精油的提取及其在食品抗菌中的應用

鄒雪蓮，莫文鳳，蒙佑嬋，趙小妮，羅曉妮，陸登俊

（廣西大學 輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

食品在加工、運輸、銷售和儲藏中，因其本身含有大量的營養(yǎng)物質，極容易被微生物的生長繁殖所利用，據(jù)統(tǒng)計，每年全球有25%的農(nóng)產(chǎn)品因被微生物感染而腐敗浪費[1]。為此，大量的化學防腐劑被添加到食品中，以抑制微生物在食品中的生長與繁殖，最大化食品的保質期，減少經(jīng)濟損失。目前，應用于食品中的防腐劑多是有機高分子化合物。

近年來，人們的食品安全意識不斷提高，亟需一種安全的食品抗菌劑。精油作為一種具有芳香性和抗菌性的天然提取物，安全性高，符合要求。精油的種類豐富，按照精油的香味分為香料類和藥草類等，而按照提取植物的種類分為花香類和柑橘類等8類。精油的成分復雜，其中，以萜烯、萜類化合物和芳香族化合物為主要成分[2]。這些成分往往具有協(xié)同抗菌作用，具有較強的抑菌活性[3]。同時，這些成分中含有的大量不飽和鍵賦予了精油抗氧化性。精油具有抑菌、抗氧化、安全、抗癌和降脂降糖的優(yōu)點，因此在食品包裝、藥品、化妝品和保健品中得到了廣泛的應用[4-6]。

本文主要概述了精油的性質、提取方法和其在食品保鮮抑菌中的應用等方面的研究進展，旨在為食品行業(yè)開發(fā)綠色無毒天然抗菌劑提供參考。

1 精油的性質

1.1 抗菌性

崔海英等發(fā)現(xiàn)，丁香精油通過破壞菌體的細胞膜結構和抑制遺傳物質的合成影響菌體的正常的生命活動[7]。Assiri等研究百里香精油的抑菌性，發(fā)現(xiàn)其對多種微生物的生長繁殖具有高效的抗菌活性[8]。趙亞珠等研究表明，牛至精油對某些霉菌具有強抑制活性，其中主要的抑菌活性成分是香芹酚[9]。

植物精油是有抗菌作用的，并且大量實驗證明多種精油混合抗菌性更強。未來可以側重研究多種精油組合作用，以抵抗不同食品中的致病微生物。

1.2 抗氧化性

植物精油在不同條件下具有不同程度的抗氧化能力，部分精油可以開發(fā)作為天然抗氧化劑。李曉嬌等利用共水法提取云南松針精油以探究其抗氧化性能，發(fā)現(xiàn)云南松針精油對多種自由基具有清除效果，具備良好的抗氧化性能[10]。丁皓迪等制備胡椒葉精油微乳液體系，利用DPPH和ABTS自由基清除法來研究比較體外抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)胡椒葉精油微乳液體系可以開發(fā)作為天然抗氧化劑[11]。程賢等研究發(fā)現(xiàn)，油樟精油抗氧化能力與溶液濃度有較強的相關性，且所配置溶液濃度為0.8～2.0 g/L時達到最大[12]。

1.3 揮發(fā)性

譚艷等通過氣相色譜-質譜對柚子皮精油的揮發(fā)性成分進行分析，發(fā)現(xiàn)被檢測的4 種柚皮精油共含有56種不同揮發(fā)性成分[13]。袁觀富等采用氣相色譜-質譜法測定海南沉香木精油中的揮發(fā)成分，發(fā)現(xiàn)其含有68 種揮發(fā)成分[14]。陳南等研究表明，百里香精油含有豐富的揮發(fā)性物質，可有效除掉羊奶的膻味，改善風味[15]。鄧源喜等發(fā)現(xiàn)，固封精油熏蒸可以作為水果的新型保鮮方法[16]。

精油里含有大量的揮發(fā)成分，導致精油具備揮發(fā)性。精油的揮發(fā)性可以加速精油分子的擴散速度，加強保鮮效果和改善風味。

2 精油的提取方法

為了獲得品質良好、成分穩(wěn)定的植物精油，需要選取合適的方法提取植物精油。提取植物精油一般采用水蒸氣蒸餾法和萃取法。

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是利用精油的揮發(fā)性，通過加熱的方法進行蒸餾，一些揮發(fā)成分隨之蒸發(fā)出來，冷凝收集后得到精油。如表1所示，用水蒸氣蒸餾法提取不同的精油[17-21]，其中何鳳平等采用水蒸氣蒸餾法提取澳洲堅果葉精油，獲得該法提取精油的最佳條件為料液比為1∶5 g/mL，NaCl質量濃度為2.5 g/100 mL，蒸餾時間為3 h，料液比對精油提取率的影響最大[17]。

表1 用水蒸氣蒸餾法提取不同的精油Table 1 Extraction of different essential oils by steam distillation

水蒸氣蒸餾法適用于提取揮發(fā)性較強、不被蒸餾高溫破壞、不與水發(fā)生反應且溶解性低的成分，其缺點是高溫下長時間蒸餾會使植物組織中的精油熱敏性成分發(fā)生化學反應，降低精油質量。

2.2 萃取法

2.2.1 有機溶劑萃取法

郭暢暢等用有機溶劑萃取法萃取玫瑰花渣中的玫瑰精油，結合氣質聯(lián)用法分析精油成分，并對萃取條件進行了優(yōu)化，結果表明，最優(yōu)的有機萃取劑為石油醚、料液比為1∶3、回流時間為420 h、溫度為80 ℃時，產(chǎn)物中存在香茅醇、乙酸香葉酯等精油的主要成分[22]。此法具有保留精油的品質、操作簡單和高提取率的優(yōu)點，但溶劑萃取后精油的純度低，天然感較差，目前多應用于實驗室。

2.2.2 超高壓萃取法

超高壓萃取法可應用于低溶點、熱敏性物質等的萃取中，其特點是常溫易操作，效率較高，提取所得物豐富，品質好，但其需要在超高壓狀態(tài)下進行，對設備和技術要求高，成本高。賈春曉等采用超高壓萃取法提取花椒精油，在固液比為1∶40、壓力為300 MPa、時間為3 min時可獲得提取率為24.16%的花椒精油，提取出來的花椒精油中含有67種成分[23]。

2.2.3 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法在提取精油過程中的操作溫度較低，能夠有效避免植物精油組分的熱分解，具有安全無害、溶解能力強、可增加精油留香時間等優(yōu)點，但操作壓強需在12～15 MPa之間，技術要求高，運行成本制約了該技術的應用，因此工業(yè)化應用較少。陳軍等在12～15 MPa、40～50 ℃、1～1.5 h、20～30 L/h（二氧化碳流量）的操作條件下，用超臨界CO2萃取法萃取碰柑葉精油，得到了高質量和產(chǎn)率的產(chǎn)品[24]。

2.2.4 亞臨界水萃取法

亞臨界水萃取法具有提取速度快、提取率高、無毒無害、環(huán)保節(jié)能、成本低等優(yōu)點，它克服了傳統(tǒng)有機溶劑萃取法的缺點，但保留了超臨界流體萃取法的優(yōu)點，可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。Ma等實驗證明，在120 ℃、20 min、250 W/L（超聲功率密度）和20 kHz（超聲頻率）的條件下從高良姜中提取的精油量最大（25.80 mg/g）[25]。

2.2.5 微波萃取法

邱寧等利用微波萃取技術對山蒼子進行萃取，結果顯示，相較水蒸氣蒸餾法，萃取率提高了50%[26]。微波萃取法的優(yōu)點在于能夠提高精油的提取率，加快提取速度，對溫度的要求不高。生產(chǎn)中常用微波萃取輔助水蒸氣蒸餾的方法提取精油，這樣可以提高精油提取率和保證精油質量。Xiao等建立了一種微波輔助的水蒸氣蒸餾法從細辛異向性根和根莖中分離出精油、沙林素和芝麻素[27]。提取精油后，細辛異向性根和根莖的粉末殘渣相對干燥，可以節(jié)省能耗，減少精油損失，提高精油的回收率。

3 精油在食品抗菌中的應用

3.1 精油在糧油制品保鮮中的應用

糧油制品是人們日常生活的主食，其品質如何直接關系著人們的身體健康。糧油食品富含營養(yǎng)物質，容易成為微生物生長的溫床，所以，在糧油食品的貯藏時，最好加入適量的具有抗菌性和無毒性的植物精油。植物精油可以加入多種糧油制品中，以達到抗菌的效果，具體如表2所示[28-33]。

表2 精油在糧油制品中的應用Table 2 Application of essential oils in grain and oil products

花生在中國產(chǎn)量豐富，但其易受黃曲霉菌的感染。江旺等研究發(fā)現(xiàn)，花生經(jīng)過香辛料精油熏蒸后能在25 d內有效地抑制霉菌的生長，花生的過氧化值和酸價增長速率明顯降低，有利于提高其出油率，且精油對花生的防霉效果隨著濃度增加而更加顯著[28]。

面包作為世界范圍內的主食之一，容易受霉菌污染而腐爛變質，傳統(tǒng)的包裝在確保面包的質量前提下延長保質期方面已經(jīng)達到極限。為延長面包的保質期，Ju等制備了香精油微膠囊，將其置于面包的外包裝內，發(fā)現(xiàn)香精油微膠囊可有效抑制面包上霉菌的生長，同時不會影響面包的感官特性[29]。除此以外，用點加法將植物精油滴加到綠豆糕和香脆餅等烘焙食品的包裝材料上也有類似的保鮮效果，且不會影響食品的風味[34]。

3.2 精油在肉制品保鮮中的應用

肉類是人體獲取能量的重要來源，因為肉類中水分、能量、蛋白質、脂肪等營養(yǎng)要素含量豐富，不同地區(qū)養(yǎng)殖出的同品種肉類的營養(yǎng)成分含量也不盡相同[35,36]。隨著消費觀念的改變，人們對肉類的新鮮度以及各營養(yǎng)成分含量等的要求逐漸升高，這也推動著肉類保鮮技術研究的發(fā)展，利用植物精油的抗菌性等提高保鮮技術成為研究熱點。

徐鑫等用艾蒿精油復合膜涂料浸泡冷卻豬肉3 min，以無菌蒸餾水處理另一塊冷卻豬肉為對照組，結果表明復合膜能有效阻止氧氣和水分的進入，抑制肉樣的酶活性和微生物的生長，保證冷卻豬肉的貨架期長達12 d[37]。Sani等將被乳清蛋白分離物包封后的百日草香精油和氧化鋯等添加至馬鈴薯淀粉糊中制備納米復合膜，改善了薄膜的抗菌和機械性能，用此復合膜包裝鵪鶉肉有利于延長鵪鶉肉的保質期[38]。鄭玉璽等用含8%荔枝木質精油的可食復合膜對冷鮮雞肉包裝冷藏，與用普通保鮮膜對冷鮮雞肉包裝冷藏相比，能減緩雞肉的變質，有較好的保鮮效果[39]。

3.3 精油在蛋類和奶類制品保鮮中的應用

Teneva等在蛋黃醬中以羅勒或蒔蘿精油作為生物防腐劑，并在0～4 ℃的條件下冷藏40 d，發(fā)現(xiàn)蛋黃醬保持良好感官特性，pH值略有下降，有害菌群數(shù)在安全水平以內，具有良好的抗菌效果[40]。在色拉調料中使用封裝有牛至或丁香精油的水-油納米乳劑對導致食物腐敗的百日酵母同樣也表現(xiàn)出良好的抗真菌性能[41]。

精油也可用于奶制品保鮮，但為了避免精油的芳香氣味影響奶制品的風味，一般只是用于奶酪的保鮮。卡薩爾奶酪切片中高水分含量和pH值極其適合各種微生物的生長，而霉菌的生長是導致其變質的主要原因，所以霉菌的抑制是保證卡薩爾奶酪切片不變質的關鍵因素。應用含牛至精油或大蒜精油的乳清蛋白的可食膜到卡薩爾奶酪切片的包裝中有利于降低其表面霉菌污染，以延長保質期并保證卡薩爾奶酪切片的安全性和質量[42]。

3.4 精油在果蔬保鮮中的應用

新鮮的水果蔬菜極易受到機械損傷和微生物入侵，造成果蔬的營養(yǎng)價值降低和腐敗變質。目前市場上的食品殺菌劑成本低且殺菌性強，但長期使用對人體有諸多危害。植物精油作為一類綠色、天然、高效的抗菌劑和抗氧化劑，能有效抑制多種致病菌的生長，保證食品的品質。

Sun等研究了含薰衣草精油納米乳液的復合膜對櫻桃番茄保存的影響，發(fā)現(xiàn)薰衣草精油具有良好的抑菌性，并能抑制總酚含量的下降，保持新鮮度，延長櫻桃番茄的貨架期[43]。高文華等利用肉桂精油復合膜對圣女果進行保鮮包裝，發(fā)現(xiàn)圣女果的感官品質得到改善，腐爛率降低，維生素C的流失速度減慢且圣女果的貨架期延長[44]。

喬自鵬等將含勝紅薊精油制成的復合微乳液用于處理蘆柑，結果發(fā)現(xiàn)蘆柑青霉病的病斑擴展受到抑制，當復合微乳液濃度為20 mg/mL時，對表面有害病菌的抑菌效果最好，達到了76.48%的抑制率[45]。齊紅蓉等研究發(fā)現(xiàn)，肉桂精油可以抑制菠蘿蜜果苞的褐變反應進程，增強果苞抗菌作用，提高果苞的儲藏品質[46]。鄧雯瑾等研究發(fā)現(xiàn)，將百里香精油抗菌復合膜用于鮮生菜可以有效地延長鮮生菜的貨架期[47]。胡還甫等研究了不同體積分數(shù)纈草精油對常溫下夏黑葡萄風味品質、貨架品質的影響，結果表明纈草精油的處理使夏黑葡萄具有一定的強度，降低了其腐爛率，延長了貨架保藏期[48]。

3.5 精油在水產(chǎn)品保鮮中的應用

水產(chǎn)品在加工、運輸和貯藏的過程中易受到食源性病原菌和酶的作用而發(fā)生腐敗，導致其口感不佳，色澤變差，甚至產(chǎn)生有毒物質，降低了營養(yǎng)與經(jīng)濟價值。因此，使用綠色、安全的抗菌劑對水產(chǎn)品進行保鮮顯得格外重要。

Chuesiang等通過用肉桂精油對冷藏亞洲鱸魚魚片進行浸泡處理，發(fā)現(xiàn)肉桂精油能抑制細菌的生長，具有防腐效果，延長了魚片的貯藏期[49]。劉蒙佳等利用丁香精油保鮮襯墊協(xié)同氣調包裝對金鯧魚進行低溫保存，發(fā)現(xiàn)該精油能將金鯧魚的貨架期延長約4 d[50]。

Liu等將丁香精油與食用涂料混合對白蝦（南美對蝦）在（4.0±0.5）℃條件下冷藏15 d，有效地延長了蝦的貨架壽命[51]。楊輝等用丁香精油和葡萄籽精油的復合薄膜對草魚魚肉進行保鮮，發(fā)現(xiàn)該薄膜能使魚肉在（4±1）℃條件下的貨架期達到8 d，達到了保鮮的效果[52]。

4 展望

精油具有抑菌性、抗氧化性和揮發(fā)性，是一種天然抗菌活性物質，已被廣泛運用于食品保鮮等領域。精油成分復雜，且不少微量的活性物質具有抗氧化活性，目前其抑菌性機制及應用技術手段尚處于探索階段。隨著以減緩精油揮發(fā)性為核心的微膠囊技術和成膜技術更深入的研究，將進一步加速精油在食品工業(yè)和醫(yī)藥化妝品行業(yè)的應用。