食品研究与开发 专题论述 Food Research And Develooment 2013年1月 第34卷第2期 植物精油在肉制品中的抑菌应用研究进展 张鹏禹 .一,任小云 ,肖作兵 ,王一非 t’ (1.上海应用技术学院香料香精技术与工程学院,上海201418;2.南京师范大学金陵女子学院食品科学与营养 系,江苏南京210097) 摘要:大多数植物精油是公认的GRAS物质,安全性高且具有较好的抑茵作用,能满足当前食品行业和消费者对于 食品安全的要求,在肉制品中具有良好的应用前景。介绍果香型精油和香辛料精油在肉制品中的应用、提高抑菌效果 的手段及其抑菌机理。 关键词:果香型精油;香辛料精油;肉制品;抑茵机制 Advanced in Antibacterial Activities of Plant Essential OiIs iIl the Preservation of Meat Produc ̄ ZHANG Peng—yu ,REN Xiao-yun ,XIAO Zuo-bing ,WANG Yi-fei ’ (1.School ofPerfume andAromaTechnology,ShanghaiInstitute ofTechnology,Shanghai 201418,China; 2.Department of Food Science and Nutrition,Ginling College,Nanjing Normal University,Nanjing 210097, Jiangsu,China) Abstract:A number of plant essential oils are recognized as GRASs with potential antibacterial effects. According to current demands of food industry and consumers for food safety,there are urgent needs for natural antimicrobial agents in the application of meat products.This article highlights the antibacterial mechanisms of fruit essential oils(EOs)and spice oils,the application in meat products and their effects in combination with other treatments. Key words:fruit EOs;spices oils;meat products;antibacterial mechanism 近年来植物精油作为一种新型的冷杀菌技术,在 低浓度时就对大多数的食品腐败菌和致病菌如Liste— ria monocytogenes,Salmonella typhimurium,Escherichia 使用范围最广的植物精油,在肉制品防腐保鲜方面有 非常好的效果。 1植物精油在肉制品中的应用 1.1果香型精油 coli 0157:H7,Higella dysenteria和Bacillus cereus等都 具有抑制作用[1],同时可以有效地克服当前抑菌保鲜 技术的一些弊端。随着研究的深入,各类精油作天然 的抗菌剂,以直接接触和熏蒸的方式应用到各个领 域。在欧洲,精油广泛地应用于食品、香水和药品。在 食品应用中,不同的植物精油有不同的应用范围,根 海产品的保质期比较短,一般平均为3 d。若能将 海产品保质期延长,就能够被运输到更远的地方。柑 橘属精油中含有的柠檬醛和芳樟醇成分具有很强的 抑菌作用。有报道称在20 qc时,柠檬醛和芳樟醇可以 有效地抑制鲤鱼体表、鳃和肠道上的菌群长达48 。 据食品的种类选择合适的精油可以有效地消除其带 来的不良感官效果。果香型精油和香辛料精油是两类 基金项目:上海应用技术学院引进人才科研启动项目(YJ201l-10); 浓度为2%(体积分数)的芳樟醇对从皮肤上分离出的 细菌更有效,对Aeinetobacter spp.,Enterobactericeaac spp.,Moraxella spp.和Vibrionaceae spp.的抑菌圈直径 2012年度上海市教育委员会科研创新项目(12YZ165) 作者简介:张鹏禹(1989一),男(汉),在读硕士研究生,主要从事食品 防腐保鲜的研究。 通信作者:王一非,女(汉),副教授,主要从事天然精油在食品中的 应用基础研究。 分别是8.2、5、8.3 mm。Mahmoud发现当柠檬醛的浓度 为1%和2%时,对鲤鱼皮肤、腮和肠道上的大多数细 菌都有抑制作用。另外也有试验是在牛肉丸上研究浓 度为5%(质量分数)的柑橘和柠檬提取物干粉的抗菌 张鹏禹,等:植物精油在肉制品中的抑茵应用研究进展 专题论述 -==== D8 效果,结果发现两者的抑菌有效时间可以达到12 d以 上,抑菌浓度的检测值限制在1.69 log cfu/g以下l引。 Fernandez—Lopez等 在腐败菌潜伏期末期测试牛肉丸 的酸败程度,结果表明产品上采用柠檬提取物作抑菌 剂比柑橘提取物更容易发生酸败。 1.2香辛料精油 香辛料具有芳香味和辛辣味,是肉制品加工中的 重要辅助材料。香辛料不仅使肉制品增香去腥,赋予 其特定的色香风味,有些还具有防腐抑菌等作用。常 见的香辛料有肉桂、丁香、大蒜、胡椒、辣椒、生姜、八角 茴香等。Ponce等【 在体外和体内分别研究了增添有植 物提取物的可食性薄膜的抗氧化性和抗菌性,其中就 包括辣椒、大蒜、洋葱等香辛料植物。得出的结论是一 般含1%不同油性树脂的成膜溶液对Listeria monocy— togenes等微生物有抗性,并且当成膜溶液富含油性树 脂时将失去或不影响其降低过氧化酶(POD)和多酚氧 化酶(PPO)活性的能力。G6mez—Estaca等同测试了茴 香、丁香、百里香等精油对包括一些重要的食物致病 菌和腐败菌在内的l8种细菌的抗菌能力,得出其中丁 香精油表现出较高的抑菌作用。他们通过在鱼的榨取 物中进行试验来鉴定这些精油作为食物防腐剂的有 效性,并得出丁香和百里香精油最有效。另外Atar6s 等 对酪蛋白酸钠一肉桂、生姜精油可食用性薄膜的 特性进行了研究,通过光谱光度测定方法发现肉桂精 油是一种非常强的抗氧化剂,而且肉桂精油对薄膜的 光学性质影响很大。在应用中,人们往往要根据产品 的口味、香气选择风味相协调的香辛料或其提取制品。 2提高精油抑菌效果的手段 早在1949年Piacentini就发现柑橘精油具有抑菌 作用。据报道称作为消毒剂,柑橘精油在水溶液中的 消毒作用比苯酚效果更好。接着Subba、Southmithri和 Suryanarayana有研究表明在营养琼脂上,2 000 mg/kg 的柑橘和柠檬精油可以有效地抑制4xlO cells/mL的 枯草芽孢杆菌孢子。2 000 mg/kg的柑橘精油可以完全 抑制]06 cells/mL的粪链球菌(现分类为粪肠球菌)和 植物乳杆菌,而柠檬精油也可以达到99.9%的抑制程 度。后来Deans和Ritchie有报道称柑橘精油的抑菌作 用不仅仅针对酵母、霉菌和芽孢类细菌,也可以抑制 引起食物中毒的细菌。但目前采用植物精油抑菌也存 在一些弊端,据记载部分精油考虑到安全性不能直接 应用到食品中,还有部分精油的成本较高或是对产品 的风味产生不良影响,其应用也受到了限制,因此需 进一步深入研究提高精油抑菌效果的手段[81。 2.1微乳液技术 一般情况下与普通乳状液和胶团溶液相比,将两 种互不相溶的液体在表面活性剂和助表面活性剂的 作用下形成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明 或者半透明、粒径在1 nm~100 nm之间的O/W型或 W/O型的分散体系称为微乳液 。从1943年Hoar和 Schulman首次报道微乳液以来,微乳理论和应用方面 的研究获得了迅速的发展。将植物精油制备成微乳体 系其抗菌活性会显著增强。有研究表明含较低精油浓 度的保鲜剂能显著的抑制青霉菌和酸腐菌的孢子萌 发和芽管伸长,对柑橘贮藏过程中的病原菌具有良好 的抑制作用,可明显提高柑橘贮藏过程中的好果率㈣。 另外精油是油状物,将其制成微乳剂型后可有效地应 用到一些水溶性食品体系中,扩大了在食品中的防腐 保鲜范围。 2.2微胶囊技术 微胶囊技术是利用天然或合成高分子成膜材料 把分散的固体、液体或气体包覆而形成微小粒子的技 术,得到的微小粒子就是微胶囊 。食品中的某些成分 可能会使精油中许多加入的或本身含有的抗菌成分 失效,与纯精油相比微胶囊的优势在于形成微胶囊 时,芯材被包覆而与外界环境隔离,它的性质被毫无 影响的保留下来,在适当的条件下,壁材被破坏后又 能将含有效成分的芯材释放出来,方便了在食品中的 应用。另外微胶囊中的芯材被保护,降低了其挥发性 和毒性。因此植物精油的微胶囊体系通过控制芯材的 可持续释放作用,抗菌活性相当高,比多数化学防腐 剂的安全性高,在食品中有很大的应用潜能。现有试 验正在探究与纯精油相比,在相同浓度下肉桂、丁香 和大蒜精油微乳液的抑菌效果。肉桂精油具有很好的 抑菌效果,但由于其易挥发限制了在食品中的应用, 但可通过微胶囊化来防止其不良挥发。也有研究证明 采用改进的液中硬化被覆法将山葵提取物做成微胶 囊剂型,将其加入并制成抗氧化性的塑料薄膜能调节 精油的挥发,可用于猪肉和鱼肉的保鲜并延长其货 架期ll】]。 2.3两种以上的精油进行组合 一般情况下精油的浓度越高,其抗菌活性就越 好,但高浓度会产生令人不愉快的风味。之前有报道 称生菜叶上百里香和柠檬香脂的最低抑菌浓度分别 为500 p ̄g/g和1 000 g/g,但在这两种浓度下样品上 有强烈的化学气味 。在这个领域内有大量的研究关 于优化精油组合,即在达到同等抑菌效果的基础上, 寻找浓度较低的精油组合以消除对食品感官的影响。 专题论述 张鹏禹,等:植物精油在肉制品中的抑茵应用研究进展 两种以上精油相混合一般具有协同抑菌作用,混合使 用的总浓度低于各精油单独使用浓度总和,因此可有 效地消除对产品感官产生的不良影响。有研究表明针 对李斯特菌,组合精油具有更多相加性的协同效应; 对于L.monocytogenes,牛至与百里香或柠檬香脂组 合,协同效应更好。百里香和柠檬香脂组合对 . irtrtocl ̄a有更大的抗菌活性。只有百里香和牛至组合对 腐败微生物的抗菌活性有影响。一般精油的相互组合 没有出现相减作用【l1]。 2.4与其他抑菌防腐技术配合使用 当前的食品保鲜和货架寿命延长技术主要包括 化学防腐剂、热加工、气调保鲜包装(MAP)、真空包装 (vP)和制冷等。在实际的食品应用中,大多数情况下 会将若干种防腐技术混合使用,可到达更好的抑菌效 果。因为根据食品内不同栅栏因子的协同作用或交互 效应,使食品微生物达到更稳定的防腐稳定性。真空 包装 、MAP技术ll3 4]、乳链菌肽[ 、热处理[ 61等技术均 能有效的提高植物精油的抑菌活性。植物精油可以与 热处理、低温保藏、气调保鲜以及真空包装等技术联 合应用于食品的抑菌防腐,不仅提高了各防腐技术的 抑菌效果,也降低了防腐保鲜的成本。有研究表明牛 至精油结合真空包装处理增强了对s typhimurium的 抗性【l71 3植物精油的抑菌机制 目前还没有完全弄清楚精油的抗菌作用机制,但 Holley等提出了不少可能的机理㈣。可以肯定的是微 生物经精油作用后发生了一些明显的形态学变化:E coli和.s.typhimurium经香芹酚和百里香酚作用后l】81, 出现外膜分解、细胞壁大幅度增厚或分解的现象,而 L.monocytogenes经过百里香精油处理后,则表面的粗 糙度增加,细胞质减少㈣。分别用肉桂和牛至精油处理 大肠杆菌0 157:H7菌株和L.monocytogenes时也观察 到了类似的现象 。 香芹酚能够增加细胞膜的流动性,使细胞内的质 子和钾离子外排,最终破坏了膜电位的平衡,抑制ATP 的合成[2l-22]。这也证明了茶树精油能够抑制Staphylo— COCCtI ̄aureus,该抑制作用通过影响细胞壁并引起大 小为260 nm的细胞核内物质、钾离子减少和其耐盐性 下降来实现。有研究表明精油内有类似间体结构的物 质存在,可抑制葡萄糖呼吸作用 。萜烯能破坏和渗透 细菌细胞壁中的脂质结构,导致蛋白质变性和细胞膜 的损坏,并导致细胞质渗漏,细胞溶解,最终使得细胞 死亡。茶树精油的浓度越大,在S.aureus中损失的钾 离子量就越多。细胞膜的破裂会导致pH值的下降,这 意味着某些细胞活动例如DNA转录、蛋白质合成和酶 活力将失去控制。精油不仅仅通过渗透作用进入细胞 膜而且也能够透过线粒体膜,导致细胞器和相同离子 泄漏过程中的渗透率更大 。 柠檬味的桉树油的主要成分是香茅,具有生物除 草剂的性能,可以影响抗阔叶杂草的光合作用阎,这意 味着精油不仅作用于细胞壁,在新陈代谢系统上的影 响或许远超过目前的记载。因此需要进一步研究精油 引起细胞死亡的机制,从而为今后能将精油更有效的 应用在食品和临床领域中做好铺垫。 据资料显示革兰氏阳性细菌比革兰阴性菌对精 油更敏感,曾有人认为,可能是相对不渗透性的外膜 起到了保护作用的缘故 。尽管这一解释被普遍认同, 但是也有研究认为只是因为革兰阴性菌生长的时间 有些延迟。因此在相当长的一段时间内,一致认为精 油对革兰阴性菌和革兰氏阳性菌具有相同的抑菌效 果 。这种微小的差异在柑橘精油的非食品体外试验 中可以观察到 。 薄荷及其成分薄荷醇具有抗质粒作用,虽然这不 能成为破坏细胞的机理,但确实有破坏细胞的作用。 抗质粒作用指外源DNA序列不可能通过R质粒进入 致病菌共存,若能与致病菌DNA并存的话会产生耐抗 生素(耐精油)的菌株出现 。 4展望 当前我国肉类加工业中由微生物污染而引起的 肉制品腐败问题严重,急需寻找高效、稳定以及廉价 的防腐剂或防腐手段。植物精油作为一种天然的抗菌 剂,有较好的抑菌效果,另外通过组合或与其他抗菌 手段联合使用等方法,可以优化其在食品中的应用。 如何更进一步的提高精油的抑菌效果会继续成为研 究的热点。 参考文献: [1】Sara Burr.Essential oils:their antibacterial properties and potential applications in foods-a review[J】_International joumal of food mi- crobiology,2004,94(3):223-253 [2]Katie Fisher,Carol Phillips.Potential antimicrobial uses of essential oils in food:is citrus the answer?[J].Trends in food science&tech- nology,2008,19(3):156-164 【3]Barakat S M Mahmoud,Koji Yamazaki,Kazuo Miyashita,et a1. 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