植物精油在食品行業(yè)中的應用

鄧永飛，何惠歡，馬瑞佳，劉濤，蔡晨晨，陸登俊*

(1.廣西大學 輕工與食品工程學院，南寧 530004；2.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，南寧 530001)

植物精油是將植物各組織中具有芬芳氣味的分子萃取后所得到的一類易揮發(fā)的次級代謝產(chǎn)物。植物精油種類多樣，據(jù)相關(guān)研究，我國目前可利用的植物資源已達到60多科，唇形科、蕓香科等植物中含有豐富的植物精油。植物精油的成分復雜，由萜烯類化合物以及醇類、酮類等成分組成；盡管精油的種類呈現(xiàn)多樣化，每種精油中都含有2～3種主要成分，約占植物精油總成分的70%，不同植物精油的性質(zhì)取決于其主要成分[1]。植物精油的芳香物質(zhì)賦予其良好的抗氧化、抑菌等特性，因此精油能夠用作抗氧化劑和抑菌劑[2]。

近年來，隨著對食品的品質(zhì)和安全的重視度增加，消費者將目光逐漸轉(zhuǎn)向高營養(yǎng)水平以及高安全性的食品，食品行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)。因此，為了滿足消費者的需求，食品行業(yè)不斷改進食品的加工和保藏技術(shù)，力求在提高食品安全性的同時，減少其營養(yǎng)損失。植物精油是天然無毒無害的芳香類化合物，因其生物活性多樣化，被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。植物精油在食品行業(yè)中具有廣闊的應用潛力，其抗氧化性以及抑菌活性常被用于延長食品的貨架期；也有學者利用植物精油對食品的口感、風味進行改良[3]。

本文從植物精油的性質(zhì)、提取方法及其在食品行業(yè)中的應用進行綜述，旨在為植物精油在食品行業(yè)中的綜合利用提供參考。

1 植物精油的性質(zhì)

1.1 抑菌活性

目前，國內(nèi)外常采用體外實驗法對植物精油的抑菌性進行研究，實驗中通過測定植物精油的最低抑菌濃度(MIC)、最低殺菌濃度(MBC)以及抑菌圈直徑大小，驗證其抑菌效果。植物精油中易揮發(fā)物質(zhì)較多，性質(zhì)不穩(wěn)定，研究植物精油抑菌性時需在不同條件下對植物精油進行綜合檢測，從而評定其抑菌效果[4]。

1.1.1 對細菌的抑制活性

在對百里香精油抑菌效果進行研究時，Walentowska J等[5]分別以G+金黃色葡萄球菌和G-大腸桿菌為供試菌進行檢測，測得精油對供試菌的抑菌圈直徑均大于5 mm，表明其對G+和G-均保持良好的抑制效果。Jamali C A等[6]研究得出相同結(jié)論，并且測得精油對金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌兩種G+抑菌圈大小均大于20 mm，且MIC值均為0.13 mg/mL；對G-中的大腸桿菌抑菌圈大小為(15.3±1.5) mm，MIC值為0.53 mg/mL。

柴向華等[7]通過氣相熏蒸和體外實驗法檢驗了13種植物精油的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)百里香精油對G+金黃色葡萄球菌的抑菌性最強，MIC值和MBC值均為275 μg/mL；對G-大腸桿菌的抑菌圈直徑最大，為(38.70±1.24) mm，MIC值和MBC值均為917 μg/mL。Das S等[8]利用β-環(huán)糊精對多種精油進行加工修飾，制成微膠囊。經(jīng)實驗得出百里香精油微膠囊的抑菌效果最優(yōu)，對金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑為(71.85±0.63) mm，MIC值為0.156～0.312 mg/mL；對大腸桿菌的抑菌圈直徑為(22.57±2.63) mm，MIC值為0.5～1 mg/mL。

1.1.2 對真菌的抑制活性

Akarchariya N等[9]利用瓊脂擴散法研究姜黃精油對酵母的抑制效果，發(fā)現(xiàn)其對假絲酵母抑菌圈大小為(11.60±0.36) mm，最小抑菌濃度為250 μg/mL。柴向華等利用濾紙片法研究了百里香精油對酵母的抑制作用，實驗發(fā)現(xiàn)其對酵母的抑菌圈直徑超過25 mm，且MIC值與MBC值分別為45.8 μg/mL和22.9 μg/mL。Jamali C A等選取了4種酵母菌為供試菌，進一步驗證了百里香精油對酵母的抑制效果。

Sapper M等[10]以富克葡萄孢盤菌和互隔交鏈孢菌為供試菌，通過體外實驗測得精油對其抑菌圈大小為67.5～89.6 mm，且隨著濃度增加，精油的抑制作用越強。盧錕等[11]以青霉和黑曲霉為供試菌，發(fā)現(xiàn)復配精油對這兩種真菌的抑菌圈直徑大小分別為(102.6±1.7) mm、(108.3±2.1) mm，MIC值為100～150 μg/mL。

1.2 抗氧化活性

不同精油的抗氧化活性與植物種類、成分、各組分含量的差異有關(guān)。通常情況下，植物精油性質(zhì)由其主要成分決定。Tohidi B等[12]對來自百里香屬中的兩種精油的成分和性質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)在同樣的條件下提取時，兩種精油均有抗氧化活性，但抗氧化程度呈現(xiàn)差異。

植物精油種類多樣，目前研究較多的是一些樟科植物、唇形科植物、蕓香科植物等，其中唇形科中的百里香精油、羅勒精油以及蕓香科中的檸檬葉精油的抗氧化活性已經(jīng)被廣泛研究。王娣等[13]考察了百里香精油的抗氧化性，通過測定精油對DPPH自由基、OH自由基的清除效果，發(fā)現(xiàn)隨著精油濃度的增加，DPPH自由基以及OH自由基的清除率越高，精油的抗氧化活性與濃度密切相關(guān)。陳林林等[14]選取檸檬葉精油為材料，通過研究其對超氧陰離子、NO2-的清除效果，發(fā)現(xiàn)檸檬葉精油清除該自由基能力顯著(P<0.05)；并且隨著濃度的增加，精油的總還原力也呈現(xiàn)上升趨勢，進一步驗證了檸檬葉精油的抗氧化活性。

Lee S等[15]借助GC和GC-MS對羅勒精油和百里香精油的成分進行了分析，發(fā)現(xiàn)百里香精油的主要成分為百里香酚(占72%)和香芹酚(占5.7%)，羅勒精油的主要成分為芳樟醇(39.8%)。Lee S等還借助抗氧化劑維生素E和BHT進一步研究了精油的抗氧化活性，最終得出百里香酚、香芹酚以及丁香酚的抗氧化活性高于BHT和維生素E。

2 植物精油的提取方法

植物精油的成分取決于多種因素，植物的種類、所處氣候、海拔、土壤不同，精油成分都會發(fā)生變化。因此，為了獲得成分穩(wěn)定的植物精油，需選取適宜的方法對精油進行提取。植物精油的提取方法有水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法、超臨界CO2萃取法以及微波輔助萃取法等。

2.1 水蒸氣蒸餾法

早在13世紀初期，水蒸氣蒸餾法便應用于精油的提取，因提取材料與水的接觸情況不同，可將水蒸氣蒸餾法分為兩種：水上蒸餾法和水中蒸餾法。杜麗君等[16]利用水中蒸餾法提取胡椒木精油，發(fā)現(xiàn)在料液比為1∶6的條件下提取4 h，得到精油產(chǎn)率為0.56%。李偉等[17]利用水蒸氣蒸餾法對白豆蔻精油進行提取，實驗經(jīng)優(yōu)化后得到白豆蔻精油產(chǎn)率可達到5.19%。

水蒸氣蒸餾法具有簡便易行、成本低的特點，但提取時間過長，且植物精油自身含有揮發(fā)性，易導致提取成分存在差異。因此，水蒸氣提取法具有一定的局限性。

2.2 有機溶劑萃取法

有機溶劑萃取法是從植物中提取精油的常用方法，王琦等[18]利用植物精油富含芳香分子的特性，將其溶解在正己烷中進行萃取，并且采用響應面設計優(yōu)化火龍果花精油的提取工藝，最終驗證于溫度65 ℃下提取3 h，得到火龍果花精油的品質(zhì)高，萃取率可達到5.242%。

有機溶劑萃取法具有操作簡便、產(chǎn)率較高的特點。但是由于需要大量的有機溶劑，易對環(huán)境產(chǎn)生污染，并且需對雜質(zhì)進一步提純，因此本法不適于提取高純度植物精油。

2.3 超臨界CO2流體萃取法

超臨界CO2流體萃取法是一種高新的分離技術(shù)，Conde-Hernández L A等[19]通過調(diào)節(jié)溫度和壓力使CO2達到超臨界的狀態(tài)，對迷迭香精油進行萃取，待CO2恢復至常態(tài)時，將CO2流體與精油分離后完成提取，實驗得到迷迭香精油的最終提取率為2.35%。

超臨界CO2流體萃取法具有提取速度快、成本低、安全環(huán)保等優(yōu)點，實驗過程中不需借助其他試劑，減少了雜質(zhì)的殘留。

2.4 微波輔助提取法

微波法常用作輔助手段，與水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法等相結(jié)合提取植物精油。Sahraoui N等[20]利用微波輔助對傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法改進后提取植物精油，將提取時間由原來的30 min縮短到6 min，得到最大提取濃度2.7%±0.1%，提取每克精油耗能由0.30 kW·h降低至0.05 kW·h。Megawati等[21]利用微波技術(shù)對水蒸氣蒸餾法進行改進，將肉豆蔻精油的產(chǎn)率由7.03%提升至8.63%，并且耗能由1095 kJ降低至756 kJ。

微波輔助的提取方法具有易操作、節(jié)能等特點，并且能夠改進水蒸氣蒸餾、有機溶劑萃取等方法的不足，進一步提升植物精油的品質(zhì)和提取率。

3 植物精油在食品行業(yè)中的應用

3.1 植物精油在果蔬保鮮中的應用

新鮮果蔬極易受到微生物的污染。針對果蔬的保藏，要采用適當?shù)囊志胧Ｄ壳笆袌錾蠚⒕鷦┮曰瘜W合成為主，雖然化學合成的殺菌劑成本較低且殺菌性強，但長期使用對人體有害。植物精油作為天然抗菌劑，能夠有效屏蔽食品的外源性污染，使食品處于良好的保藏狀態(tài)，在保證其品質(zhì)的同時延長貨架期。

馮武[22]將櫻桃番茄經(jīng)百里香精油熏蒸處理后，發(fā)現(xiàn)其表面病原菌鏈格孢的生長受到抑制，精油濃度為500 μL/L時，病原菌抑制率高達62.0%，并且在12 d的保藏期內(nèi)，果實無損傷、無異味，表明精油延緩了櫻桃番茄品質(zhì)的降低。杜小琴[23]通過在甜櫻桃果實的包裝箱內(nèi)添加百里香精油，控制精油的濃度分別為250，500，750 μL/L，控制氣調(diào)條件為5% O2+8% CO2進行實驗。研究發(fā)現(xiàn)百里香精油與氣調(diào)相結(jié)合后，果實的代謝程度降低，其可溶性固形物、維生素含量與對照組差異顯著(P<0.05)，且果實在(0±1) ℃條件下的保鮮期長達50 d。

李彥虎等[24]利用花椒精油和芥末精油對雙孢蘑菇進行熏蒸，并設定蒸餾水熏蒸作為對照，將樣品于25 ℃進行保藏。結(jié)合感官分析，發(fā)現(xiàn)樣品經(jīng)0.1 mL/kg花椒精油和1.5 mL/kg芥末精油熏蒸后，雙孢蘑菇的品質(zhì)良好，其失重率降低，褐變減少，貨架期由8 d延長至10 d。植物精油也可通過抗菌膜等形式應用在蔬菜保鮮中，在減少揮發(fā)的同時，發(fā)揮其保鮮效果。鄧雯瑾等[25]將百里香精油制成抗菌膜，將鮮生菜的貨架期延長至5 d。

3.2 植物精油在肉制品保鮮中的應用

在對牛肉制品的保鮮研究中，李磊等[26]以丁香精油、迷迭香精油和肉桂精油為保鮮劑，并以等量防腐劑進行對比，對新鮮牛排進行涂膜處理。通過測定牛排的過氧化值，發(fā)現(xiàn)在迷迭香精油作用下，牛排的蛋白質(zhì)氧化程度最低，表明迷迭香精油的保鮮效果強于等量的防腐劑。為了進一步提高植物精油的穩(wěn)定性，王旭歌[27]選取肉桂精油、百里香精油和生姜精油進行復配制成精油納米微膠囊，對牛肉進行處理。結(jié)合感官評定，得出對照樣品貨架期為9 d，而實驗組樣品保藏12 d時，品質(zhì)仍可被接受。

Syed I等[28]研究了百里香精油微乳液對羊肉的保鮮效果，通過將樣品和對照品表面菌落總數(shù)等指標進行對比，發(fā)現(xiàn)在保藏期內(nèi)，對照組的菌落總數(shù)為8.97個對數(shù)值，而樣品的菌落總數(shù)僅為3.37個對數(shù)值，說明精油微乳液的保鮮效果良好。

郗澤文等[29]研究了檸檬精油納米乳液對鹵鴨脖的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)樣品經(jīng)檸檬精油納米乳液處理后，其pH增幅低于對照組，菌落總數(shù)為4.85個對數(shù)值，符合食用標準，并且樣品的貨架期由8 d延長至12 d。

3.3 植物精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用

目前，常通過測定水產(chǎn)品的微生物菌落總數(shù)及過氧化值等指標，研究精油對水產(chǎn)品的保鮮效果。

Yildiz P O[30]研究了百里香精油對虹鱒魚的保藏效果，將1%百里香精油均勻涂抹在虹鱒魚片上，干燥后于真空條件下進行包裝，并于4 ℃下進行保藏。研究發(fā)現(xiàn)，在90 d的保藏期內(nèi)，樣品中嗜冷菌的菌落總數(shù)為4.90個對數(shù)值，遠低于對照組的10.36個對數(shù)值。通過測定樣品菌落總數(shù)，表明精油能夠有效抑制腐敗菌的生長，延長了樣品的保藏期。

Erkan N等[31]選取百里香精油與月桂精油為保鮮劑，共同作用于藍鰭金槍魚，通過測定樣品的過氧化值來考察精油的保鮮效果。實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)1%百里香精油和1%月桂精油處理后，樣品的過氧化值低于對照組近20 meq/kg，表明樣品被氧化的程度低于對照組；結(jié)合感官評定，得出樣品的貨架期由9 d延長至12～13 d。

3.4 植物精油在其他食品保鮮中的應用

在奶制品的保藏中，Diniz S等[32]利用牛至精油和迷迭香精油作為冷藏奶酪的保鮮劑，通過測定樣品中乳酸菌以及O157:H7大腸桿菌的菌落總數(shù)評定精油的抑菌效果。研究發(fā)現(xiàn)，樣品在0.03 μL/g牛至精油和1.32 μL/g迷迭香精油的作用下，乳酸菌數(shù)量基本不變，而大腸桿菌在最初的12 d內(nèi)，菌落總數(shù)下降了3.0個對數(shù)值，說明植物精油可以在不影響奶酪發(fā)酵的同時，抑制大腸桿菌的生長。在烘焙食品的保藏中，Gon?alves N D等[33]研究了百里香精油對手工蛋糕的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)植物精油作用后，蛋糕在25 ℃下保存30 d時，其霉菌菌落總數(shù)不超過1.0個對數(shù)值，遠低于未添加植物精油時樣品的菌落總數(shù)(5.21個對數(shù)值)，表明植物精油可以充當防腐劑應用在烘焙食品中。精油也可應用于大米的防腐，盧錕等將肉桂精油和山蒼子精油復配后作用于大米青霉以及黑曲霉，發(fā)現(xiàn)精油對兩種霉菌均呈現(xiàn)良好抑制性，且最小抑菌濃度均為0.1 μL/mL。

3.5 植物精油作為風味助劑

近年來，有學者將植物精油作為風味助劑對飲品風味進行調(diào)節(jié)，如用柚子精油調(diào)配果酒，使果酒味道更加濃郁。詹永等[34]利用風味茶精油進行調(diào)配，研制出風味涼茶。結(jié)合感官評定，發(fā)現(xiàn)當風味茶精油濃度為5 g/L時，涼茶顏色為淺褐色，茶體均勻，無沉淀，口感宜人。植物精油也可用作油類的風味助劑，Wang D等將石榴精油作用于葵花油，結(jié)合感官評定，發(fā)現(xiàn)樣品的風味和口感良好，且樣品的總體可接受性強(P<0.01)。

為了進一步發(fā)揮植物精油風味助劑的特性，Hoda H M等[35]將肉桂精油進行加工修飾，制成微膠囊作用于餅干，同時利用頂空固相微萃取以及GC-MS對餅干的成分進行分析。研究發(fā)現(xiàn)，精油微膠囊將餅干焙烤過程中產(chǎn)生的易揮發(fā)性風味物質(zhì)進行保留，并減緩了脂質(zhì)的降解，在90 d的儲藏期內(nèi)，餅干品質(zhì)穩(wěn)定、感官評分較高，因此肉桂精油微膠囊可以作為餅干的風味助劑。

4 展望

植物精油的種類多種多樣，來源廣泛，已被廣泛應用于食品行業(yè)。為了進一步拓寬植物精油在食品行業(yè)的應用，需要從多個方面深入研究植物精油。首先，植物精油成分復雜，其抗氧化機理仍處于探索階段，因此對植物精油作用機理的研究有利于其在食品加工中的應用。其次，植物精油的增效復配可以進一步提升精油的抗氧化活性和抑菌活性，為精油作為食品添加劑的應用研究提供動力。植物精油含有特殊氣味，對光和熱敏感，因此借助載體對精油進行加工可以將不悅氣味進行遮蔽，并且提升植物精油的穩(wěn)定性。相信不斷地發(fā)展，植物精油微膠囊以及精油納米材料的研究會成為主流趨勢，植物精油將會擁有更加廣闊的應用前景。