔ)上，逐步推廣其在食品保鮮中的應用。

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A Review of Applications of Essential Oils in Preservation of Aquatic Products

MENG Yuxia1, CUI Huijing1, ZHAO Qiancheng1,2, FENG Wenqian1, MA Yongsheng1,*
(1. College of Food Science and Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2. Xinxing Cathay International Group Yili Agriculture and Animal Husbandry Science and Technology Development Co. Ltd., Yining 835000, China)

Post-harvest losses and food safety issues caused by spoilage currently remain a restricting factor for the fi shery processing industry in our country. Essential oils are volatile aroma compounds formed by aromatic plants as secondary metabolites. Essential oils possess proven antimicrobial and antioxidant activities, and are of tremendous interest as novel and promising natural preservatives for aquatic foods. This article offers a systematic review of the applications of essential oils in aquatic food preservation, including their effectiveness, impact on the fl avor of aquatic products and safety for consumption.

plant essential oils; aquatic products; antimicrobial activity; preservation

10.7506/spkx1002-6630-201715045

TS254.4

A

1002-6630（2017）15-0288-06

孟玉霞, 崔惠敬, 趙前程, 等. 植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的研究進展[J]. 食品科學, 2017, 38(15): 288-293. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201715045. http://www.spkx.net.cn MENG Yuxia, CUI Huijing, ZHAO Qiancheng, et al. A review of applications of essential oils in preservation of aquatic products[J]. Food Science, 2017, 38(15): 288-293. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-

201715045. http://www.spkx.net.cn

2016-07-06

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2015BAD16B08）；遼寧省博士啟動基金項目（20131010）

孟玉霞（1991—），女，碩士研究生，研究方向為水產(chǎn)品保鮮。E-mail：myxdou@163.com

*通信作者：馬永生（1982—），男，副教授，博士，研究方向為水產(chǎn)品質(zhì)量安全與控制。E-mail：mayo@dlou.edu.cn