香茅精油的提取方法、抑菌活性及在食品保鲜中的应用进展

王秋亚，王勇森

(渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714099)

香茅草，又被称为柠檬草，是禾本科香茅属芳香性植物。香茅草在东半球热带及亚热带地区被广泛种植，在我国主要分布在贵州、福建、广东、广西、海南等省份。因其具有独特的芳香风味，还有疏风通络、和胃通气、安神醒脑等药理功效，广泛应用于食品调料中[1]。如在东南亚地区，烤鸡、烤鱼、烤肉等肉类食物多用香茅草进行调味， 味道鲜嫩奇香。香茅作为一种常见的香辛调味料，不仅可以增香赋味，还具有很强的食疗保健和抗菌、防腐作用[2]。香茅精油是从晒干的香茅草中提取的，呈淡黄色且带有柠檬香味，其原产于斯里兰卡和爪哇，主产于马达加斯加、南非、斯里兰卡、爪哇等地，其中以爪哇的质量较好。香茅精油具有强烈的呈味和呈香作用，常可作为日常烧菜、造蜜、甜品面包、蛋糕等各类食品调味增香的一种绿色食品添加剂[3]。此外，香茅精油因具有良好的抑菌活性，在食品防腐保鲜等领域具有广阔的开发利用前景。本文首先介绍了香茅精油的主要化学成分，然后对香茅精油的提取方法、抑菌活性及在食品保鲜中的应用进行了较为详尽的综述，从而为香茅精油进一步的开发与应用提供了参考。

1 香茅精油的主要化学成分

香茅草精油含有多种活性组分，主要包括醛类、醇类、酯类和烯萜类等活性成分。通常香茅草种植的地理位置及精油的提取部位不同，其化学成分及含量也各不相同。在其挥发性组分中，柠檬醛的异构体香叶醛与橙花醛含量最多。陈集双等[4]对来自西非喀麦隆、杭州种植的香茅草精油的主要挥发性成分进行了鉴定，共得到了33种成分，其中香叶醛、橙花醛含量最多，分别为35.75% 和28.7%；此外还有少量的香叶醇、芳樟醇、香叶酸等，占比分别为7.86%、1%、1.4%。黎华寿等[5]研究了香茅草不同部位所提取的精油，通过对茎部和根部所得到的精油进行分析，结果茎叶得到12种化学成分，其中含量最多的是柠檬醛(包括香叶醛和橙花醛)，除此之外还有9个含量较少的半萜类化合物；根部检测得到长叶松烯、芹子烯内酯、依兰烯、榄香烯等化学组分都是橙花醛、β-月桂烯、香叶醛，根部检测得到长叶松烯、芹子烯内酯、依兰烯、榄香烯等10种萜烯化合物。李桂珍等[6]采用GC-MS技术分析得出泰国及广西防城本地香茅油为柠檬型，主要化学组分都是橙花醛、β-月桂烯、香叶醛，它们在广西和泰国香茅油中的相对含量分别为8.91%、15.13%、32.15%和29.25%、41.43%、40.72%。邱珊莲等[7]研究了提取时间、干燥方式、生长时间及提取部位对福建产香茅精油提取率的影响，结果表明：与阴干、烘干相比，晒干更有利于保留叶中的精油；生长至次年7月份时精油含量最高，为1.12%；叶片的精油含量是叶梢的3倍多，是精油集中的部位；生长期为7个月的香茅精油含有27种化学成分，其中柠檬醛是主要成分，相对含量为72.196%，其次为β-蒎烯，相对含量为7.933%。以上研究结果对香茅精油在食品及调味品行业中的合理利用提供了参考依据。

2 香茅精油的提取方法

目前,香茅精油的提取方法主要有索氏提取法、水蒸气蒸馏法、超声波辅助-水蒸气蒸馏法、微波辅助提取法、超临界CO2萃取法等，提取方法及原料的不同导致精油的提取率与品质不同。

2.1 索氏提取法

索氏提取法是利用溶剂的回流和虹吸，使固体物质连续不断地被纯溶剂所萃取的一种方法。刁水华[8]采用索氏提取法，利用不同溶剂来提取香茅草精油，溶剂为丙酮时提取率最大，为8.51%，溶剂为乙醇时提取率为7.73%，而溶剂为乙醚时提取效果最差，提取率为5.28%，由于丙酮易引发急性中毒，操作过程中存在一定的安全隐患，故最终选用乙醇作为最佳提取溶剂。索氏提取法具有低能耗、设备简单和操作简便等优点，但不可避免地也有一些不足，如只能用于实验室研究，截至目前还没有工业化生产的相关设备，且工业化时需要较高的能量损耗，对设备要求高。

2.2 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是指将水和药材放在一起蒸馏，其中药材具有挥发性，在随水蒸气蒸馏时，挥发性成分一起馏出的方法。贾媛等[9]利用水蒸气蒸馏法对柠檬香茅精油进行提取，通过单因素试验和正交试验确定了水蒸气提取香茅精油的最佳条件为：选用新鲜香茅叶片，在料液比1∶45、NaCl用量9%的条件下提取180 min，香茅精油得率为(2.53±0.08)%。水蒸气蒸馏法操作简单、成本低、不污染环境，但也存在一定的弊端，如容易使原料糊化从而产生成分发生改变的问题以及提取效率较低。

2.3 超声波辅助-水蒸气蒸馏法

超声波辅助法是利用超声波的空化作用，破坏植物组织的细胞，从而加速植物有效成分溶出的一种方法。丁华等[10]结合超声辅助技术，通过水蒸气蒸馏法对香茅精油进行提取，在确定超声功率为420 W、超声时间为30 min的前提条件下，在单因素试验的和基础上，通过正交试验确定了香茅精油的最佳提取工艺条件：料液比为1∶20，NaCl用量为10%，提取时间为180 min，在该实验条件下，香茅精油的提取率为2.8%。超声波辅助-水蒸气蒸馏提取法与单纯的水蒸气蒸馏法相比，提取速率快且提取效率更高。

2.4 微波辅助提取法

微波辅助提取法是指使用恰当的溶剂在微波反应器中从植被、矿体、动物组织等内提取各种化学组分的方法，因内部与外部同时加热，受热均衡，热效率普遍高。孙毅等[11]采用响应面法优化微波辅助提取香茅精油的工艺，最终确定了微波辅助提取柠檬油的最优工艺条件为提取时间2 h，微波功率0.472 kW，固液比1∶12.5，在此条件下验证所得到的柠檬精油得率为1.40%，为预测值的99.57%。该方法具有受热均匀、萃取速度快、高效节能、易于控制和无污染等优点。

2.5 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法是利用超临界二氧化碳对某些特殊天然产物具有特殊溶解作用，利用超临界二氧化碳的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界二氧化碳溶解能力的影响而进行的。赵建芬等[12]采用超临界CO2萃取法提取柠檬草中的精油，根据简单比较法优化萃取条件，结果发现超临界CO2萃取柠檬精油得率最高的条件为：在萃取强度15 MPa、萃取温度318 K、萃取时间1.5 h时得率可达2.13%。该方法提取效率高、污染低、萃取温度低，不仅能够提取易挥发组分，而且能够提取不稳定易氧化的成分。

此外，还有部分学者对香茅精油的不同提取方法进行了比较。Sargenti等[13]采用索氏提取法、水蒸气蒸溜法和超临界CO2萃取法提取香茅精油，通过比较实验结果发现，用丙酮做溶剂，索氏抽取4 h，提取率高于其他两种方法。虽然索氏提取法产率较高，但后续处理较为复杂，而采用该法制得的精油可以直接进行下一步成分分析。王昊等[14]采用不同方法提取香茅草精油，通过实验比较得到水蒸气蒸馏法提取耗时最长，3 h后精油的提取率不再增加，其次为超临界CO2法，最迅速的是微波法；而在精油得率方面，提取率最高的为超临界CO2法，最低的为水蒸气蒸馏法。

3 香茅精油的抑菌活性及在食品保鲜中的应用

3.1 香茅精油的抑菌活性

植物精油对多种类、较广范围的菌属具有一定抑制作用，与化学抑制剂相比较，有着较小副作用和较低残留毒性的专属特性。研究表明香茅精油对多数植物病原真菌具有较强的抑制作用。吴慧清等[15]对包括香茅精油在内的42种植物精油的抑菌效果进行了评估，研究发现上述精油对黑色变种枯草杆菌、大肠杆菌、黑曲霉、金黄色葡萄球菌等多种菌类具有不同程度的抑制效果，且香茅精油的抑菌效果仅次于百里香精油和肉桂精油。纪淑娟等[16]通过带药介质法对香茅精油的抑菌性进行了研究，发现果蔬采摘后主要致病菌，如灰霉菌、蒂腐菌、链格孢菌、炭疽菌和串珠镰刀菌受到香茅精油不同程度的抑制作用，且当挥发油浓度为300 μL/L时，可几乎抑制灰霉病菌菌丝的生长，对另外几种致病菌抑制效果较弱。刘耀华等[17]在香茅精油对番茄早疫细菌的抑菌功效及抑菌机理中发现，香茅精油可以减轻细菌对营养物质的吸收，使培养液中具有能溶特性的蛋白含量增加。运用香茅精油处理后，番茄早疫病菌体内MDA(菌丝体丙二醛)含量增加，SOD(超氧化物歧化酶)活性升高，故挥发油清除O2-的功效增强，从而减弱柠檬精油对机体的毒杀效果。程作慧等[18]在香茅精油微乳液的制备及抑菌活性研究中发现，香茅精油和较低浓度香茅挥发油微乳液对3种枯萎致病细菌(黄瓜枯萎菌、茄子枯萎菌、辣椒枯萎菌)的抑制功效均差异显著(P<0.05，其中P为概率)；当浓度达到1 g/L时，香茅精油微乳液对3种枯萎菌的抑菌效果已经达到100%，分别是香茅精油抑菌率的2.6倍(黄瓜枯萎菌)、2.9倍(茄子枯萎菌)和2.2倍(辣椒枯萎菌)，即将香茅精油加工成微乳液后，抑菌效果大大增强。

3.2 香茅精油抑菌活性在食品保鲜中的应用

近年来，香辛料精油作为天然防腐剂和保鲜剂在果蔬及肉制品等食品领域有一定的应用价值[19]。香茅精油作为天然植物杀菌剂之一，对果蔬病原菌具有良好的抑制活性，可作为果蔬防腐剂和保鲜剂。Murmu等[20]通过将2%的香茅精油添加到阿拉伯树胶可食用膜中，研究发现阿拉伯树胶可食用膜能够极大地改善番石榴的保鲜效果，且在第40天时番石榴果皮CIE a*(番石榴平均表皮绿度颜色标度，a*为样品果皮颜色分数)值为负，果皮褐变程度较低，整体可接受程度较高，将番石榴的售卖时间从7 d延长到40 d。Azarakhsh等[21]在鲜切菠萝的保鲜研究中，将3%的香茅油添加在海藻酸盐可食用涂膜中，通过扫描电镜观察第8天时的实验样品发现，该可食用膜能够抑制霉菌和酵母的生长，细胞壁结构形态与新鲜菠萝相近，而空白样品则有细胞壁结构皱缩、高程度微生物繁殖。许泽文等[22]在柠檬草精油对巨峰葡萄保鲜研究中发现，未经香茅精油处理的巨峰葡萄在贮藏第2天便开始出现烂果现象，第10天烂果率达到100%，而经过柠檬草精油处理的样品烂果率均低于未处理样品，且在实验中得出浓度为0.05%的柠檬草精油的保鲜效果最好。王建清等[23]通过研究不同浓度的香茅草精油对鲜切网纹瓜的保鲜效果，从外观、失重率、硬度等评价指标得出：体积分数为0.5%的香茅草精油的保鲜效果最好，在该条件下，失重率仅为3.71%；硬度变化最小，为25%；远小于其他实验组。刘光发等[24]发现，香茅油浓度为2%时，经过8 d的储藏后甜樱桃的腐烂程度远低于其他实验组，能够很好地维持樱桃的感官品质；从腐烂率来看，在该条件下樱桃的腐烂率仅为6%，远低于空白组的25%。此外，香茅精油的抑菌特性使得它也可作为肉类的保鲜剂。赵建芬等[25]在其抑菌性能对猪肉保鲜效果的研究中发现，在常温下，第3天时猪肉的细菌总数酸碱性均为新鲜肉水平，到了第5天时仍为次鲜肉状态；而在4 ℃下，第14天时上述参数均在新鲜肉标准范围内，而第21天时处在次新鲜水平，通过上述研究结果可以明显看出香茅精油极大地提升了猪肉的保鲜期。

4 前景展望

香茅精油作为一种用途广泛且绿色环保的天然植物精油，其不仅可以调味增香，而且具有优良的抑菌性、抗氧化性以及其他功效，使得其在日常生活中备受青睐。香茅精油是重要自然香料之一，主要在食品、肥皂、洗涤剂、清洗剂的生产中运用。此外，香茅精油可作为未来我国开发研究新型果蔬保鲜剂、防腐剂、植物添加剂的重要原料。香茅属植物的生长环境、提取方法、提取部位的差异都是影响所得精油挥发性成分的重要条件，且会导致抑菌功效出现差异。因此，我们有必要对香茅油的主要化学成分、提取方法和抑菌活性等进行深入研究。此外，尽管我国很多研究者对香茅精油的化学成分、提取、抑菌性及其他功效等方面做了不少研究工作并且取得了一定成果,但香茅精油的研究和开发利用中仍存在很多不足，导致其在许多领域中的利用率普遍较低。相信在未来随着各种提取、分离和检测技术的不断进步，香茅精油的化学组分和功效日趋明朗化，香茅精油必将在医药、化工、病害虫防治、食品、环保等方面得到更广泛的开发和应用。