山蒼子精油生物活性及其包埋技術(shù)的研究進(jìn)展

劉 堯， 劉健華， 夏 琛， 崔心禹， 沈建福

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院1，杭州 310058)(浙江晟泰茶油科技有限公司2，衢州 324200)

山蒼子[Litseacubeba(Lour.)Pers.]，又名山雞椒、山胡椒、木姜子、蓽澄茄等，為樟科，樟屬落葉小喬木，高3～10 m。其樹皮為灰白色，幼枝黃綠色，被柔毛，老枝為黑褐色，無毛。頂芽呈圓錐形，鱗片無毛。葉互生，傘狀花序生于葉腋短枝上，先葉開放。山蒼子的花期在3～5月，7～9月結(jié)果實。其果實近球形，成熟時為藍(lán)黑色[1]。因其生長適應(yīng)能力強，廣泛分布于世界各地，在我國主產(chǎn)于長江以南區(qū)域的向陽丘陵、山地灌木叢或疏林中[2]。山蒼子的葉、花、根及果皮均含有精油，以新鮮果實的含油率最高，經(jīng)水蒸氣蒸餾，精油得率為2%～6%[3-5]。一般商品山蒼子精油多指由山蒼子果實提取的精油[6]。山蒼子精油外觀呈淺黃色油狀液體，具有怡人的檸檬樣香氣，其化學(xué)成分主要為萜烯及萜類化合物，包括單萜類化合物、倍半萜類化合物及少量的其他化合物等[7]。其中，以單萜類化合物檸檬醛的含量為最高，占總含量的70%～80%[8]。

目前已有許多文獻(xiàn)表明，山蒼子精油對金黃色葡萄球菌、腸炎沙門氏菌、大腸桿菌等細(xì)菌[9，10]及辣椒疫霉、黃曲霉、青霉等真菌[11-13]的生長有抑制作用，還具有抗氧化、抗炎、驅(qū)蚊、除螨等生物活性[14-16]。但山蒼子精油為揮發(fā)性油，其沸點低，性質(zhì)不穩(wěn)定，易在空氣中擴散，若直接運用，隨著時間的延長，其抑菌效果得不到保證；且其中的疏水基團(tuán)可與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)相結(jié)合，形成不均勻分布，使精油抗菌能力降低[17]。此外，山蒼子精油水溶性差，限制了其在水相體系中的發(fā)展應(yīng)用。目前已有許多研究致力于包埋山蒼子精油，以期達(dá)到更好的應(yīng)用效果。本文綜述了山蒼子精油的生物活性及近年來山蒼子精油的包埋技術(shù)，為后續(xù)的深入研究提供依據(jù)。

1 山蒼子精油生物活性

1.1 山蒼子精油的抑菌活性

良好的抑菌活性是山蒼子精油突出的特點，其可有效抑制一系列細(xì)菌和真菌的生長。Hu等[9]發(fā)現(xiàn)山蒼子精油不僅對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)的細(xì)胞膜具有破壞作用，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)生物大分子泄漏，還可以抑制MRSA的呼吸代謝，并降低戊糖磷酸途徑(HMP途徑)中關(guān)鍵酶的活性。此外，山蒼子精油的主要成分檸檬醛可能進(jìn)一步與MRSA的DNA形成嵌合體，從而抑制MRSA的生物學(xué)活性。彭湘蓮等[18]采用平板菌落計數(shù)法檢測山蒼子精油的抑菌活性。結(jié)果表明，山蒼子精油對大腸桿菌(Escherichiacoli，E.coli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，S.aureus)、白曲霉(AspergilluscandibaisLink)、青霉(Penicillium)4種菌的最小抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)分別為1.88、0.94、0.94、0.47 μL/mL。Yang等[19]的實驗證明，山蒼子精油對革蘭氏陰性的食源性細(xì)菌如沙門氏菌(Salmonella)、E.coliO157、E.coliDH5α、E.coliO104具有明顯的抑菌作用，MIC分別為0.05、0.1、0.5和0.5 μL/mL，且所有細(xì)菌的最小殺菌濃度(minimum bactericidal concentration，MBC)均低至1.0 μL/mL。表明山蒼子精油可作為食品防腐劑，避免食品受到革蘭氏陰性細(xì)菌的污染。

1.2 山蒼子精油的抗氧化活性

山蒼子精油能夠清除自由基，具有優(yōu)良的抗氧化活性。Wang等[20]從不同角度評價了山蒼子精油的抗氧化活性和清除自由基的能力，并與檸檬醛及抗壞血酸(VC)、合成抗氧化劑丁羥甲苯(BHT)、沒食子酸丙酯(PG)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，山蒼子精油具有突出的抗氧化活性，清除羥自由基的半抑制濃度IC50值為0.19 mg/mL，且羥自由基清除活性的大小順序為：山蒼子精油>BHT>檸檬醛>PG>VC。山蒼子精油對超氧化物自由基也具有一定清除能力，IC50值為0.45 mg/mL。此外，山蒼子精油的加入能夠明顯抑制亞油酸的過氧化反應(yīng)。Roktim等[14]評價了山蒼子果實精油和山蒼子葉精油清除DPPH自由基的活性，并與VC作對比。結(jié)果顯示，DPPH自由基清除活性的大小順序為：山蒼子果實精油>VC>山蒼子葉精油，三者對DPPH自由基的IC50值分別為0.980 3、1.483、2.819 μg/mL。李欣欣等[21]從山蒼子雌花和雄花中提取精油，檢測其還原力、DPPH自由基和羥自由基的清除能力。經(jīng)測定，雄花精油和雌花精油的還原力IC50值分別為2.330和1.473 mg/mL；清除DPPH自由基IC50值分別為41.62和9.663 mg/mL；清除羥自由基IC50值分別為56.95和77.98 mg/mL，表明山蒼子雌花和雄花精油均具有一定的抗氧化活性。

1.3 山蒼子精油對蚊蟲的驅(qū)避活性

楊中林[22]采用“Y”型嗅覺儀，測定了22種植物精油對白紋伊蚊的驅(qū)避活性，結(jié)果表明，在精油用量為0.5 μL，作用時間為20 min時，山蒼子精油對白紋伊蚊的驅(qū)避率達(dá)到100%，效果最好；且山蒼子精油與薄荷油復(fù)配精油的驅(qū)蚊效果好于單一精油。陳飛飛等[23]發(fā)現(xiàn)涂抹劑量為1.5 mg/cm2時，山蒼子精油可在3.70 h內(nèi)100%驅(qū)避白紋伊蚊，且其對白紋伊蚊幼蟲和蛹表現(xiàn)出很強的毒殺活性，對白紋伊蚊4齡期幼蟲24 h的致死中濃度LC50值為82.48 μg/mL。

赤擬谷盜是一種倉儲糧食害蟲，廣泛存在于世界各地，且其中有很大一部分已對傳統(tǒng)熏蒸方法產(chǎn)生抗性。寧蕾[24]使用山蒼子精油熏蒸糧食以減少蟲害，發(fā)現(xiàn)山蒼子精油對赤擬谷盜的驅(qū)避率在24 h內(nèi)可達(dá)到100%。斜紋夜蛾(Spodopteralitura，SL)是分布于東南亞地區(qū)的害蟲之一，可對大豆、棉花和蔬菜等作物產(chǎn)生極大的危害。李湘洲等[25]發(fā)現(xiàn)山蒼子精油具有抑制SL細(xì)胞增殖的作用，當(dāng)山蒼子精油質(zhì)量濃度為0.015%時，SL細(xì)胞的存活率極顯著降低(P<0.01)。

2 山蒼子精油包埋技術(shù)

2.1 微膠囊

微膠囊技術(shù)是一種用成膜材料包覆氣體、固體或液體材料，形成微小粒子的技術(shù)[26]。微膠囊技術(shù)可以對植物精油進(jìn)行包埋，其能夠在壁材和芯材間架起一個物理屏障[27]，使精油免受外界不良因素的影響，提高了精油的儲藏穩(wěn)定性。同時微膠囊技術(shù)將液態(tài)的精油轉(zhuǎn)變成固體粉末，便于運輸及使用[28]；在適當(dāng)?shù)臈l件下，還可控制微膠囊中精油的釋放，使精油發(fā)揮持久有效的作用[29，30]。目前，精油微膠囊常用的壁材有碳水化合物、植物膠、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素及其衍生物等[31-34]，它們可以單獨使用，也可將2種或2種以上的壁材結(jié)合使用。

楊艷紅等[35]以β-環(huán)糊精(β-CD)包埋山蒼子精油，探究研磨法、飽和水溶液法、冷凍干燥法、噴霧干燥法4種微膠囊制備技術(shù)對山蒼子精油的包合及釋放效果。其中，以噴霧干燥法的包埋率最高，達(dá)79.15%，其后依次為冷凍干燥法、飽和水溶液法和研磨法。從釋放率來看，研磨法制備的微膠囊并未明顯減緩精油的釋放速率，而在其他3種方法中，噴霧干燥法對精油的保護(hù)效果最佳，表明噴霧干燥法制備的微膠囊能有效保護(hù)山蒼子精油，提高精油穩(wěn)定性，減緩其釋放速率。付紅軍等[36]分別采用羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)、黃原膠(XG)、阿拉伯膠(AG)、明膠、可溶性淀粉(SS)、HP-β-CD/AG和β-CD/AG作為壁材，通過噴霧干燥法制備山蒼子精油微膠囊。結(jié)果顯示，HP-β-CD/AG、HP-β-CD、AG和SS與山蒼子精油制備的乳液穩(wěn)定，不分層，其中以HP-β-CD/AG為壁材制備的山蒼子精油微膠囊包埋率為83.80%，表面形貌優(yōu)于其他微膠囊，呈大小均勻、流動性好的圓球形。這進(jìn)一步說明噴霧干燥法是制備山蒼子精油微膠囊較為理想的方法，且以HP-β-CD/AG作為壁材能提高乳液穩(wěn)定性，使制備的微膠囊呈現(xiàn)較好的表面形貌。

Wang等[37]采用飽和水溶液法制備了壁材為β-CD的山蒼子精油微膠囊，包封率為33.60%，載藥率為9.07%。微膠囊粒徑為17.852 μm，熱穩(wěn)定性良好，顆粒尺寸趨于均勻。抗真菌活性測試顯示，微膠囊能夠抑制從采后柑桔中分離的桔青霉菌(P.italicum)、指狀青霉(P.digitatum)和白地霉(G.candidum)的生長，表明此微膠囊有望替代化學(xué)殺菌劑，以保護(hù)柑橘類水果免受采后的真菌病害。唐海兵等[38]通過β-CD包埋山蒼子精油，制備負(fù)載微膠囊的活性保鮮墊，并應(yīng)用于草魚肉片的冷藏保鮮。結(jié)果表明，分散有山蒼子精油微膠囊的保鮮墊對草魚肉片有著較為理想的保鮮效果，有效抑制了肉片中腐敗微生物的生長，減緩了脂質(zhì)氧化，在一定程度上維持了草魚的品質(zhì)，將草魚貨架期延長了2～3 d。高玉敏等[39]以山蒼子精油為芯材，海藻酸鈉、殼聚糖為壁材，制備山蒼子精油緩釋微膠囊保鮮劑。將大米置于30 ℃，相對濕度≥90%的環(huán)境下儲藏60 d后發(fā)現(xiàn)，添加保鮮劑組的總酸值顯著低于未添加組(P<0.05)，且未添加組和添加組的霉菌總數(shù)分別為7.1×105和1.3×103cfu/g。山蒼子精油緩釋微膠囊保鮮劑對大米具有明顯的保鮮防霉作用。

2.2 納米乳

納米乳是由不同比例的油、水、表面活性劑和助表面活性劑組成的膠體分散體系，具有較高的動力學(xué)穩(wěn)定性、低黏度和透光性，并可用天然成分配制[40-43]，液滴大小通常在20～200 nm之間[44]。納米乳液根據(jù)乳液與水相和油相之間的界面張力可以將其分為水包油型(O/W)乳液和油包水型(W/O)乳液，O/W型乳液可以提高難溶于水的物質(zhì)的溶解度，而W/O型乳液可以減緩水溶性物質(zhì)的釋放速率[45，46]。

使用納米乳包埋精油，可以很容易地使精油分散在食品中微生物生長和擴散的區(qū)域[47]，還能提高精油的穩(wěn)定性并保持其生物活性，降低其對食品感官特性的影響[42，43]。Wang等[48]使用超聲均質(zhì)化技術(shù)制備納米乳，其平均液滴尺寸為(101.1±1.2) nm，且在4 ℃和25 ℃下均具有良好的穩(wěn)定性。此外，山蒼子精油納米乳對食源性致病菌單核細(xì)胞增生李斯特菌(L.monocytogenes)和腐敗菌波羅的海希瓦氏菌(S.baltica)均表現(xiàn)出較好的抑制作用，36 h后，2種細(xì)菌的存活數(shù)明顯少于純精油處理組，表明納米乳比純精油具有更強的抗菌作用。山蒼子精油納米乳還能夠抑制2種細(xì)菌生物膜的形成，這可能與其優(yōu)越的抗氧化能力有關(guān)。陳韻如[49]制備的山蒼子精油納米乳平均液滴尺寸為(49.23±1.23) nm，多分散系數(shù)(PDI)為(0.153±0.003)，乳液內(nèi)粒子分散性較好，且放置90 d后仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。此納米乳還對多重耐藥大腸桿菌(Multidrug-resistantEscherichiacoli，MREC)具有抑菌作用，MIC和MBC分別為4.2和8.2 μL/mL，其抑菌機理可能是通過破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，導(dǎo)致胞內(nèi)大分子物質(zhì)和酶外泄，同時調(diào)節(jié)膜受體基因、編碼物質(zhì)代謝通路和能量代謝通路上的多種酶和蛋白的基因，使細(xì)菌無法正常生長繁殖。通過建立E.coli動物感染模型，發(fā)現(xiàn)山蒼子精油納米乳液能在一定程度上提高機體白細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞的數(shù)目，增強機體抵抗力，對E.coli所致疾病有一定的預(yù)防作用。

馮文旭[50]采用高速攪拌結(jié)合高壓均質(zhì)的方法制備山蒼子精油初級乳液，其平均粒徑為203.9 nm，且在21 d內(nèi)表現(xiàn)出較好的儲存穩(wěn)定性。該納米乳對禾谷鐮刀菌菌絲體具有一定損傷作用，并在0.3 mg/g質(zhì)量濃度下對禾谷鐮刀菌產(chǎn)生的嘔吐毒素(Deoxynivalenol，DON)及其衍生物15-乙?；撗跹└牭毒┐?15-Acetyl-Deoxynivalenol，15ADON)的抑制率分別達(dá)到66.1%和99.4%。將殼聚糖結(jié)合在山蒼子精油乳液表面，制備得到平均粒徑為454.9 nm、Zeta電位為64.2 mV 的二級乳液，將其應(yīng)用于制麥過程，可有效提升大麥發(fā)芽力。王彥波等[51]制備了山蒼子精油O/W型納米乳，其具有較強的低溫穩(wěn)定性和良好的抗菌、抗氧化活性，能夠抑制三文魚的腐敗，延長三文魚的貨架期，表明此種納米乳有望作為一種新型的水產(chǎn)品保鮮防腐劑。

2.3 可食用復(fù)合膜

可食用復(fù)合膜以可食性大分子物質(zhì)為主要成膜材料，加入食品添加劑，經(jīng)過混勻、加熱、加壓、涂布等工藝，使膜液分子發(fā)生相互作用，膜液中水分子蒸發(fā)而形成具有一定工程特性和選擇透過性薄膜。預(yù)先制備的獨立膜稱為薄膜，通過浸漬、噴灑在食品表面形成的薄膜稱為涂層[52]?？墒秤脧?fù)合膜具有適當(dāng)阻隔性，可替代或強化食品表面的天然層，延緩食品中水分、香氣成分等的遷移和擴散，同時具有選擇透氣性，允許氧氣，二氧化碳和乙烯等重要氣體的交換[53]；可食用復(fù)合膜還具有較好的機械性能，保護(hù)食品免受機械損害，便于加工處理并延長食品感官品質(zhì)的保持時間；且其能夠作為抗氧化劑或抑菌劑等食品添加劑的載體，起到緩釋作用[54，55]。此外，可食用復(fù)合膜相比不可降解的包裝材料更加環(huán)保，有助于減少環(huán)境污染[56]。

以天然植物精油作為抗菌劑，制備可食用復(fù)合膜，具有良好的抗菌、抗氧化及保鮮作用[57]。Zheng等[58]將苦櫧粉和殼聚糖共混，再加入山蒼子精油，制得的可食用復(fù)合膜對S.aureus和E.coli表現(xiàn)出良好的抗菌活性，MIC分別為580、600 mg/kg。孟金明等[59]將殼聚糖和乳清蛋白作為主要成膜基質(zhì)，添加6%的山蒼子精油配制復(fù)合膜液，此時的復(fù)合膜能顯著降低冷藏枇杷的失重率(P<0.05)，并明顯提高其出汁率；枇杷冷藏貯存15 d后，復(fù)合膜處理組果實中丙二醛含量顯著低于對照組(P<0.05)，表明復(fù)合膜處理能有效抑制膜脂過氧化作用，使果實細(xì)胞膜的完整性得到保護(hù)。此外，復(fù)合膜還能明顯抑制木質(zhì)素合成相關(guān)酶的活性，減緩木質(zhì)素的合成，減少儲藏過程中冷害的發(fā)生，從而延長枇杷果實的貨架期。古佳慧[13]以山蒼子精油、殼聚糖、玉米淀粉以及甘油為原料制成山蒼子精油殼聚糖保鮮復(fù)合膜，并將其應(yīng)用于紅顏草莓和章姬草莓的保鮮。發(fā)現(xiàn)在4 ℃及室溫下，其能顯著地減緩草莓的腐爛率、失重率及丙二醛含量的上升(P<0.05)，草莓果實硬度、營養(yǎng)成分及呼吸強度下降的速率也明顯變慢。且山蒼子精油殼聚糖復(fù)合膜能使紅顏草莓和章姬草莓的儲藏期在室溫下延至9 d，在4 ℃下分別延至18、15 d。這表明所制備的復(fù)合膜可有效抵抗外界微生物的污染，延長草莓的儲藏期。彭湘蓮等[60]制備了山蒼子精油殼聚糖復(fù)合涂膜液，在室溫條件下，使其在金柑果實表面形成一層薄膜，并儲藏30 d。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合涂膜抑制了金柑果實的失重，且涂膜處理組果實中可溶性固形物、可滴定酸、VC、總糖含量及感官綜合指數(shù)均優(yōu)于對照組，表明山蒼子精油殼聚糖復(fù)合涂膜降低了金柑果實中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，有效地延緩了金柑果實的衰老，對金柑有良好的保鮮作用。

2.4 納米纖維膜

靜電紡絲是一種利用高壓靜電場生產(chǎn)連續(xù)纖維的技術(shù)，可快速生產(chǎn)微米級至納米級的纖維[61]。典型的靜電紡絲裝置由高壓電源、帶針頭注射器的噴射裝置和接收裝置組成[62](如圖1所示)，其原理是通過高壓電源向接收裝置和不銹鋼針頭之間施加1～30 kV的電壓[63]， 具有一定分子鏈纏結(jié)的聚合物溶液或熔體在注射泵的推動下經(jīng)針頭噴出，在高壓電場的作用下克服表面張力，在針頭處形成 Taylor錐，帶電的聚合物射流從Taylor錐中噴射出來，當(dāng)溶劑揮發(fā)后，射流以螺旋的形式部分拉長，形成無紡狀態(tài)的納米纖維，沉積在接收裝置上[64]。

圖1 靜電紡絲裝置示意圖

靜電紡絲技術(shù)制備的纖維具有許多優(yōu)點，如纖維連續(xù)性好、高比表面積和高孔隙率等；此外，靜電紡絲纖維還可以實現(xiàn)對活性物質(zhì)的包埋及控釋，且由于其加工條件溫和，能夠有效保護(hù)活性成分的穩(wěn)定性及生物活性[65，66]。山蒼子精油是效果良好的天然抗菌劑，將山蒼子精油加入到聚合物溶液中，通過靜電紡絲，可制備具有抗菌特性的納米纖維。Cui等[67]首先通過溶液-超聲法將山蒼子精油包封在β-CD的空腔中，形成包合物，以減少山蒼子精油在加工過程中的揮發(fā)。當(dāng)包合物的質(zhì)量濃度為7.5mg/mL時，制備的山蒼子精油/蒲公英多糖(LCO/DP)納米纖維的平均直徑為241 nm，厚度為(0.05±0.008)mm，抗拉強度和斷裂伸長率都達(dá)到最大值，且熱重分析表明其具有良好的熱穩(wěn)定性。瓊脂擴散實驗中，LCO/DP納米纖維對S.aureus的抑菌圈直徑達(dá)到(19.8±0.5)mm；在25 ℃下，采用平板菌落計數(shù)法評價LCO/DP納米纖維膜對S.aureus的殺菌效果，結(jié)果顯示，對照組中S.aureus的數(shù)量幾乎沒有變化，而LCO/DP納米纖維處理72 h后，細(xì)菌數(shù)量減少到2.75 Log cfu/mL，表明LCO/DP納米纖維膜對S.aureus具有良好的抗菌作用。此外，納米纖維中山蒼子精油的累積釋放速率在4 ℃下為44.3%，在25 ℃下為70.5%，表明此納米纖維可使山蒼子精油持續(xù)釋放并發(fā)揮持久的抗菌作用，有望在食品包裝、醫(yī)藥輸送等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3 總結(jié)與展望

山蒼子精油是一種具有極高價值的芳香精油，具有多種有益的生物活性以及優(yōu)良的抗菌能力，安全性高，應(yīng)用面廣，但其易于揮發(fā)、水溶性差、見光易分解等特性使得其應(yīng)用受到限制。包埋技術(shù)不同程度地增加了山蒼子精油的溶解度和穩(wěn)定性，并能控制其釋放，增強其抗菌性能，為拓寬山蒼子精油的應(yīng)用范圍提供了前提。但目前的包埋方法仍需改進(jìn)，今后可從以下幾個方面進(jìn)行深入探究：1)在包埋過程中，盡可能使用溫和的加工條件，減少其揮發(fā)的同時，提高包埋率；2)研發(fā)新型包埋壁材，減小粒子尺寸，提升水溶性，使山蒼子精油適用于水相體系，并推廣至其他性質(zhì)相似的植物精油；3)控制山蒼子精油的緩釋速率，制備具有不同緩釋速率的包合物，以滿足更多樣的需求。