生姜精油抗菌性能及在食品中的应用研究进展

张晶琳，KOWALEGUET M G Gloire Martha，班兆军, ，刘海东，王永江*

1. 浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室，浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心（浙江 310023）；2. 天津捷盛东辉保鲜科技有限公司（天津 300300）

生姜（Zingiber officinale Roscoe，Zingiberacae）属多年生草本植物，是一种传统药食两用农作物。生姜富含多种生物活性成分，如姜辣素、姜醇、姜酚和姜烯等，具有抗氧化、抗癌、抗炎等特性[1-3]。已有研究表明，生姜可以下调NF-κB调节的基因产物及促进细胞增殖和血管生成IL-8、VEGF和卵巢癌细胞[4]。Habib等[5]发现姜末提取物具有抗癌及抗炎功能，抑制促炎因子TNF-α的表达，中断NF-κB转录因子的信号通路，因此可减少致癌率。

生姜精油（Ginger essential oil）是指从生姜根茎中用水汽蒸馏的方法得到的挥发性油分[6]。主要组分为萜烯类、醇类及醛酮类化合物，包括姜醇（Zingier）、姜烯（Zingiberene）、姜酚类（Gingerly）、姜烯酚（Shagaol）、柠檬醛（Geral）、姜酮（Zingerone）等[7-8]。生姜精油具有抑菌、抗氧化及消炎作用，可降低胆固醇，防治肿瘤，诱导T淋巴系统凋亡，强化中枢神经系统，促进新陈代谢，增强各器官功能[7-9]，因此生姜精油在医药、化妆品及食品等领域具有极高的应用潜力。Ji等[10]发现姜油树脂可降低电离辐射诱导的细胞毒性，抑制ROS产生和DNA链断裂；姜油树脂可以诱导姜Nrf2易位至细胞核并激活细胞保护基因的表达。说明姜油树脂具有作为有效抗氧化剂和辐射防护剂的潜在作用。

生姜精油是一种植物类天然抗菌剂，但其难溶于水，易溶于有机溶剂；沸点低，易挥发，稳定性较差[11]；具有浓郁的生姜气味，直接添加会影响产品风味。因此可引入微乳化技术及微胶囊技术对其进行包埋[12-13]，以提高精油的稳定性，控制精油中功能成分的释放。

1 生姜精油的抑菌性能

生姜精油具有广谱抗菌的效果，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌等均有一定的抑菌活性。抗菌作用机理主要包括破坏细胞膜、细胞内容物渗出、细胞质凝结和改变细胞膜渗透压等方面[14]。生姜精油对革兰氏阳性菌的抑菌效果强于革兰氏阴性菌，主要原因是生姜精油可以攻击革兰氏阳性菌细胞膜上的磷脂，增加细胞膜的渗透性，致使细胞质外渗，而革兰氏阴性菌细胞壁周围覆盖有脂多糖和外膜蛋白，减弱对细胞膜的损害作用，限制疏水性化合物通过脂多糖层向胞外扩散。

王小慧等[15]对生姜精油对产气荚膜梭菌抑菌效果进行研究，发现姜精油对产气荚膜梭菌标准菌株ATCC13124、CICC22949，分离菌株C1和C2均有抑制作用，尤其对产气荚膜梭菌ATCC13124具有极高的抑制效果。

Kalemba等[16]对多种精油（姜精油、百里香精油、迷迭香精油、丁香精油、牛至精油、豆寇精油）的抑菌活性进行了研究，发现它们对革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌、真菌、酵母菌均有抑制作用。Baroty等[17]采用薄层色谱法-生物自显影法、平板扩散法测试发现，生姜精油对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷白杆菌有显著的抑制作用，另外对黑曲霉、匍枝根霉、尖镰孢等真菌具有一定的抑菌效果。且由GC/MS测得抑菌圈中的活性物质为倍半石竹烯和柠檬烯，说明倍半石竹烯和柠檬烯是生姜精油具有较强抑菌活性的主要成分。Debbarma等[18]研究了生姜、桉树和柑桔挥发油对鱼源性致病菌的抑菌活性，发现生姜油对所有细菌均有最佳的抗菌活性。枯草芽孢杆菌是对生姜精油最敏感的细菌。

Sasidharan等[19]以鲜姜和干姜为原料提取精油，并对其组分及抑菌效果进行比较，发现鲜姜精油对黑曲霉的抑制效果均较强，而对青霉菌、酿酒酵母的抑制效果较弱；且鲜姜精油中香叶醛含氧化合物（含氧化合物电负性对抑制黑曲霉和假丝酵母有重要作用）含量显著高于干姜精油，从而导致鲜姜精油对黑曲霉抑菌效果优于干姜精油[20]。但干姜精油中含有更多含双键的倍半萜烯，其活性强于单萜类，这使其对绿脓杆菌、青霉菌、假丝酵母的抑制能力较强[20]。

2 生姜精油微乳化研究进展

王跃猛等[21]利用明胶、碳酸钙及姜精油制备可食性膜并应用于冷鲜肉保鲜，发现加入姜精油可提高可食膜的厚度、断裂伸长率及抑菌活性；且增加姜精油添加量可加强可食性膜对冷鲜肉的保鲜效果。表明生姜精油可食膜在食品包装方面具有潜在的开发价值。张依洁等[22]利用生姜精油与青花椒油树脂、八角茴香精油等精油复合保鲜酱卤鸭肉，证实精油可有效抑制酱卤鸭肉四种优势腐败菌（荧光假单胞菌、产气肠杆菌、表皮葡萄球菌、藤黄微球菌）的生长。说明精油这种天然抑菌剂可部分替代或替代化学防腐剂，应用于肉制品的防腐与保鲜，可提高肉制品的安全性，降低生产成本。Noori等[23]研究了含姜精油纳米乳液的酪蛋白酸钠可食性涂料的制备、表征及在鸡肉保鲜中的应用，发现该纳米乳液包衣液具有与庆大霉素类抗生素相当的抗菌活性，并证实生姜精油纳米乳剂在改善生禽肉保质期方面的潜在用途。同样地，Souza等[24]的研究也证明生姜精油的乳液涂膜对家禽肉制品具有良好的抑菌保鲜性能。

康明丽等[25]使用生姜精油复合羧甲基纤维素钠制备微乳并涂膜草莓，研究结果表明生姜精油可以显著降低草莓贮藏过程中的腐烂指数及失重，显著抑制贮藏前期草莓果实的呼吸强度，提高草莓果实贮藏过程中可溶性固形物含量和花色苷含量，抑制丙二醛含量的上升，提高草莓的贮藏品质。Ali等[26]发现生姜精油对番木瓜也具有抗菌保鲜作用，生姜精油可以减少番木瓜炭疽病的发生，且可延缓番木瓜的成熟，使其保持较高的硬度、色差、可溶性固形物含量及可滴定酸含量。这为生姜精油在果蔬保鲜领域的应用提供了可能。

谢晶等[27]研究发现生姜精油乳状液涂膜处理可以延长鸡蛋新鲜度及贮藏期，阻止微生物的入侵，减少失重率，提高鸡蛋蛋黄指数及哈夫单位，并发现该方法安全高效，成本低廉，为蛋制品的大批量工业化处理提供高研究价值。另外，Herve等[28]使用姜精油饲喂鹌鹑，发现姜精油可以提高鹌鹑体内抗氧化酶活性，减少生殖细胞的脂质过氧化；有利于鹌鹑的孵育，提高其生育率。这说明生姜精油微乳在食品保鲜及加工领域具有极高的应用潜力。更多的是，生姜精油同样可以加强壳聚糖-羧甲基纤维素钠/蒙脱土复合膜及明胶基膜的抗氧化能力[29-31]。

3 生姜精油微球研究进展

Tour等[32]使用麦芽糖糊精和乳清蛋白分离物作为壁材，对挥发性姜油进行微胶囊化，通过比较包埋率及释放速率得到最佳包埋条件：乳清蛋白分离物与麦芽糖糊精的比例1∶1，芯材与壁材的比例1∶4，且扫描电子显微镜显示微胶囊没有可见的裂缝和孔隙，气相色谱与质谱联用显示在喷雾干燥过程中仅有轻微损失。Fernandes等[33]研究了不同比例阿拉伯树胶（GA）、麦芽糖糊精（MD）和菊粉（IN）作为壁材料对制备生姜精油微胶囊的影响，发现GA和MD混合生产的微球具有更好的润湿性、包封效率和高吸收性；超声波处理可以辅助加快乳化过程。阿拉伯树胶安全便宜，为精油包封提供了极好的保护封装材料。

Zhang等[34]利用生姜精油/β-环糊精/壳聚糖，采用包裹体法、离子凝胶法和喷雾干燥法，制备了球体并对其性能进行了研究。结果表明β-环糊精/壳聚糖可以改善生姜精油的性能，提高其热稳定性，提高其在食品和医药工业中的应用价值。Racoti等[35]利用悬浮聚合法制备聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯与姜精油微胶囊，并对其特性进行了表征，证明其在化妆品或纺织工业中应用的可能性。Simon-Brown等[36]利用麦芽糊精和/或阿拉伯胶研制了生姜提取物的微胶囊，确定该微胶囊制备方法，发现该产品可作为食品原料加入到食品（茶和面包等）中，以防止食品的氧化变质。Rialita等[37]为获得高溶解度、高抗菌活性的红姜微胶囊，对不同配比的阿拉伯胶进行了姜精油包封的研究，并对不同阿拉伯胶配比的微胶囊对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性进行比较。发现红姜挥发油与阿拉伯胶的比例为1∶3时具有最佳产率，为抑制细菌生长的最佳比例。

4 结语与展望

生姜精油具有良好的抑菌及抗氧化效果。微乳化及微胶囊技术可以提高生姜精油稳定性，增加其应用范围。不同产地不同品种生姜及其不同组织提取生姜精油组分及含量有显著差异，因此了解生姜精油主要组分及分辨主要抑菌成分的研究具有重要意义。随着生姜精油功能价值的不断拓展，其在食品贮藏、食品包装、功能性食品及食品抑菌剂等领域有广泛的应用前景。生姜精油应用于食品保鲜贮藏方法主要表现为微胶囊化及乳化，综合国内外研究成果，证实了生姜精油应用于食品保鲜领域的可行性。未来发展趋势主要是探究生姜精油产品对食品的保鲜机理及抑菌原理，通过组学的方法探讨其对食品蛋白质水平及代谢产物的影响，找到生姜精油抑菌的作用靶点，从而高效的开发利用生姜精油及其相关产品。