檸檬醛改良研究進展及其對竹材防霉的應(yīng)用展望*

李 琦 彭 銳 杜春貴 張晶晶 胡愛蓮

（浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 311300）

近年來，對來源于植物的天然抗菌劑研究與應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。檸檬醛主要來源于山蒼子[Lisea cubeba (Lour) Pers.]精油，是一種廣譜抗菌劑，具有濃郁的檸檬香味，深受消費者喜愛，在食品、化妝品、香料和醫(yī)藥等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。

檸檬醛化學(xué)名稱為3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醛，分子式為C10H16O。天然檸檬醛是兩種順反異構(gòu)體組成的混合物，它們分別是順式檸檬醛（橙花醛）和反式檸檬醛（香葉醛），以橙花醛為主[3]。檸檬醛含有孤立的碳碳雙鍵、碳氧雙鍵和羰基共軛的碳碳雙鍵等基團，性質(zhì)極不穩(wěn)定，易受外界氧氣、溫度和pH值等的影響而發(fā)生氧化反應(yīng)、脫氫環(huán)化反應(yīng)和重排反應(yīng)，從而導(dǎo)致檸檬醛變色、變味，抑菌性能降低，其應(yīng)用受到極大的限制[4-8]。因此，開展檸檬醛穩(wěn)定性的改良研究具有十分重要的意義。

近年來，國內(nèi)外對提高檸檬醛穩(wěn)定性的相關(guān)研究報道不斷增多[9-12]，但研究深度和廣度仍有待加強。為促進檸檬醛相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用，本文從檸檬醛微膠囊技術(shù)和抗氧化劑技術(shù)兩個方面綜述了檸檬醛穩(wěn)定性改良研究進展。此外，人們廣泛使用的竹材及其產(chǎn)品，因極易受到霉菌污染而失去使用價值。國內(nèi)外學(xué)者開展了竹材防霉的諸多研究[13-17]，但所用防霉劑以人工合成的化學(xué)藥劑為主，對環(huán)境和人體健康具有不利影響。檸檬醛作為一種天然抗菌劑，具有較強的抑菌性能，非常適宜于竹材的防霉。但目前還未見有關(guān)檸檬醛用于竹材防霉的研究報道，本文對其應(yīng)用前景進行展望。

1 檸檬醛微膠囊技術(shù)

采用微膠囊技術(shù)對檸檬醛進行包覆改良，制成微膠囊是提高檸檬醛穩(wěn)定性的有效途徑之一。微膠囊技術(shù)，即以粒徑為微米級的固體、液體或氣體為芯材，利用惰性物質(zhì)將其完全包裹，使其不受外界環(huán)境影響，最終形成的微型容器稱為微膠囊[18-19]。目前，檸檬醛的微膠囊包合改良技術(shù)主要包括噴霧干燥法、水包油乳液法、納米乳液法、分子復(fù)合物包合法等多種方式。

1.1 噴霧干燥法

噴霧干燥法是在噴霧器離心或者壓力的作用下，將流體狀的物料噴成霧狀，然后在干燥介質(zhì)中瞬間干燥為粉狀或顆粒狀的一種方法，具有成本低、操作方便，物料在形成粉狀和顆粒制品后可以提高其穩(wěn)定性和生物利用度等優(yōu)點[20]。

邱碧寧等[21]利用噴霧干燥法制備檸檬醛微膠囊，一種為最外層包有甲基纖維素的A 體系（CMCTS1.0-3）微膠囊，另一種為未包有甲基纖維素的B體系（MC-2）微膠囊，其掃描電鏡圖（SEM）見圖1。由圖可知，分別存放14、90 d后的A、B兩體系檸檬醛微膠囊的表面裂紋程度有所不同，A體系的檸檬醛微膠囊穩(wěn)定性好，而B體系的微膠囊穩(wěn)定性差。試驗表明：利用噴霧干燥法制備的微膠囊在長期貯存過程中，壁材的組成對檸檬醛的穩(wěn)定性有較大影響。

圖1 檸檬醛微膠囊存放不同時間后的SEM圖[21]Fig.1 SEM images of citral microcapsules stored at different time

Yang等[22]以噴霧干燥法制備大豆蛋白-多糖為壁材的檸檬醛微膠囊。結(jié)果表明：使用噴霧干燥法制備檸檬醛微膠囊，壁材和檸檬醛的比例以及進料乳狀液中固體含量會影響微膠囊的得率和穩(wěn)定性。Soat等[23]以含有海藻糖的麥芽糊精與改良淀粉為壁材，采用噴霧干燥法制備檸檬醛微膠囊。結(jié)果表明：以不同壁材包合檸檬醛形成微膠囊的得率基本相似，但用含有海藻糖的麥芽糊精壁材制成的微膠囊穩(wěn)定性更好。

可見，采用噴霧干燥法制備檸檬醛微膠囊能有效提高檸檬醛的穩(wěn)定性，微膠囊的壁材種類、組成和貯存條件等對穩(wěn)定性有一定的影響。

1.2 水包油乳液法

水包油乳液[24]是指將油分散在水中的乳化體系，其中油為內(nèi)相，水為連續(xù)外相，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。這種分散體系具有操作簡單、乳液鋪展性強，且能提高被包合物的穩(wěn)定性，常用乳化劑、磷脂、多糖、正十六烷和十八烷為分散系制備水包油乳液[4]。

圖2 油分子在水包油乳液中的存在形式[25]Fig.2 The presence of oil-in-water microemulsions

近年來，有關(guān)水包油乳液被用于抑制酸性條件下檸檬醛降解的研究有較多報道。Djordjevic等[26]在pH=3 和溫度為4～55 ℃條件下測試以乳清分離蛋白和阿拉伯膠為乳化劑制備的檸檬醛乳液的貯藏性能，即檸檬醛水包油乳液在貯存過程中的穩(wěn)定性和降解率。結(jié)果表明：在貯藏過程中，隨著溫度的升高，檸檬醛乳液的降解速率增加，其中用乳清分離蛋白制備的檸檬醛乳狀液與阿拉伯膠制備的乳狀液相比降解較快；但是在酸性條件下，乳清分離蛋白能夠抑制檸檬醛降解產(chǎn)物對傘花烴的形成，提高檸檬醛乳液貯藏性能。馬磊等[27]用鷹嘴豆乳清蛋白制備高穩(wěn)定性的檸檬醛水包油型乳液。結(jié)果表明：檸檬醛經(jīng)過乳清蛋白乳化后能夠形成穩(wěn)定的水包油型乳液（圖3），其油滴成球形，粒徑在數(shù)百納米范圍，并且檸檬醛的包合含量達到60%以上，顯示了良好的乳液穩(wěn)定性。此外，在pH值偏酸和偏堿環(huán)境下以及加入黃原膠更有利于提高乳液穩(wěn)定性。

圖3 乳清蛋白穩(wěn)定檸檬醛乳液的光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)[27]Fig.3 Whey protein stabilized the optical micrstructure of citral emulsion

Arnon-Rips[28]等研究了檸檬醛水包油乳液在實際中的應(yīng)用，利用乳化羧甲基纖維素（CMC）為基礎(chǔ)的檸檬醛乳液給藥系統(tǒng)抑制馬鈴薯塊莖發(fā)芽。結(jié)果表明：實驗制得的粗乳化和納米乳化檸檬醛-CMC膜，在活性劑含量、化學(xué)穩(wěn)定性、延長釋放時間和有效抑制馬鈴薯塊莖發(fā)芽等方面均優(yōu)于直接添加檸檬醛的CMC膜，其中納米乳化檸檬醛-CMC膜表現(xiàn)更為優(yōu)異。該研究采用乳化法將親脂性的檸檬醛與CMC水溶液進行包合，從而使檸檬醛溶液具有更強的穩(wěn)定性。

Mendes等[29]采用檸檬醛納米液滴制備活性膜包合水包油乳液。結(jié)果表明：薄膜中檸檬醛穩(wěn)定性較高，且對微生物降解有強烈的抑制作用，表現(xiàn)出較好的抗菌活性。Jovanovic等[30]開發(fā)了一種基于精油和可再生的天然生物聚合物的水包油乳液作為綠色殺蟲劑。結(jié)果表明：將活性物質(zhì)檸檬醛包合在聚合物內(nèi)，可以明顯提高其穩(wěn)定性，并且能夠做到緩慢釋放。

有關(guān)增強檸檬醛乳液的穩(wěn)定性研究，Park等[31]考察了助溶劑和表面活性劑對檸檬醛溶解度和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：隨著表面活性劑和助溶劑的加入，檸檬醛的溶解度增加，降解速率降低，說明穩(wěn)定性提高；在表面活性劑構(gòu)建的膠束乳液中，親水基團小的表面活性劑比親水基團大的表面活性劑表現(xiàn)出更高的檸檬醛穩(wěn)定性。

1.3 納米乳液法

圖4 納米乳液原理圖[25]Fig.4 Nanoemulsion schematic

納米乳液一般被稱為細乳液（圖4），其中一種液體以更小的液滴形式分散在另一種液體中，且互不相容，具有低黏度、透明或輕微的渾濁性狀，乳液的物理穩(wěn)定性強[25,32]。近年來，納米乳液的應(yīng)用研究得到快速發(fā)展，涵蓋制藥、食品和化學(xué)等多個領(lǐng)域[31]。

徐婷等[34]采用復(fù)配乳化劑的方法制備納米乳狀液包埋檸檬醛。結(jié)果表明：在酸性條件下靜置一段時間后，采用復(fù)配乳化劑的納米乳狀液中的檸檬醛含量高于空白對照組檸檬醛的含量，明顯提高了檸檬醛在酸性條件下的化學(xué)穩(wěn)定性。在檸檬醛降解過程中，反式檸檬醛穩(wěn)定性優(yōu)于順式檸檬醛。時臻彬等[35]以明膠、阿拉伯膠為壁材，司班60/吐溫20（2∶3）為乳化劑，采用高壓乳勻法制備檸檬醛乳液。結(jié)果表明：在酸性條件下，檸檬醛的環(huán)化反應(yīng)為檸檬醛分子間或分子內(nèi)的酸催化反應(yīng)，納米膠囊對檸檬醛形成的包裹隔絕了檸檬醛分子與氧的接觸，且分散油滴也阻礙了檸檬醛的氧化反應(yīng)，因而檸檬醛納米膠囊減緩了其在酸性條件的降解，提高了納米乳液的穩(wěn)定性。

Lu等[36]采用混合表面活性劑Span80 和Brij97，在比值為0.4～0.6 時，在超聲條件下制備水浸檸檬醛納米乳液，其透射電鏡圖如圖5 所示。結(jié)果表明：檸檬醛納米乳液均勻排列，形成穩(wěn)定的體系，提高了檸檬醛的物理穩(wěn)定性，同時乳液還依然具有優(yōu)異的抗菌性能，這也表明檸檬醛的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性增強。

圖5 檸檬醛納米乳液液滴TEM圖[36]Fig.5 TEM image of citral nanoemulsion

田懷香等[37]制備了一種納米纖維素穩(wěn)定的檸檬醛皮克林乳液。結(jié)果表明：在納米纖維素制備的皮克林乳液中，納米纖維素緊密排列在油水界面上，提高了檸檬醛的穩(wěn)定性，能有效緩解檸檬醛在酸性條件下的降解速率。

1.4 分子復(fù)合物包合法

分子復(fù)合物包合法是指主體和客體分子之間的物理包埋作用，將具有生物活性的物質(zhì)包合在其他大分子物質(zhì)中，可以有效提高溶解性和穩(wěn)定性[38]。此類研究中，大多數(shù)采用環(huán)糊精包合檸檬醛，其中以β-環(huán)糊精作為主體的研究報道最多，研究也較為深入。

β-環(huán)糊精（β-CD）是由D-葡萄糖七分子環(huán)狀聯(lián)結(jié)而成的化合物，具有整個分子成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部疏水，外部親水的結(jié)構(gòu)特點，且腔內(nèi)直徑僅有0.78 nm，可以將檸檬醛嵌在中間，提高檸檬醛的溶解性和穩(wěn)定性，減少揮發(fā)和氧化性。β-環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 β-環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)圖[38]Fig.6 Molecular structure diagram of β-CD

徐晶等[39]研究了β-環(huán)糊精包埋檸檬醛微膠囊工藝優(yōu)化及其緩釋性能。結(jié)果表明：優(yōu)化工藝條件下的β-環(huán)糊精對檸檬醛的包埋產(chǎn)率達到78.8%，并在緩釋實驗中發(fā)現(xiàn)，微膠囊明顯降低檸檬醛的揮發(fā)速率。魏磊等[40]研究了β-環(huán)糊精包合檸檬醛及包合物穩(wěn)定性。結(jié)果表明：在包合溫度為50 ℃、包合時間為60 min、檸檬醛與β-環(huán)糊精比例為1∶11（w/w）的條件下，包合物的包合率可達到 85.62%。β-環(huán)糊精包合檸檬醛，不僅提高了檸檬醛的化學(xué)穩(wěn)定性，還減緩了檸檬醛的氧化速率，并可通過包合物實現(xiàn)檸檬醛的控釋。

劉葵等[41]采用羥丙基化改良的β-環(huán)糊精對檸檬醛進行包合。結(jié)果表明：改良的β-環(huán)糊精包埋檸檬醛的包合率可以達到98%，包合反應(yīng)后包合物具有緩慢釋放檸檬醛的特點，從而增強了檸檬醛的抗氧化、抗光照性能，提高了活性物質(zhì)的穩(wěn)定性。高強等[42]為提高檸檬醛在田間的使用效果，制備了31%檸檬醛羥丙基-β-環(huán)糊精水劑，并研究了其對稻瘟病菌的抑制作用。結(jié)果表明：水劑的最佳配方為31%檸檬醛羥丙基-β-環(huán)糊精包合物，10%OP-15，5%滲透劑，0.5%山梨酸鉀，蒸餾水補足至100%，對水稻稻瘟病菌菌絲生長和袍子萌發(fā)均有良好的抑制作用。Das等[43]研究了隨機甲基化β-環(huán)糊精包合檸檬醛形成RAMEB膠囊產(chǎn)物的抗氧化和抗菌性能。結(jié)果表明：檸檬醛的包封率達到了（93.13±1.58）%，RAMEB膠囊中揮發(fā)成分及其活性成分較為豐富，說明包合物可以保護檸檬醛免受環(huán)境的影響。大腸桿菌和金黃葡萄球菌的抗菌實驗表明：包合后的檸檬醛的抗菌和抗真菌活性比游離的檸檬醛提高了2～4 倍。

2 檸檬醛抗氧化技術(shù)

為克服檸檬醛易氧化降解的缺點，國內(nèi)外學(xué)者采用抗氧化劑以提高其穩(wěn)定性?？寡趸瘎┛煞譃楹铣煽寡趸瘎┖吞烊豢寡趸瘎﹥纱箢怺44]，過去常用合成抗氧化劑對檸檬醛的穩(wěn)定性進行改良，由于其具有一定的毒性和致癌風(fēng)險[45]，因此，近年來以天然抗氧化劑改良檸檬醛穩(wěn)定性的研究逐漸成為熱點。

2.1 合成抗氧化劑

目前，最常見的幾種合成抗氧化劑為叔丁基對甲苯酚（BHT）、叔丁基對甲氧酚（BHA）、叔丁基對二酚（TBHQ）和沒食子酸丙酯（PG）[46]。

Kimura等[47]在研究檸檬醛風(fēng)味及異味物質(zhì)來源中發(fā)現(xiàn)，常用的合成抗氧化劑對檸檬醛在酸性條件下生成的降解產(chǎn)物對傘花烴、對甲基苯乙酮和對甲酚等沒有抑制作用。由于長期使用合成抗氧化劑會威脅生命安全，因此合成抗氧化劑逐漸不再應(yīng)用于檸檬醛的科學(xué)研究。

2.2 天然抗氧化劑

天然抗氧化劑是從天然動、植物中提取的具有抗氧化活性的物質(zhì)[48]。如多酚類、多糖類、黃酮類、維生素類等，這是當(dāng)前對檸檬醛進行改良研究采用的幾種主要天然抗氧化劑。

2.2.1 單一天然抗氧化劑的應(yīng)用

隨著新的天然抗氧化劑不斷出現(xiàn)，對檸檬醛的抗氧化研究進入了一個新階段。王根女等[49]將迷迭香提取物、茶多酚、紅茶提取物3種植物基抗氧化劑加入到酸性檸檬醛香精乳液中，研究利用植物基天然抗氧化劑抑制檸檬醛降解。結(jié)果表明：紅茶提取物抑制檸檬醛降解的效果最佳，其次為迷迭香提取物、茶多酚，而沒有添加抗氧化劑的對照樣在保存20 d后產(chǎn)生明顯的異味、臭味。天然抗氧化劑抑制了檸檬醛降解產(chǎn)物的生成，拓展了檸檬醛在食品行業(yè)的應(yīng)用。

Sharma等[50]研究幾種藥用植物精油（披針花、松香茅、馬鞭草、爪哇香茅）與抗氧化物的協(xié)同抗氧化和抗菌活性。結(jié)果表明：藥用植物的主要成分檸檬醛等物質(zhì)和抗氧化劑協(xié)同作用，對3種革蘭氏陽性菌具有有效的抑菌作用，并且使抑菌時間增長，聯(lián)合用藥減輕病菌耐藥機制。Shi等[51]研究了愛撲塞隆-多聚賴氨酸（ε-PL）和檸檬醛的單獨和聯(lián)合抗氧化、抗菌和抗腫瘤活性。結(jié)果表明：單獨使用檸檬醛時，對大腸桿菌抑制作用不明顯，這是因為檸檬醛不穩(wěn)定，產(chǎn)生了揮發(fā)和氧化降解，而當(dāng)ε-PL和檸檬醛聯(lián)合使用時，對大腸桿菌有很強的殺菌效果，抑制了大腸桿菌菌株的生長。天然抗氧化劑和檸檬醛協(xié)同作用，強化了兩者的性能，尤其是增強了檸檬醛的穩(wěn)定性和抗菌性，拓展了檸檬醛在醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展。

2.2.2 天然抗氧化劑在檸檬醛微膠囊內(nèi)的應(yīng)用

天然抗氧化劑能有效抑制檸檬醛降解，但天然抗氧化劑對檸檬醛的改良效果與其和檸檬醛的接觸程度有關(guān)，當(dāng)存在溶解性不一而導(dǎo)致抗氧化劑與檸檬醛不能有效結(jié)合時，就會影響檸醛醛的改良效果[4]。因此，將抗氧化劑加入檸檬醛微膠囊中，以提高雙方的協(xié)同作用成為當(dāng)前的研究方向之一。

Yang等[52]研究了在酸性乳劑緩沖液中天然抗氧化劑（紅茶提取物、抗壞血酸、胡蘿卜素、丹參酮、陳皮素）對檸檬醛的氧化抑制效果。結(jié)果表明：在檸檬醛的包封乳液中加入適量的紅茶提取物、胡蘿卜素或丹參酮，可抑制檸檬醛降解產(chǎn)物對甲基苯乙烯和對甲基苯乙酮的產(chǎn)生，可顯著提高檸檬醛在貯藏過程中的化學(xué)穩(wěn)定性。李丹鳳等[53]研究了異抗壞血酸、原花青素和（+）-兒茶精水化合物3 種水溶性抗氧化劑，以及桔皮素、β-胡蘿卜素、柚皮素和槲皮素二水合物4 種脂溶性抗氧化劑對固體脂質(zhì)納米顆粒體系（Citral-SLNs）中檸檬醛降解的抑制情況。結(jié)果表明：天然抗氧化劑對檸檬醛的改良效果與抗氧化性的極性有關(guān)，抗氧化劑的極性決定其在不同體系中的抗氧化活性。在固體脂質(zhì)納米顆粒體系里，油水界面可能易發(fā)生氧化反應(yīng)，因此聚集在油水表面或油相親脂性抗氧化劑比溶解于水中的親水性抗氧化劑更能發(fā)揮抗氧化作用，另外親水性抗氧化劑極易與水形成分子間氫鍵，降低抗氧化能力。通過對樣品中檸檬醛以及同分異構(gòu)體的保留率，以及產(chǎn)生的降解產(chǎn)物的含量測定，研究得出其抑制效果大小排序為：β-胡蘿卜素＞槲皮素二水合物＞桔皮素＞柚皮素＞異抗壞血酸。其中原花青素和（+）-兒茶精水化合物制出的樣品分層嚴(yán)重，外觀不穩(wěn)定，沒有形成均一穩(wěn)定體系。水溶性和脂溶性抗氧化劑在固體脂質(zhì)納米顆粒體系中的分布情況，如圖7 所示。

圖7 抗氧化劑在固體脂質(zhì)納米顆粒體系中分布情況[51]Fig.7 Antioxidants distribution in citral-SLNs

在檸檬醛的微膠囊體系中加入抗氧化劑以進一步提高檸檬醛穩(wěn)定性是近幾年的研究熱點之一，但無論是研究的廣度還是深度仍有待加強，需尋求更多種類的天然抗氧化劑用于改良檸檬醛穩(wěn)定性，拓展檸檬醛在各個行業(yè)的應(yīng)用將是未來的發(fā)展方向。

3 檸檬醛在竹材防霉中的應(yīng)用展望

檸檬醛對曲霉菌、青霉菌、木霉菌等均具有較強的抑制作用[54]，因此較適于用作竹材防霉劑，目前還未見將檸檬醛用于竹材防霉的相關(guān)研究報道。為實現(xiàn)檸檬醛在竹材防霉領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，建議著重在以下幾方面開展研究：

1）檸檬醛對竹材霉菌的防治機理。研究不同條件下檸檬醛對竹材常見霉菌的孢子萌發(fā)率、菌絲結(jié)構(gòu)、胞壁和細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性、抑制性能等的影響，揭示檸檬醛對竹材霉菌的防治機理。

2）竹材防霉用檸檬醛的穩(wěn)定性改良。檸檬醛的穩(wěn)定性有可能降低其對竹材的防霉效果，因此需研究適宜于竹材防霉的檸檬醛穩(wěn)定性改良方法與工藝等，提高對竹材的防霉性能。

3）檸檬醛的竹材防霉處理工藝。研究在不同工藝條件下檸檬醛處理竹材，其在竹材中的載藥率、分布與結(jié)合情況，以及處理材的防霉性能等，為檸檬醛在竹材防霉領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。