植物精油对干酪抑菌作用的研究进展

赵悦，李玲玉，闫清泉，吴政，赵中华，宗学醒

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（呼和浩特 011500）

食品安全是食品行业的主要问题之一。干酪营养物质极其丰富，具有独特的风味和口感，受到许多消费者的喜爱，逐步成为餐桌上不可或缺的一部分。然而，在产品的生产、包装、运输、储存过程中，干酪很容易受到微生物的污染，破坏食品营养价值的同时也给消费者构成了健康威胁。为避免此类现象的发生，也开发了许多方法，包括热处理、降低水活度、酸化、辐照及添加化学防腐剂等方法用于生产更安全的食品，然而这些方法均有一定的局限性。为满足人们对食品感官和安全的要求，寻求一种天然、安全且具有光谱抗菌抗氧化效果的植物源抗菌剂非常重要。精油是一种植物次级代谢产物，具有高效的抑菌作用、穿透力强、分子质量小且易吸收等特点，在食品、医药、化妆品等行业有着广泛的应用价值。

1 干酪成熟及储存期间的变化

干酪是乳制品中最有营养的产品之一，是蛋白质、维生素、矿物质、短链脂肪酸和一些反式脂肪酸等必需营养素的丰富来源。干酪的成熟在干酪生产中是至关重要的步骤，但往往也需要较长的时间，干酪所具有的独特风味和质地相关的生化反应（蛋白质分解、脂肪分解和糖酵解）主要是微生物产生的酶或微生物细胞裂解后释放到干酪基质上的酶所产生[1]。干酪质地的形成取决于成熟的第一阶段，凝乳酶会分解酪蛋白，分解程度直接影响干酪质地；干酪风味的形成一方面来自蛋白质分解生成的脂肪酸，另一方面来自脂肪分解产生的短链脂肪酸，进而形成风味物质[2]。干酪是各种腐败微生物生长和活动的有利培养基，因此，有必要在成熟期间防止干酪交叉污染。干酪在储存过程中若储存不当，会造成细菌和真菌的污染，这些污染对干酪品质有重大影响，由于致病菌的存在，微生物污染可能危及食品安全，并会由于腐败细菌的繁殖而降低产品的保质期，影响食品的保存状态[3]。近年来，人们一直采用合适的包装材料对干酪进行包衣处理，以避免微生物污染、水分流失等问题的发生，进而生产出质量统一、安全可靠的干酪，对于涂层原料的选取要求最基本的是不能干扰干酪的正常成熟和特征风味及质地的形成[4]。

干酪在成熟过程中，其高pH、高水分含量及成熟室的温度都会为单核增生李斯特菌的生长提供条件[5]。单核增生李斯特氏菌是一种嗜冷病原体，存在于许多生态环境中，同时也有存在于原奶中的风险。若在加工过程中不能保证良好的环境卫生，很有可能进入干酪中，从而影响干酪品质。金黄色葡萄球菌能够耐受盐和中等酸度，能在干酪的生产过程中繁殖，甚至可在硬质干酪中存活很长时间，如若发展出大量的菌群，可能会产生肠毒素，即使细胞失去活力，产生的肠毒素也会留存很长时间。

2 植物精油的特性

2.1 植物精油定义及性质

精油（essential oil）是从植物部位（根、茎、叶、花、果实）中提取出的具有特定特征性香气的一类次生代谢产物，一般是借用辅助工具通过水蒸气蒸馏、冷浸、挤压、有机溶剂浸提以及吸附等方法分离提取纯化得来的[6]。精油在不同的行业有不同的名称，生物上称为植物精油或者香精油，商业上称之为芳香油，医学行业和化工上称为挥发油。植物精油通常由几十种甚至几百种的有机化合物构成的相对复杂的混合物，其分子组成也比较复杂[7]。

2.2 植物精油的生物活性

精油作为一种强大的抗菌剂，在食品和食品包装行业有着重要的潜在应用，并可作为食品表面的消毒剂[8]。活性包装材料能够释放活性化合物，从而在延长食品储存期及改善食品的质量和安全方面尤为重要[9]。目前，消费者普遍拒绝合成添加剂，如亚硫酸盐、苯甲酸或其衍生盐，人们对使用天然抗菌剂进行食品保鲜的兴趣越来越大，这些添加剂通常用于控制食品中的微生物生长。植物精油是亲脂性液体，从不同的植物中提取，含有不同的天然、生物活性成分，在食品保藏中有着重要作用，不仅具有高效的抗菌和抗氧化活性，而且对人们的健康有很大益处[10]。由于精油的化学成分因原料的不同而不同，即使在相同的植物中，其抗菌效果也因植物来源的不同而显著不同。植物精油有几种不同的作用方式，包括通过形成孔隙干扰细菌细胞壁，从而导致渗透性和细胞成分的释放，降低细胞内pH，以及改变细胞内三磷酸腺苷[11]。

近年来，许多研发人员对植物精油及成分做了许多抗菌活性的研究，研究发现许多植物精油可以抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性菌的生长繁殖，其中包括许多食源性致病菌[12]。植物精油具有疏水性成分，较容易通过细菌的细胞膜，干扰分子转运机制，进而导致细胞失活。植物精油对革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌的抑制效果要好，革兰氏阴性菌的细胞壁结构较为复杂，由单层肽聚糖包围，外膜由蛋白质和脂多糖（LPS）组成，它阻碍了大分子和疏水化合物与细菌细胞的接触，使革兰氏阴性菌对这些化合物具有更高的耐受性，而革兰氏阳性菌的细胞壁由肽聚糖（90%～95%）、磷壁酸和与之相连的蛋白质组成，它们与细胞膜相互作用，并很容易通过细胞膜进入细胞质[13]。据报道，辣木、牛至、孜然、肉桂、丁香、山苍子、鼠尾草、竹叶等植物精油对大多数微生物均有一定的抑制作用，有利于食品防腐保质[14]。植物精油也可以抑制或延缓细菌、酵母和霉菌的生长，是一种可替代化学抗菌剂的天然抗菌剂[15]。

2.3 植物精油抗菌抗氧化机制

植物精油已被许多研究人员公认为天然、安全的抗菌剂，具有增强人体免疫力和延长食品保质期的功能[16]。精油中的抗菌活性最强的是酚类化合物，其次是醛类、酮类、醇类、醚类和碳氢化合物，这些化合物改变细胞的渗透性，干扰参与能量生产的酶，并中断蛋白质的动力，最终导致细胞死亡。就目前研究进展来看，精油及其成分对细菌细胞的作用机制主要如下：破坏细胞壁和细胞膜，干扰能量代谢系统，对全细胞蛋白质、DNA和代谢组产生影响，改变细胞形态，影响细胞分裂，抑制生物膜形成等[17]。精油的抗菌活性与所含有的化学成分及具有抗菌活性的组分含量密切相关，其抗菌分子可能是直接存在于植物中的活性成分，也可能是被特定的酶激活后作为对外源刺激相应的自身防御机制而合成[18]。据报道，植物精油中香芹酚、丁香酚、百里酚、柠檬醛、肉桂醛等活性成分对一些食源性腐败菌、致病菌具有一定的抑制作用。精油大部分都具有抗氧化能力，可以缓解自由基对机体损害，有益于延缓机体的衰变，同其他活性物质共同作用维护机体。植物精油的抗氧化途径主要有以下两方面：一是直接清除DPPH、H2O2、羟基离子等一系列自由基；二是防止脂质过氧化产生，提高还原能力，如抑制脂氧化酶活力、还原铁离子等[19]。

牛至精油的抗菌成分主要是酚类和萜烯类物质，其抗菌机制主要包括：（1）破坏细菌的细胞膜和细胞壁进行抑菌，该精油可使细胞壁变得疏松，细胞膜的通透性增大，导致胞内物质向外流出，使细菌失去保护而失活；（2）阻止细菌蛋白质的合成。牛至精油中的酚类物质一方面可使细胞膜中的蛋白变质，另一方面可通过磷脂反应阻止蛋白合成以减少细菌繁殖；（3）酚类和萜烯类物质可抑制菌核酸的自我复制、合成途径，使微生物无法生长[20]。牛至精油的抗氧化作用主要来源于酚酸类和萜类物质，抗氧化机制主要是终止链式反应以及通过加成反应保持膜的完整性。辣木精油可使细胞膜受到破坏，使其失去传递能力进行代谢的功能，致使细菌的代谢活性大大降低。辣木精油的主要成分是棕榈酸、十六醛、二十七烷及二十五烷，对单核增生李斯特菌有一定的抑制作用，其抗菌机理主要是抑制能量代谢，抑制菌体生理代谢水平，抑制呼吸代谢，抑制拓扑异构酶Ⅰ/Ⅱ活性，与DNA发生嵌入结合作用，减少胞内DNA含量。肉桂精油的主要成分是丁香酚、醋酸酯、3-烯丙醇-6-甲氧基和苯酚，其抑菌机理主要是破坏菌体细胞膜的完整性，细胞通透性增加，细胞内的物质就会流失，可能会对菌体遗传物质DNA的合成造成影响[21]。Feyaerts等[22]研究表明，富含醛类、酚类、单萜醇类、醚类和酮类的精油表现出更高的抑制活性。

3 植物精油对干酪的抑菌应用

3.1 植物精油对干酪的抑菌作用机制

植物产品及其衍生化合物具有广泛的生物活性，可作为不同类型食品中的天然添加剂。近年来，植物精油及其衍生物作为合成抗菌剂或添加剂的替代品，在食品工业中很受欢迎[23]。顾玉磊[24]研究表明，在马苏里拉奶酪、切达奶酪、帕尔玛奶酪以及卡蒙贝尔奶酪表面喷洒辣木精油后，表面的细菌数量较对照组明显减少，说明辣木精油对奶酪中的单核增生李斯特菌有较强的抑制作用，可延长产品的货架期。使用辣木精油后，通过影响关键酶（AKP和β-半乳糖苷酶）活性、细胞代谢活性、ATP含量和呼吸代谢，显著抑制了单核增生李斯特菌的活性；辣木精油还影响遗传物质的合成，对毒力基因具有不同程度的抑制活性，同时也能有效抑制单核增生李斯特菌的生长，且不影响干酪的色泽、质地和感官评价[25]。

3.2 植物精油对干酪的抑菌作用方式

食用涂层是一种可食用材料的薄层，通常是将产品浸泡在由结构基质（碳水化合物、蛋白质、脂质或多组分混合物）形成的溶液中，以液体形式涂在食品表面。如果涂层中含有抗菌剂，它们能够保护易腐食品，如低脂奶酪，涂层后可免受微生物生长，延长货架期。海藻酸钠是一种从海藻中提取的多糖，是一种成膜化合物，通常用作食品和药物的潜在包衣材料，目前，人们为了提高食品的保质期，通过添加精油开发具有抗菌作用的活性海藻酸钠涂层[26]。在乳清干酪的半乳甘露聚糖涂层中添加植物精油抗菌剂，与未涂层的奶酪相比，单增李斯特菌的增殖有明显降低，在食用包衣中添加精油可作为一种有效的天然抗菌剂。新鲜奶酪对微生物污染和脂质过氧化极其敏感，为避免产生污染，将奶酪表面使用含有植物精油涂层可保护在储存期间的营养价值和感官特性。Artiga-Artigas等[27]研究表明，将含有2.0%牛至精油的纳米乳剂涂在低脂干酪上，可提高干酪块的微生物稳定性，对金黄色葡萄球菌等外部病原菌具有有效的去污处理，能有效地保护干酪的外观，并延长干酪的保质期。Ehsani等[28]研究表明，在干酪的生产、成熟和贮藏过程中，植物精油对大肠杆菌和单核增生李斯特菌的生长均有明显的抑制作用。

由微生物引起的污染在食品工业中是一个特别具有挑战性的问题，因为有些细菌能在食品保存的条件下生长。孜然精油纳米乳液对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、单核增生李斯特菌、鼠伤寒沙门氏菌、黑曲霉、黄曲霉等多种病原菌均有显著的抗菌活性。软质干酪很容易受到病原微生物和腐败微生物的污染，会影响保存时间，因此，在奶酪的制作和储存过程中在加以严格把控的同时，可选取最合适的精油作为抗菌剂，提高软质干酪的抗菌性能和抗氧化能力，延缓干酪在储存期间产生毒素的病原体和腐败微生物的生长，也可延长干酪的储存时间[29]。在乳制品保存中，月桂、丁香、肉桂和百里香精油均可抑制低脂肪含量软干酪中90%左右的单核增生李斯特菌和沙门氏菌。

4 结语

植物精油作为一种有效的天然抗菌剂，在抑制干酪的腐败菌和延长保质期方面有重要作用，植物精油中的化合物主要通过增加细胞通透性、改变膜脂肪酸和影响膜蛋白等多种机制发挥抑菌活性。在未来发展中，也可优选最佳植物精油与其他抗菌剂搭配混合应用于食用薄膜和包衣中，可以更有效地防止微生物生长，提高干酪的质量和安全性。在不久的将来，植物精油在食品领域有望替代化学合成剂成为食品保鲜的潜在抗菌剂，提高食品的安全性能，减少对人类机体的潜在危害。