天然辛香料对桐柏豆筋防腐保鲜效果的研究

李 霞，刘尚军，郭萌萌

南阳理工学院 生物与化学工程学院,河南省工业微生物资源与发酵技术重点实验室,河南 南阳 473000

桐柏豆筋是以桐柏县“世界野生大豆自然保护区”境内种植的大豆为原料，经浸泡、打浆、煮沸、成膜、挑膜、干燥等工序制成的豆制品。桐柏豆筋富含多种营养素，有“软黄金”之称，其蛋白质含量高于肉、蛋、奶。根据新鲜程度和水分含量，桐柏豆筋有干豆筋和湿豆筋之分。干豆筋保存的时间较长，食用前需泡发；湿豆筋口感好，可以直接食用，但保质期短，不易保藏，限制了该类产品的推广及新产品开发。

辛香料是常用的天然植物调味品，赋予食品特定的风味。辛香料中含有的酚类、酮类、硫醚类等化合物具有一定的抑菌杀菌效果[1-4]，可明显延长食品的保存期限。国内外对天然辛香料在防腐保鲜方面的研究主要集中在以下几个方面：防腐保鲜机理的研究，主要是辛香料主成分对微生物细胞膜功能[5-7]、细胞代谢[5]、细胞壁的影响和抗氧化作用[8-10]；抑虫杀虫作用，辛香料对稗虫、虱虫等昆虫有明显的抑制或杀灭作用[11-12]；主要抑菌成分及抑菌对象的研究[13]；抗菌活性研究，包括体内和体外抗菌活性[14-16]、抗菌浓度、抑菌浓度等。马同锁等[17]研究表明八角、茴香、辣椒、丁香等的提取液对霉菌的抑菌效果一般，但可以明显抑制细菌的生长。吴传茂等[18]研究发现丁香提取液对常见食品腐败菌(如细菌、真菌和酵母菌)均有很强的抑制效果。张雪松[19]研究了花椒、辣椒、大蒜和生姜油树脂对大肠杆菌和酵母菌的抑制效果，结果表明4种辛香料油树脂均具有较强的抑菌活性。

利用辛香料对豆筋类产品进行防腐保鲜的研究尚未见报道。作者研究了9种天然辛香料提取液对湿桐柏豆筋的防腐保鲜效果，旨在探索湿豆筋的天然保鲜技术，为其产品推广和新产品开发提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 材料和试剂

桐柏豆筋：桐柏县“盘古爷”豆筋制品有限公司；桂皮、辣椒、八角、花椒、小茴香、肉桂、丁香、姜、蒜：张仲景大药房。

蛋白胨肉汤(固态)培养基：北京奥博星生物技术有限公司。 乙醇：食品级，天冠集团。

1.2 仪器与设备

LDZM-80KCS-II型立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；LRHS-300-II型恒温恒湿培养箱、MJ-300-II型霉菌培养箱：上海跃进医疗器械有限公司；XSP-BM-8C型生物显微镜：上海彼爱光学仪器制造有限公司；IP67型游标卡尺：上工工具厂股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 天然辛香料的筛选

分别将9种天然辛香料(八角、丁香、桂皮、肉桂、辣椒、小茴香、姜、蒜、花椒)粉碎，按液料比10∶1(mL/g)加水，70 ℃水浴2 h后抽滤，滤液备用。将湿豆筋浸入滤液，室温(25 ℃)放置，观察保存情况，通过比较保鲜时间(以菌落总数不超过1×105cfu/g为准)对天然辛香料进行筛选。

1.3.2 提取剂种类对抑菌圈的影响

分别称取10 g粉碎的八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香，按液料比10∶1(mL/g)，分别加入水、75%乙醇和乙醚，70 ℃水浴1.0 h后抽滤，滤液经旋转蒸发后密封保存。以抑菌圈直径为指标选择合适的提取剂。

1.3.3 单因素试验

分别称取10 g粉碎的八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香，以抑菌圈直径为指标，考察乙醇体积分数(30%、45%、60%、75%、90%)、液料比(8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1)、浸提温度(60、70、80、90、100 ℃)、浸提时间(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h)对提取效果的影响。

1.3.4 正交试验

以单因素试验为基础，选择八角、丁香和辣椒3种原料，以乙醇体积分数(A)、液料比(B)、浸提温度(C)和浸提时间(D)为因素，设计正交试验进行提取工艺的优化。

1.3.5 提取液对湿桐柏豆筋的保鲜效果研究

模拟室温(25 ℃)、微生物最适生长温度(37 ℃)和夏季运输温度(45 ℃)，进行保鲜试验，以未经任何防腐的湿豆筋为对照，间隔8 h测定菌落总数，研究提取液对湿豆筋的保鲜效果。

1.3.6 检测方法

菌落总数测定采用平板菌落计数法，抑菌圈直径测定采用药敏纸片法[20]。

2 结果与分析

2.1 辛香料种类的影响

八角、丁香、桂皮、肉桂、辣椒、小茴香、姜、蒜、花椒的浸提液保鲜湿豆筋的时间分别为6、6、4、4、7、5、4、4、2 d。姜和蒜的浸提液风味过于浓郁，接受性差，且挥发性过强导致保鲜时间较短。综合考虑保鲜效果和原料价格，最终选用八角、丁香、桂皮、辣椒、小茴香5种天然辛香料进行抑菌活性研究。

2.2 提取剂种类的确定

图1为3种提取剂对辛香料抑菌效果的影响，乙醚和乙醇的提取效果明显优于水，水对5种辛香料的提取效果较差，其抑菌圈直径约为其他两种提取液的70%～80%。这可能是由于辛香料中对防腐作用有效的成分在不同溶剂中的溶解性不同，导致提取液中有效成分种类和含量不同，最终使提取液的抑菌效果存在差异。综合考虑抑菌效果、原料成本及溶剂特性，采用乙醇溶液作为提取溶剂。

图1 提取剂种类对抑菌效果的影响Fig.1 Effect of extraction solvents on antibacterial effect of spices

2.3 单因素试验

2.3.1 乙醇体积分数的影响

图2 乙醇体积分数对抑菌效果的影响Fig.2 Effect of ethanol concentration on antibacterial effect of spices

乙醇体积分数对提取液抑菌效果的影响见图2。5种辛香料的乙醇提取液抑菌圈直径均随着乙醇体积分数的增加而逐步增大，均在乙醇体积分数为75%时达到最大值，其中丁香的抑菌圈直径为19.0 mm，是5种辛香料中最高的；当乙醇体积分数大于75%时，抑菌圈直径变小。这是因为抑菌成分中有水溶性的也有醇溶性的[1]，改变乙醇体积分数会引起溶剂溶解性能的变化。

2.3.2 液料比的影响

溶剂量是决定溶出成分多少的重要因素，当溶剂量越大，溶出的有效成分越多，但同时回收溶剂时，会造成有效成分损失，溶剂量越大，损失的有效成分就越多，最终导致抑菌效果反而下降。如图3所示，当液料比10∶1时，5种辛香料的提取液的抑菌圈直径均达最大值，其中丁香的抑菌圈直径最大，为19.0 mm。

图3 液料比对抑菌效果的影响Fig.3 Effect of liquid-solid ratio on antibacterial effect of spices

2.3.3 提取温度的影响

从图4可以看出，当温度低于80 ℃时，抑菌圈直径均随着温度的升高而增加，在80 ℃时达到最大，其中丁香的抑菌圈直径为19.8 mm，在5种辛香料中最高。当温度高于80 ℃时，随着温度的升高抑菌圈的直径缓慢减小。

图4 提取温度对抑菌效果的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on antibacterial effect of spices

2.3.4 提取时间的影响

图5 提取时间对抑菌效果的影响Fig.5 Effect of extraction time on antibacterial effect of spices

提取时间对提取液抑菌效果的影响如图5所示，当提取时间少于2.0 h时，5种辛香料提取液的抑菌圈直径都与提取时间成正比关系；当提取时间超过2.0 h时，抑菌圈的直径随着时间的增加缓慢减小；在2.0 h时5种辛香料的抑菌圈直径均达到最大，其中丁香的抑菌圈直径最大，为20.5 mm。延长时间可充分提取辛香料中有效成分，但若提取时间过长，则会造成高温条件下有效成分的氧化、分解、缩合等化学变化，最终使抑菌成分的抑菌能力下降。

2.4 湿豆筋保鲜条件的优化

依据单因素试验结果，选择抑菌效果较好的八角、丁香和辣椒，以提取液抑菌圈直径为指标，对提取工艺进行优化，L9(34)正交试验结果如表1所示。

由表1可知，在影响八角、丁香和辣椒提取液的抑菌效果的因素中，乙醇体积分数影响均最大，接下来依次是液料比、提取温度和时间。

表1 正交试验设计和结果Table 1 Orthogonal experiment arrangements and results

八角、丁香和辣椒的最优提取工艺条件分别为A2B2C3D2、A2B2C3D3和A2B2C1D2，即最佳溶剂均为75%乙醇、液料比均为10∶1，温度分别为90、90、70 ℃，时间分别为2.0、2.5、2.0 h。在最优提取工艺条件下进行验证试验，八角、丁香和辣椒提取液的抑菌圈直径分别为19.6、20.7、20.4 mm，结果见图6。3组试验的抑菌效果均符合预期，可以使桐柏湿豆筋(室温25 ℃)分别保存8、9、9 d。

图6 优化条件下辛香料的抑菌效果Fig.6 Antibacterial effect of spices under optimal conditions

2.5 提取液对湿桐柏豆筋的保鲜效果

在最优提取工艺条件下，八角、丁香和辣椒提取液分别在室温(25 ℃)、37 ℃和45 ℃的保鲜试验结果显示：湿豆筋可以保鲜的时间分别为8、9、9 d(25 ℃)，3、4、4 d(37 ℃)，4、5、5 d(45 ℃)。对照试验(湿豆筋未做防腐处理)结果显示，湿豆筋保鲜时间分别为3 d(25 ℃)、1 d(37 ℃)、1.5 d(45 ℃)。

3 结论

本文研究了天然辛香料对湿豆筋防腐保鲜效果的影响，结果表明：9种天然辛香料中八角、丁香、辣椒对湿桐柏豆筋的保鲜效果较为明显；乙醇溶液作为提取剂最为合适。辛香料提取工艺条件优化结果表明，乙醇体积分数对抑菌效果影响最大。八角、丁香和辣椒的最佳溶剂均为75%乙醇、液料比均为10∶1，最优提取温度分别为90、90、70 ℃，最优提取时间分别为2.0、2.5、2.0 h，抑菌圈直径分别为19.6、20.7、20.4 mm。最优提取工艺条件下，八角、丁香、辣椒对湿豆筋具有较好的防腐保鲜效果，室温分别保鲜8、9、9 d；37 ℃分别保鲜3、4、4 d；45 ℃分别保鲜4、5、5 d。