牛至精油在食品保鲜中的应用

张瑞，刘婷，吴建平,2*,梁婷玉，柏妍

1(甘肃农业大学 动物科学技术学院，甘肃 兰州，730070) 2(甘肃省农业科学院，甘肃 兰州，730030)

随着生活水平的提高，人们对膳食品质的要求也越来越高。自然界中，很多食品营养丰富，对人类的身体健康十分有益，但是，在其生产、加工、运输、储存及销售过程中，很容易受到微生物的入侵而发生酸化腐败，不仅损坏了食品自身的营养价值，而且给消费者造成了安全威胁。因此，如何安全、有效地减少因腐败导致的资源浪费以及延长食品的贮存期成了食品界研究的热点。合成保鲜剂曾一度成为食品制造商的宠儿，但随着合成保鲜剂引起的食品安全问题的出现，消费者开始质疑其安全性[1]。从食品安全和绿色环保角度出发，天然保鲜剂被广泛应用于食品保鲜中。

1 牛至精油的特性

牛至，又名止痢草，土香薰，小叶薄荷等，为唇形科牛至属，是一种常见的野生植物，可长到90 cm高，茎直立、多毛，叶片暗绿色、卵形，在分枝顶端簇生粉色花朵，有浓郁香味[2]。根据《药用植物辞典》的记载，牛至共有8种类型，分布于世界各地。我国只有一个牛至品种，主要分布在西北、华北及长江以南地区[3]。牛至被认为是中草药的一种，具有清热解表、顺气祛湿、利尿消肿等作用，常被用于预防感冒，中暑，腹泻等[4]。此外，牛至也作为香料调味品在欧洲广泛使用[3]。根据美国农业部报道，牛至共含有50多种化合物。牛至精油是从牛至中提取的淡黄色液体，可从牛至花中提取，也可在牛至草中提取。从牛至花中提取的精油含有30种化合物，占牛至成分总量的96%，从牛至草中提取的精油含有21种化合物，占总量的94%。但两者的主要成分相同，均为香荆芥酚和百里香酚(麝香草酚)[5]。牛至因其生长地域、收获时间的不同而提取的牛至精油的成分和含量也有所差异[6]。

2 牛至精油的作用机制

2.1 牛至精油的抗菌作用

牛至精油中酚类和萜烯类物质是主要的抗菌成分，其中香荆芥酚和百里香酚的含量和比例是评价牛至精油抗菌效果的主要指标。根据MELLENCAMP[7]的报道，牛至精油中香荆芥酚的含量为55%～85%，百里香酚为5%～10%。此外，γ-萜品烯和β-异丙甲苯作为合成香荆芥酚和百里香酚的前体物质，也有较高的抑菌活性[8]。牛至精油的抗菌机制为：(1)通过破坏细菌细胞壁和细胞膜来达到抑菌效果。牛至精油具有高度疏水性和脂溶性，可以造成细胞壁松弛，细胞膜通透性增大，胞内物质外流，使细菌失去保护而失活。(2)阻止细菌蛋白质的合成。牛至精油中的酚类物质可以使细胞膜中的蛋白质变性，也可以通过磷脂反应阻止蛋白质的合成以减少细菌的繁衍生殖。(3)酚类和萜烯类物质还会抑制菌体核酸的自我复制、合成过程，导致微生物无法生长[3,9]。

2.2 牛至精油的抗氧化作用

牛至精油中起抗氧化作用的主要是酚酸类和萜类物质。酚酸类物质苯环上的酚羟基是抗氧化活性基团，萜类易发生加成反应。牛至精油的抗氧化机制为：(1)终止链式反应。酚酸类物质上的酚羟基释放氢离子，与自由基结合生成稳定的化合物，同时，自身通过脱氢反应产生比较稳定的化合物来终止链式反应。(2)通过加成反应保持膜的完整性。萜类是一种具有异戊二烯骨架的化合物，含有丰富的烯键，化学性质活泼，易发生加成反应，保护细细胞膜的完整性[3,9]。

3 牛至精油在食品保鲜中的应用

3.1 牛至精油在果蔬保鲜中的应用

果蔬富含营养物质，尤其是维生素含量很高，深受消费者的喜爱。但是，果蔬体内水分含量也高，极易引起细菌的繁衍生殖。此外，在运输与加工过程中，轻微的碰撞也会引起果蔬表面的破损，使得营养物质外流，加快微生物的生长，严重破坏其营养价值。牛至精油在果蔬保鲜中的保鲜方法为：第一，将牛至精油直接涂抹于果蔬表面，阻断果蔬体内物质与外界的交流。第二，使用以牛至精油制成的保鲜材料包装果蔬，延长货架期。近年来，国内外对牛至精油在果蔬保鲜中的应用研究甚多，并取得了一定成效。萨仁高娃[10-12]等运用可食性涂膜分别在鲜切哈密瓜和苹果上证明了牛至精油对病原菌单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及鼠伤寒沙门氏菌的抑菌效果，这一研究为牛至精油在果蔬保鲜中的进一步应用奠定了理论基础。王建清[13]将牛至精油、β-环糊精和壳聚糖的复配溶液涂抹瓦楞纸箱用于草莓保鲜，结果显示，与对照组相比，牛至精油显著降低了草莓的腐烂率。林晓雨等[14]用牛至精油制作保鲜纸贮存鲜杏，结果表明，牛至精油可达到长期贮存果蔬的效果，但出现的问题是高浓度的牛至精油对鲜杏的香味有一定的影响。KWON等[15]用含有牛至精油的聚乙烯醇膜包装圣女果，结果表明，牛至精油对病原菌和腐败菌都有明显的抑菌作用，延长了圣女果的贮存时间，且在贮存期间，圣女果的理化特性没有发生明显变化。ELSHAFIE等[16]研究表明，牛至精油可以替代合成杀菌剂用于防止果蔬采摘后的酸败腐化，保证果蔬的品质不被破坏。

3.2 牛至精油在肉制品保鲜中的应用

肉类制品富含脂肪和蛋白质，是人体健康成长所需的饮食结构中极为重要的一部分。但在生产与存贮过程中，丰富的脂肪和蛋白质极易发生氧化分解而引起酸败现象，同时，也可滋长微生物的繁衍。因此，采取安全、有效的措施控制肉制品中细菌和酶的生长，防止其变质，延长货架期显得尤为重要。近年来，牛至精油在肉制品保鲜中的研究国外已有大量报道，但是，国内研究不是很多。

3.2.1 单一使用牛至精油在肉制品保鲜中的应用

单一使用牛至精油用于食品保鲜可分为两个途径：第一，将牛至精油作为饲料添加剂饲喂动物，屠宰后研究肉品质。一部分研究者发现牛至精油可以改善肉质，延长货架期，而有些学者发现牛至精油并没有影响肉品质，对货架期也没有作用。郑宗林等[17]在红罗非鱼饲料中添加不同水平的牛至精油，经过20周的饲喂试验发现，与对照组相比，高水平的牛至精油组的货架期延长到了18 d。但是，SIMITZIS[18]在猪日粮中添加不同水平的牛至精油发现，牛至精油对肉品质没有产生影响，且对脂质氧化速度也没有抑制作用。第二，制作牛至精油可食性涂膜或将肉制品在牛至精油溶液中浸泡可达到延长货架期的目的。ÜNAL等[19]在绞碎的牛肉中分别添加2%的牛至、鼠尾草和迷迭香精油，于-4 ℃储藏10 d，结果表明，3种精油均降低了牛肉的脂质氧化速度，延长了货架期，但牛至精油表现出了最高的抗氧化活性。

3.2.2 牛至精油结合其他保鲜技术在肉制品保鲜中的应用

虽然单一使用牛至精油在肉制品保鲜中有一定的保鲜效果。但是，研究者发现，牛至精油结合其他保鲜剂以及包装技术可增强保鲜效果，同时，随着牛至精油浓度的升高，抑菌效果也在不断增强，但会产生强烈的刺激性气味，影响肉制品本身的香味。PETROU等[20]分别用牛至精油、壳聚糖以及复配溶液结合气调包装处理鸡胸肉，结果表明，牛至精油、壳聚糖以及两者的复配溶液均能抑制微生物的生长，延长货架期，但是，单独使用牛至精油和壳聚糖使货架期延长了6 d，而二者的复配溶液则使货架期延长了14 d。GIATRAKOU等[21]用牛至精油、气调包装(5% O2/50% CO2/45%N2)、4 ℃常温储藏以及0℃冷冻储藏地中海剑鱼鱼片，结果表明，4 ℃常温储藏时，剑鱼鱼片货架期为5～6 d，牛至精油组为10～11 d，气调包装组为13 d，牛至精油和气调包装结合组为14 d，这表明牛至精油结合气调包装可显著延长货架期。顾仁勇[22]对冷却猪肉进行植物精油浸泡试验，结果表明，植物精油的有效组合抑制了猪肉微生物的生长，降低了挥发性盐基氮含量，保持了肉质，延长了货架期。同时发现，0.9%牛至精油+0.9%丁香精油+0.9%山苍子精油+0.9%肉桂精油+0.9%连翘精油的保鲜效果最好，使猪肉的货架期延长到18 d。KARABAGIAS等[23]用牛至精油、百里香酚结合气调包装研究在4℃储藏条件下对新鲜羊肉货架期的影响，结果发现，3 g/L的牛至精油和百里香酚精油对羊肉产生了强烈的刺激性气味。

3.3 牛至精油在鲜蛋保鲜中的应用

微生物、贮存环境和鲜蛋本身三者的相互作用引起了鲜蛋变质。一方面，鲜蛋产后表面微生物繁多，同时，在贮存过程中，鲜蛋内丰富的营养物质也可以加快微生物的繁衍生殖。另一方面，鲜蛋贮存环境的温度和湿度与鲜蛋变质紧密相关，温度越高，湿度越大，鲜蛋越容易变质。因此，蛋产后如不及时进行保鲜处理，鲜蛋容易发生腐败。目前，很多国家都采用涂抹技术对鲜蛋进行保鲜。保鲜原理为：将保鲜剂涂膜涂在蛋壳表面，封闭蛋壳上数以万计的微小气孔，防止蛋壳内外物质的交换，也可阻止微生物的入侵，起到保鲜效果。我国主要采用植物精油涂膜进行保鲜。杨秀娟等[24]采用牛至精油、丁香精油、肉桂精油、香薷精油及其复配后的混合精油对新鲜鸡蛋进行涂抹，在温度30 ℃、相对湿度70%的条件下贮存20 d，经过分析各项感官指标和内部指标的变化，结果证明牛至精油的保鲜效果最好。谢晶等[25]采用牛至精油、丁香精油、大蒜精油和生姜精油分别制成复配液对新鲜鸡蛋进行涂抹，35 d后通过分析其理化特性，结果证明牛至精油和丁香精油的保鲜效果最好，好蛋率为100%。

3.4 牛至精油在奶酪保鲜中的应用

奶酪俗称奶豆腐，又称“干酪”，是通过凝乳酶或其他适宜的促凝剂使牛奶浓缩发酵而成的乳制品，一般来说，1 kg奶酪制品需要10 kg牛奶浓缩而成。奶酪以水分含量为标准可分为硬质奶酪、半硬质奶酪和软质奶酪[26]。奶酪富含脂肪、蛋白质、矿物质和维生素，深受欧美消费者和我国少数名族的青睐[27]。奶酪制作多集中在夏季，且工艺相对比较复杂，冷藏条件下，鲜奶酪的保质期仅为1周，因此研究延长奶酪贮存期的技术是满足消费者需求的最佳途径。奶酪含水量较高，其表面水分蒸发引起的霉菌和青霉菌是其变质的主要原因[28]，即使在低温贮存条件下，细菌繁衍也比较快。奶酪变质使其原有的商业价值和营养价值大跌，给生产者和消费者造成了巨大损失。目前奶酪保鲜主要采用匹马菌素作为抗菌剂，但匹马菌素作为合成类抗生素，安全性深受消费者的担忧。因此，寻求绿色、天然的植物保鲜剂是奶酪保鲜领域亟待解决的问题。美国瓦伦西亚理工大学的研究人员研制出一种可用于软质奶酪外面的涂膜，这种涂膜以牛至精油为主要原料，不仅可以抑制真菌的生长，还可以食用[29]。GURDIAN等[30]将牛至精油复配乳清分离蛋白可食性膜涂在白奶酪表面，发现涂膜降低了脂质氧化速度并阻止了酵母和霉菌的生长。这一结果证明了牛至精油在奶酪冷冻存储期间的抗氧化和抗微生物性能。

4 牛至精油在食品保鲜中的问题

单一使用牛至精油虽然可以起到一定的抑菌、抗氧化作用，但是没有牛至精油与其他溶液复配时的效果明显，因此，可以考虑将牛至精油与其他天然保鲜剂复配使用，例如，壳聚糖、茶多酚、乳酸链球菌素、丁香油等。同时，高浓度的牛至精油会对食品产生强烈的刺激性气味，破坏食品的感官品质，因此采取低浓度的牛至精油与其他天然保鲜剂复配可达到高浓度时的抑菌效果。近年来，牛至精油胶囊包埋技术也不断应用于食品行业，以减少牛至精油对食品感官品质的破坏[31]。此外，牛至精油还可以结合其他包装技术以提高保鲜效果，例如，真空包装、气调包装等，大量的实验结果表明，牛至精油结合气调包装可以大大延长食品的货架期。

5 总结与展望

近年来，牛至精油在食品保鲜中的研究应用较多，尤其是在果蔬保鲜中，国内外的研究已相当成熟。但是在肉制品保鲜中，因其强烈的气味和保鲜技术的限制，在国内有待进一步的探讨研究，此外，研究牛至精油在其他食品保鲜中的应用也尤为重要。总的来说，牛至精油作为新型的天然食品保鲜剂，以广谱的抑菌、抗氧化效果，结合绿色、环保、安全、无毒的特性，必将在食品行业应用前景广阔。