水溶胶作为食品抗菌剂的潜在应用

张雪，左希敏，刘涛

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

近年来，随着生活质量的提高，人们对于一些合成防腐剂的安全性提出了质疑[1]。因此不断呼吁生产更安全的粮食作物和开发新的抗菌剂，在这种情况下，天然产品如水溶胶就更受到研究者的青睐。近年来，尤其是在食品工业领域，食品水溶胶的研究和应用得到了迅猛的发展[2]。水溶胶(水合物或芳香水)是植物提取为获得精油进行蒸汽蒸馏所得的次级产物。20世纪早期就发现芳香植物在蒸馏期间，水中少量精油成分有损失[3]。水溶胶是一种相对复杂的含有少量精油和几种水溶性成分的混合物。几个世纪以来，许多地方早已使用香料和草药来增加食物的风味和香味[4]。在古代人们也认识到使用香料和草药来保存食物和提高药用价值的重要性。与精油相比，水溶胶生产简单且廉价，并且对人体健康几乎没有毒性。虽然其抗菌活性已有报道，但现有资料仍然有限[5]。本文旨在报道水溶胶的抗菌活性、安全性，以及水溶胶应用的新的潜在领域。

1 水溶胶及抗菌和抗真菌活性

1.1 水溶胶

水溶胶是在芳香植物提取精油的过程中产生的，具体而言，它们由蒸馏过程的冷凝水与能产生气味的亲水性挥发性油组分形成氢键构成，具有极性和氧化性。它们是少量精油(通常小于1 g/L)和挥发性水溶性次生代谢产物的混合物[6]。水溶胶必须储存在无菌容器中，密封并存放在阴凉处，可以保存1年甚至更久。但是在其储存期间，水溶胶的香气和成分可能发生变化，例如草味的丢失或者主要香料的变化[7]。实际上，水合物的保存期限取决于它们的化学组成和所含化合物的内在抗菌活性，当然也有可能存在包装操作期间的污染。在蒸馏后期，部分获得的水溶胶的气味和化学组成有所不同，这是由于它们含有低沸点和高沸点的萜类化合物。此外，水溶胶的芳香性可能与单纯的精油有显著不同，因为它们缺乏疏水性和水不溶性类异戊二烯化合物(烃类)[8]。长期以来，在科学界，水溶胶被定义为蒸汽蒸馏的废物，直到最近，许多研究者重新关注它们，并且研究其抗菌活性。

1.2 水溶胶的抗菌和抗氧化活性

精油的化学成分较为复杂，一种植物精油往往含有十多种甚至上百种化学成分[9]。精油主要是由萜类、芳香族类、脂肪族类等化合物组成的混合物，生物活性取决于它们的官能团。在某些情况下水溶胶的主要成分和次要成分与精油相同(尽管数量不同)，这就是水合物具有抗菌活性的主要原因。

了解水溶胶的化学结构对于了解其生物活性和特定的应用至关重要。例如，香芹酚和百里酚等酚类化合物被认为是强抗菌剂[10]。它们是疏水性分子，主要破坏细菌的外膜，诱导脂多糖的释放。它们也与脂质双分子层相互作用从而影响细胞质膜的结构和功能[11]。特别是香芹酚干扰自身的脂肪酸链，导致膨胀和膜结构的不稳定性，增加其流动性和渗透性，从而导致细胞内物质泄漏。与香芹酚接触后，菌体的细胞膜和细胞壁被破坏，并引起细胞膜通透性和菌体形态的改变[12]。另外，香芹酚还通过减少ATP的生成和增加ATP的水解来降低细菌的活性，以上都是抗菌作用的机理。此外，另一种水溶胶化合物——醇，由于疏水性的作用也可显示出抗菌作用。这种特性主要表现在它会积累在细胞膜中，损害细胞的完整性从而导致细胞内物质的释放。研究表明酚类化合物如百里酚、丁香酚和香芹酮、肉桂醛也表现出强烈的抗真菌活性。

氧化也是食品变腐的一个原因，因此能够抑制食品氧化的物质在食品工业中备受追捧。如今，在天然添加剂替代合成产品的应用中，植物的抗氧化特性变得非常有价值。虽然关于水溶胶所产生的抗氧化活性的研究很少，但却获得了很好的结果。例如，椰子和槟榔水合物可以有效地清除DPPH和ABTS自由基，表现出强的抗氧化活性。而来自椰子花的水溶胶总酚含量最高，因此槟榔花中的水溶胶显示出更强的DPPH清除活性[13]。

2 水溶胶的应用及安全性

2.1 水溶胶的应用

在世界各地，水溶胶是食物和饮料的调味品。此外，由于水溶胶的抗菌、防腐、抗氧化特性，它们还被用于治疗霉菌。除了传统的用途外，研究者正在开发它们作为替代物的用途，尤其是它们的性质与精油相似，所以它们的这一特性在医疗中有很大的潜力。比如近年来发现大蒜头内含有挥发性大蒜素(大蒜精油)，是一种植物性广谱抗生素，将大蒜头放入口内咀嚼5 min，口腔中的细菌可全部被消灭[14]。另外，鼠尾草茶-百里香-薄荷水溶胶口腔清洗剂在治疗口腔粘膜炎方面显示出很好的效果；同时一些伊朗研究人员研究使用核桃酸水解物控制Ⅰ型糖尿病患者的血糖。但是考虑到有些精油可能会产生一些副作用，所以可考虑采用含有低精油浓度的水溶胶作为替代物。

2.2 水溶胶的安全性

水溶胶不具有许多单纯精油的副作用：它们通常没有强烈的气味，不会导致头痛，也不会导致接触刺激，此外，它们通常可以被施用于皮肤或摄入(在合适的浓度内)。在伊朗的营养文化中，水溶胶与甜味剂如糖或蜂蜜一起使用，可作为天然可口的饮料[15]。但是一些研究者认为，尽管这些化合物在传统药物和芳香疗法中已经使用了很长一段时间，但应注意在动物系统中水溶胶的应用安全性[16]。虽然许多文章中提到了在食品和化妆品领域中使用肉桂提取物或其组分(肉桂醛、丁香酚和肉桂酸)，但这并不完全可取，相反有限剂量则是被推荐使用的(国家补充和整合健康中心，2016年)。因为肉桂醛能够消耗谷胱甘肽，所以肝病患者在服用扑热息痛时不建议摄入肉桂皮油。最后，肉桂醛和肉桂酸是细胞膜的刺激物，如果大量摄入会造成接触性皮炎、口腔炎、牙龈炎、舌炎、疼痛、红斑、水疱性溃疡、脱屑和色素沉着[17]。虽然水溶胶在食品中作为抗菌剂并没有相应的法律规定，但是根据例如2008年12月16日关于调味品的欧盟条例第1334/2008号(第3条第2款)规定，它们被视为“调味品”。在这种情况下，水溶胶已经被用于食品配方中。根据第4条的规定，应符合下列条件：①根据现有科学证据证明它们不会对消费者的健康构成威胁；②它们的使用不会误导消费者。根据第9条规定，除食物以外的蔬菜、动物或微生物来源的材料所含的调味剂应由欧盟委员会进行评估和批准。但是，从食品材料中获得的水溶胶，只要符合第4条，则不需要评估和批准(第8条)。

3 结论及展望

上面报道的数据描述了水溶胶的潜在用途以及它们在不同的应用领域中可能发挥的作用。由于其广泛的抗菌以及抗氧化活性，水溶胶在食品中的应用可能很快被实现，特别是控制致病和腐败微生物的生长，还能延缓氧化，因此可以延长食品的保质期。水溶胶目前已经成功地用于控制水果和蔬菜的腐烂，或者阻碍病原体生长。

在食品工业发展中，寻求安全、高效的天然食品防腐剂已成为今后的研究方向。而水溶胶符合食品工业中作为天然抗菌剂的要求，也可用作工具、机器和表面的消毒。事实上，与精油不同的是表面的水溶胶可以很容易被冲洗掉，所以没有持久的强烈气味。此外，水溶胶可在工作工具和表面形成生物膜，起到保护的作用。新的潜在应用方面，水溶胶可以与其他分子协同使用，作为包装成分，抗微生物或抗氧化包装，从而能够延长食品的保存期限，并且不会对产品的特性产生重大影响，而且还能保持产品质量。由于水溶胶是精油纯化过程中的副产物，迄今为止几乎没有工业应用，因此将其运用到工业中会产生额外的价值。目前仍需要进一步的研究来评估这些提取物在工业规模上的成本和功效。此外，尽管有大量的科学论文和各种建议是关于其实际应用的，但是最重要的还是要进行更多的原位研究，来确认在体外能获得良好结果，以及进行体内实验来完善关于毒理学方面的研究。最后，还需要调查环境中水溶胶的稳定性。