植物精油及其單體成分對水果腐敗菌的抑菌活性及作用機理研究進展

邵慧珊，朱麗云,2,*，陳俞苡，錢愷亮，金 斐，高永生,2

（1.中國計量大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院芳香工程技術(shù)研發(fā)中心，浙江 杭州 310018；2.杭州伊韻詩生物科技有限公司，浙江 杭州 310018）

水果生產(chǎn)存在季節(jié)性、區(qū)域性和易腐性3大特點，目前常用的水果保鮮方法有物理方法和化學(xué)方法兩大類。物理方法主要通過低溫、氣調(diào)、低劑量輻射、高壓、涂膜等方式，而化學(xué)方法主要采用山梨酸鉀、苯甲酸鈉等化學(xué)防腐劑進行保鮮。由于化學(xué)方法在實際應(yīng)用中存在一定的安全隱患，因此尋求一種天然、安全的廣譜抑菌植物防腐劑是研究者們關(guān)注的熱點之一。精油是植物自身的次級代謝產(chǎn)物[1]，因具有穿透力強、抑菌效率高、分子量小、易吸收和成分復(fù)雜不易產(chǎn)生耐藥性等特點，在食品、化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景[2-3]。

1 水果腐敗常見微生物分析

水果在貯藏早期，霉菌的生長繁殖速度較慢，但通常情況下三分之二的水果腐爛是由青霉屬、曲霉屬、葡萄孢屬和鏈格孢屬等霉菌侵染引起的。

從表1中可知，柑橘、蘋果、楊梅等常見水果在貯藏過程中常受到青霉菌、小叢殼屬、展青霉、鏈格孢、炭疽菌、根霉等不同霉菌的侵染，導(dǎo)致水果出現(xiàn)不同程度的腐爛，降低食用價值。霉菌引起的較明顯病癥是產(chǎn)生霉狀物、粉狀物，可能出現(xiàn)凹陷、水漬狀病斑等。有些水果雖未被侵染得很嚴重，但表面已存有病斑。部分水果致腐菌（如心腐型）使果實從中心開始爛，逐漸向外皮蔓延，等發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)徹底腐爛失去價值。柑橘鏈格孢根據(jù)感染水果種類和部位不同，可分為心腐型、蒂腐型、黑腐型、干疤型，表現(xiàn)出不同的病癥。霉菌侵染水果表面是水果腐爛的主要原因，且一旦腐爛，病癥難以消失，需提前預(yù)防，如在倉儲時噴灑抑菌藥劑或在水果表面覆膜等，延長水果貯藏期。

表1 水果腐敗常見微生物及其特征Table 1 Common microorganisms and their characteristics in fruit putrefaction

2 植物精油對水果霉菌的抑制作用研究

植物精油是從植物不同組織（如花、果實、莖、葉等）中提取的揮發(fā)性次生代謝產(chǎn)物，具有多種生物活性功能[17]。據(jù)報道，丁香、艾蒿等植物精油對水果中多種霉菌均具有一定的抑制作用，是潛在的天然水果保鮮劑、防腐劑。具有保鮮、防腐活性的植物精油種類、主要成分、作用對象及效果如表2所示。

從表2中可知，不同精油對不同霉菌的抑菌效果各不相同，如對柑橘常見腐敗菌——意大利青霉和指狀青霉的抑菌作用由大到小為：肉桂精油＞丁香精油＞牛至精油＞百里香精油[20]，而蔣志國等[36]則認為，丁香精油的防腐保鮮效果優(yōu)于肉桂精油，因其除了抑制青霉菌外，還能激發(fā)宿主防御反應(yīng)，抑制丙二醛（MDA）的積累，有效地控制由青霉菌引發(fā)的柑橘類水果其他發(fā)病率[37]。綜合植物精油對不同霉菌的最低抑菌濃度（MIC）和最低殺菌濃度（MBC）測定結(jié)果，牛至精油抑菌作用強弱依次為：意大利青霉＞指狀青霉＞赤霉菌＞白地霉菌＞毛霉菌[22-23]；肉桂精油抑菌作用強弱依次為：意大利青霉=指狀青霉＞白地霉菌=赤霉菌＞黑曲霉＞毛霉菌[22-23,26]；丁香精油抑菌作用強弱依次為：意大利青霉=白地霉菌＞冬棗青霉＞毛霉菌＞枝孢樣枝孢霉＞赤霉菌[20-23]；百里香精油抑菌作用強弱依次為：膠孢炭疽＞毛霉＞灰霉=根霉=黑曲霉＞意大利青霉=指狀青霉[29,31]；芥末精油抑菌作用強弱依次為：灰霉菌＞鏈格孢菌＞青霉菌[35]；山蒼子精油抑菌作用強弱依次為：白地霉菌=赤霉菌＞黑曲霉=繩狀青霉＞毛霉菌[23,26-27]；橙皮精油對雜色曲霉和產(chǎn)黃曲霉抑菌作用類似，而對青霉菌相對較弱。

表2 植物精油的抗霉菌活性研究Table 2 Anti-mold activity of essential oils from plants

3 精油單體成分的抑菌機理研究

3.1 香芹酚

香芹酚又名2-甲基-5-異丙基苯酚，是牛至、百里香、肉桂等許多植物的天然有效成分，也是植物精油中具有抗菌活性的單體成分之一，由于其有益的生物活性，尤其是具有止痛、抑菌、抗氧化活性而備受關(guān)注，表3列舉了香芹酚對部分霉菌的抗菌機理。

由表3可見，香芹酚的抗菌機理主要有以下幾個方面：①精油中的脂溶性物質(zhì)進入細胞膜，破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)容物泄漏，影響胞液的體積、蛋白質(zhì)含量、pH等，因細胞器膜的成分與細胞膜相似，溶酶體等細胞器內(nèi)容物也可外泄；②降低孢子萌發(fā)率，影響菌絲正常生長；③孢子表面出現(xiàn)凹陷、穿孔，菌絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)、斷裂；④影響細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)合成；⑤影響細胞的呼吸作用和抗氧化酶活性。

表3 香芹酚對不同霉菌的抗菌機理Table 3 Anti-mold mechanism of Parsley

3.2 檸檬醛

檸檬醛又名2,6-二甲基-2,6-辛二烯醛，呈濃郁檸檬香味，存在于檸檬、馬鞭草等植物中，具有較強的抑菌、抗氧化活性，表4列舉了檸檬醛對部分霉菌的抗菌機理。

根據(jù)檸檬醛對黃曲霉、煙曲霉、互隔交鏈孢等霉菌的抑菌研究（表4）發(fā)現(xiàn)，檸檬醛的抗菌機理主要有以下幾個方面：①破壞微生物的氧化還原反應(yīng)系統(tǒng)，DNA和RNA的合成速度變慢，而RNA分解速度不變，導(dǎo)致細胞中的DNA、RNA含量變少，細胞代謝變慢，產(chǎn)生能量的速度也變慢；②對能量代謝進行限制，孢子梗的分化受到影響，從而抑制菌體的生長；③影響孢子膜內(nèi)外物質(zhì)的交換，從而引發(fā)孢子體內(nèi)活性氧和MDA的過度積累，導(dǎo)致孢子膜脂過氧化；④麥角甾醇含量下降。

表4 檸檬醛對不同霉菌的抗菌機理Table 4 Anti-mold mechanism of citral

3.3 肉桂醛

肉桂醛通常稱為桂醛，又名苯基丙烯酸，天然存在于斯里蘭卡肉桂油、桂皮油、藿香油、風信子油和玫瑰油等精油中，一般常見的是反式肉桂醛，為植物精油中具有抗菌活性的單體成分之一，表5列舉了肉桂醛對部分微生物的抗菌機理。

表5 肉桂醛對不同微生物的抗菌機理Table 5 Anti-antimicrobial mechanism of cinnamaldehyde

從肉桂醛對酵母和黃曲霉、黑曲霉、煙曲霉、灰霉病菌、稻曲霉這幾種霉菌的抗菌機理研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛主要破壞霉菌等微生物細胞膜、細胞壁的完整性，使細胞液外流，干擾氧化還原系統(tǒng)，使菌體能量枯竭，其抗菌機理和檸檬醛、香芹酚等單體相似，但也具獨特性：通過改變細胞內(nèi)一些重要的代謝平衡、調(diào)節(jié)基因的表達，從而影響脂肪酸的氧化水平和超氧化物歧化酶（SOD）活性，使超氧自由基濃度上升，菌體加速衰老，膜蛋白交聯(lián)失去作用，膜蛋白作為膜內(nèi)外物質(zhì)交流的門戶，其結(jié)構(gòu)被破壞，精油的抑菌成分更易進入細胞，使膜內(nèi)物質(zhì)流失更迅速，最后導(dǎo)致菌體破裂死亡。

3.4 百里酚

百里酚又名2-異丙基-5-甲基苯酚，是香芹酚的同分異構(gòu)體，具顯著的防腐作用，表6列舉了百里酚對灰葡萄孢、尖鐮孢、灰霉菌、腐皮鐮孢和匍枝根霉5種霉菌的抗菌作用機理。

由表6可知，百里酚主要通過以下方面起抑菌作用：①破壞細胞膜、細胞壁，導(dǎo)致內(nèi)容物流出；②影響真核細胞質(zhì)膜成分糖鞘脂的生物合成和代謝，影響糖鞘脂調(diào)控細胞增殖作用[58]；③線粒體膜電勢超級化，抑制TCA循環(huán)關(guān)鍵酶，造成線粒體功能障礙、促進細胞氧化損傷。

表6 百里酚對不同霉菌的抗菌機理Table 6 Anti-mold mechanism of thymol

3.5 丁香酚

丁香酚又稱4-烯丙基-2-甲氧基苯酚，具有較強的抑菌作用，廣泛存在于丁香、肉桂葉、肉桂皮、樟樹、肉豆蔻等芳香植物中，表7列舉了丁香酚對幾種霉菌的抗菌機理。

表7 丁香酚對不同霉菌的抗菌機理Table 7 Anti-mold mechanism of eugenol

丁香酚對霉菌的抑菌作用主要表現(xiàn)在：①破壞細胞膜透性，使蛋白質(zhì)等胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，引起菌絲變形；②引起細胞質(zhì)聚沉，影響TCA循環(huán)中SDH、IDH等相關(guān)基因表達，使菌體凋亡。

4 總結(jié)與展望

植物精油對引起水果腐敗的霉菌具有較強的抑制作用，主要通過破壞霉菌菌絲或孢子細胞壁、細胞膜，降低孢子萌發(fā)、破壞氧化還原系統(tǒng)、干擾DNA和RNA合成以及能量代謝異常等途徑導(dǎo)致細胞死亡。植物精油成分十分復(fù)雜，目前研究主要集中在精油（作為一個整體）或單一活性成分（活性單體）的抗菌作用，其活性單體之間或多種成分之間的協(xié)同作用研究尚有待于開展。

水果含糖量較高，容易引起霉菌的滋生和繁殖，從而導(dǎo)致水果腐敗，植物精油作為天然抗菌劑，具有廣譜、高效、毒副作用小、安全性高等特點，可通過熏蒸、浸泡等方式有效抑制水果腐敗菌生長，如肉桂精油在蘋果、獼猴桃中的熏蒸或浸漬處理，丁香精油在冬棗、藍莓等水果中的防腐應(yīng)用等，植物精油在水果防腐保鮮領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。