香茅精油的提取方法、抑菌活性及在食品保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展

王秋亞，王勇森

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099)

香茅草，又被稱(chēng)為檸檬草，是禾本科香茅屬芳香性植物。香茅草在東半球熱帶及亞熱帶地區(qū)被廣泛種植，在我國(guó)主要分布在貴州、福建、廣東、廣西、海南等省份。因其具有獨(dú)特的芳香風(fēng)味，還有疏風(fēng)通絡(luò)、和胃通氣、安神醒腦等藥理功效，廣泛應(yīng)用于食品調(diào)料中[1]。如在東南亞地區(qū)，烤雞、烤魚(yú)、烤肉等肉類(lèi)食物多用香茅草進(jìn)行調(diào)味， 味道鮮嫩奇香。香茅作為一種常見(jiàn)的香辛調(diào)味料，不僅可以增香賦味，還具有很強(qiáng)的食療保健和抗菌、防腐作用[2]。香茅精油是從曬干的香茅草中提取的，呈淡黃色且?guī)в袡幟氏阄?，其原產(chǎn)于斯里蘭卡和爪哇，主產(chǎn)于馬達(dá)加斯加、南非、斯里蘭卡、爪哇等地，其中以爪哇的質(zhì)量較好。香茅精油具有強(qiáng)烈的呈味和呈香作用，?？勺鳛槿粘?、造蜜、甜品面包、蛋糕等各類(lèi)食品調(diào)味增香的一種綠色食品添加劑[3]。此外，香茅精油因具有良好的抑菌活性，在食品防腐保鮮等領(lǐng)域具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。本文首先介紹了香茅精油的主要化學(xué)成分，然后對(duì)香茅精油的提取方法、抑菌活性及在食品保鮮中的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳盡的綜述，從而為香茅精油進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供了參考。

1 香茅精油的主要化學(xué)成分

香茅草精油含有多種活性組分，主要包括醛類(lèi)、醇類(lèi)、酯類(lèi)和烯萜類(lèi)等活性成分。通常香茅草種植的地理位置及精油的提取部位不同，其化學(xué)成分及含量也各不相同。在其揮發(fā)性組分中，檸檬醛的異構(gòu)體香葉醛與橙花醛含量最多。陳集雙等[4]對(duì)來(lái)自西非喀麥隆、杭州種植的香茅草精油的主要揮發(fā)性成分進(jìn)行了鑒定，共得到了33種成分，其中香葉醛、橙花醛含量最多，分別為35.75% 和28.7%；此外還有少量的香葉醇、芳樟醇、香葉酸等，占比分別為7.86%、1%、1.4%。黎華壽等[5]研究了香茅草不同部位所提取的精油，通過(guò)對(duì)莖部和根部所得到的精油進(jìn)行分析，結(jié)果莖葉得到12種化學(xué)成分，其中含量最多的是檸檬醛(包括香葉醛和橙花醛)，除此之外還有9個(gè)含量較少的半萜類(lèi)化合物；根部檢測(cè)得到長(zhǎng)葉松烯、芹子烯內(nèi)酯、依蘭烯、欖香烯等化學(xué)組分都是橙花醛、β-月桂烯、香葉醛，根部檢測(cè)得到長(zhǎng)葉松烯、芹子烯內(nèi)酯、依蘭烯、欖香烯等10種萜烯化合物。李桂珍等[6]采用GC-MS技術(shù)分析得出泰國(guó)及廣西防城本地香茅油為檸檬型，主要化學(xué)組分都是橙花醛、β-月桂烯、香葉醛，它們?cè)趶V西和泰國(guó)香茅油中的相對(duì)含量分別為8.91%、15.13%、32.15%和29.25%、41.43%、40.72%。邱珊蓮等[7]研究了提取時(shí)間、干燥方式、生長(zhǎng)時(shí)間及提取部位對(duì)福建產(chǎn)香茅精油提取率的影響，結(jié)果表明：與陰干、烘干相比，曬干更有利于保留葉中的精油；生長(zhǎng)至次年7月份時(shí)精油含量最高，為1.12%；葉片的精油含量是葉梢的3倍多，是精油集中的部位；生長(zhǎng)期為7個(gè)月的香茅精油含有27種化學(xué)成分，其中檸檬醛是主要成分，相對(duì)含量為72.196%，其次為β-蒎烯，相對(duì)含量為7.933%。以上研究結(jié)果對(duì)香茅精油在食品及調(diào)味品行業(yè)中的合理利用提供了參考依據(jù)。

2 香茅精油的提取方法

目前,香茅精油的提取方法主要有索氏提取法、水蒸氣蒸餾法、超聲波輔助-水蒸氣蒸餾法、微波輔助提取法、超臨界CO2萃取法等，提取方法及原料的不同導(dǎo)致精油的提取率與品質(zhì)不同。

2.1 索氏提取法

索氏提取法是利用溶劑的回流和虹吸，使固體物質(zhì)連續(xù)不斷地被純?nèi)軇┧腿〉囊环N方法。刁水華[8]采用索氏提取法，利用不同溶劑來(lái)提取香茅草精油，溶劑為丙酮時(shí)提取率最大，為8.51%，溶劑為乙醇時(shí)提取率為7.73%，而溶劑為乙醚時(shí)提取效果最差，提取率為5.28%，由于丙酮易引發(fā)急性中毒，操作過(guò)程中存在一定的安全隱患，故最終選用乙醇作為最佳提取溶劑。索氏提取法具有低能耗、設(shè)備簡(jiǎn)單和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但不可避免地也有一些不足，如只能用于實(shí)驗(yàn)室研究，截至目前還沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備，且工業(yè)化時(shí)需要較高的能量損耗，對(duì)設(shè)備要求高。

2.2 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是指將水和藥材放在一起蒸餾，其中藥材具有揮發(fā)性，在隨水蒸氣蒸餾時(shí)，揮發(fā)性成分一起餾出的方法。賈媛等[9]利用水蒸氣蒸餾法對(duì)檸檬香茅精油進(jìn)行提取，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了水蒸氣提取香茅精油的最佳條件為：選用新鮮香茅葉片，在料液比1∶45、NaCl用量9%的條件下提取180 min，香茅精油得率為(2.53±0.08)%。水蒸氣蒸餾法操作簡(jiǎn)單、成本低、不污染環(huán)境，但也存在一定的弊端，如容易使原料糊化從而產(chǎn)生成分發(fā)生改變的問(wèn)題以及提取效率較低。

2.3 超聲波輔助-水蒸氣蒸餾法

超聲波輔助法是利用超聲波的空化作用，破壞植物組織的細(xì)胞，從而加速植物有效成分溶出的一種方法。丁華等[10]結(jié)合超聲輔助技術(shù)，通過(guò)水蒸氣蒸餾法對(duì)香茅精油進(jìn)行提取，在確定超聲功率為420 W、超聲時(shí)間為30 min的前提條件下，在單因素試驗(yàn)的和基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了香茅精油的最佳提取工藝條件：料液比為1∶20，NaCl用量為10%，提取時(shí)間為180 min，在該實(shí)驗(yàn)條件下，香茅精油的提取率為2.8%。超聲波輔助-水蒸氣蒸餾提取法與單純的水蒸氣蒸餾法相比，提取速率快且提取效率更高。

2.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法是指使用恰當(dāng)?shù)娜軇┰谖⒉ǚ磻?yīng)器中從植被、礦體、動(dòng)物組織等內(nèi)提取各種化學(xué)組分的方法，因內(nèi)部與外部同時(shí)加熱，受熱均衡，熱效率普遍高。孫毅等[11]采用響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取香茅精油的工藝，最終確定了微波輔助提取檸檬油的最優(yōu)工藝條件為提取時(shí)間2 h，微波功率0.472 kW，固液比1∶12.5，在此條件下驗(yàn)證所得到的檸檬精油得率為1.40%，為預(yù)測(cè)值的99.57%。該方法具有受熱均勻、萃取速度快、高效節(jié)能、易于控制和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

2.5 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是利用超臨界二氧化碳對(duì)某些特殊天然產(chǎn)物具有特殊溶解作用，利用超臨界二氧化碳的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界二氧化碳溶解能力的影響而進(jìn)行的。趙建芬等[12]采用超臨界CO2萃取法提取檸檬草中的精油，根據(jù)簡(jiǎn)單比較法優(yōu)化萃取條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超臨界CO2萃取檸檬精油得率最高的條件為：在萃取強(qiáng)度15 MPa、萃取溫度318 K、萃取時(shí)間1.5 h時(shí)得率可達(dá)2.13%。該方法提取效率高、污染低、萃取溫度低，不僅能夠提取易揮發(fā)組分，而且能夠提取不穩(wěn)定易氧化的成分。

此外，還有部分學(xué)者對(duì)香茅精油的不同提取方法進(jìn)行了比較。Sargenti等[13]采用索氏提取法、水蒸氣蒸溜法和超臨界CO2萃取法提取香茅精油，通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用丙酮做溶劑，索氏抽取4 h，提取率高于其他兩種方法。雖然索氏提取法產(chǎn)率較高，但后續(xù)處理較為復(fù)雜，而采用該法制得的精油可以直接進(jìn)行下一步成分分析。王昊等[14]采用不同方法提取香茅草精油，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較得到水蒸氣蒸餾法提取耗時(shí)最長(zhǎng)，3 h后精油的提取率不再增加，其次為超臨界CO2法，最迅速的是微波法；而在精油得率方面，提取率最高的為超臨界CO2法，最低的為水蒸氣蒸餾法。

3 香茅精油的抑菌活性及在食品保鮮中的應(yīng)用

3.1 香茅精油的抑菌活性

植物精油對(duì)多種類(lèi)、較廣范圍的菌屬具有一定抑制作用，與化學(xué)抑制劑相比較，有著較小副作用和較低殘留毒性的專(zhuān)屬特性。研究表明香茅精油對(duì)多數(shù)植物病原真菌具有較強(qiáng)的抑制作用。吳慧清等[15]對(duì)包括香茅精油在內(nèi)的42種植物精油的抑菌效果進(jìn)行了評(píng)估，研究發(fā)現(xiàn)上述精油對(duì)黑色變種枯草桿菌、大腸桿菌、黑曲霉、金黃色葡萄球菌等多種菌類(lèi)具有不同程度的抑制效果，且香茅精油的抑菌效果僅次于百里香精油和肉桂精油。紀(jì)淑娟等[16]通過(guò)帶藥介質(zhì)法對(duì)香茅精油的抑菌性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)果蔬采摘后主要致病菌，如灰霉菌、蒂腐菌、鏈格孢菌、炭疽菌和串珠鐮刀菌受到香茅精油不同程度的抑制作用，且當(dāng)揮發(fā)油濃度為300 μL/L時(shí)，可幾乎抑制灰霉病菌菌絲的生長(zhǎng)，對(duì)另外幾種致病菌抑制效果較弱。劉耀華等[17]在香茅精油對(duì)番茄早疫細(xì)菌的抑菌功效及抑菌機(jī)理中發(fā)現(xiàn)，香茅精油可以減輕細(xì)菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，使培養(yǎng)液中具有能溶特性的蛋白含量增加。運(yùn)用香茅精油處理后，番茄早疫病菌體內(nèi)MDA(菌絲體丙二醛)含量增加，SOD(超氧化物歧化酶)活性升高，故揮發(fā)油清除O2-的功效增強(qiáng)，從而減弱檸檬精油對(duì)機(jī)體的毒殺效果。程作慧等[18]在香茅精油微乳液的制備及抑菌活性研究中發(fā)現(xiàn)，香茅精油和較低濃度香茅揮發(fā)油微乳液對(duì)3種枯萎致病細(xì)菌(黃瓜枯萎菌、茄子枯萎菌、辣椒枯萎菌)的抑制功效均差異顯著(P<0.05，其中P為概率)；當(dāng)濃度達(dá)到1 g/L時(shí)，香茅精油微乳液對(duì)3種枯萎菌的抑菌效果已經(jīng)達(dá)到100%，分別是香茅精油抑菌率的2.6倍(黃瓜枯萎菌)、2.9倍(茄子枯萎菌)和2.2倍(辣椒枯萎菌)，即將香茅精油加工成微乳液后，抑菌效果大大增強(qiáng)。

3.2 香茅精油抑菌活性在食品保鮮中的應(yīng)用

近年來(lái)，香辛料精油作為天然防腐劑和保鮮劑在果蔬及肉制品等食品領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價(jià)值[19]。香茅精油作為天然植物殺菌劑之一，對(duì)果蔬病原菌具有良好的抑制活性，可作為果蔬防腐劑和保鮮劑。Murmu等[20]通過(guò)將2%的香茅精油添加到阿拉伯樹(shù)膠可食用膜中，研究發(fā)現(xiàn)阿拉伯樹(shù)膠可食用膜能夠極大地改善番石榴的保鮮效果，且在第40天時(shí)番石榴果皮CIE a*(番石榴平均表皮綠度顏色標(biāo)度，a*為樣品果皮顏色分?jǐn)?shù))值為負(fù)，果皮褐變程度較低，整體可接受程度較高，將番石榴的售賣(mài)時(shí)間從7 d延長(zhǎng)到40 d。Azarakhsh等[21]在鮮切菠蘿的保鮮研究中，將3%的香茅油添加在海藻酸鹽可食用涂膜中，通過(guò)掃描電鏡觀察第8天時(shí)的實(shí)驗(yàn)樣品發(fā)現(xiàn)，該可食用膜能夠抑制霉菌和酵母的生長(zhǎng)，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)形態(tài)與新鮮菠蘿相近，而空白樣品則有細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)皺縮、高程度微生物繁殖。許澤文等[22]在檸檬草精油對(duì)巨峰葡萄保鮮研究中發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)香茅精油處理的巨峰葡萄在貯藏第2天便開(kāi)始出現(xiàn)爛果現(xiàn)象，第10天爛果率達(dá)到100%，而經(jīng)過(guò)檸檬草精油處理的樣品爛果率均低于未處理樣品，且在實(shí)驗(yàn)中得出濃度為0.05%的檸檬草精油的保鮮效果最好。王建清等[23]通過(guò)研究不同濃度的香茅草精油對(duì)鮮切網(wǎng)紋瓜的保鮮效果，從外觀、失重率、硬度等評(píng)價(jià)指標(biāo)得出：體積分?jǐn)?shù)為0.5%的香茅草精油的保鮮效果最好，在該條件下，失重率僅為3.71%；硬度變化最小，為25%；遠(yuǎn)小于其他實(shí)驗(yàn)組。劉光發(fā)等[24]發(fā)現(xiàn)，香茅油濃度為2%時(shí)，經(jīng)過(guò)8 d的儲(chǔ)藏后甜櫻桃的腐爛程度遠(yuǎn)低于其他實(shí)驗(yàn)組，能夠很好地維持櫻桃的感官品質(zhì)；從腐爛率來(lái)看，在該條件下櫻桃的腐爛率僅為6%，遠(yuǎn)低于空白組的25%。此外，香茅精油的抑菌特性使得它也可作為肉類(lèi)的保鮮劑。趙建芬等[25]在其抑菌性能對(duì)豬肉保鮮效果的研究中發(fā)現(xiàn)，在常溫下，第3天時(shí)豬肉的細(xì)菌總數(shù)酸堿性均為新鮮肉水平，到了第5天時(shí)仍為次鮮肉狀態(tài)；而在4 ℃下，第14天時(shí)上述參數(shù)均在新鮮肉標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而第21天時(shí)處在次新鮮水平，通過(guò)上述研究結(jié)果可以明顯看出香茅精油極大地提升了豬肉的保鮮期。

4 前景展望

香茅精油作為一種用途廣泛且綠色環(huán)保的天然植物精油，其不僅可以調(diào)味增香，而且具有優(yōu)良的抑菌性、抗氧化性以及其他功效，使得其在日常生活中備受青睞。香茅精油是重要自然香料之一，主要在食品、肥皂、洗滌劑、清洗劑的生產(chǎn)中運(yùn)用。此外，香茅精油可作為未來(lái)我國(guó)開(kāi)發(fā)研究新型果蔬保鮮劑、防腐劑、植物添加劑的重要原料。香茅屬植物的生長(zhǎng)環(huán)境、提取方法、提取部位的差異都是影響所得精油揮發(fā)性成分的重要條件，且會(huì)導(dǎo)致抑菌功效出現(xiàn)差異。因此，我們有必要對(duì)香茅油的主要化學(xué)成分、提取方法和抑菌活性等進(jìn)行深入研究。此外，盡管我國(guó)很多研究者對(duì)香茅精油的化學(xué)成分、提取、抑菌性及其他功效等方面做了不少研究工作并且取得了一定成果,但香茅精油的研究和開(kāi)發(fā)利用中仍存在很多不足，導(dǎo)致其在許多領(lǐng)域中的利用率普遍較低。相信在未來(lái)隨著各種提取、分離和檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，香茅精油的化學(xué)組分和功效日趨明朗化，香茅精油必將在醫(yī)藥、化工、病害蟲(chóng)防治、食品、環(huán)保等方面得到更廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。