张 鑫 ，耿庆何 ，郭 超 ，张逍遥 ，王 超 ，刘艳丽 ✉

（1. 北京城市学院 生物医药学部，北京 100083；2. 国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037）

据联合国粮食及农业组织统计，每年有 10亿 t的农产品在其生产、加工和运输等过程中会受到真菌污染，这些真菌及真菌毒素的侵害不仅会使食品的质量受到影响，同时对人们的身体健康也有一定的危害[1]。研究者们为解决食品中的真菌污染问题，研究和开发了一系列抑菌产品。合成化学品的抑菌剂，如吡咯苯类、咪唑类、硫氰酸类等，虽具有一定抑菌效果，但是由于其毒性高、残留高以及不可生物降解等问题，影响其在食品中的应用[2]。因此，研发能够广泛应用于各类食品中的新型、绿色、安全、高效的抑菌剂，已成为目前研究人员重点关注的领域。

植物精油（the plant essential oils）是指萃取于植物不同部位、具有强烈芳香成分的挥发油[3]。植物精油的抑菌活性来源于主要成分的生物活性，或者主要和次要成分的整体协同作用，其中酚类、烯类、萜类和醛酮类等化合物起主要的抑菌作用，具有广泛的抑菌、杀虫、抗毒素和抗氧化性能[4]。与化学合成抑菌剂不同，植物精油的优势是从天然产物中提取、具有广谱的抑菌特性以及对环境和人体危害小，是化学合成抑菌剂的优良替代品。

本文对真菌及真菌毒素的危害、植物精油有效抑菌成分以及植物精油制剂的应用研究进行综述，以期对植物精油在食品抑菌方面的研究和应用提供理论依据。

1 粮油食品中真菌的危害

真菌易产生真菌毒素（mycotoxin），导致粮油食品的腐败变质，目前已发现的真菌毒素有400多种[5]。在食品贮藏时期，食品腐败主要是由曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）和镰刀菌属（Fusarium）等真菌附着在其表面繁殖入侵引起的[6-7]。真菌所产生的真菌毒素有致畸、致癌和致突变的性质，进而导致人体生理机能紊乱，引起肝中毒和免疫系统损害等症状[8]。常见的真菌毒素、主要产毒菌株、易污染基质如表1所示[9-14]。

表1 常见真菌及真菌毒素Table 1 Common fungi and mycotoxins

2 植物精油抑菌活性物质

植物精油成分复杂，精油按其化学结构可分为脂肪族化合物、芳香族化合物、萜类化合物及其含氧衍生物。不同植物所含的特有成分都存在不同程度的生物活性。据研究统计植物精油中具有良好抑菌作用的化学物质主要有醛类、酚类、醇类和酮类等。

2.1 醛类物质

植物精油中具有抑菌作用的醛类物质较多，主要有肉桂醛、柠檬醛、茴香醛和香茅醛等。醛类具有高活泼性的甲酰基结构，可破坏多种霉菌的细胞壁、改变细胞膜的通透性和影响菌丝的形态结构，从而具有抑菌作用。李璐等[15]发现p-茴香醛可以诱导酸腐病菌病原体菌丝细胞壁和细胞膜的损伤。刘光发等[16]将肉桂精油和柠檬草精油制备成抑菌膜，其主要成分肉桂醛和柠檬醛，对根霉、灰霉、青霉和交链孢霉等均具有良好抑制作用。

2.2 酚类物质

植物精油中的酚类物质多具有特殊芳香气味，是植物精油气味的来源之一，主要的抑菌成分有丁香酚、香芹酚、百里香酚等。不同浓度的酚类可使真菌的蛋白质产生变性或沉淀，还可以降低微生物营养物质可溶性糖的含量。王丹等[17]发现丁香精油中，一定浓度的丁香酚能显著抑制致病菌灰葡萄孢菌、链格孢菌和胶孢炭疽菌的菌丝生长和孢子萌发。戚雯雯[18]等研究香芹酚可以破坏指状青霉菌细胞膜，使菌体内电解质渗出，抑制其生长。

2.3 醇类物质

植物精油中的醇类多为单萜醇，水溶性好，部分单萜醇具有很强的抑菌性，包括芳樟醇、香茅醇和香叶醇等。王进等[19]研究香樟叶精油中的芳樟醇对处理48 h后的苹果炭疽菌、番茄灰霉菌和小麦赤霉菌的半抑制浓度分别为：31.74、35.79和38.02 mg/L，具有显著抑菌作用。杨文等[20]发现将香茅醇的两旋光异构体经复配后可以产生协同作用，对茶炭疽病菌抑制作用显著。

2.4 酮类物质

植物精油中的酮类成分含量丰富，多为单萜酮，并具有毒性，包括香芹酮和薄荷酮等，控制其浓度可以在食品中起到抑菌作用。陈硕等[21]制备了含薄荷酮和薄荷醇的微乳体系，通过复配发现对酿酒酵母菌有抑制作用。王富军等[22]合成的香芹酮化合物对水稻稻瘟病菌具有抑菌活性。

2.5 其他成分

植物中的其他活性物质如蛋白质类、生物碱类、多糖类和醌类等也具有高效抑菌作用[23]。近年来发现的植物多肽，如植物防卫素等，也都具有抑菌作用。除上述物质外，有些植物的提取物虽无抑菌作用，但是经过酶解过程后会得到有较好抑菌作用的产物，如琼胶，来自于海洋植物，琼胶经酶解后生成的琼胶寡糖具有抑菌作用[24]。

3 植物精油抑菌剂的应用

植物精油作为天然抑菌剂的原料，具有很高的利用价值，但其活性物质也具有化学性质不稳定和不易保存等缺点，使植物精油作为抑菌剂在应用时受到限制。根据实际应用环境，科研人员将植物精油开发为微胶囊、涂膜剂、脂质体、气雾剂等制剂，可以在食品的生产和保鲜中起到更好的抑菌作用。

3.1 精油微胶囊抑菌剂

采用天然或合成的高分子材料作为囊膜壁壳，将固态或液态药物包裹成密封囊膜的微小固体颗粒药库，即微胶囊[25]。微胶囊化可以解决精油的化学成分性质不稳定、不易储存和易挥发等问题。刘香军[26]等以丁香精油为芯材制备抑菌保鲜微胶囊，抑菌效果好且释放缓慢。黎星辰[27]等将肉桂精油制成微胶囊，发现添加微胶囊的大豆与对照组大豆含霉菌量有显著性差异。以辛烯基琥珀酸酐改性淀粉和麦芽糊精为壁材包裹玫瑰精油制备微胶囊，实现了对精油中酯类、醇类和酚类物质的控制释放，如图1所示[28]。

但是目前微胶囊较多使用单层结构，在应用中常面临稳定性、抗湿性以及氧化性等问题，利用双层微囊制备技术可以进一步解决这些问题。同时，如何简化复杂制备操作，减少材料化学残留等也是微胶囊制剂研究的热点问题[29]。

图1 辛烯基琥珀酸酐改性淀粉和玫瑰精油微胶囊[28]Fig.1 Microencapsulation of starch and Rose essential oil modified by octenylsuccinic anhydride

3.2 精油复合涂膜剂

精油复合涂膜是指将植物精油作为抑菌剂加入天然可食用材料制成涂膜液，再将食品农作物等浸泡风干成膜。研究表明经植物精油涂膜后的食品表面可以有效防止细菌、真菌等微生物侵染导致的腐烂变质。杨震宇[30]利用1.5%的壳聚糖和不同浓度肉桂精油制成的复合膜，能够减缓雪莲果的呼吸作用，具有抑菌的效果。Guerra等[31]研究发现壳聚糖复合薄荷精油涂膜可有效防止樱桃番茄果实在贮藏期间黑曲霉、灰霉病菌、扩展青霉和黑根霉引起的霉菌侵染。Marjan等制备的百里香、夏香精油与罗勒籽胶抑菌膜能显著降低鸡肉片中总活菌数和嗜冷菌数，如图2所示[32]。

涂膜剂虽然具有良好的抑菌效果，但是涂膜过程中易导致果蔬菜叶损害萎蔫和营养物质损坏等问题，故不适用于体积小，叶菜类等物质保鲜抑菌。

3.3 精油脂质体缓释抑菌剂

脂质体是一种新型的载体，其结构类似于生物膜[33]。脂质体是将物质包封于类脂质双分子层薄膜中间而制成的超微型球状载体制剂。脂质体可包封水溶性或脂溶性药物，具有靶向性缓释性保护被包封物等特点[34]。脂质体可提高挥发油稳定性，同时增强其溶解性，与作物相结合达到长效抑菌。崔海英等[35]将豆蔻精油包裹在纳米脂质体里面，测定其在肉制品中对大肠杆菌及单核细胞增生李斯特菌的生长具有长效抑制作用。Laura等研制的三叶丹参和迷迭香脂质体在 4 ℃条件下贮存一个月，具有明显的抗氧化、抗炎和抑菌活性，如图3所示[36]。

图2 罗勒籽胶与百里香、夏香精油复合抑菌膜延长冷冻鸡肉片货架期[32]Fig.2 Compound film of basil seed gum, Thymus and Summer Fragrant oil prolongs shelf life of frozen chicken slices

图3 三叶丹参和迷迭香精油脂质体[36]Fig.3 Liposom es loaded with Salvia triloba and Rosmarinus officinalis essential oils

但目前脂质体主要用于人体内的靶向制剂，且制备工艺较复杂，尤其在包封率的控制方面较为困难，应用到抑菌领域中易受到溶剂影响，故可将脂质体冻干成粉使用。

3.4 精油水凝胶抑菌剂

水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态下可以保存大量的水而不溶解。相比于其他传统的包埋材料，水凝胶具有生物相容性好、易于合成以及pH响应等优点[37]。梁乐谊等[38]将辛夷油制成微乳凝胶发现对金黄色葡萄球菌大肠杆菌与绿脓杆菌的抑菌圈直径分别为（15.97±0.29）、（15.07±0.12）、（15.73±0.25）mm，并具有良好稳定性。张琳等利用 Fmoc-F（Phe）多肽水凝胶包埋丁香精油，随着环境 pH的变化，水凝胶会产生不同响应而控制精油的释放，如图4所示[39]。

图4 Fmoc-F 凝胶形成示意图[39]Fig.4 The process of Fmoc-F hydrogel formation

但水凝胶在应用时面临溶胀率高，易损坏，残留高等弊端，通过加入不同凝胶因子改善这些问题也是当下研究的热点。

3.5 精油抑菌气雾剂

气雾剂是指将药液乳液或混悬液与适宜的抛射剂共同封装于具有特制阀门系统的耐压容器中，使用时借助抛射剂的压力将内容物呈雾状物喷出的制剂。将精油直接喷洒挥散于空中进行气调，可以直接抑制贮藏时空气中霉菌的繁殖和生长。李炀[40]将姜黄、苦参及花椒挥发油和适当的表面活性剂混合制备药效好、稳定性高、符合现代药物储藏特点的微乳，并灌装至 100 mL棕色喷壶内，制备挥发油喷雾剂，有良好抑菌杀虫功效。YanjunLi等研究八角精油主要成分为反式茴香醚（91.32%）、D-柠檬烯（2.0%）和雌二醇（2.0%），发现八角精油具有对黄曲霉体外抑菌活性，最低抑菌浓度为2.0 μL/mL，最低杀菌浓度为4.0 μL/mL，如图 5 所示[41]。

但喷雾剂在使用中需加入稳定剂，同时调节仓储的温度和湿度，来达到控制更好的抑菌效果。

图5 八角精油熏蒸剂[41]Fig.5 A natural fumigant of Illiciumverum essential oil

4 结论与建议

植物精油作为一种天然绿色抑菌剂应用于食品抑菌中，已成为国内外研究的热点。但天然植物抑菌剂的开发还需要更深层次的研究，如何解决以下问题也是未来深入研究的关键。

4.1 植物精油中有效成分研究有待于进一步开展

植物精油中成分复杂，虽然研究表明现有已知的一些醛类、酮类等精油成分已经具有很好的抑菌作用，但目前在研究与应用中使用的精油，大部分是粗提物，还有很多能够起到抑菌作用的有效成分还是未知的，应当尽快建立快速高效的提取分离、纯化和筛选鉴定有效抑菌成分的方法，以便植物精油更好应用于食品抑菌中。

4.2 植物精油抑制真菌的作用机理研究相对较少

研究精油抑菌不应只研究效果，在如何抑菌方面也是重点。研究时需要微生物学、生物化学和食品科学等多学科的技术和理论支持，从细胞水平和分子生物学水平研究多种有效成分的抑菌机理和与真菌的相互作用入手。

4.3 研发应用的植物精油抑菌谱窄

单一植物精油很难完全抑制多种真菌的生长，通过研究不同精油复配增效，开发出抑菌谱广和使用剂量低的抑菌精油，是未来植物精油研究的方向。

4.4 植物精油制剂开发具有局限性

且现有加工技术不够先进。精油制剂在当前应用中，具有成本高、包埋率低、释放性差等缺点，因此应在完善现有抑菌制剂工艺基础上，开发具有稳定性好、抑菌时间长和低残留的新制剂，同时开展抑菌剂在食品中的安全性研究，从而使精油作为绿色无公害的抑菌剂在食品领域广泛应用。