食用香料挥发性成分及其抗菌活性研究进展

王雪雅， 陆 宽， 殷 勇， 李文馨, 孙小静

(1.贵州省农业科学院 辣椒研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州省生物技术研究开发基地， 贵州 贵阳 550002)

植物挥发性成分是一类主要存在于植物根、茎、叶、果实或种子中的具有强烈气味的物质，属于植物次生代谢产物[1]，是由多种化合物组成的混合物，其成分复杂。一种植物挥发性成分可能由数十种到数百种化学成分组成，同一种植物，因采用部位、生长环境、采收季节不同都会引起挥发性成分的差异。但这些组分从化学结构上大致分属于萜烯类、芳香族、脂肪族及含氮含硫类化合物等。其中以萜类及其衍生物和芳香族化合物为主要组分。

香料是一种能被嗅觉嗅出香气的物质，可分为天然香料和人造香料，其中天然香料包括动物性天然香料和植物性天然香料，而食用香料多以植物性天然香料为主。独特的植物挥发性成分组成使得不同食用香料之间气味千差万别。虽然食用香料中植物挥发性成分含量较低，但却有着多种生物活性，如驱虫、抑菌、抗氧化等[2-5]，在许多领域得到较广泛的应用，尤其在食品抗菌方面的应用研究在逐年深入[6-9]。丁香、甘草、山苍子、肉桂是常用食用香料，具有一定的代表性。笔者通过对丁香、甘草、山苍子、肉桂4种常用食用香料相关文献的整理，对其挥发性成分及抗菌活性研究进展进行综述，旨在为4种香料应用领域及开发新型天然抑菌产品提供思路。

1 丁香

1.1 化学成分

丁香(Syzygiumaromaticum)为桃金娘科植物丁香的干燥花蕾，又称公丁香、鸡舌香，是我国重点开发研究的药材之一，是一种药食两用的中草药[10]。其性温、味辛，用作肾虚阳痿、呃逆呕吐等症状。蔡君龙等[11]采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)，对国内外4个地区的丁香挥发性成分进行了检测，共鉴定出72种挥发性成分，通过对结果的分析发现，虽然各产地丁香挥发性成分不同，但主要挥发性成分有一定的相似性，主要成分含量排名前两位的均为丁香酚、(-) -α-芹子烯，两者含量之和均大于90%。金宏等[12]通过水蒸气蒸馏法提取的丁香油成分分析发现，丁香挥发油主要含有丁香酚、β-石竹烯、乙酰基丁香酚、α-石竹烯、δ-杜松油烯等10种挥发性成分，约占挥发油总量的96%。丁香酚为丁香主要挥发性成分，其分子式为C10H12O2，不溶于水，具有麻醉[13]、抗菌[14]、抗氧化[15-16]等药理作用，主要用于抗菌、降血压、香水香精以及各种化妆品香精和皂用香精配方中，还可以用于食用香精的调配。

1.2 抗菌活性

近年来，多位学者研究发现，丁香的抑菌谱较宽，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽抱杆菌、黑曲霉及酵母菌等细菌或真菌均有较强的抑制效果[17-19]。马艳玲等[14]研究发现，丁香酚对金黄色葡萄球菌菌体蛋白质质量浓度、苹果酸脱氢酶活性以及琥珀酸脱氢酶活性均有一定的抑制作用，且该抑制作用主要是通过抑制菌体二羧酸循环和电子联传递中相关关键酶的活性实现，丁香酚对金黄色葡萄球菌的最低抑制浓度为600 μg/mL，最低杀菌浓度为700 μg/mL。丁香还具有防腐保鲜的效果，李宁等[20]研究发现，丁香精油还可有效降低冬枣果实在贮藏60 d后25℃货架期5 d的腐烂指数，保持较高的苯丙氨酸解氨酶、多酣氧化酶、过氧化物酶活性和总酣含量。

2 甘草

2.1 化学成分

甘草为豆科植物甘草(GlycyrrhizauralensisFiseh.)的干燥根茎，味甘，性平，是一种常见的中草药，具有止咳、化痰、解毒的功效。许永等[21]对甘草浸膏挥发性成分进行研究，共鉴定出108种挥发性成分，其中主要成分为己酸(30. 62%)、棕榈酸(13.55%)、己酸乙酯(3.99%)、弧油酸乙酯 (3.93%)、11-十六碳烯醛(2.84%)、3-甲基-环戊醇(2.09%)、2-戊基呋喃(1.82%)和1-己醇(1.76%)等。梁勇等[22]对甘草挥发性成分进行研究，通过GC-MS分离鉴定出32种成分，主要包括2,6-双(1,1二甲基乙基)-4-甲基苯酚(20.16%)、邻苯二甲酸二甲酯(6.82%)、正十六酸(8. 33%)、正十八酸(4.68%)、正十九烷(4.71%)、正十八烷(4.16%)、正十七烷(4.02%)等化合物。通过对甘草成分的研究发现，甘草主要含有三萜皂苷类、黄酮类及多糖等活性物质[23]。目前，甘草中三萜类化合物主要包括甘草酸和次甘草酸，具有抗炎、抗肝损伤和抗肿瘤等多种功能[24-26]。甘草中黄酮类物质相对较为复杂，主要包括甘草素、异甘草素和甘草苷等物质，具有抗炎抑菌、抗氧化及抗病毒等作用[27-29]。甘草多糖主要由葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖以及半乳糖构成，具有调节免疫[30]和预防骨关节炎[31]的作用。

2.2 抗菌活性

黄雪芳等[32]对甘草水煎剂的抗菌活性进行研究发现，甘草水煎剂对葡萄球菌具有明显的抑制作用，对金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为生药25 mg/mL和50 mg/mL，并且甘草醇提物的抗菌活性高于水提物。陈丽艳等[33]用不同浓度乙醇对甘草进行提取，对比提取物抗菌活性发现，甘草 80%乙醇提取物的抗菌活性高于10%乙醇提取物，对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度和最低杀菌浓度分别为0.31 mg/mL和0.62 mg/mL。王南舟等[34]通过对甘草氯仿-乙醇提取物的抗菌活性进行研究发现，提取物对金黄色葡萄球菌、柠檬色葡萄球菌均有抑制作用，并且通过对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌的抑制作用发现，甘草氯仿部位的抑菌活性高于己烷部位，提示甘草的抗菌成分具有一定的亲脂性。杨静等[35-36]通过对甘草中黄酮成分进行提取分离得到甘草素、甘草查尔酮A、甘草苷、异甘草素、甘草酸以及甘草酸三钾盐。通过对上述物质抗菌活性的研究发现，采用1 mg/mL的甘草总黄酮、甘草素、甘草查尔酮A、甘草苷及异甘草素对大肠杆菌、双歧杆菌、绿脓杆菌以及金黄色葡萄球菌均有抑制作用，而甘草酸和甘草酸三钾盐对上述4种细菌无明显抑制作用。甘草总黄酮中的甘草素、甘草查尔酮A、甘草苷和异甘草素为主要抑菌成分，且甘草素、甘草查尔酮A的抑菌活性强于甘草苷和异甘草素。

3 山苍子

3.1 化学成分

山苍子为樟科植物，是山鸡椒〔Litseacubeba( Lour. ) Pers.〕的果实，具有驱寒散寒和行气止痛功效。其挥发油叫山苍子油，有特殊的清香，可用于抗菌、祛痰及抗心律失常等。刘政等[37]通过对湖南怀化山苍子挥发油进行GC-MS测定，共检出29种挥发性成分，并对占总峰面积90%的挥发性成分进行定性分析发现，山苍子挥发性成分以α-柠檬醛、β-柠檬醛和D-柠檬烯为主，3者总和所占比例高达65.95%。赵欧等[38]通过对10批贵州不同产地山苍子的挥发性成分进行分析，确定了16个比较稳定的共有特征峰，且该16种成分占挥发油样品总量的86.8 %～92.3 %，并且以α-柠檬醛、β-柠檬醛和D-柠檬烯3种成分为主要挥发性成分。彭湘莲等[39-40]通过对山苍子挥发性成分进行研究得出，其主要挥发性成分为柠檬烯、顺式柠檬醛及反式柠檬醛等。由此看出，不同产地、不同批次的山苍子中，柠檬醛和柠檬烯均为山苍子主要挥发性成分，且总量达85%以上。由于3种主要成分中柠檬醛最高，山苍子精油通常可用于提取柠檬醛，该柠檬醛可用于合成紫罗兰酮类和维生素等[41-42]。

3.2 抗菌活性

山苍子油及其主要成分柠檬醛具有广谱的抗真菌效果。研究表明，柠檬醛对白念珠菌、非白念珠菌、黑曲霉、黄曲霉、烟曲霉、皮肤癣菌，新生隐球菌、申克孢子丝菌、根霉和酵母菌等具有很好的抑制活性[43]。山苍子主要成分柠檬醛对黄曲霉具有显著的抑制作用，最小抑制浓度为2.59 μg/mL[44-45]。浓度50～250 μL/L的山苍子油及柠檬醛对赭曲霉具有显著的抑制作用，并呈剂量依赖关系[46]。吴均等[46-47]以黑曲霉、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及枯草芽孢杆菌4种细菌为受试菌，对山苍子精油的抑菌作用和机理进行研究发现，山苍子油对霉菌抑菌作用最为显著，细菌次之。余伯良[48]研究发现，山苍子油不仅有较强的抗菌作用，且在中性环境时，抗菌效果好于苯甲酸钥及山梨酸钾。梁青等[49]对山苍子油进行研究发现，其对日化产品腐败菌有较强的抑制效果，可作为天然抑菌剂应用在日化工业中；在植物保护方面，已有报道证实山苍子油及其提取物对油茶炭疽病、瓜枯萎病菌和小麦白粉病菌等有明显抑制生长的作用[50-51]。

4 肉桂

4.1 化学成分

肉桂亦称中国肉桂(Chinesecinnamon)，为樟科(Lauraceae)植物樟属(Cinnamomum)肉桂(CinnamomumcassiaPresl)的干燥树皮，属药食同源，其性辛、甘、热，归肾、脾心、肝经，具有活血通经及止痛补益之功效。陈立平等[52]采用水蒸汽蒸馏法对肉桂进行提取，并用气相色谱-质谱联用仪对肉桂油成分进行分析，鉴定出10种成分，主要为肉桂醛(93.94%)、肉桂醇醋酸酯(1.55%)、2-对甲氧基桂皮醛(1.32%)以及邻苯二甲酸二乙酯(1.31%)等成分。张喜才等[53]采用气质联用法对肉桂油进行成分分析，共鉴定出27种成分，主要有反式肉桂醛、柠檬醛及苯乙醇等。陈建华[54]通过对5个代表性产地的肉桂挥发性成分进行GC-MS分析表明，我国广西西江和防城地区及印尼和越南4个地方产的肉桂均属Cassia型肉桂，其桂皮醛含量占总挥发性成分的55%以上，其中西江肉桂和防城肉桂的香气成分接近，主要为桂皮醛(56.85%、60.89%)和α-可巴烯(16.02%、12.451%)。可以看出桂皮醛为肉桂主要挥发性成分，赋予肉桂辛辣的感觉，其具有多种生物活性，具有降血糖血脂[55]、抑制细胞纤维化[56]、增强消化促进食欲[57]等作用，并且具有良好的抑菌效果，在医药及食品中有广泛的应用

4.2 抗菌活性

肉桂精油简称桂油，作为香料被广泛应用于食品、日用品及香精调配等，近年学者对其在食品及粮食的储存研究较多，其对食品腐败微生物有较好的抑制作用。刘晓丽等[58]研究发现，肉桂的超临界萃取物对酵母菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及黑曲霉具有抑制作用。肉桂油对常见储粮霉菌黄曲霉、灰绿曲霉、黄绿霉素、青绿霉素的抑制作用较强，其中与对照(双乙酸钠)相比，肉桂油对黄曲霉、灰绿曲霉的抑制效果更好。研究表明，肉桂油可不涂布于培养基内即可对细菌、真菌和空气中常见霉菌有良好的抑制作用[59]。肉桂油对供试的真菌、细菌、霉菌均有抑制作用，其中，对霉菌的抑菌活性较强，尤其是对黑曲霉的MIC值最低[60]。梁效[61]采用末端限制性片段多态性分析技术研究肉桂精油对SD大鼠肠道特定菌群生长的影响，结果显示，肉桂精油均能减少SD大鼠结肠和直肠中的梭菌属IV簇细菌数量，其中在结肠中减少作用极显著，在直肠中减少显著。另外肉桂精油具有抗虫作用，饲料拌药法测定结果表明，肉桂精油对赤拟谷盗、谷蠢和玉米象的繁殖抑制率可达100%；采用喷雾法和滤纸药膜法，肉桂精油对赤拟谷盗成虫和黄粉虫初孵幼虫具有触杀作用[62]。

5 结语

挥发性物质作为植物的次生代谢产物，多具有保护植物免受草食性昆虫及病原菌侵害的作用。植物挥发性物质多随气候等外界环境影响，尽管如此，同植物挥发性物质的主要组成成分仍有相似性。植物挥发性物质多具有抑菌活性，该性质可用于对常见致病菌、植物病原菌的抑制以及食品的防腐保鲜等领域。丁香、甘草、山苍子和肉桂4种香料，开始时多用于日常调味，通过研究人员对其成分的深入研究，已经发展到将其应用于医药、食品及化妆品领域，但是在天然抑菌剂方面的应用还有很大的开发空间。