植物精油在酱卤肉制品保藏中的应用研究进展

黄茂微,包沅鑫,孙榕泽,黎茂月,曾珍,刘韫滔,王彩霞,胡滨,李诚

(四川农业大学 食品学院,四川 雅安,625000)

酱卤肉作为我国传统肉制品,已有三千多年的历史,以色彩鲜亮、香味诱人、口感浓郁及食用方便等特点深受广大消费者的喜欢[1],但是其在加工、储藏等环节中容易受微生物污染,发生氧化变质,因此控制微生物、降低氧化速度和程度对于提高酱卤肉品质、延长货架期极为重要。现阶段应用于酱卤肉制品的保藏方法主要包括热杀菌、气调保藏、真空包装保藏、冷藏以及使用合成保鲜剂和天然保鲜剂等[2],但热杀菌中的高温杀菌会破坏食品的营养成分并对食品的风味造成不良影响,而低温杀菌又难以抑制耐热微生物和芽孢[3];气调保藏对设备要求较高[2];真空包装难以抑制厌氧微生物的生长繁殖和酶的活动[4];冷藏时温度波动会降低食品品质[5];合成保鲜剂又存在安全隐患。随着公众的食品安全意识不断提高,天然保鲜剂以其优良的抗菌和抗氧化活性以及天然来源等特点成为了食品保鲜中的研究热点。

植物精油是从植物中提取出来的由多种次级代谢产物组成的复杂混合物[6],大多数酚类、醛类、萜烯类等含量较高的精油抗菌和抗氧化效果良好[7],广泛应用于果蔬、肉类等多种食品的防腐保鲜中。金思渊等[8]将0.35 μL/mL茴香精油应用于鲜切苋菜,提升了苋菜的抗氧化能力,使货架期延长3～4 d。LI等[9]将2倍最低抑菌浓度的丁香精油应用于猪肉,显著抑制了猪肉中金黄色葡萄球菌的生长。但目前关于植物精油应用于酱卤肉制品保藏的系统阐述比较少,因此本文将从酱卤肉制品主要腐败变质原因;植物精油抗菌和抗氧化活性、应用方式以及在酱卤肉制品中的应用等方面展开综述,以期为植物精油在酱卤肉制品中应用提供一定的参考。

1 酱卤肉制品概述

GB/T 23586—2009《酱卤肉制品》中对酱卤肉制品的定义是将新鲜或冷冻的畜禽肉及其可食副产品清洗干净后置于事先加有调味料和香辛料的水中,通过预煮、浸泡、烧煮、酱制(卤制)等工艺加工而成的中国传统肉制品。目前酱卤肉制品保藏方法效果欠佳,易发生由微生物污染和氧化引起的腐败变质[5]。

1.1 微生物污染

腐败微生物和病原微生物的生长会导致酱卤肉制品迅速腐败并导致严重的食源性中毒,除酵母和霉菌外,细菌通常被认为是造成这些恶化和健康问题的主要因素[10]。主要腐败菌包括乳杆菌属、肠杆菌属、变形杆菌、克雷伯氏菌等细菌[11-12],以及一些酵母和霉菌[13-14],这些微生物能够通过多种途径污染酱卤肉制品,导致酱卤肉制品中蛋白质、脂质及碳水化合物如葡萄糖等的分解[15],出现异味、变色、质地缺陷和黏液等不良现象。而沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等致病菌的出现虽然通常不会改变酱卤肉制品的颜色、质地等,但是会引起严重的食物中毒[10, 16]。表1列出了与酱卤肉制品有关的常见腐败和病原微生物。

表1 与酱卤肉制品有关的常见腐败和病原微生物Table 1 Common spoilage and pathogenic microorganisms associated with marinated meat products

1.2 肉的氧化

脂质和蛋白质是酱卤肉制品的主要成分,在加工储藏过程中容易发生氧化变质。不饱和脂肪酸和分子氧是发生脂质氧化的主要反应组分,这2类物质通过自动氧化、光氧化和酶促氧化3种方式生成氢过氧化物[17],氢过氧化物本身无味无臭,但因其性质不稳定容易分解产生酮、醛、酸等次级反应产物,就使得酱卤肉制品产生异味和酸败的气味[18]。

蛋白质氧化的重要标志是蛋白质的羰基化,会导致蛋白质结构发生不可逆的变化,主要通过蛋白质氨基酸侧链(赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、苏氨酸)的直接氧化[19]、还原糖存在时与蛋白质发生非酶糖基化反应[20]、通过谷氨酰基侧链氧化导致蛋白质主链的氧化裂解等途径产生[21],最终形成多种氧化产物。蛋白质氧化不仅会导致酱卤肉制品颜色和质地的恶化,还会导致必需氨基酸等营养物质的流失,降低蛋白质的消化率[22]。

2 植物精油概述

植物精油是一种具有强烈气味的挥发性油状液体,可以从根、叶、种子和花等多种植物器官中提取出来[23]。研究表明,植物精油的抗菌性、抗氧化性等生物活性取决于其化学组分[24],酚类化合物含量高的植物精油能表现出更强的抗菌和抗氧化作用[25]。植物精油可以通过如水蒸气蒸馏、溶剂萃取等常规方法,或者超临界流体萃取、超声波辅助提取等新兴技术来提取获得[26],不同的提取方法和提取条件会影响影响植物精油的化学组成[27],从而影响其抗氧化性和抗菌性,因此应根据实际生产需要选择提取的方法和条件。

2.1 精油的抗菌性

植物精油抗菌机理如图1所示。(1)破坏细胞壁:细胞壁主要成分和与细胞壁有关的酶是植物精油活性成分的首要作用点[28]。有研究者提到革兰氏阳性菌细胞壁中脂磷壁酸的疏水端有利于精油的渗透,而革兰氏阴性菌细胞壁周围的外膜则限制了精油通过脂多糖层的流速[29]。这也是为什么革兰氏阳性菌在某种程度上比革兰氏阴性菌对精油作用更敏感的主要原因[7]。(2)破坏细胞质膜:植物精油能够利用其疏水性的特征进入细胞质膜,并在细胞质膜的磷脂双分子层中累积,破坏细胞膜的结构和功能,增加细胞膜的通透性,使得细胞内容物大量流失,导致菌体死亡[10]。(3)能量代谢紊乱:植物精油能够通过干扰质子动力学,改变ATP酶的构象,抑制ATP相关亚基的表达,使得ATP的合成减少,导致细胞内ATP库减少,影响菌体细胞的呼吸以及正常生命活动[30-31]。(4)阻碍大分子物质合成:植物精油中的一些成分能够破坏DNA和蛋白质的结构,阻碍它们的合成,影响菌体的正常生命活动[32]。BORA等[33]研究发现百里香酚和香芹酚可以作用于微生物细胞,在结构和功能水平上造成细胞膜损伤,并导致通透性增加,最终导致细菌死亡。

图1 植物精油对微生物细胞的抗菌机制Fig.1 Antimicrobial mechanisms of essential oils against bacteria

2.2 精油的抗氧化性

植物精油作为天然抗氧化剂,主要有2种减缓氧化反应的作用机制。(1)直接抗氧化作用:是指植物精油中具有抗氧化作用的成分直接参与抗氧化反应,并在该过程中被化学修饰或消耗[34],抑制或阻止自由基链式反应,从而起到抗氧化作用。(2)间接抗氧化作用:是指虽不直接参与抗氧化反应,但是能够通过诱导细胞保护蛋白生成以提高抗氧化能力或保护氧化基质来发挥抗氧化作用[35-36]。LV等[37]的体内外研究表明,生姜精油通过增加血清和肝脏抗氧化酶,可以保护细胞免受外部有害自由基的侵害。

3 植物精油应用方式

3.1 直接应用

许多研究直接将酱卤肉制品浸渍在精油中一段时间后捞出沥干再进行储存。李玉邯等[38]将百里香精油直接应用于酱牛肉中,抑制了肉品的微生物生长和脂肪氧化,使其保持较好的色泽、口感和滋味。同样刘笑宇[39]将肉桂精油直接添加到酱牛肉中,降低了酱牛肉菌落总数,延缓腐败程度。但是精油直接添加会给食品感官带来不利影响,所以有研究者采用熏蒸精油的方法,即利用精油的挥发性,使得精油中有效成分能在密闭空间内杀死有害微生物[40]。这样既能使精油中的挥发性活性成分均匀地覆盖在食品表面,同时能够减少精油对感官的不良影响。如魏蒙月[40]将肉桂精油作为熏蒸剂作用于酱牛肉,降低了微生物的生长繁殖速率,减缓酱牛肉的色泽和硬度变化,使其保持较好的感官品质。

3.2 间接应用

精油已被广泛认为具有强大的抗菌性和抗氧化性,然而由于其高挥发性、疏水性和易氧化性,其应用也往往受到限制,所以很多研究将精油与微胶囊、可食性膜以及纳米乳液等包装技术相结合来解决这一问题。

3.2.1 微胶囊

精油微胶囊技术是指将精油包裹在聚合物外壳中通过物理、化学方法形成微小颗粒的技术[41]。微胶囊技术能够保护精油免受外部环境的影响以提高精油的稳定性,从而抑制精油的挥发和氧化,同时还能减少精油强烈气味对食品感官品质的影响[42]。杜津等[43]以明胶和阿拉伯胶为壁材,通过复凝聚法制备柚子精油微胶囊,延长了精油中活性成分发挥有效作用的时长,抑制苹果中多酚氧化酶的活性,从而延缓其褐变。此外,DE ARAJO等[44]以麦芽糊精和明胶为壁材制备了甜橙精油微胶囊,甜橙精油的微胶囊化提高了其抗菌和抗氧化性能,说明精油微胶囊化对食品工业具有重要意义。

3.2.2 可食性膜

含精油可食性膜是指将植物精油加入可食性膜中制成的具有抗菌和抗氧化性的功能性膜,分为薄膜和涂层两大类[45]。许多研究表明植物精油加入可食性膜能够减缓精油中具有活性功能物质的扩散速率,增加其与食品组织的接触时间,提高抗菌和抗氧化作用,有效延长食品保质期[46]。GRANDE TOVAR等[47]发现芸香精油和壳聚糖制备的涂层能抑制引起番石榴炭疽病的真菌生长,研究者认为精油和壳聚糖能以相加或协同的方式起作用,其中精油改变了病原体的结构,而壳聚糖可以作为增强剂,减少细胞壁合成,并降低目标真菌对精油干扰的耐受力,从而导致其凋亡。

此外,还有研究者将生姜精油微胶囊与明胶薄膜相结合,制备了生姜精油微胶囊复合膜,发现生姜精油微胶囊膜抗氧化能力的减弱速度较生姜精油微胶囊慢,并能长期保持在较高水平[48]。因此,直接在膜基质中加入微胶囊可以拓宽微胶囊的应用范围,增加有效成分的释放时间。

3.2.3 纳米乳液

精油纳米乳液是指将精油与一定质量比的乳化剂通过高压均质、微流化、超声波以及自发乳化等方法得到的液体[49]。精油形成纳米乳液后具有防止精油氧化、增加精油在水相中的溶解度、控制精油中生物活性化合物的释放以及由于乳液表面积增加而提高精油的生物活性等功能[50]。TOPUZ等[51]探究了游离茴香精油及其纳米乳液对大肠杆菌O157∶H7和单核增生李斯特菌的抑制作用,发现游离茴香精油对2种菌的抑制作用分别为1.48和0.47 lg CFU/mL;而在相同条件下,精油纳米乳液分别使2种菌减少了2.51和1.64 lg CFU/mL,理化分析和微生物分析均表明,精油纳米乳液比游离精油具有更好的长期理化稳定性和抑菌活性。因此纳米乳液与精油相结合,不仅能使精油中生物活性化合物缓慢和长时间的释放,而且还有助于提高它们在食物系统中的溶解度。

4 植物精油在酱卤肉制品中的应用情况

植物精油种类多、来源广,具有较强抗菌和抗氧化效果。酱卤肉制品营养物质丰富,易被微生物污染,也易发生氧化而腐败变质,近年来关于植物精油在酱卤肉制品保藏中的应用研究较多,如表2所示。

4.1 植物精油对酱卤肉制品的抗菌应用研究

REZAEI等[52]利用蒸馏法提取唇香草精油,分别通过直接添加、制备可食用涂层溶液以及可食用薄膜3种方式应用于酱制鲢鱼片,发现唇香草精油中高浓度的酚类物质能够与细菌细胞壁的脂多糖层相互作用,从而扰乱其结构,以抑制细菌增长,并且对比游离形式精油,在不影响鱼片感官品质的前提下,使用活性涂层和薄膜更能延长鱼片的保质期。这在ALA等[53]制备的留兰香精油/唇香草精油涂层溶液中同样能够证明,精油涂层溶液对酱制鸡胸肉中腐败菌以及金黄色葡萄球菌、大肠杆菌O157∶H7等致病菌具有更好抑制作用,同时还使酱制鸡胸肉的货架期延长了10 d。

魏蒙月等[54]以β-环糊精为壁材,通过包埋法制备了肉桂精油、丁香精油、肉桂-丁香复合精油微胶囊,壁材的热阻效应使得精油微胶囊化后热稳定性显著提高,作用于酱牛肉,抑制了菌落总数增长,延长货架期,并对感官无不良影响,甚至具有保护作用。这在李维迪[55]制备的肉桂精油复合微乳液中同样有所体现,对酱牛肉硬度、弹性、咀嚼性等质构特性无显著影响的同时,明显抑制菌落总数增长,且对大肠杆菌和乳酸菌抗菌作用明显。同样徐若滢等[56]将制备的八角茴香精油纳米乳液也能有效抑制酱卤鸭翅中乳酸菌的生长,并且精油浓度越大对乳酸菌的抑菌效果越好,但同时高浓度精油也会给感官带来负面影响。

此外,还有一些研究者为了提高单一精油的抑菌效果,扩大抑菌范围,将2种或以上精油复配后使用。例如WEI等[57]将桂皮、肉桂、茶树和当归4种精油按一定比例复配后直接应用于卤鸡,降低了卤鸡菌落总数和腐败微生物的生长速度,延长其货架期。同样张依洁等[58]将生姜精油、青花椒精油、八角茴香精油和肉桂精油以一定比例等体积复配使用,显著抑制了酱卤鸭肉在4 ℃贮藏过程中的优势腐败菌—荧光假单胞菌、产气肠杆菌、表皮葡萄球菌和藤黄微球菌的生长。

4.2 植物精油对酱卤肉制品的抗氧化应用研究

RIMINI等[59]将百里香精油和柑橘精油以1∶1的比例混合后应用于酱制鸡肉,由于百里香精油具有非常高的自由基清除能力,而且柑橘精油中大量的酚酸和类黄酮等酚类物质是重要的天然抗氧化剂,所以能很好地抑制鸡肉脂质氧化,且不会对肉质特性产生负面影响。同样张依洁等[60]将0.05 g/kg丁香精油和0.1 g/kg青花椒精油分别应用于卤制鸭肉中,发现精油在抑制卤鸭肉挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen, TVB-N)值增长的同时,对其质构特性、风味特征也无明显影响。然而精油不稳定、易挥发,所以许多研究将精油与可食性膜等活性包装结合使用。如WANG等[61]将杏仁精油加入壳聚糖薄膜并应用于酱牛肉,添加1%杏仁精油的薄膜在酱牛肉表面形成隔氧层,抑制过氧化值(peroxide value, PV)和硫代巴比妥酸 (thiobarbituric acid, TBA)值的增长,并且味道、颜色、质地等感官属性也得以改善。郗泽文等[62]以海藻酸钠为成膜剂制备柠檬精油粗乳液和纳米乳液可食用涂膜液,并分别应用于卤鸭脖中,发现由于海藻酸钠涂膜能很好地阻碍氧气渗透,并且精油乳化后能提高其抗氧化性,所以精油乳液处理显著降低了硫代巴比妥酸反应物 (thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)值,并使货架期延长了4 d。

5 存在问题和展望

本文探讨了植物精油对酱卤肉制品保藏过程中的影响,得出了精油具有延缓微生物生长、控制氧化进程以及延长货架期等功能。但是目前植物精油在酱卤肉制品保藏应用过程中存在的问题日益凸显。①植物精油构成复杂,大多数用于研究的精油是粗提取物,其中的有效成分仍不清楚,并且对于单体成分的应用机理研究较少;另外,植物精油的抑菌机理尚未完全明确,并且研究也不够全面。②同等浓度情况下,植物精油的生物活性低于化学保鲜剂,并且食品基质组分比较复杂,可能会降低精油的有效性,因此要想达到相同的保藏效果,添加到食品中的精油浓度需更高,而一旦大于常规调味的量或浓度,则可能存在安全问题,同时对产品的感官、品质等产生不良影响。③在一些研究中仍然观察到可食性膜、微胶囊等食品包装技术对精油的不利影响;并且有关不同食品体系与这些包装技术所涉及材料的相互作用,以及所导致的过敏反应等研究相对较少;此外,缺乏毒理学研究或分析来调查包装材料摄入后在基因水平上的影响,有关生物安全方面的数据非常匮乏。④虽然许多精油被列为一般认为安全(generally recognized as safe, GRAS)化合物,但仍有研究表明一些精油成分可能会引起刺激或毒性,并且缺乏具体的法规来规范其使用。⑤目前大多数将精油应用于食品中的研究还停留在实验室阶段,尚未建立商业规模。

针对以上问题,今后关于植物精油的研究方向有:①进一步对植物精油中的活性成分进行分离、鉴定及表征,更深层次地探究精油的抑菌机理;②进一步研究精油成分与食品成分之间、精油与精油之间、精油与其他天然食品添加剂或其他栅栏技术之间的协同作用,使得精油既能够在较低浓度下达到更好的保藏效果,又能最大化降低精油给食品感官属性带来的负面影响;③进一步探究在不影响精油功能性的前提下,能提高其稳定性的包装技术;多寻求精油的有效剂量与精油在食品系统中使用时可能产生的风险之间的平衡;迫切需要研究这些包装材料如何在体内转化和降解,以及所得降解产物是否对人体有害;④进一步对精油的安全剂量、功效、以及应用于特定产品或人群时的急性慢性毒性进行评估,规范精油的使用和最大允许限度;⑤多从商业化角度看待中试规模的研究,促进精油在食品应用中的工业化。