植物精油在醬鹵肉制品保藏中的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃茂微,包沅鑫,孫榕澤,黎茂月,曾珍,劉韞滔,王彩霞,胡濱,李誠

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,四川 雅安,625000)

醬鹵肉作為我國傳統(tǒng)肉制品,已有三千多年的歷史,以色彩鮮亮、香味誘人、口感濃郁及食用方便等特點深受廣大消費者的喜歡[1],但是其在加工、儲藏等環(huán)節(jié)中容易受微生物污染,發(fā)生氧化變質(zhì),因此控制微生物、降低氧化速度和程度對于提高醬鹵肉品質(zhì)、延長貨架期極為重要?，F(xiàn)階段應(yīng)用于醬鹵肉制品的保藏方法主要包括熱殺菌、氣調(diào)保藏、真空包裝保藏、冷藏以及使用合成保鮮劑和天然保鮮劑等[2],但熱殺菌中的高溫殺菌會破壞食品的營養(yǎng)成分并對食品的風(fēng)味造成不良影響,而低溫殺菌又難以抑制耐熱微生物和芽孢[3];氣調(diào)保藏對設(shè)備要求較高[2];真空包裝難以抑制厭氧微生物的生長繁殖和酶的活動[4];冷藏時溫度波動會降低食品品質(zhì)[5];合成保鮮劑又存在安全隱患。隨著公眾的食品安全意識不斷提高,天然保鮮劑以其優(yōu)良的抗菌和抗氧化活性以及天然來源等特點成為了食品保鮮中的研究熱點。

植物精油是從植物中提取出來的由多種次級代謝產(chǎn)物組成的復(fù)雜混合物[6],大多數(shù)酚類、醛類、萜烯類等含量較高的精油抗菌和抗氧化效果良好[7],廣泛應(yīng)用于果蔬、肉類等多種食品的防腐保鮮中。金思淵等[8]將0.35 μL/mL茴香精油應(yīng)用于鮮切莧菜,提升了莧菜的抗氧化能力,使貨架期延長3～4 d。LI等[9]將2倍最低抑菌濃度的丁香精油應(yīng)用于豬肉,顯著抑制了豬肉中金黃色葡萄球菌的生長。但目前關(guān)于植物精油應(yīng)用于醬鹵肉制品保藏的系統(tǒng)闡述比較少,因此本文將從醬鹵肉制品主要腐敗變質(zhì)原因;植物精油抗菌和抗氧化活性、應(yīng)用方式以及在醬鹵肉制品中的應(yīng)用等方面展開綜述,以期為植物精油在醬鹵肉制品中應(yīng)用提供一定的參考。

1 醬鹵肉制品概述

GB/T 23586—2009《醬鹵肉制品》中對醬鹵肉制品的定義是將新鮮或冷凍的畜禽肉及其可食副產(chǎn)品清洗干凈后置于事先加有調(diào)味料和香辛料的水中,通過預(yù)煮、浸泡、燒煮、醬制(鹵制)等工藝加工而成的中國傳統(tǒng)肉制品。目前醬鹵肉制品保藏方法效果欠佳,易發(fā)生由微生物污染和氧化引起的腐敗變質(zhì)[5]。

1.1 微生物污染

腐敗微生物和病原微生物的生長會導(dǎo)致醬鹵肉制品迅速腐敗并導(dǎo)致嚴(yán)重的食源性中毒,除酵母和霉菌外,細(xì)菌通常被認(rèn)為是造成這些惡化和健康問題的主要因素[10]。主要腐敗菌包括乳桿菌屬、腸桿菌屬、變形桿菌、克雷伯氏菌等細(xì)菌[11-12],以及一些酵母和霉菌[13-14],這些微生物能夠通過多種途徑污染醬鹵肉制品,導(dǎo)致醬鹵肉制品中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及碳水化合物如葡萄糖等的分解[15],出現(xiàn)異味、變色、質(zhì)地缺陷和黏液等不良現(xiàn)象。而沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等致病菌的出現(xiàn)雖然通常不會改變醬鹵肉制品的顏色、質(zhì)地等,但是會引起嚴(yán)重的食物中毒[10, 16]。表1列出了與醬鹵肉制品有關(guān)的常見腐敗和病原微生物。

表1 與醬鹵肉制品有關(guān)的常見腐敗和病原微生物Table 1 Common spoilage and pathogenic microorganisms associated with marinated meat products

1.2 肉的氧化

脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是醬鹵肉制品的主要成分,在加工儲藏過程中容易發(fā)生氧化變質(zhì)。不飽和脂肪酸和分子氧是發(fā)生脂質(zhì)氧化的主要反應(yīng)組分,這2類物質(zhì)通過自動氧化、光氧化和酶促氧化3種方式生成氫過氧化物[17],氫過氧化物本身無味無臭,但因其性質(zhì)不穩(wěn)定容易分解產(chǎn)生酮、醛、酸等次級反應(yīng)產(chǎn)物,就使得醬鹵肉制品產(chǎn)生異味和酸敗的氣味[18]。

蛋白質(zhì)氧化的重要標(biāo)志是蛋白質(zhì)的羰基化,會導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化,主要通過蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈(賴氨酸、精氨酸、脯氨酸、蘇氨酸)的直接氧化[19]、還原糖存在時與蛋白質(zhì)發(fā)生非酶糖基化反應(yīng)[20]、通過谷氨?；鶄?cè)鏈氧化導(dǎo)致蛋白質(zhì)主鏈的氧化裂解等途徑產(chǎn)生[21],最終形成多種氧化產(chǎn)物。蛋白質(zhì)氧化不僅會導(dǎo)致醬鹵肉制品顏色和質(zhì)地的惡化,還會導(dǎo)致必需氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的流失,降低蛋白質(zhì)的消化率[22]。

2 植物精油概述

植物精油是一種具有強烈氣味的揮發(fā)性油狀液體,可以從根、葉、種子和花等多種植物器官中提取出來[23]。研究表明,植物精油的抗菌性、抗氧化性等生物活性取決于其化學(xué)組分[24],酚類化合物含量高的植物精油能表現(xiàn)出更強的抗菌和抗氧化作用[25]。植物精油可以通過如水蒸氣蒸餾、溶劑萃取等常規(guī)方法,或者超臨界流體萃取、超聲波輔助提取等新興技術(shù)來提取獲得[26],不同的提取方法和提取條件會影響影響植物精油的化學(xué)組成[27],從而影響其抗氧化性和抗菌性,因此應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)需要選擇提取的方法和條件。

2.1 精油的抗菌性

植物精油抗菌機理如圖1所示。(1)破壞細(xì)胞壁:細(xì)胞壁主要成分和與細(xì)胞壁有關(guān)的酶是植物精油活性成分的首要作用點[28]。有研究者提到革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁中脂磷壁酸的疏水端有利于精油的滲透,而革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁周圍的外膜則限制了精油通過脂多糖層的流速[29]。這也是為什么革蘭氏陽性菌在某種程度上比革蘭氏陰性菌對精油作用更敏感的主要原因[7]。(2)破壞細(xì)胞質(zhì)膜:植物精油能夠利用其疏水性的特征進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)膜,并在細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂雙分子層中累積,破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能,增加細(xì)胞膜的通透性,使得細(xì)胞內(nèi)容物大量流失,導(dǎo)致菌體死亡[10]。(3)能量代謝紊亂:植物精油能夠通過干擾質(zhì)子動力學(xué),改變ATP酶的構(gòu)象,抑制ATP相關(guān)亞基的表達(dá),使得ATP的合成減少,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP庫減少,影響菌體細(xì)胞的呼吸以及正常生命活動[30-31]。(4)阻礙大分子物質(zhì)合成:植物精油中的一些成分能夠破壞DNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),阻礙它們的合成,影響菌體的正常生命活動[32]。BORA等[33]研究發(fā)現(xiàn)百里香酚和香芹酚可以作用于微生物細(xì)胞,在結(jié)構(gòu)和功能水平上造成細(xì)胞膜損傷,并導(dǎo)致通透性增加,最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

圖1 植物精油對微生物細(xì)胞的抗菌機制Fig.1 Antimicrobial mechanisms of essential oils against bacteria

2.2 精油的抗氧化性

植物精油作為天然抗氧化劑,主要有2種減緩氧化反應(yīng)的作用機制。(1)直接抗氧化作用:是指植物精油中具有抗氧化作用的成分直接參與抗氧化反應(yīng),并在該過程中被化學(xué)修飾或消耗[34],抑制或阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),從而起到抗氧化作用。(2)間接抗氧化作用:是指雖不直接參與抗氧化反應(yīng),但是能夠通過誘導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)蛋白生成以提高抗氧化能力或保護(hù)氧化基質(zhì)來發(fā)揮抗氧化作用[35-36]。LV等[37]的體內(nèi)外研究表明,生姜精油通過增加血清和肝臟抗氧化酶,可以保護(hù)細(xì)胞免受外部有害自由基的侵害。

3 植物精油應(yīng)用方式

3.1 直接應(yīng)用

許多研究直接將醬鹵肉制品浸漬在精油中一段時間后撈出瀝干再進(jìn)行儲存。李玉邯等[38]將百里香精油直接應(yīng)用于醬牛肉中,抑制了肉品的微生物生長和脂肪氧化,使其保持較好的色澤、口感和滋味。同樣劉笑宇[39]將肉桂精油直接添加到醬牛肉中,降低了醬牛肉菌落總數(shù),延緩腐敗程度。但是精油直接添加會給食品感官帶來不利影響,所以有研究者采用熏蒸精油的方法,即利用精油的揮發(fā)性,使得精油中有效成分能在密閉空間內(nèi)殺死有害微生物[40]。這樣既能使精油中的揮發(fā)性活性成分均勻地覆蓋在食品表面,同時能夠減少精油對感官的不良影響。如魏蒙月[40]將肉桂精油作為熏蒸劑作用于醬牛肉,降低了微生物的生長繁殖速率,減緩醬牛肉的色澤和硬度變化,使其保持較好的感官品質(zhì)。

3.2 間接應(yīng)用

精油已被廣泛認(rèn)為具有強大的抗菌性和抗氧化性,然而由于其高揮發(fā)性、疏水性和易氧化性,其應(yīng)用也往往受到限制,所以很多研究將精油與微膠囊、可食性膜以及納米乳液等包裝技術(shù)相結(jié)合來解決這一問題。

3.2.1 微膠囊

精油微膠囊技術(shù)是指將精油包裹在聚合物外殼中通過物理、化學(xué)方法形成微小顆粒的技術(shù)[41]。微膠囊技術(shù)能夠保護(hù)精油免受外部環(huán)境的影響以提高精油的穩(wěn)定性,從而抑制精油的揮發(fā)和氧化,同時還能減少精油強烈氣味對食品感官品質(zhì)的影響[42]。杜津等[43]以明膠和阿拉伯膠為壁材,通過復(fù)凝聚法制備柚子精油微膠囊,延長了精油中活性成分發(fā)揮有效作用的時長,抑制蘋果中多酚氧化酶的活性,從而延緩其褐變。此外,DE ARAJO等[44]以麥芽糊精和明膠為壁材制備了甜橙精油微膠囊,甜橙精油的微膠囊化提高了其抗菌和抗氧化性能,說明精油微膠囊化對食品工業(yè)具有重要意義。

3.2.2 可食性膜

含精油可食性膜是指將植物精油加入可食性膜中制成的具有抗菌和抗氧化性的功能性膜,分為薄膜和涂層兩大類[45]。許多研究表明植物精油加入可食性膜能夠減緩精油中具有活性功能物質(zhì)的擴散速率,增加其與食品組織的接觸時間,提高抗菌和抗氧化作用,有效延長食品保質(zhì)期[46]。GRANDE TOVAR等[47]發(fā)現(xiàn)蕓香精油和殼聚糖制備的涂層能抑制引起番石榴炭疽病的真菌生長,研究者認(rèn)為精油和殼聚糖能以相加或協(xié)同的方式起作用,其中精油改變了病原體的結(jié)構(gòu),而殼聚糖可以作為增強劑,減少細(xì)胞壁合成,并降低目標(biāo)真菌對精油干擾的耐受力,從而導(dǎo)致其凋亡。

此外,還有研究者將生姜精油微膠囊與明膠薄膜相結(jié)合,制備了生姜精油微膠囊復(fù)合膜,發(fā)現(xiàn)生姜精油微膠囊膜抗氧化能力的減弱速度較生姜精油微膠囊慢,并能長期保持在較高水平[48]。因此,直接在膜基質(zhì)中加入微膠囊可以拓寬微膠囊的應(yīng)用范圍,增加有效成分的釋放時間。

3.2.3 納米乳液

精油納米乳液是指將精油與一定質(zhì)量比的乳化劑通過高壓均質(zhì)、微流化、超聲波以及自發(fā)乳化等方法得到的液體[49]。精油形成納米乳液后具有防止精油氧化、增加精油在水相中的溶解度、控制精油中生物活性化合物的釋放以及由于乳液表面積增加而提高精油的生物活性等功能[50]。TOPUZ等[51]探究了游離茴香精油及其納米乳液對大腸桿菌O157∶H7和單核增生李斯特菌的抑制作用,發(fā)現(xiàn)游離茴香精油對2種菌的抑制作用分別為1.48和0.47 lg CFU/mL;而在相同條件下,精油納米乳液分別使2種菌減少了2.51和1.64 lg CFU/mL,理化分析和微生物分析均表明,精油納米乳液比游離精油具有更好的長期理化穩(wěn)定性和抑菌活性。因此納米乳液與精油相結(jié)合,不僅能使精油中生物活性化合物緩慢和長時間的釋放,而且還有助于提高它們在食物系統(tǒng)中的溶解度。

4 植物精油在醬鹵肉制品中的應(yīng)用情況

植物精油種類多、來源廣,具有較強抗菌和抗氧化效果。醬鹵肉制品營養(yǎng)物質(zhì)豐富,易被微生物污染,也易發(fā)生氧化而腐敗變質(zhì),近年來關(guān)于植物精油在醬鹵肉制品保藏中的應(yīng)用研究較多,如表2所示。

4.1 植物精油對醬鹵肉制品的抗菌應(yīng)用研究

REZAEI等[52]利用蒸餾法提取唇香草精油,分別通過直接添加、制備可食用涂層溶液以及可食用薄膜3種方式應(yīng)用于醬制鰱魚片,發(fā)現(xiàn)唇香草精油中高濃度的酚類物質(zhì)能夠與細(xì)菌細(xì)胞壁的脂多糖層相互作用,從而擾亂其結(jié)構(gòu),以抑制細(xì)菌增長,并且對比游離形式精油,在不影響魚片感官品質(zhì)的前提下,使用活性涂層和薄膜更能延長魚片的保質(zhì)期。這在ALA等[53]制備的留蘭香精油/唇香草精油涂層溶液中同樣能夠證明,精油涂層溶液對醬制雞胸肉中腐敗菌以及金黃色葡萄球菌、大腸桿菌O157∶H7等致病菌具有更好抑制作用,同時還使醬制雞胸肉的貨架期延長了10 d。

魏蒙月等[54]以β-環(huán)糊精為壁材,通過包埋法制備了肉桂精油、丁香精油、肉桂-丁香復(fù)合精油微膠囊,壁材的熱阻效應(yīng)使得精油微膠囊化后熱穩(wěn)定性顯著提高,作用于醬牛肉,抑制了菌落總數(shù)增長,延長貨架期,并對感官無不良影響,甚至具有保護(hù)作用。這在李維迪[55]制備的肉桂精油復(fù)合微乳液中同樣有所體現(xiàn),對醬牛肉硬度、彈性、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性無顯著影響的同時,明顯抑制菌落總數(shù)增長,且對大腸桿菌和乳酸菌抗菌作用明顯。同樣徐若瀅等[56]將制備的八角茴香精油納米乳液也能有效抑制醬鹵鴨翅中乳酸菌的生長,并且精油濃度越大對乳酸菌的抑菌效果越好,但同時高濃度精油也會給感官帶來負(fù)面影響。

此外,還有一些研究者為了提高單一精油的抑菌效果,擴大抑菌范圍,將2種或以上精油復(fù)配后使用。例如WEI等[57]將桂皮、肉桂、茶樹和當(dāng)歸4種精油按一定比例復(fù)配后直接應(yīng)用于鹵雞,降低了鹵雞菌落總數(shù)和腐敗微生物的生長速度,延長其貨架期。同樣張依潔等[58]將生姜精油、青花椒精油、八角茴香精油和肉桂精油以一定比例等體積復(fù)配使用,顯著抑制了醬鹵鴨肉在4 ℃貯藏過程中的優(yōu)勢腐敗菌—熒光假單胞菌、產(chǎn)氣腸桿菌、表皮葡萄球菌和藤黃微球菌的生長。

4.2 植物精油對醬鹵肉制品的抗氧化應(yīng)用研究

RIMINI等[59]將百里香精油和柑橘精油以1∶1的比例混合后應(yīng)用于醬制雞肉,由于百里香精油具有非常高的自由基清除能力,而且柑橘精油中大量的酚酸和類黃酮等酚類物質(zhì)是重要的天然抗氧化劑,所以能很好地抑制雞肉脂質(zhì)氧化,且不會對肉質(zhì)特性產(chǎn)生負(fù)面影響。同樣張依潔等[60]將0.05 g/kg丁香精油和0.1 g/kg青花椒精油分別應(yīng)用于鹵制鴨肉中,發(fā)現(xiàn)精油在抑制鹵鴨肉揮發(fā)性鹽基氮(total volatile base nitrogen, TVB-N)值增長的同時,對其質(zhì)構(gòu)特性、風(fēng)味特征也無明顯影響。然而精油不穩(wěn)定、易揮發(fā),所以許多研究將精油與可食性膜等活性包裝結(jié)合使用。如WANG等[61]將杏仁精油加入殼聚糖薄膜并應(yīng)用于醬牛肉,添加1%杏仁精油的薄膜在醬牛肉表面形成隔氧層,抑制過氧化值(peroxide value, PV)和硫代巴比妥酸 (thiobarbituric acid, TBA)值的增長,并且味道、顏色、質(zhì)地等感官屬性也得以改善。郗澤文等[62]以海藻酸鈉為成膜劑制備檸檬精油粗乳液和納米乳液可食用涂膜液,并分別應(yīng)用于鹵鴨脖中,發(fā)現(xiàn)由于海藻酸鈉涂膜能很好地阻礙氧氣滲透,并且精油乳化后能提高其抗氧化性,所以精油乳液處理顯著降低了硫代巴比妥酸反應(yīng)物 (thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)值,并使貨架期延長了4 d。

5 存在問題和展望

本文探討了植物精油對醬鹵肉制品保藏過程中的影響,得出了精油具有延緩微生物生長、控制氧化進(jìn)程以及延長貨架期等功能。但是目前植物精油在醬鹵肉制品保藏應(yīng)用過程中存在的問題日益凸顯。①植物精油構(gòu)成復(fù)雜,大多數(shù)用于研究的精油是粗提取物,其中的有效成分仍不清楚,并且對于單體成分的應(yīng)用機理研究較少;另外,植物精油的抑菌機理尚未完全明確,并且研究也不夠全面。②同等濃度情況下,植物精油的生物活性低于化學(xué)保鮮劑,并且食品基質(zhì)組分比較復(fù)雜,可能會降低精油的有效性,因此要想達(dá)到相同的保藏效果,添加到食品中的精油濃度需更高,而一旦大于常規(guī)調(diào)味的量或濃度,則可能存在安全問題,同時對產(chǎn)品的感官、品質(zhì)等產(chǎn)生不良影響。③在一些研究中仍然觀察到可食性膜、微膠囊等食品包裝技術(shù)對精油的不利影響;并且有關(guān)不同食品體系與這些包裝技術(shù)所涉及材料的相互作用,以及所導(dǎo)致的過敏反應(yīng)等研究相對較少;此外,缺乏毒理學(xué)研究或分析來調(diào)查包裝材料攝入后在基因水平上的影響,有關(guān)生物安全方面的數(shù)據(jù)非常匱乏。④雖然許多精油被列為一般認(rèn)為安全(generally recognized as safe, GRAS)化合物,但仍有研究表明一些精油成分可能會引起刺激或毒性,并且缺乏具體的法規(guī)來規(guī)范其使用。⑤目前大多數(shù)將精油應(yīng)用于食品中的研究還停留在實驗室階段,尚未建立商業(yè)規(guī)模。

針對以上問題,今后關(guān)于植物精油的研究方向有:①進(jìn)一步對植物精油中的活性成分進(jìn)行分離、鑒定及表征,更深層次地探究精油的抑菌機理;②進(jìn)一步研究精油成分與食品成分之間、精油與精油之間、精油與其他天然食品添加劑或其他柵欄技術(shù)之間的協(xié)同作用,使得精油既能夠在較低濃度下達(dá)到更好的保藏效果,又能最大化降低精油給食品感官屬性帶來的負(fù)面影響;③進(jìn)一步探究在不影響精油功能性的前提下,能提高其穩(wěn)定性的包裝技術(shù);多尋求精油的有效劑量與精油在食品系統(tǒng)中使用時可能產(chǎn)生的風(fēng)險之間的平衡;迫切需要研究這些包裝材料如何在體內(nèi)轉(zhuǎn)化和降解,以及所得降解產(chǎn)物是否對人體有害;④進(jìn)一步對精油的安全劑量、功效、以及應(yīng)用于特定產(chǎn)品或人群時的急性慢性毒性進(jìn)行評估,規(guī)范精油的使用和最大允許限度;⑤多從商業(yè)化角度看待中試規(guī)模的研究,促進(jìn)精油在食品應(yīng)用中的工業(yè)化。