植物精油的特性及其微膠囊制備在生鮮植物保鮮中的應(yīng)用探究

何靖柳，張秋霞，曾慧聰，劉 杉，何 緣，蘆 珂*

（1.雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 雅安 625000；2.成都醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610500）

生鮮植物采收后依舊進(jìn)行生命活動，體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)隨貯藏時間的延長不斷發(fā)生物理化學(xué)變化，易導(dǎo)致營養(yǎng)流失，使食用價值大大降低，加重腐敗變質(zhì)，從而導(dǎo)致市場流通周期短[1]。生鮮植物采摘時特別容易受到機械損傷，一旦受損極易被腐敗菌侵染而發(fā)生腐敗[2]。目前常用的生鮮植物保鮮是低溫貯藏和氣調(diào)貯藏技術(shù)[3]。低溫貯藏雖然可以減緩營養(yǎng)成分流失，但香蕉、芒果、枇杷、西紅柿等部分生鮮植物容易發(fā)生冷害，導(dǎo)致水分流失、生理活動異常，從而降低品質(zhì)，嚴(yán)重時發(fā)生腐敗變質(zhì)；氣調(diào)貯藏通過調(diào)節(jié)氧氣、二氧化碳、乙烯三者之間比例控制呼吸代謝，達(dá)到保鮮的目的，延長貨架期。但氣調(diào)等保鮮技術(shù)受設(shè)備、場地的限制且能耗較大[3]。

化學(xué)保鮮主要是利用化學(xué)物質(zhì)的殺菌、防腐和脫氧等功能達(dá)到保鮮目的。大多都需要化學(xué)物質(zhì)對生鮮植物進(jìn)行涂膜或浸泡，將化學(xué)藥品與食品直接接觸，該方式對食品和環(huán)境均存在一定的安全隱患?；瘜W(xué)合成保鮮劑要慎用，一旦不按照國家標(biāo)準(zhǔn)添加，長期超標(biāo)使用可能對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。生物保鮮技術(shù)相較化學(xué)與物理保鮮技術(shù)，具有成本低廉、安全和高效等優(yōu)點[4]。生物保鮮技術(shù)主要有微生物保鮮技術(shù)和天然提取物保鮮技術(shù)兩大類。植物精油保鮮屬于天然提取物保鮮，天然保鮮劑抑菌效果好且安全成為生鮮植物保鮮的必然趨勢[5]，主要是利用植物精油抑制生鮮植物致病菌的生產(chǎn)，延緩果實的呼吸代謝而實現(xiàn)良好的保鮮效果。然而，植物精油易揮發(fā)，將植物精油借助微膠囊技術(shù)包埋后，使精油緩慢釋放，可以達(dá)到長期保鮮的效果?；诖耍疚膶χ参锞臀⒛z囊的制備方法進(jìn)行綜述，為植物精油在生鮮植物保鮮的研發(fā)提供一定的思路[6]。

1 植物精油的簡介

植物精油是從植物中提取出的次生代謝物質(zhì)，具有一定芳香性且分子量較小，可隨水蒸氣蒸出，是具有揮發(fā)性的油狀液體物[7]。植物精油有不同的天然來源，通常由100 多種不同的萜烯化合物組成，具有廣泛的抗菌、驅(qū)蟲、抗氧化等生物和抗菌活性。如迷迭香、牛至、百里香和薄荷等是有效的食品保藏添加劑，它們對幾種食源性病原體具有良好的抗菌性能[8]。

2 植物精油的功能特性

2.1 抑菌性

植物精油內(nèi)含多種抑菌成分，如檸檬醛、香葉醇、丁香酚和肉桂醛、姜烯、香茅醇、反式肉桂醛、松油烯4-醇等具有強烈抗菌活性，對沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、灰霉、青霉等具有廣譜的抑菌作用[9]。

2.2 殺蟲驅(qū)蟲性

生鮮植物采前采后的常見病蟲害，如煙粉虱、蚜蟲、小菜蛾等可以用植物精油控制，其主要活性成分包括α-松油醇[10]、丁香酚、檸檬醛[11]等，具有殺蟲驅(qū)蟲作用。有研究發(fā)現(xiàn)薄荷精油IC50值和IC90值分別為781 mg·L-1、125 mg·L-1，對埃及伊蚊幼蟲有驅(qū)殺作用[12]。

2.3 抗氧化性

植物精油中含有多種抗氧化活性成分，如D-檸檬烯、γ-松油烯、芳樟醇、β-蒎烯、丁香酚等。植物精油主要通過以下4 方面發(fā)揮抗氧化作用。①降低植物呼吸速率，延緩氧化。研究顯示，香茅精油對番木瓜保鮮是通過降低呼吸作用使番木瓜的呼吸峰值延遲、呼吸速率降低從而實現(xiàn)延緩氧化的效果[13]。②離子螯合作用實現(xiàn)抗氧化。例如，果蔬內(nèi)的金屬離子可催化誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生，降低生鮮植物的品質(zhì)；植物精油中的酚類物質(zhì)可與Fe2+、Cu2+等活潑金屬離子發(fā)生離子螯合作用，減少自由基的產(chǎn)生，實現(xiàn)抗氧化[14]。③抑制脂肪氧化實現(xiàn)抗氧化。丙二醛是膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，研究表明，植物精油中的香芹酚可降低丙二醛的生成，抑制樹莓果實氧化作用的發(fā)生[15]。④提高還原型谷胱甘肽含量，提升抗氧化性。李子和等[16]用復(fù)配的植物精油提高馬鈴薯中的還原型谷胱甘肽含量，減緩衰老進(jìn)程，從而實現(xiàn)對馬鈴薯的保鮮。

3 植物精油微膠囊的制備方法

植物精油易揮發(fā)，且具有抑菌、殺蟲驅(qū)蟲、抗氧化等功能，因而可以通過微膠囊將植物精油包裹后應(yīng)用于生鮮植物保鮮。微膠囊以天然或合成高分子材料為壁材對芯材物質(zhì)進(jìn)行包封，是一種具有核殼結(jié)構(gòu)的封閉式微型容器。微膠囊技術(shù)是指將某一目的物（芯材）用高分子化合物形成的連續(xù)薄膜（壁材）完全包覆，而后通過外部刺激或緩釋作用在一定環(huán)境或條件下，釋放目的物，發(fā)揮其保鮮功能，可以最大程度地彌補芯材物質(zhì)易揮發(fā)，對溫度、紫外線敏感等物理性質(zhì)的缺陷。微膠囊具有體積小、比表面積大、內(nèi)體積大、選擇性好、穩(wěn)定性好、外殼韌性好等多功能特點。精油富含親油性化合物和極易揮發(fā)分子，精油的微膠囊包封為調(diào)節(jié)精油釋放、提高活性物質(zhì)的物理穩(wěn)定性、保護(hù)其不受環(huán)境影響、降低揮發(fā)性、增強其生物活性提供了有效途徑，并且可以減少毒性，提高便利性。常用的精油微膠囊包覆技術(shù)有復(fù)合凝聚法、原位聚合法和界面聚合法。

3.1 復(fù)合凝聚法

復(fù)合凝聚法可以包封活性材料的液滴或顆粒。當(dāng)帶相反電荷的聚電解質(zhì)在水性介質(zhì)中相互作用時，就會產(chǎn)生這種包覆。通常，此過程中使用的壁材料由蛋白質(zhì)和多糖形成的聚合物組成。BEZERRA 等[17]將明膠和阿拉伯樹膠聚合物作為外殼材料進(jìn)行復(fù)合凝聚完成微囊化，并在體外研究了香茅油從沉積在織物上的微膠囊中的控釋。LV 等[18]用大豆蛋白明膠/阿拉伯膠復(fù)合凝聚法制備茉莉花油微膠囊，所獲得的微膠囊化效率達(dá)到76%～81%。這種技術(shù)可以實現(xiàn)高封包效率和對顆粒大小的有效控制，還可以防止降解反應(yīng)，防止揮發(fā)性芳香族成分的流失，控制釋放，提高風(fēng)味和精油的穩(wěn)定性。然而，最常見的問題是微膠囊的團(tuán)聚及其形成的微囊具有多核結(jié)構(gòu)，在形貌控制上具有一定的局限性。

3.2 原位聚合法

原位聚合法是兩種反應(yīng)單體在同一相，開始反應(yīng)后聚合物分子量逐漸增加，并隨著分子量的增加最終沉積在乳化的芯材液滴的表面，最終反應(yīng)單體間發(fā)生交聯(lián)作用在芯材表面形成致密的殼，即壁材。苯酚-尿素-甲醛（Phenol Urea Formaldehyde ，PUF）樹脂、脲醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹脂等是原位聚合常用的壁材。如CHUNG 等[19]通過原位聚合法制備了以三聚氰胺甲醛聚合物包覆百里香油的微膠囊，以2%的月桂酸鈉為乳化劑，微膠囊中百里香油的加載效率達(dá)到了78%。盡管這些聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性和釋放能力，但它們的某些特性也會對環(huán)境和人們的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如它們的不可循環(huán)性（熱固性聚合物）以及甲醛的致癌性和毒性。

3.3 界面聚合法

界面聚合是在兩種互不相溶、分別溶解有兩種單體的溶液的界面上（或界面有機相一側(cè)）進(jìn)行的縮聚反應(yīng)，該反應(yīng)是依靠表面活性劑進(jìn)行的，兩種單體分別由內(nèi)部向界面移動聚合成壁材對芯材進(jìn)行包裹。液體芯材適合用界面聚合法進(jìn)行包裹，并且反應(yīng)速度較快、操作簡單、條件溫和。通常界面聚合涉及二?；扰c胺或醇的反應(yīng)，生成聚酯、聚脲、聚氨酯或聚碳酸酯聚合物。如SCARFATO 等[20]在O/W 乳液中通過界面聚合制備聚脲微膠囊，包覆檸檬香油、薰衣草、鼠尾草和百里香精油，精油的負(fù)載量在25%～50%。HE 等[21]以聚氨酯、殼層包封有機磷農(nóng)藥，其釋放分為初始、緩慢和最終階段。有機磷農(nóng)藥被殼層包封，主要在緩慢階段釋放量高達(dá)90%。然而，這種技術(shù)不僅影響到技術(shù)的成功，還影響到最終微粒子的性質(zhì)和應(yīng)用的安全性。因此，聚氨酯微膠囊的高負(fù)載率、高安全性、簡易化、可降解性是未來發(fā)展的方向。

4 結(jié)語

水果和蔬菜是食品加工領(lǐng)域的重要原料來源，也是人類飲食不可缺少的重要組成部分。微生物污染是生鮮植物腐敗變質(zhì)的重要因素，而植物精油廣泛存在于植物中，具有安全環(huán)保易得的特點且具有抗氧化、抑菌等功效，是生鮮植物保鮮不錯的選擇?；谒芯投际且环N油狀液體，且難溶于水、易揮發(fā)等物理性質(zhì)，以微膠囊為載體把植物精油包裹后發(fā)揮其抑菌、殺蟲驅(qū)蟲、抗氧化等功能特性。本文分析了復(fù)合凝聚法、原位聚合法和界面聚合法3種方法的優(yōu)缺點，最后得出界面聚合法-聚氨酯微膠囊的高負(fù)載率、高安全性、簡易化、可降解性是未來值得關(guān)注的方向。