肉桂精油的成分分析、抑菌和抗氧化活性及在食品保鲜中的应用进展

王秋亚, 马艳阳

(渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714099)

肉桂，是樟科樟属植物的一种常绿树，又叫玉桂、大桂、辣桂等[1]。肉桂原产于中国，历史悠久，是中国名贵的传统中药材，据《本草纲目》、《神农本草经》等记载，其具有较高的医用价值；同时也是一种食用香辛料，具有去腥、调味的作用[2]。我国肉桂的主要种植地在广东、广西、云南、福建等地，其中以两广盛产肉桂最为出名。目前中国的肉桂产量占世界肉桂资源产量的80%，国外也有少数国家如越南、印度等以人工栽培的方式为主生产肉桂，被称为“消化桂”。肉桂精油又称肉桂油、香精油，简称“桂油”，是从桂皮(肉桂干燥树皮)、桂枝、桂叶等部位提取的油状液体，主要成分是肉桂醛、3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛、香豆内酯等[3]。它具有强烈的辛辣香气及芳香气味，其作为天然香料多用于食品、饮料、香烟、糖果等物品的独特调味以及化妆品和日用品的加工和生产。此外，肉桂精油还具有极高的药用价值和经济价值，它作为一种珍贵的药材，不但有祛寒止痛、清热解毒、抗肿瘤、抑制中枢神经、双向调节体温等医疗功效[4]，而且具有杀菌驱虫、消毒、抗氧化、防霉变、防腐败等作用[5]，可抑制霉腐微生物的增长[6]，目前在水果及肉类等食品的防霉保鲜中发挥着重要的应用价值。本文主要分析了不同生长环境、不同提取部位、不同提取方法下所得肉桂精油的主要化学成分及成分含量，综述了肉桂精油的抑菌和抗氧化活性及其在食品保鲜中的应用，以期为肉桂精油的进一步开发和应用提供参考。

1 肉桂精油的成分分析

肉桂精油的化学成分及含量会受到多种因素的影响，如不同的产地、不同的生长环境、不同的提取部位、不同的提取工艺和不同的分析方法。其中肉桂精油的挥发性化学成分对肉桂的药用功效及在食品保鲜方面的应用都发挥着不容忽视的作用。

1.1 不同产地、不同提取部位肉桂精油的成分分析

1.1.1 不同产地肉桂精油化学成分分析

最近的研究表明，植物的生长环境(如土壤pH值、气候干燥度等)对植物的组成有很大的影响。当肉桂提取部位、提取工艺、检测方法这3个因素保持不变的条件下，肉桂的原料来源不一样，肉桂精油的主要成分及含量会有明显的差异。如祝钧等采用减压蒸馏法分别提取了2个不同产地的3种肉桂精油(西江春桂油、西江秋叶油和东兴桂油)，并采用气相色谱法(GC)测定所得肉桂精油的化学组成。分析结果表明，西江春桂油的主要化学成分为3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(12.05%)、肉桂醛(81.87%)、香豆素(2.08%)；西江秋叶油的主要化学成分为3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(9.95%)、肉桂醛(77.63%)、3-苯基-2丙烯-1-醇乙酸酯(5.04%)、香豆素(2.12%)；东兴桂油的主要化学成分为3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(4.68%)、香豆素(1.66%)、肉桂醛(84.84%)。喻学俭等采用水蒸气蒸馏法提取了云南河口、富宁、西双版纳勐仑这3个不同产地肉桂皮中的精油，结合GC-MS法测定所得精油化学组成的结果显示：云南河口产地肉桂皮精油的主要化学成分是顺-肉桂醛(1.33%)、反-肉桂醛(89.01%)、乙酸桂酯(4.65%)；富宁产地肉桂皮精油的主要化学成分是苯丙醛(1.04%)和反-肉桂醛(89.69%)、α-橙椒烯(1.28%)、杜松醇(1.18%)；西双版纳勐仑产地肉桂皮精油的主要化学成分是乙酸苯乙酯(88.06%)、β-丁香烯(7.58%)。陈建华分别以5个代表性产地的肉桂以及1个常见的肉桂混淆品“川桂皮”为原料，比较其外观和挥发油含量，并经超临界CO2提取，对提取的精油进行GC-MS分析。其中在西江桂精油中，桂皮醛和α-可巴烯的百分含量分别是56.584%和16.024%，而防城桂中分别是60.890%和12.451%；越南桂精油在成分分析上则与防城桂精油很接近；印尼桂精油含有样本中最高的桂皮醛(67.862%)和较低的α-可巴烯(2.556%)；川桂精油的化合物组成和其他种类差异最大，它的桂皮醛含量仅有4.114%，而桉树脑含量高达31.293%；锡兰桂精油中含有较高的桂皮醛(67.500%)和丁香酚(2.160%)等。

1.1.2 不同提取部位肉桂精油化学成分分析

生长环境会影响肉桂精油的成分，但是生长环境相同时，其化学成分及含量会由于精油在不同部位的分布呈现不均匀性而产生差别。 朱羽尧等应用水蒸气蒸馏法分别从肉桂中桂皮、桂枝、桂叶、果实、花萼5个不同部位提取了精油，并使用GC-MS法分析从这5个部分中提取所得精油的化学成分。结果显示：桂皮精油的主要成分为肉桂醛(53.71%)、反式邻甲氧基肉桂醛(35.62%)、香豆素(1.24%)、苯甲醛(0.07%)等；桂枝精油的主要成分为肉桂醛(80.05%)、反式邻甲氧基肉桂醛(5.59%)、肉桂醛(2.13%)、苯甲醛(1.09%)、苯丙醛(1.74%)、1-苯基-2-硝基丙烯(1.76%)、1-苯基-2-硝基丙烯(1.76%)等；桂叶精油的主要成分为反式邻甲氧基肉桂醛(20.59%)、反式肉桂醛(51.85%)、1-苯基-2-硝基丙烯(10.24%)、3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(2.1%)、肉桂醛(1.62%)、邻甲氧基苯甲醛(1.22%)、香豆素(1.18%)、柠檬酸三丁酯(1%)等；肉桂果实几乎不含精油；花萼所得精油的主要成分为肉桂醛(87.68%)、反式邻甲氧基肉桂醛(2.42%)、肉桂醛(2.35%)、苯丙醛(1.27%)等。喻学俭等采用水蒸气蒸馏法分别提取了云南河口产肉桂中桂皮、桂枝、桂叶3个部位的精油，应用GC-MS法对所得精油化学成分的测定结果表明：桂皮精油的主要成分为顺-桂醛(1.33%)、反-肉桂醛(89.01%)、乙酸桂酯(4.65%)；桂枝精油的主要成分为苯甲醛(1.83%)、苯丙醛(1.38%)、反-肉桂醛(82.26%)、γ-木罗烯(1.12%)、甲氧基肉桂醛(1.32%)；桂叶精油的主要成分为苯甲醛(3.20%)、苯丙醛(1.24%)、反-肉桂醛(72.74%)、乙酸桂酯(8.36%)、甲氧基肉桂醛(7.84%)。

1.2 不同提取方法中肉桂精油的成分分析

目前，肉桂油的提取方法有很多，最常用的有水蒸气蒸馏法、有机溶剂浸渍法、微波法、超声波法和超临界萃取法等[7]。其他条件相同，不同的提取方法也可能会导致肉桂精油的化学成分及组成含量发生显著的差异。张浩[8]采用水蒸气提取法从肉桂叶中提取精油，采用GC-MS法对所得精油的化学成分分析结果证明：肉桂叶精油的主要化学成分是苯甲醛(0.92%)、桉叶油醇(0.52%)、肉桂醛(60.42%)、邻苯二甲酸二乙酯(19.39%)、丁香酚(15.04%)、氧化石竹烯(1.16%)等；之后又分别采用微波减压法、蒸煮法这两种提取工艺提取肉桂叶的精油，并用GC-MS测定所得精油的化学成分，其中微波减压法所得精油的主要成分为苯乙烯(0.36%)、苯甲醛(1.62%)、苯乙醛(1.46%)、肉桂醛(74.84%)、邻羟基苯甲酸甲酯(9.12%)、肉桂酸(8.28%)、乙酸桂酯(0.39%)、香豆素(0.74%)、肉桂酸酯(0.49%)等；蒸煮法所得肉桂精油的主要成分是乙酸桂酯(1.26%)、肉桂醛(51.84%)、3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(32.38%)、香豆素(10.81%)、苯甲醛(0.53%)、苯乙醇(0.44%)、邻甲氧基苯甲醛(0.38%)、乙酸丁香酚酯(0.21%)等。柴向华等[9]采用微波提取法提取肉桂叶中的精油，GC-MS法的测定结果显示：肉桂叶精油的主要化学成分为反式肉桂醛(79.85%)、邻羟基苯甲酸甲酯(15.29%)等；之后又采用微波提取和水蒸气提取结合法提取了肉桂叶中的精油，其中肉桂叶精油的主要成分为反式肉桂醛(51.84%)、3-(2-甲氧基苯基)-2-丙烯醛(32.38%)、香豆素(10.81%)、乙酸桂酯(1.26%)等。刘彤等[10]采用了5种提取工艺提取肉桂精油，结合GC法测定了所提取肉桂油中肉桂醛含量，结果显示：己烷浸渍法(HM)、超声波辅助提取法(UAE)、索氏提取法(SE)、水蒸气蒸馏法(SD)、超临界萃取法(SFE-CO2)所得肉桂油中肉桂醛含量分别是43%、55%、80%、84%、75%；其中SD 法所测得肉桂醛含量最多，HM法所测得肉桂醛含量最少。

2 肉桂精油的抑菌和抗氧化活性

肉桂精油由于其特殊的化学组成，具有良好的抑菌及抗氧化活性，为开发有效的天然食品防腐剂和抗氧化剂奠定了良好的基础。

2.1 肉桂精油的抑菌活性

肉桂精油因含有肉桂醛等主要成分，对很多细菌和真菌都具有优良的抑制作用[11]。其抑菌活性大小通常可用抑菌圈直径、有效抑制率、MIC值(最小抑菌浓度)、MBC值(最小杀菌浓度)等数据来衡量。贾佳等[12]检测肉桂精油对几种细菌、真菌的抑制作用，结果发现肉桂精油对6种试验菌(表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠埃希菌、绿脓杆菌和变形杆菌)都有较强的抗菌活性，抑菌圈直径均超出10 mm；肉桂精油对几种细菌MIC值及 MBC值的范围分别为0.125%～0.500%(V/V)，0.250%～1.000%(V/V)；对白色念珠菌和黑曲霉的抑菌圈直径分别达到38.5 mm和48.2 mm；对这两种真菌 MIC值及MBC值的范围分别为0.062%～0.125%(V/V)和0.125%～0.250%(V/V)。刘晓丽等[13]采用了滤纸片法检测肉桂精油对霉菌的抑制作用，结果表明：肉桂精油对几种常见霉菌(黄曲霉、黑曲霉、黄绿青霉和灰绿青霉)的固相抑菌圈直径和固相MIC值的范围分别为15.8～25.3 mm和24～128 mg/L；对其气相抑菌圈直径和气相MIC值的范围分别为20.0～36.7 mm和12～24 mg/L；而且浓度为175 mg/L的肉桂精油可以有效抑制霉菌分生孢子的萌发。吴建挺等[14]采用菌丝生长法测定了几种真菌(瓜果腐霉、终极腐霉、尖镰孢菌、茄镰孢菌、灰葡萄孢菌和禾谷镰孢菌)在肉桂精油下的生长状态，结果表明：肉桂油对这几种植物病原真菌都具有100%的抑菌率，即桂油有较强的抑菌效果。Jennifer Todd等[15]在测定肉桂叶精油对有机绿叶蔬菜多重耐药沙门氏菌的抗菌功能的研究中发现，在4 ℃的贮藏条件下，用2 min 0.3%和0.5%的肉桂油处理对4种有机叶绿色蔬菜的抗菌效果最显著。Tzortzakis等[16]测定了肉桂油对球孢炭疽菌、草芽孢杆菌、黑曲霉、灰葡萄球菌和匍匐根霉的抑菌活性，测定结果发现：肉桂油对这几种真菌均表现出较强的抗菌活性，不但阻碍了这5种真菌的菌丝生长，而且还降低了孢子的产量。顾仁勇等[17]采用滤纸片法测定肉桂精油对几种供试菌的抑菌圈大小，并以抑菌圈直径为指标，测定了肉桂精油对几种供试菌的抑菌效果，结果发现肉桂精油对大肠杆菌、白葡萄球菌、枯草杆菌、黑曲霉、青霉、酿酒酵母的抑菌直径分别为23.2，29.1，20.6，49.6，42.8，36.0 mm，抑菌圈直径均大于20 mm，对黑曲霉、青霉、酿酒酵母的抗菌活性最为显著。

2.2 肉桂精油的抗氧化活性

肉桂精油不但有良好的抗菌活性，而且还具有明显的抗氧化活性。通过肉桂精油的POV(过氧化值)、AV(酸价)等数据可衡量桂油的抗氧化活性大小。顾仁勇等采用GB/T 5009.37-2003法检测了不同剂量(0.25，1.0，4.0 g)的肉桂油对猪油的抗氧化作用，测定结果表明：加入桂油的动物油样品在同一存放时间下POV值比空白样品低，并且两组在存放期间的POV值都随存放时间的延长而逐渐增长，表明肉桂油对猪油有明显的抗氧化作用；此外，0.4 g肉桂精油的抗氧化效果显著高于0.25 g和1.0 g肉桂精油的抗氧化效果，抗氧化性效果呈现出剂量依赖性效果。潘海燕等[18]采用肉桂提取物测定对食用植物油的抗氧化活性显示：在固定温度下，食用菜油的POV随着时间增高，加入肉桂后的POV上升趋势被减弱，表明肉桂具有抗氧化作用。张彦等[19]采用DPPH自由基清除法分析了肉桂精油清除自由基的抗氧化功能，研究结果表明：肉桂精油具有良好的抗氧化作用，清除自由基的能力(清除率)会随着肉桂精油浓度的增加而增加，高浓度肉桂精油的抗氧化活性明显高于低浓度。梅林琳[20]以抗氧化值为指标研究了肉桂精油在肉脯油炸过程中对肉脯的抗氧化性能，测定结果显示：添加肉桂精油后对肉脯中的细菌具有较强烈的抗氧化效果，肉桂精油浓度为0.05%时，测试的菌落总数最小，POV呈先增加后下降的趋势。相同条件下精油组的AV值略大于空白组，保持上升趋势。

3 肉桂精油在食品保鲜中的应用

肉桂精油作为天然的植物精油，不但有绿色安全、无刺激等优势，而且对多种食源性致病菌和果蔬腐败性真菌具有较好的抑制效果[21]，是日常食品防霉保鲜的“神器”，在食品防腐保鲜方面发挥着重要的作用。

3.1 肉桂精油在水果保鲜中的应用

水果有极高的营养价值，可以补充人体所需的维生素，有着十分重要的作用。但水果不易存放，腐败变质之后的水果会繁殖出大量对人体有害的微生物，食用后有诸多危害。因此，使用天然安全的防腐剂对水果保鲜非常重要。肉桂精油具有优良的抗菌活性，对微生物的生长产生抑制作用而达到保鲜的功效，同时其还具有一定的抗氧化活性，能延缓食物组织衰老，延长贮藏时间。肉桂精油对水果的保鲜程度大小可用VC含量、腐烂率、失重率、TA、贮藏时间等指标来直观判断。高文华等[22]研究发现肉桂精油复合膜对圣女果有一定的保鲜作用，桂油复合膜明显有效减缓了圣女果TA随存放时间增长而下降的趋势；圣女果中的VC含量随贮藏时间的增长呈现逐渐下降的趋势，桂油复合膜组的VC含量的下降速率明显低于对照组的速率。吕明珠等[23]采用不同浓度的肉桂油测定了其对红提葡萄的保鲜功效，结果显示：低温条件下肉桂精油的抗菌保鲜作用最佳，浓度较高的肉桂精油保鲜效果较好，烂果率越低，减缓了红葡萄贮藏品质随存放时间下降的速率。曾晓房等[24]检测了不同浓度肉桂精油对紫金春甜桔的保鲜效果，研究结果表明：肉桂精油能有效减缓春甜桔膜脂过氧化过程，降低组织衰老的速度，延长贮藏时间；有效延缓春甜桔VC的下降速率，减少果实失重，降低烂果率，其中加入浓度为 15 μL/L的肉桂精油时保鲜效果最佳，烂果率最低，为3.75%。金元宝等[25]测定了肉桂精油涂膜对香蕉的保鲜作用，结果发现桂油涂膜能有效地抑制供试香蕉的失重率，延缓了香蕉总糖含量随存放时间的增长，当肉桂油浓度控制为2.0 μL/L时，香蕉的水分保持效果最佳，从而有效抑制了香蕉的腐烂程度。

3.2 肉桂精油在肉类保鲜中的应用

肉类是我们日常生活中补充蛋白质的重要保障，是日常饮食中不可或缺的食物之一。但肉类中的蛋白质易引起微生物的繁殖而腐败变质，不易长时间存放。因此，寻求一种天然无刺激、安全放心的保鲜剂显得刻不容缓。冷鲜肉质量的保鲜程度常用汁液损失率、菌落总数来衡量。王雅南等[26]采用肉桂精油涂层检测了桂油对冷鲜肉的保鲜作用，研究结果表明：肉桂精油涂膜具有明显的保鲜作用，3种肉桂精油涂膜处理下的冷猪肉菌落总数均小于对照组的菌落总数，对冷鲜肉汁液损失率也小于对照组损失率，此外，肉桂油纳米乳液涂层具有最佳的保鲜效果。张赘彬等[27]在测定肉桂油对酱牛肉的保鲜作用的研究表明：肉桂油对5种供试菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌和铜绿假单胞菌)的生长均有明显的抑菌作用，而且抑菌圈直径均超出了10 mm，MIC及MBC值范围分别为0.5～4.0 μL/mL和4.0～8.0 μL/mL；菌落总数低于空白组，测定数据表明：肉桂精油对酱牛肉有显著的保鲜作用。

4 结语

近年来，肉桂精油作为一种环境友好型植物添加剂，比其他一些化学合成添加剂更绿色安全，更符合当今绿色环保的理念，因此备受关注。发展绿色环保、无刺激的植物添加剂是我国开发食品杀菌剂、保鲜剂和防腐剂的重要原料，因此对肉桂油的挥发性成分分析及抑菌性和抗氧化性很有必要进行深入的研究。肉桂原料的生长环境、提取部位、提取方法的差异都是影响所得桂油挥发性成分的重要条件。研究表明肉桂精油由于其特殊的化学组成具有优良的抑菌活性及抗氧化活性，从而为开发有效的天然食品抑菌剂和抗氧化剂奠定了基础。国内目前对肉桂精油的抑菌性和抗氧化性已有了不少的突破性研究，但还存在很多不成熟的问题：第一，细菌可能会对其抑菌剂或抗氧化剂产生耐药性，从而可能达不到肉桂精油最初的抑菌效果；第二，桂油的抑菌性及抗氧化性效果存在不稳定性，桂油的抑菌性及抗氧化活性作用很大取决于它所提取的化学成分，肉桂油的化学成分不稳定，而影响桂油化学组成的因素目前还在不断研究中，故桂油在使用中可能出现参差不齐的抑菌和抗氧化效果。我们只有不断深入探究影响肉桂精油化学组成的因素，进一步研究肉桂精油的抑菌和抗氧化等生物活性，不断提高其利用率，肉桂精油的应用前景才可以更加广阔。