牛至精油在食品保鮮中的應(yīng)用

張瑞，劉婷，吳建平,2*,梁婷玉，柏妍

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州，730070) 2(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州，730030)

隨著生活水平的提高，人們對(duì)膳食品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。自然界中，很多食品營(yíng)養(yǎng)豐富，對(duì)人類(lèi)的身體健康十分有益，但是，在其生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及銷(xiāo)售過(guò)程中，很容易受到微生物的入侵而發(fā)生酸化腐敗，不僅損壞了食品自身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且給消費(fèi)者造成了安全威脅。因此，如何安全、有效地減少因腐敗導(dǎo)致的資源浪費(fèi)以及延長(zhǎng)食品的貯存期成了食品界研究的熱點(diǎn)。合成保鮮劑曾一度成為食品制造商的寵兒，但隨著合成保鮮劑引起的食品安全問(wèn)題的出現(xiàn)，消費(fèi)者開(kāi)始質(zhì)疑其安全性[1]。從食品安全和綠色環(huán)保角度出發(fā)，天然保鮮劑被廣泛應(yīng)用于食品保鮮中。

1 牛至精油的特性

牛至，又名止痢草，土香薰，小葉薄荷等，為唇形科牛至屬，是一種常見(jiàn)的野生植物，可長(zhǎng)到90 cm高，莖直立、多毛，葉片暗綠色、卵形，在分枝頂端簇生粉色花朵，有濃郁香味[2]。根據(jù)《藥用植物辭典》的記載，牛至共有8種類(lèi)型，分布于世界各地。我國(guó)只有一個(gè)牛至品種，主要分布在西北、華北及長(zhǎng)江以南地區(qū)[3]。牛至被認(rèn)為是中草藥的一種，具有清熱解表、順氣祛濕、利尿消腫等作用，常被用于預(yù)防感冒，中暑，腹瀉等[4]。此外，牛至也作為香料調(diào)味品在歐洲廣泛使用[3]。根據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部報(bào)道，牛至共含有50多種化合物。牛至精油是從牛至中提取的淡黃色液體，可從牛至花中提取，也可在牛至草中提取。從牛至花中提取的精油含有30種化合物，占牛至成分總量的96%，從牛至草中提取的精油含有21種化合物，占總量的94%。但兩者的主要成分相同，均為香荊芥酚和百里香酚(麝香草酚)[5]。牛至因其生長(zhǎng)地域、收獲時(shí)間的不同而提取的牛至精油的成分和含量也有所差異[6]。

2 牛至精油的作用機(jī)制

2.1 牛至精油的抗菌作用

牛至精油中酚類(lèi)和萜烯類(lèi)物質(zhì)是主要的抗菌成分，其中香荊芥酚和百里香酚的含量和比例是評(píng)價(jià)牛至精油抗菌效果的主要指標(biāo)。根據(jù)MELLENCAMP[7]的報(bào)道，牛至精油中香荊芥酚的含量為55%～85%，百里香酚為5%～10%。此外，γ-萜品烯和β-異丙甲苯作為合成香荊芥酚和百里香酚的前體物質(zhì)，也有較高的抑菌活性[8]。牛至精油的抗菌機(jī)制為：(1)通過(guò)破壞細(xì)菌細(xì)胞壁和細(xì)胞膜來(lái)達(dá)到抑菌效果。牛至精油具有高度疏水性和脂溶性，可以造成細(xì)胞壁松弛，細(xì)胞膜通透性增大，胞內(nèi)物質(zhì)外流，使細(xì)菌失去保護(hù)而失活。(2)阻止細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成。牛至精油中的酚類(lèi)物質(zhì)可以使細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)變性，也可以通過(guò)磷脂反應(yīng)阻止蛋白質(zhì)的合成以減少細(xì)菌的繁衍生殖。(3)酚類(lèi)和萜烯類(lèi)物質(zhì)還會(huì)抑制菌體核酸的自我復(fù)制、合成過(guò)程，導(dǎo)致微生物無(wú)法生長(zhǎng)[3,9]。

2.2 牛至精油的抗氧化作用

牛至精油中起抗氧化作用的主要是酚酸類(lèi)和萜類(lèi)物質(zhì)。酚酸類(lèi)物質(zhì)苯環(huán)上的酚羥基是抗氧化活性基團(tuán)，萜類(lèi)易發(fā)生加成反應(yīng)。牛至精油的抗氧化機(jī)制為：(1)終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。酚酸類(lèi)物質(zhì)上的酚羥基釋放氫離子，與自由基結(jié)合生成穩(wěn)定的化合物，同時(shí)，自身通過(guò)脫氫反應(yīng)產(chǎn)生比較穩(wěn)定的化合物來(lái)終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(2)通過(guò)加成反應(yīng)保持膜的完整性。萜類(lèi)是一種具有異戊二烯骨架的化合物，含有豐富的烯鍵，化學(xué)性質(zhì)活潑，易發(fā)生加成反應(yīng)，保護(hù)細(xì)細(xì)胞膜的完整性[3,9]。

3 牛至精油在食品保鮮中的應(yīng)用

3.1 牛至精油在果蔬保鮮中的應(yīng)用

果蔬富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尤其是維生素含量很高，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。但是，果蔬體內(nèi)水分含量也高，極易引起細(xì)菌的繁衍生殖。此外，在運(yùn)輸與加工過(guò)程中，輕微的碰撞也會(huì)引起果蔬表面的破損，使得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外流，加快微生物的生長(zhǎng)，嚴(yán)重破壞其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。牛至精油在果蔬保鮮中的保鮮方法為：第一，將牛至精油直接涂抹于果蔬表面，阻斷果蔬體內(nèi)物質(zhì)與外界的交流。第二，使用以牛至精油制成的保鮮材料包裝果蔬，延長(zhǎng)貨架期。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)牛至精油在果蔬保鮮中的應(yīng)用研究甚多，并取得了一定成效。薩仁高娃[10-12]等運(yùn)用可食性涂膜分別在鮮切哈密瓜和蘋(píng)果上證明了牛至精油對(duì)病原菌單增李斯特菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌以及鼠傷寒沙門(mén)氏菌的抑菌效果，這一研究為牛至精油在果蔬保鮮中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。王建清[13]將牛至精油、β-環(huán)糊精和殼聚糖的復(fù)配溶液涂抹瓦楞紙箱用于草莓保鮮，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，牛至精油顯著降低了草莓的腐爛率。林曉雨等[14]用牛至精油制作保鮮紙貯存鮮杏，結(jié)果表明，牛至精油可達(dá)到長(zhǎng)期貯存果蔬的效果，但出現(xiàn)的問(wèn)題是高濃度的牛至精油對(duì)鮮杏的香味有一定的影響。KWON等[15]用含有牛至精油的聚乙烯醇膜包裝圣女果，結(jié)果表明，牛至精油對(duì)病原菌和腐敗菌都有明顯的抑菌作用，延長(zhǎng)了圣女果的貯存時(shí)間，且在貯存期間，圣女果的理化特性沒(méi)有發(fā)生明顯變化。ELSHAFIE等[16]研究表明，牛至精油可以替代合成殺菌劑用于防止果蔬采摘后的酸敗腐化，保證果蔬的品質(zhì)不被破壞。

3.2 牛至精油在肉制品保鮮中的應(yīng)用

肉類(lèi)制品富含脂肪和蛋白質(zhì)，是人體健康成長(zhǎng)所需的飲食結(jié)構(gòu)中極為重要的一部分。但在生產(chǎn)與存貯過(guò)程中，豐富的脂肪和蛋白質(zhì)極易發(fā)生氧化分解而引起酸敗現(xiàn)象，同時(shí)，也可滋長(zhǎng)微生物的繁衍。因此，采取安全、有效的措施控制肉制品中細(xì)菌和酶的生長(zhǎng)，防止其變質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期顯得尤為重要。近年來(lái)，牛至精油在肉制品保鮮中的研究國(guó)外已有大量報(bào)道，但是，國(guó)內(nèi)研究不是很多。

3.2.1 單一使用牛至精油在肉制品保鮮中的應(yīng)用

單一使用牛至精油用于食品保鮮可分為兩個(gè)途徑：第一，將牛至精油作為飼料添加劑飼喂動(dòng)物，屠宰后研究肉品質(zhì)。一部分研究者發(fā)現(xiàn)牛至精油可以改善肉質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期，而有些學(xué)者發(fā)現(xiàn)牛至精油并沒(méi)有影響肉品質(zhì)，對(duì)貨架期也沒(méi)有作用。鄭宗林等[17]在紅羅非魚(yú)飼料中添加不同水平的牛至精油，經(jīng)過(guò)20周的飼喂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，高水平的牛至精油組的貨架期延長(zhǎng)到了18 d。但是，SIMITZIS[18]在豬日糧中添加不同水平的牛至精油發(fā)現(xiàn)，牛至精油對(duì)肉品質(zhì)沒(méi)有產(chǎn)生影響，且對(duì)脂質(zhì)氧化速度也沒(méi)有抑制作用。第二，制作牛至精油可食性涂膜或?qū)⑷庵破吩谂Ｖ辆腿芤褐薪菘蛇_(dá)到延長(zhǎng)貨架期的目的。üNAL等[19]在絞碎的牛肉中分別添加2%的牛至、鼠尾草和迷迭香精油，于-4 ℃儲(chǔ)藏10 d，結(jié)果表明，3種精油均降低了牛肉的脂質(zhì)氧化速度，延長(zhǎng)了貨架期，但牛至精油表現(xiàn)出了最高的抗氧化活性。

3.2.2 牛至精油結(jié)合其他保鮮技術(shù)在肉制品保鮮中的應(yīng)用

雖然單一使用牛至精油在肉制品保鮮中有一定的保鮮效果。但是，研究者發(fā)現(xiàn)，牛至精油結(jié)合其他保鮮劑以及包裝技術(shù)可增強(qiáng)保鮮效果，同時(shí)，隨著牛至精油濃度的升高，抑菌效果也在不斷增強(qiáng)，但會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激性氣味，影響肉制品本身的香味。PETROU等[20]分別用牛至精油、殼聚糖以及復(fù)配溶液結(jié)合氣調(diào)包裝處理雞胸肉，結(jié)果表明，牛至精油、殼聚糖以及兩者的復(fù)配溶液均能抑制微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)貨架期，但是，單獨(dú)使用牛至精油和殼聚糖使貨架期延長(zhǎng)了6 d，而二者的復(fù)配溶液則使貨架期延長(zhǎng)了14 d。GIATRAKOU等[21]用牛至精油、氣調(diào)包裝(5% O2/50% CO2/45%N2)、4 ℃常溫儲(chǔ)藏以及0℃冷凍儲(chǔ)藏地中海劍魚(yú)魚(yú)片，結(jié)果表明，4 ℃常溫儲(chǔ)藏時(shí)，劍魚(yú)魚(yú)片貨架期為5～6 d，牛至精油組為10～11 d，氣調(diào)包裝組為13 d，牛至精油和氣調(diào)包裝結(jié)合組為14 d，這表明牛至精油結(jié)合氣調(diào)包裝可顯著延長(zhǎng)貨架期。顧仁勇[22]對(duì)冷卻豬肉進(jìn)行植物精油浸泡試驗(yàn)，結(jié)果表明，植物精油的有效組合抑制了豬肉微生物的生長(zhǎng)，降低了揮發(fā)性鹽基氮含量，保持了肉質(zhì)，延長(zhǎng)了貨架期。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，0.9%牛至精油+0.9%丁香精油+0.9%山蒼子精油+0.9%肉桂精油+0.9%連翹精油的保鮮效果最好，使豬肉的貨架期延長(zhǎng)到18 d。KARABAGIAS等[23]用牛至精油、百里香酚結(jié)合氣調(diào)包裝研究在4℃儲(chǔ)藏條件下對(duì)新鮮羊肉貨架期的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 g/L的牛至精油和百里香酚精油對(duì)羊肉產(chǎn)生了強(qiáng)烈的刺激性氣味。

3.3 牛至精油在鮮蛋保鮮中的應(yīng)用

微生物、貯存環(huán)境和鮮蛋本身三者的相互作用引起了鮮蛋變質(zhì)。一方面，鮮蛋產(chǎn)后表面微生物繁多，同時(shí)，在貯存過(guò)程中，鮮蛋內(nèi)豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也可以加快微生物的繁衍生殖。另一方面，鮮蛋貯存環(huán)境的溫度和濕度與鮮蛋變質(zhì)緊密相關(guān)，溫度越高，濕度越大，鮮蛋越容易變質(zhì)。因此，蛋產(chǎn)后如不及時(shí)進(jìn)行保鮮處理，鮮蛋容易發(fā)生腐敗。目前，很多國(guó)家都采用涂抹技術(shù)對(duì)鮮蛋進(jìn)行保鮮。保鮮原理為：將保鮮劑涂膜涂在蛋殼表面，封閉蛋殼上數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣孔，防止蛋殼內(nèi)外物質(zhì)的交換，也可阻止微生物的入侵，起到保鮮效果。我國(guó)主要采用植物精油涂膜進(jìn)行保鮮。楊秀娟等[24]采用牛至精油、丁香精油、肉桂精油、香薷精油及其復(fù)配后的混合精油對(duì)新鮮雞蛋進(jìn)行涂抹，在溫度30 ℃、相對(duì)濕度70%的條件下貯存20 d，經(jīng)過(guò)分析各項(xiàng)感官指標(biāo)和內(nèi)部指標(biāo)的變化，結(jié)果證明牛至精油的保鮮效果最好。謝晶等[25]采用牛至精油、丁香精油、大蒜精油和生姜精油分別制成復(fù)配液對(duì)新鮮雞蛋進(jìn)行涂抹，35 d后通過(guò)分析其理化特性，結(jié)果證明牛至精油和丁香精油的保鮮效果最好，好蛋率為100%。

3.4 牛至精油在奶酪保鮮中的應(yīng)用

奶酪俗稱(chēng)奶豆腐，又稱(chēng)“干酪”，是通過(guò)凝乳酶或其他適宜的促凝劑使牛奶濃縮發(fā)酵而成的乳制品，一般來(lái)說(shuō)，1 kg奶酪制品需要10 kg牛奶濃縮而成。奶酪以水分含量為標(biāo)準(zhǔn)可分為硬質(zhì)奶酪、半硬質(zhì)奶酪和軟質(zhì)奶酪[26]。奶酪富含脂肪、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，深受歐美消費(fèi)者和我國(guó)少數(shù)名族的青睞[27]。奶酪制作多集中在夏季，且工藝相對(duì)比較復(fù)雜，冷藏條件下，鮮奶酪的保質(zhì)期僅為1周，因此研究延長(zhǎng)奶酪貯存期的技術(shù)是滿(mǎn)足消費(fèi)者需求的最佳途徑。奶酪含水量較高，其表面水分蒸發(fā)引起的霉菌和青霉菌是其變質(zhì)的主要原因[28]，即使在低溫貯存條件下，細(xì)菌繁衍也比較快。奶酪變質(zhì)使其原有的商業(yè)價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值大跌，給生產(chǎn)者和消費(fèi)者造成了巨大損失。目前奶酪保鮮主要采用匹馬菌素作為抗菌劑，但匹馬菌素作為合成類(lèi)抗生素，安全性深受消費(fèi)者的擔(dān)憂(yōu)。因此，尋求綠色、天然的植物保鮮劑是奶酪保鮮領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。美國(guó)瓦倫西亞理工大學(xué)的研究人員研制出一種可用于軟質(zhì)奶酪外面的涂膜，這種涂膜以牛至精油為主要原料，不僅可以抑制真菌的生長(zhǎng)，還可以食用[29]。GURDIAN等[30]將牛至精油復(fù)配乳清分離蛋白可食性膜涂在白奶酪表面，發(fā)現(xiàn)涂膜降低了脂質(zhì)氧化速度并阻止了酵母和霉菌的生長(zhǎng)。這一結(jié)果證明了牛至精油在奶酪冷凍存儲(chǔ)期間的抗氧化和抗微生物性能。

4 牛至精油在食品保鮮中的問(wèn)題

單一使用牛至精油雖然可以起到一定的抑菌、抗氧化作用，但是沒(méi)有牛至精油與其他溶液復(fù)配時(shí)的效果明顯，因此，可以考慮將牛至精油與其他天然保鮮劑復(fù)配使用，例如，殼聚糖、茶多酚、乳酸鏈球菌素、丁香油等。同時(shí)，高濃度的牛至精油會(huì)對(duì)食品產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激性氣味，破壞食品的感官品質(zhì)，因此采取低濃度的牛至精油與其他天然保鮮劑復(fù)配可達(dá)到高濃度時(shí)的抑菌效果。近年來(lái)，牛至精油膠囊包埋技術(shù)也不斷應(yīng)用于食品行業(yè)，以減少牛至精油對(duì)食品感官品質(zhì)的破壞[31]。此外，牛至精油還可以結(jié)合其他包裝技術(shù)以提高保鮮效果，例如，真空包裝、氣調(diào)包裝等，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，牛至精油結(jié)合氣調(diào)包裝可以大大延長(zhǎng)食品的貨架期。

5 總結(jié)與展望

近年來(lái)，牛至精油在食品保鮮中的研究應(yīng)用較多，尤其是在果蔬保鮮中，國(guó)內(nèi)外的研究已相當(dāng)成熟。但是在肉制品保鮮中，因其強(qiáng)烈的氣味和保鮮技術(shù)的限制，在國(guó)內(nèi)有待進(jìn)一步的探討研究，此外，研究牛至精油在其他食品保鮮中的應(yīng)用也尤為重要?？偟膩?lái)說(shuō)，牛至精油作為新型的天然食品保鮮劑，以廣譜的抑菌、抗氧化效果，結(jié)合綠色、環(huán)保、安全、無(wú)毒的特性，必將在食品行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。