香茅精油的生物活性及其在果蔬中的應(yīng)用

李海明 吳水金 李躍森

摘 要：該文從香茅精油的生物活性著手，重點(diǎn)介紹了香茅精油的抑菌性及抗氧化活性，綜述了香茅精油在果蔬生產(chǎn)中蟲(chóng)害防控、病害防控及果蔬采后的應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展。基于目前的研究結(jié)果，香茅精油作為綠色農(nóng)藥在果蔬生產(chǎn)和采后保鮮等方面有著極大的應(yīng)用空間。

關(guān)鍵詞：香茅精油;生物活性;果蔬

中圖分類(lèi)號(hào) TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）05-0123-03

香茅[Cymbopogon citratus（DC.） Starf]是多年生草本植物，歸屬于禾本科香茅屬，亦稱(chēng)為香茅草，為常見(jiàn)的香草之一，在亞洲地區(qū)主要分布于印度、泰國(guó)、斯里蘭卡、越南等地;在我國(guó)，香茅主要分布于福建、廣東、臺(tái)灣、海南、貴州、云南等地[1]。香茅在亞洲地區(qū)如泰國(guó)、印度等國(guó)主要是作為食物調(diào)料[2]。香茅的莖、葉具有芳香味，可采用水蒸氣蒸餾法、萃取法從鮮香茅或干香茅中提取淡黃色、亮黃色的揮發(fā)油，即香茅油，在日化上應(yīng)用廣泛，可作為驅(qū)蚊劑、面膜、香水、香皂等的原料。香茅油有一定的藥用作用，可治感冒、跌打損傷等癥，香茅油中的活性成分具有抑菌功效，對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、白色念株菌等具有一定的抑制作用，同時(shí)具有抗氧化活性。香茅精油因其無(wú)毒、無(wú)殘留、安全等特性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的害蟲(chóng)、植物病原菌的抑制、防控等方面成為研究熱點(diǎn)。為此，本文綜述了香茅油及其的生物活性及其在果蔬生產(chǎn)中、采后保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為香茅精油的推廣應(yīng)用提供參考。

1 香茅精油的化學(xué)成分及生物活性

1.1 化學(xué)成分 香茅精油的化學(xué)組成十分復(fù)雜，一種精油往往含有幾十種甚至上百種組分，從結(jié)構(gòu)上大體上可以分為四大類(lèi)，分別是萜烯類(lèi)化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫類(lèi)化合物[3]。具體而言，包括香葉醛、橙花醛、香茅醇、香茅醛、欖香醇、桉樹(shù)腦、檸檬烯、香葉醇、石竹烯、乙酸香葉酯和甲酸香葉酯等。不同香茅資源香茅精油的化學(xué)成分不同，根據(jù)檸檬醛、香葉醇、香茅醛、欖香脂素、辣薄荷酮含量的多少，我國(guó)學(xué)者將香茅屬植物分為六大類(lèi)[4]。目前我國(guó)栽培的香茅主要為檸檬香茅，研究表明，檸檬草（檸檬香茅）主要含有檸檬醛（包括Z-檸檬醛、E-檸檬醛），相對(duì)含量72.916%，其次為β-蒎烯，相對(duì)含量7.933%[5];在印度三大經(jīng)濟(jì)效益高的香茅品種分別是檸檬香茅、爪哇型香茅及玫瑰草型香茅，其中檸檬香茅油的成分與我國(guó)檸檬香茅成分相似，主要成分為醛型;爪哇型香茅精油中主要有香茅醛（38.57%）、香葉醇（16.13%）、香茅醇（5.10%）、乙酸香茅酯（8.36%）、乙酸香葉酯（3.86）;玫瑰草型香茅的主要成分是香葉醇（71.1%），乙酸香葉酯（5.32%）[6，7];另外，魯沙香茅精油主要成分為香葉醇（35.27%）、橙花醛（13.09%）、乙酸香葉酯（9.68%）、3-石竹烯（5.92%）、欖香烯（4.35%）、氧化石竹烯（2.79%）、橙花醇（1.83%）、月桂烯（1.71%）等[7]。

1.2 生物學(xué)活性 香茅精油在常溫下呈透明淡黃色、橙黃色，不溶于水，易溶于醇、醚及冰醋酸中，主要成分是萜類(lèi)物質(zhì)。香茅精油具有抑菌、抗氧化、驅(qū)蟲(chóng)等生物活性。

1.2.1 抑菌性及作用機(jī)理 精油所含有的化學(xué)成分及具有抗菌性活性的單一組分，決定了精油的抑菌活性，這些活性成分本身就存在于植物的活性成分中，也有可能受到外界刺激后，被特定的酶的激活，植物體內(nèi)的自身防御機(jī)制合成的[8]。研究表明，精油中的萜類(lèi)物質(zhì)和酚類(lèi)化合物在抑菌作用中作用巨大，其中萜類(lèi)物質(zhì)可使微生物細(xì)胞壁脂質(zhì)結(jié)構(gòu)受損，從而破壞微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞質(zhì)外泄，細(xì)胞裂解導(dǎo)致其死。酚類(lèi)物質(zhì)通過(guò)破壞微生物的細(xì)胞膜而使細(xì)胞膜功能受損、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄，最終導(dǎo)致微生物死亡[9、10]。

香茅精油的主要抑菌機(jī)理大致為：破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜系統(tǒng)，致使細(xì)胞裂解甚至破碎，細(xì)胞內(nèi)重要物質(zhì)損失，最終導(dǎo)致菌體死亡，在破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)膜或細(xì)胞內(nèi)，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)所需的ATP和蛋白質(zhì)的正常合成，并改變DNA或RNA的結(jié)構(gòu)。研究表明，香茅精油對(duì)灰葡萄孢的抑制作用，完全抑制其孢子萌發(fā)及菌絲產(chǎn)生的，掃描電鏡觀(guān)察精油處理后的菌絲形態(tài)變化明顯，表現(xiàn)為菌絲短小變形，表面粗糙、褶皺、凹陷，說(shuō)明菌體結(jié)果發(fā)生變化，從而抑制了真菌的生長(zhǎng)[11]。

1.2.2 抗氧化作用 生物體的衰老及疾病的產(chǎn)生是因?yàn)轶w內(nèi)自由基及其引起的氧化反應(yīng)，目前保健、化妝品應(yīng)用普遍的抗氧化劑，在一定程度上存在毒副作用[12]。香茅精油具有良好的抗氧化作用及清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）自由基的能力，且隨其質(zhì)量濃度的增加而增大[13]。不同的香茅資源由于不同土壤、降水、光照、種源、采收期及處理方法的不同，抗氧化作用也存在差異[13，16]。檸檬香茅精油對(duì)DPPH·自由基的清除率最高達(dá)91.51%[14]，且揮發(fā)油對(duì)DPPH·自由基的清除活性明顯優(yōu)于香茅醇、香葉醇、香茅醛、芳樟醇和乙酸香葉酯等主要單體成分[15]。

2 香茅精油在果蔬中的應(yīng)用

2.1 果蔬生產(chǎn) 果蔬因其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能在人們的日常生活中必不可少。在果蔬生產(chǎn)中，病蟲(chóng)害的發(fā)生直接影響到果蔬的產(chǎn)量及品質(zhì)，同時(shí)隨著病蟲(chóng)抗藥性越來(lái)越強(qiáng)，易殘留，對(duì)人和環(huán)境的危害很大。隨著人們對(duì)生活品質(zhì)和健康的追求，對(duì)果蔬生產(chǎn)安全性的重視也越來(lái)越強(qiáng)，因此對(duì)環(huán)境友好、無(wú)抗藥性、殘留少、低毒的無(wú)公害農(nóng)藥或生物防治措施的研究和應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注，香茅精油在果蔬綜合防治中有著巨大潛力。

2.1.1 防控蟲(chóng)害 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)香茅精油對(duì)害蟲(chóng)有驅(qū)避、觸殺、熏蒸等活性，是一類(lèi)對(duì)環(huán)境友好的天然殺蟲(chóng)活性物質(zhì)。不同濃度的香茅精油處理番石榴實(shí)蠅雌蟲(chóng)，隨著香茅精油濃度的升高，雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵量明顯降低，且低于對(duì)照組產(chǎn)卵量。隨著香茅精油濃度升高，番石榴實(shí)蠅2齡幼蟲(chóng)拒食率逐漸增加，幼蟲(chóng)的化蛹率逐漸降低[17]。香茅油對(duì)柑橘吸果夜蛾有驅(qū)避作用，懸掛塑料瓶裝香茅油防治的效果可達(dá)50%以上，香茅油不同趨避處理方式均優(yōu)于化學(xué)藥劑處理，且以塑料瓶?jī)?nèi)裝20mL香茅油處理效果最好[18]。香茅油對(duì)枸杞蚜蟲(chóng)具有觸殺毒力，濃度與死亡率成正比例關(guān)系，即死亡率隨著濃度的增大而增大。濃度為10mL/L條件下，處理4h、12h的死亡率分別為48.45%和95.56%[19]。精香茅、檸檬草和魯沙香茅精油對(duì)溫室粉虱幼蟲(chóng)具有一定的熏蒸毒殺活性，在9.3×10-3μL/mL濃度下作用24h，其致死率分別為79.0%、67.0%和70.0%[20]。

2.1.2 防控病害 為探明香茅精油的抑菌作用及其在植物病害防控中的應(yīng)用價(jià)值，劉耀華等[21]采用平板抑菌法和熏蒸法測(cè)定了香茅精油對(duì)番茄早疫病菌的抑菌活性及其對(duì)菌絲體內(nèi)電解質(zhì)滲漏、可溶性蛋白質(zhì)含量、丙二醛（MDA）含量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響，結(jié)果表明，香茅精油對(duì)番茄早疫病菌具有較強(qiáng)的抑菌作用，且該作用具有時(shí)間-劑量依賴(lài)性，采用熏蒸法處理的抑制效果比平板抑菌法效果更好。香茅精油處理12h后，菌絲體的電導(dǎo)率和MDA含量分別為對(duì)照的2.7、2.2倍，SOD活性和可溶性蛋白質(zhì)含量分別提高88.5%、21.9%，還原糖的吸收減少11.3%。林霜霜等采用菌絲生長(zhǎng)法測(cè)試檸檬香茅精油及檸檬醛對(duì)黃瓜腐霉菌、番茄灰霉菌、番茄早疫病菌和辣椒尖孢鐮刀菌4種重要果蔬病原真菌的抑菌活性，結(jié)果表明，在4種供試菌中，檸檬香茅精油及檸檬醛均對(duì)黃瓜腐霉病的抑菌效果最佳，但檸檬醛的抑菌效果高于檸檬香茅精油35.30%[22]。陳倩茹等研究了香茅精油對(duì)灰葡萄孢的抑制作用，結(jié)果表明，在PDB中精油完全抑制其孢子萌發(fā)及菌絲產(chǎn)生的最低含量分別為0.8μL/mL、1.2μL/mL。香茅精油在櫻桃番茄體內(nèi)的最佳抑制發(fā)病含量為0.9μL/mL，相比對(duì)照抑制了54.33%的發(fā)病[11]。

2.2 果蔬采后保鮮 果蔬大多呈酸性，在采后保鮮過(guò)程中極易滋生灰霉、匍枝根霉、綠霉等腐敗菌，導(dǎo)致果蔬腐敗變質(zhì)。植物精油應(yīng)用到果蔬采后保鮮中，能夠減輕采后果蔬腐爛，延長(zhǎng)果蔬貨架期。近年來(lái)，植物精油已經(jīng)在抑菌研究方面得到了廣泛的應(yīng)用，可用于果蔬的采后病害及保鮮。香茅精油具有廣泛的生物活性，能夠抵制或殺死果蔬期中所產(chǎn)生的病原菌，從而起到保鮮的作用。紀(jì)淑娟等采用帶藥介質(zhì)法就香茅精油對(duì)果蔬采后主要致病真菌鏈格孢菌、炭疽菌、灰霉菌、蒂腐菌、串珠鐮刀菌的抑菌活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，香茅精油對(duì)受試的致病菌均有不同程度的抑制作用，其中灰霉菌對(duì)香茅精油最為敏感，濃度為300μL/L香茅精油即可完全抑制灰霉病菌菌絲直徑的擴(kuò)增，蒂腐菌次之;對(duì)于鏈格孢菌、串珠鐮刀菌和炭疽菌，香茅精油濃度為500μL/L時(shí)，可達(dá)到完全抑制[24]。張洪軍[25]等通過(guò)氣相最低抑菌濃度檢測(cè)香茅精油對(duì)大腸桿菌等細(xì)菌的抑菌效果，結(jié)果表明，香茅精油均具有良好的氣相抑制效果，在食品的非接觸包裝保鮮領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。香茅精油的主要成分檸檬醛、香茅醛對(duì)炭疽病菌均有著良好的抑制性，具有抗枇杷采后炭疽病的潛力[26]。

3 小結(jié)與展望

香茅資源在我國(guó)云南、福建、廣東、廣西等地都有分布，香茅資源的種類(lèi)在國(guó)內(nèi)有11種以上;香茅鮮草或干草作為食品調(diào)料得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)香茅精油因其安全、無(wú)毒在食品工業(yè)及化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。香茅精油的主成分以萜類(lèi)化合物含量最高，可通過(guò)驅(qū)避、熏蒸、觸殺等方式防控果蔬生產(chǎn)中的害蟲(chóng)，通過(guò)破壞細(xì)胞膜致使細(xì)胞質(zhì)外滲、抑制真菌菌絲、孢子萌發(fā)等作用機(jī)理防控果蔬生產(chǎn)中的病原菌。因此，香茅精油在果蔬病蟲(chóng)害防控及采后保鮮中具有很大的開(kāi)發(fā)潛力。

香茅精油在果蔬生產(chǎn)中的應(yīng)用可以通過(guò)直接懸掛、噴施等方式，但植物精油的易揮發(fā)、易氧化等特性，在環(huán)境中存留時(shí)間短，在一定程度會(huì)降低防治效果和持效期，因此，制備穩(wěn)定性良好的香茅精油綠色防控生物農(nóng)藥才能滿(mǎn)足生產(chǎn)所需。研究表明，表面活性劑選用吐溫-80，助表面活性劑選用無(wú)水乙醇，Km=1.5的香茅精油微乳液增溶效果最好，抑菌性能顯著[27];結(jié)合殼聚糖和植物精油兩者優(yōu)勢(shì)，采用流延成膜法制備載香茅精油殼聚糖膜材料，具有良好的抑菌性、無(wú)毒無(wú)害、可生物降解等特性[28]。這些研究為香茅精油作為綠色農(nóng)藥在果蔬生產(chǎn)和采后保鮮的應(yīng)用提供了重要的科學(xué)依據(jù)?？梢?jiàn)，香茅精油作為綠色農(nóng)藥的原料，在劑型制備上的研究和開(kāi)發(fā)有著極大的探索和應(yīng)用空間。

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