植物精油在肉制品中的抑菌应用研究进展

张鹏禹，任小云，肖作兵，王一非，*

（1.上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海 201418；2.南京师范大学金陵女子学院食品科学与营养系，江苏 南京 210097）

近年来植物精油作为一种新型的冷杀菌技术，在低浓度时就对大多数的食品腐败菌和致病菌如Listeria monocytogenes，Salmonella typhimurium，Escherichia coli O157：H7，Higella dysenteria 和Bacillus cereus 等都具有抑制作用[1]，同时可以有效地克服当前抑菌保鲜技术的一些弊端。随着研究的深入，各类精油作天然的抗菌剂，以直接接触和熏蒸的方式应用到各个领域。在欧洲，精油广泛地应用于食品、香水和药品。在食品应用中，不同的植物精油有不同的应用范围，根据食品的种类选择合适的精油可以有效地消除其带来的不良感官效果。果香型精油和香辛料精油是两类使用范围最广的植物精油，在肉制品防腐保鲜方面有非常好的效果。

1 植物精油在肉制品中的应用

1.1 果香型精油

海产品的保质期比较短，一般平均为3 d。若能将海产品保质期延长，就能够被运输到更远的地方。柑橘属精油中含有的柠檬醛和芳樟醇成分具有很强的抑菌作用。有报道称在20 ℃时，柠檬醛和芳樟醇可以有效地抑制鲤鱼体表、鳃和肠道上的菌群长达48 h[2]。浓度为2%（体积分数）的芳樟醇对从皮肤上分离出的细菌更有效，对Acinetobacter spp.，Enterobacteriaceae spp.，Moraxella spp.和Vibrionaceae spp.的抑菌圈直径分别是8、2、5、8.3 mm。Mahmoud 发现当柠檬醛的浓度为1%和2%时，对鲤鱼皮肤、腮和肠道上的大多数细菌都有抑制作用。另外也有试验是在牛肉丸上研究浓度为5%（质量分数）的柑橘和柠檬提取物干粉的抗菌效果，结果发现两者的抑菌有效时间可以达到12 d 以上，抑菌浓度的检测值限制在1.69 log cfu/g 以下[3]。Fernandez-Lopez 等[4]在腐败菌潜伏期末期测试牛肉丸的酸败程度，结果表明产品上采用柠檬提取物作抑菌剂比柑橘提取物更容易发生酸败。

1.2 香辛料精油

香辛料具有芳香味和辛辣味，是肉制品加工中的重要辅助材料。香辛料不仅使肉制品增香去腥，赋予其特定的色香风味，有些还具有防腐抑菌等作用。常见的香辛料有肉桂、丁香、大蒜、胡椒、辣椒、生姜、八角茴香等。Ponce 等[5]在体外和体内分别研究了增添有植物提取物的可食性薄膜的抗氧化性和抗菌性，其中就包括辣椒、大蒜、洋葱等香辛料植物。得出的结论是一般含1%不同油性树脂的成膜溶液对Listeria monocytogenes 等微生物有抗性，并且当成膜溶液富含油性树脂时将失去或不影响其降低过氧化酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性的能力。Gómez-Estaca 等[6]测试了茴香、丁香、百里香等精油对包括一些重要的食物致病菌和腐败菌在内的18 种细菌的抗菌能力，得出其中丁香精油表现出较高的抑菌作用。他们通过在鱼的榨取物中进行试验来鉴定这些精油作为食物防腐剂的有效性，并得出丁香和百里香精油最有效。另外Atarés等[7]对酪蛋白酸钠—肉桂、生姜精油可食用性薄膜的特性进行了研究，通过光谱光度测定方法发现肉桂精油是一种非常强的抗氧化剂，而且肉桂精油对薄膜的光学性质影响很大。在应用中，人们往往要根据产品的口味、香气选择风味相协调的香辛料或其提取制品。

2 提高精油抑菌效果的手段

早在1949 年Piacentini 就发现柑橘精油具有抑菌作用。据报道称作为消毒剂，柑橘精油在水溶液中的消毒作用比苯酚效果更好。接着Subba、Southmithri 和Suryanarayana 有研究表明在营养琼脂上，2 000 mg/kg的柑橘和柠檬精油可以有效地抑制4×105cells/mL 的枯草芽孢杆菌孢子。2 000 mg/kg 的柑橘精油可以完全抑制106cells/mL 的粪链球菌（现分类为粪肠球菌）和植物乳杆菌，而柠檬精油也可以达到99.9%的抑制程度。后来Deans 和Ritchie 有报道称柑橘精油的抑菌作用不仅仅针对酵母、霉菌和芽孢类细菌，也可以抑制引起食物中毒的细菌。但目前采用植物精油抑菌也存在一些弊端，据记载部分精油考虑到安全性不能直接应用到食品中，还有部分精油的成本较高或是对产品的风味产生不良影响，其应用也受到了限制，因此需进一步深入研究提高精油抑菌效果的手段[8]。

2.1 微乳液技术

一般情况下与普通乳状液和胶团溶液相比，将两种互不相溶的液体在表面活性剂和助表面活性剂的作用下形成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或者半透明、粒径在1 nm～100 nm 之间的O/W 型或W/O 型的分散体系称为微乳液[9]。从1943 年Hoar 和Schulman 首次报道微乳液以来，微乳理论和应用方面的研究获得了迅速的发展。将植物精油制备成微乳体系其抗菌活性会显著增强。有研究表明含较低精油浓度的保鲜剂能显著的抑制青霉菌和酸腐菌的孢子萌发和芽管伸长，对柑橘贮藏过程中的病原菌具有良好的抑制作用，可明显提高柑橘贮藏过程中的好果率[10]。另外精油是油状物，将其制成微乳剂型后可有效地应用到一些水溶性食品体系中，扩大了在食品中的防腐保鲜范围。

2.2 微胶囊技术

微胶囊技术是利用天然或合成高分子成膜材料把分散的固体、液体或气体包覆而形成微小粒子的技术，得到的微小粒子就是微胶囊[9]。食品中的某些成分可能会使精油中许多加入的或本身含有的抗菌成分失效，与纯精油相比微胶囊的优势在于形成微胶囊时，芯材被包覆而与外界环境隔离，它的性质被毫无影响的保留下来，在适当的条件下，壁材被破坏后又能将含有效成分的芯材释放出来，方便了在食品中的应用。另外微胶囊中的芯材被保护，降低了其挥发性和毒性。因此植物精油的微胶囊体系通过控制芯材的可持续释放作用，抗菌活性相当高，比多数化学防腐剂的安全性高，在食品中有很大的应用潜能。现有试验正在探究与纯精油相比，在相同浓度下肉桂、丁香和大蒜精油微乳液的抑菌效果。肉桂精油具有很好的抑菌效果，但由于其易挥发限制了在食品中的应用，但可通过微胶囊化来防止其不良挥发。也有研究证明采用改进的液中硬化被覆法将山葵提取物做成微胶囊剂型，将其加入并制成抗氧化性的塑料薄膜能调节精油的挥发，可用于猪肉和鱼肉的保鲜并延长其货架期[11]。

2.3 两种以上的精油进行组合

一般情况下精油的浓度越高，其抗菌活性就越好，但高浓度会产生令人不愉快的风味。之前有报道称生菜叶上百里香和柠檬香脂的最低抑菌浓度分别为500 μg/g 和1 000 μg/g，但在这两种浓度下样品上有强烈的化学气味[10]。在这个领域内有大量的研究关于优化精油组合，即在达到同等抑菌效果的基础上，寻找浓度较低的精油组合以消除对食品感官的影响。两种以上精油相混合一般具有协同抑菌作用，混合使用的总浓度低于各精油单独使用浓度总和，因此可有效地消除对产品感官产生的不良影响。有研究表明针对李斯特菌，组合精油具有更多相加性的协同效应；对于L.monocytogenes，牛至与百里香或柠檬香脂组合，协同效应更好。百里香和柠檬香脂组合对L.innocua 有更大的抗菌活性。只有百里香和牛至组合对腐败微生物的抗菌活性有影响。一般精油的相互组合没有出现相减作用[11]。

2.4 与其他抑菌防腐技术配合使用

当前的食品保鲜和货架寿命延长技术主要包括化学防腐剂、热加工、气调保鲜包装（MAP）、真空包装（VP）和制冷等。在实际的食品应用中，大多数情况下会将若干种防腐技术混合使用，可到达更好的抑菌效果。因为根据食品内不同栅栏因子的协同作用或交互效应，使食品微生物达到更稳定的防腐稳定性。真空包装[12]、MAP 技术[13-14]、乳链菌肽[15]、热处理[16]等技术均能有效的提高植物精油的抑菌活性。植物精油可以与热处理、低温保藏、气调保鲜以及真空包装等技术联合应用于食品的抑菌防腐，不仅提高了各防腐技术的抑菌效果，也降低了防腐保鲜的成本。有研究表明牛至精油结合真空包装处理增强了对S.typhimurium 的抗性[17]。

3 植物精油的抑菌机制

目前还没有完全弄清楚精油的抗菌作用机制，但Holley 等提出了不少可能的机理[14]。可以肯定的是微生物经精油作用后发生了一些明显的形态学变化：E.coli 和S.typhimurium 经香芹酚和百里香酚作用后[18]，出现外膜分解、细胞壁大幅度增厚或分解的现象，而L.monocytogenes 经过百里香精油处理后，则表面的粗糙度增加，细胞质减少[19]。分别用肉桂和牛至精油处理大肠杆菌O157：H7 菌株和L.monocytogenes 时也观察到了类似的现象[20]。

香芹酚能够增加细胞膜的流动性，使细胞内的质子和钾离子外排，最终破坏了膜电位的平衡，抑制ATP的合成[21-22]。这也证明了茶树精油能够抑制Staphylococcus aureus，该抑制作用通过影响细胞壁并引起大小为260 nm 的细胞核内物质、钾离子减少和其耐盐性下降来实现。有研究表明精油内有类似间体结构的物质存在，可抑制葡萄糖呼吸作用[23]。萜烯能破坏和渗透细菌细胞壁中的脂质结构，导致蛋白质变性和细胞膜的损坏，并导致细胞质渗漏，细胞溶解，最终使得细胞死亡。茶树精油的浓度越大，在S.aureus 中损失的钾离子量就越多。细胞膜的破裂会导致pH 值的下降，这意味着某些细胞活动例如DNA 转录、蛋白质合成和酶活力将失去控制。精油不仅仅通过渗透作用进入细胞膜而且也能够透过线粒体膜，导致细胞器和相同离子泄漏过程中的渗透率更大[24]。

柠檬味的桉树油的主要成分是香茅，具有生物除草剂的性能，可以影响抗阔叶杂草的光合作用[25]，这意味着精油不仅作用于细胞壁，在新陈代谢系统上的影响或许远超过目前的记载。因此需要进一步研究精油引起细胞死亡的机制，从而为今后能将精油更有效的应用在食品和临床领域中做好铺垫。

据资料显示革兰氏阳性细菌比革兰阴性菌对精油更敏感，曾有人认为，可能是相对不渗透性的外膜起到了保护作用的缘故[26]。尽管这一解释被普遍认同，但是也有研究认为只是因为革兰阴性菌生长的时间有些延迟。因此在相当长的一段时间内，一致认为精油对革兰阴性菌和革兰氏阳性菌具有相同的抑菌效果[27]。这种微小的差异在柑橘精油的非食品体外试验中可以观察到[28]。

薄荷及其成分薄荷醇具有抗质粒作用，虽然这不能成为破坏细胞的机理，但确实有破坏细胞的作用。抗质粒作用指外源DNA 序列不可能通过R 质粒进入致病菌共存，若能与致病菌DNA 并存的话会产生耐抗生素（耐精油）的菌株出现[29]。

4 展望

当前我国肉类加工业中由微生物污染而引起的肉制品腐败问题严重，急需寻找高效、稳定以及廉价的防腐剂或防腐手段。植物精油作为一种天然的抗菌剂，有较好的抑菌效果，另外通过组合或与其他抗菌手段联合使用等方法，可以优化其在食品中的应用。如何更进一步的提高精油的抑菌效果会继续成为研究的热点。

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