（食品科学专业论文）食用香辛精油组分的抑菌活性及其超临界COlt2gt萃取的研究.pdf

摘要 摘要 本论文采用滤纸片扩散法、平板稀释法和气态抑菌法测试了百里香酚、丁香 酚、肉桂醛、茴香脑、水杨醛、柠檬醛、香兰素七种食用香辛精油成分对大肠杆 菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、荧光假单胞菌、黑曲霉、黄曲霉、桔青霉、 异常汉逊酵母八种供试菌的抑菌圈直径、最小抑菌浓度( m c ) 和最小气态抑菌 浓度( m g i c ) 。结果表明：百里香酚具有最好的综合抑菌能力，其完全抑制所有 供试菌的m i c 值和m g i c 值分别为0 5 v e d m l 和0 2 5 r , e d m l 。 选取百里香酚、丁香酚、肉桂醛、水杨醛四种香辛精油成分进行复配，得到 平板抑菌复合物( p b 复合物) 。验证实验表明：当p b 复合物浓度达到0 0 5 u l 田l 时，就可以完全抑制所有的供试菌的生长；由分级抑制浓度指数( h c ) 判断可 知，p b 复合物组分间具有协同增效作用。 选取水杨醛、百里香酚、茴香脑、柠檬醛四种香辛精油成分进行复配，得到 气态抑菌复合物( q t 复合物) 。验证实验表明：当空间内q t 复合物浓度达到 0 0 2 5 1 t l m l 时，就可以完全抑制所有的供试菌的生长；由f i c 值判断可知，q t 复合物挥发性组分间具有协同增效作用。 保鲜实验表明：将香辛精油复合物添加到低温火腿肠、汽水和馒头中有很好 的防腐保鲜效果，且浓度越高，效果越好。添加了1 0 0 p p mp b 复合物的低温火腿 肠在7 个月内菌落总数和大肠菌群均符合微生物指标；在汽水中，添加1 0 0 p p mp b 复合物时，其防腐效果比苯甲酸钠好很多；当空间内q t 复合物的浓度达到1 0 p p m 时，可使馒头样品在四个月内不长霉。 以丁香精油萃取率为目标函数，采用单因素试验、正交试验及中试试验研究 了萃取时间、萃取压力、萃取温度、解析温度对萃取效果的影响，从而确定出丁 香精油的适宜萃取条件。研究表明：超临界c 0 2 萃取( s f e ) 丁香精油的最佳工 艺条件为：萃取时间4 5 m i n 、萃取压力1 2 m p a 、萃取温度4 5 。c 、解析温度5 0 ， 此条件下萃取率高达2 1 0 4 。本文还采用c - c m s 分析方法，比较了超临界c 0 2 萃取法、水蒸气蒸馏、溶剂回流萃取法、微波萃取法对丁香精油收油率及其化学 广东工业大学工学硕十学位论文 成分等的影响。通过g c m s 鉴定出了超临界萃取所得丁香精油中的2 5 种成分， 其中丁香酚、石竹烯、乙酰基丁香酚的相对含量分别为6 5 9 4 ，1 4 3 8 ，1 4 8 2 。 关键词：香辛精油；抑菌活性；超临界c 0 2 萃取：丁香精油 l i a b s t r a c t 皇皇詈詈暑詈詈詈詈詈詈詈詈詈詈暑詈詈詈皇鼍皇皇皇暑暑暑鲁暑詈= 暑鲁署詈暑昌昌墨鲁皇詈詈皇詈皇詈詈毫篁詈詈暑葛暑詈詈暑皇昌皇暑詈皇暑詈鲁詈詈詈= 暑暑v m 一：im 暑 a bs t r a c t i nt h i sp a p e r , s e v e ne d i b l ee s s e n t i a lo i lc o m p o n e n t s ( t h y m o l , e u g e n o hc i n n a m i c a l d e h y d e ，a n i s ec a m p h o r , s a l i c y l i c a l d e h y d e ，c i t r a la n dv a n i l l i n ) w e r et e x t e df o rt h e i r d i a m e t e r so fi n h i b i t i o nc y c l e ，m i n i m u mi n h i b k o r yc o n c e n t r a t i o n ( m i c ) a n dm i n i m u m g a s e o u si n h i b k o r yc o n c e n t r a t i o n ( m g i c ) o ne i g h ts p e c i e sm i c r o o r g a n i s m s ( e s c h e r i c h i a c o l i , s t a p h y l o c o c c u sa u r o u s , b a c i l l u ss u b t i l i s , p s e u d o m o n a s f l u o r e s c e n s , a s p e r g i l l u sn i g e r , a s p e r g i l l u sf l a v u s , p e n i c i l l i u mc i t r i r u m , h a n s e n u l a a n o m a l a ) b yf i l t e rp a p e rd i f f u s i o nm e t h o d , p l a t ed i l u t i o nm e t h o da n dt h eg a s e o u ss t a t e b a c t e r i o s t a s i s t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h y m o lh a dt h eb e s tw h o l ea n t i b a c t e r i a l c a p a b i l i t y ，w h e nt h em i c ，m g i cr e a c h e d0 s r t e j m la n d0 2 5 1 x g m lr e s p e c t i v e l y , a l l t h ef u n g u sc o u l db ei n h i b i t e dc o m p l e t e l y f o u rk i n d so fe s s e m i a lo i lc o m p o n e n t s ( t h y r n o l , e u g e n o t , c i n n a m i ca l d e h y d e ， s a l i c y l i c a l d e h y d e ) w e r es e l e c t e dt oc o m p o u n df o rp bm i x e d w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n o fp bm i x e dr e a c h e d0 0 5 此m l ，a l lt h ef u n g u sc o u l db ei n h i b i t e dc o m p l e t e l yt h r o u g h t h ec o n f i r m a t i o ne x p e r i m e n t t h e r ew a ss y n e r g i s ma m o n gt h ec o m p o n e n t so fp b m i x e db yf r a c t i o n a li n h i b r o r yc o n c e n t r a t i o n ( f i c ) f o u rk i n d so fe s s e n t i a lo i lc o m p o n e n t s ( s a l i c y l i c a l d e h y d e ，t h y m o l , a n i s e c a m p h o r , c i t r a l ) w e r es e l e c t e dt oc o m p o u n df o rq tm i x e d w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f q tm i x e dr e a c h e d0 0 2 5 1 a l m l ，a l lt h ef u n g u sc o u l db ei n h i b i t e dc o m p l e t e l yt h r o u g h t h ec o n f i r m a t i o ne x p e r i m e n t t h e r ew a ss y n e r g i s ma m o n gt h ec o m p o n e n t so fq t m i x e d b y h c t h ef r e s h - k e e p i n ge x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h e r ew a sg o o de f f e c tw h e nw ea d d e s s e n t i a lo i lm i x e dt ol o w - t e m p e r a t u r eh a ms a u s a g e ，s o d aa n ds t e a m e db r e a d , a n dt h e h i g h e rt h ec o n c e n t r a t i o n , t h eb e t t e rt h ee f f e c t t o t a lp l a t ec o u n ta n dc o l i f o r ma c c o r d e d w i t hm i c r o b i a ls t a n d a r di ns e v e nm o n t h sw h e na d d e dlo o p p mp bm i x e dt o l o w - t e m p e r a t u r eh a ms a u s a g e ；a n t i s e p t i ce f f e c to fe s s e n t i a lo i lm i x e dw a sm o r eb e t t e r t h a ns o d i u mb e n z o a t ei ns o d a ；s t e a m e db r e a dw a sn o tm o u l d yw h e nq tm i x e dr e a c h e d u i 广东工业大学工学硕士学位论文 1 0 p p r n e x t r a c t i o no fc l o v eo i lw i t hs f ew a si n v e s t i g a t e d , a n ds i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ， o r t h o g o n a la r r a yd e s i g n , p i l o tt e s tw e r eu s e dt oe x p l o r et h e i n f l u e n c e so ft i m e ， e x t r a c t i o np r e s s u r e ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e ，r e l e a s et e m p e r a t u r eo nt h ey i e l d t h ey i e l d o fc l o v eo i lr e a c h e d 21 0 4 a tt i m eo f4 5 m i n , e x t r a c t i o np r e s s u r eo f12 m p a , e x t r a c t i o n t e m p e r a t u r eo f4 5 c ，r e l e a s et e m p e r a t u r eo f5 0 。c t h ec o m p o s i t i o na n dt h eq u a l i t yo f c l o v eo i le x t r a c t e db yd i f f e r e n tm e t h o d s ，i n c l u d i n gs f e ，s t e a md i s t i l l a t i o n , n - h e x a n e c i r c u m f l u e n c e ，m i c r o w a v ee x t r a c t i o n , w e r ef u r t h e rc o m p a r e d t h ea n a l y t i c a lr e s u l t sb y g c m ss h o w e dt h a tt w e n t yf i v ec o m p o u n d si nt h ec l o v eo i lh a db e e ni d e n t i f i e d ，a n d t h ec o n t e n to fe u g e n o l , c a r y o p h y l l e n ea n de u g e n o la c e t a t ei nc l o v ee x t r a c t e db ys f e w a s6 5 9 4 ，1 4 3 8 a n d1 4 8 2 r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s ：e s s e n t i a lo i l ；a n t i m i c r o b i a la c t i v i t i e s ；s f e ；c l o v eo i l i v 广东工业大学工学硕士学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 论文作者签字： 指导老师签字： 2 0 0 9 年月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 食用香辛精油的抑菌活性 1 1 1 植物精油简介 植物精油是植物体内的次生代谢物质，由分子量相对较小的简单化合物组 成，具有一定芳香气味，在常温下能挥发的油状液体物质。植物精油所含化学成 分比较复杂。植物精油的化学成分可分为四大类：( 1 ) 萜烯类化合物是精油的主 成分，据其基本结构又可分三类：单萜衍生物，如熏衣草烯、茴香醇等；倍半萜 衍生物，如金合欢烯、广藿香酮等；二萜衍生物，如泪杉醇等；( 2 ) 芳香族化合 物是精油中仅次于萜烯类的第二大类化合物，其中包括萜源衍生物，如百里草酚、 孜然芹烯等，及苯丙烷类衍生物，如桂皮中的桂皮醛等；( 3 ) 脂肪族化合物是精 油中分子量较小的化合物，几乎存在于所有的精油中但其含量较少并非精油的主 要成分，如桔子、香茅等精油中的异戊醛等；( 4 ) 含氮含硫化合物，如具有辛辣 刺激香味的大蒜素，洋葱中的三硫化物，黑芥子中的异硫氰酸酯等【l 】。 精油在植物中一般含量在1 以下，但少数达1 0 以上。如丁香中含丁香油可 高达1 4 2 1 。同一品种植物因生长环境不同或采集期不同，所含精油的成分、 性质和含量均可能有显著的差异，另外不同的植物部位，所含精油成分也大不相 同。植物精油具有其独特的组成和生物活性，所以它在医药、食品等方面都有广 泛的用途。 1 1 2 食用香辛精油抑菌活性的国内外研究现状 从植物材料中分离提纯和利用天然防腐剂一直是国内外食品添加剂研究的 热点，而食用香辛料是其中最重要的来源之一。香辛料是食用香辛料植物的简称， 一般把来自植物的根、茎、叶、花蕾、种子，具有芳香或刺激性气味，能赋予食 物风味，并能够增进食欲、帮助消化吸收的称为香辛料【2 】。香辛料的特点可以概 括如下：有典型的滋味或香气；绝大多数香辛料含有挥发性物质；绝大多数香辛 料具有一定的药理作用；在正常使用量( 一般不做限量) 内对人体功能无损害，或 可以促进机体功能【3 1 。香辛料植物分布于世界各地，盛产于地球北纬2 5 。到南纬 广东工业大学工学硕士学位论文 1 0 0 的地域内【4 】。1 9 7 0 年国际标准化组织( i s o ) 承认的香辛料有7 0 多种，但目前世 界各国使用的有3 5 0 种左右，我国使用的香辛料有8 0 多种【2 1 。 食用香辛料之所以能抑菌防腐，真正起作用的活性物质是精油。研究证明， 芥菜子、丁香和桂皮等的精油以及小豆蔻、芫荽子、众香子、百里香等的精油都 有一定的防腐作用。丁香花蕾中含有1 5 2 0 的精油，其中的8 5 - 9 2 为丁香酚， 主要是这些丁香酚发挥了抑制细菌生长的作用。同样，中国肉桂中含精油1 3 5 ， 精油中桂醛含量高达8 0 9 5 ，斯里兰卡肉桂含精油0 5 3 5 ，其中4 2 5 7 为桂 醛，桂醛即为它们起抑菌作用的有效成分【5 1 。 在国外，日本已经批准很多种植物提取物作为食品防腐剂，例如从竹子中提 取出强药效的抗菌物质，它具有很强的抗“0 1 5 7 病原性大肠杆菌 能力，可用 于净菜和炊事用具杀菌及感染者治疗 6 1 。n i e l s e n 等人7 1 的研究表明，一些芳香精油 加到气调包装中可一定程度延长裸麦面包和热狗面包的保质期。芥末精油的活性 最强，其次肉桂、大蒜和丁香精油也具有较高的抗菌活性，而香草精油不表现活 性。黄曲霉表现相对较强的耐抗特性，而青霉对芳香精油最敏感。芥末精油中有 效成分异硫氰酸烯丙酯在包装袋中浓度达到3 1 5m e d m l 时，对以上霉菌均具有完 全杀灭的效果。m a n o j t 8 】等研究发现，从黑胡椒中提炼的黑胡椒精油对食品中的李 斯特菌有很强的抑制作用。s e y d l r n 9 将牛至、大蒜等香辛料中提取的精油与乳清 蛋白结合制成可食性膜，用于食品包装以延长其货架期，并取得了很好的效果。 a t a i l d a 【l o 】通过实验研究表明桂皮、月桂等精油对黄曲霉有一定的抑制作用。 g r o h s l l l 】研究了1 0 种香辛料对法兰克福香肠中细菌的抑制作用，并确定了最佳用 量。b a r a i 1 2 】研究了1 6 种香辛料提取物的抑菌作用，结果表明丁香、迷迭香和多香 果的果最好。f a r a g t 1 3 】研究y 6 种香辛料对3 种革兰阴性和4 种革兰阳性菌的抑制作 用，并且证实了丁香桂皮在较低的使用浓度下对肉制品中腐败茵具有好的抑菌效 果。z a m b o n e l l i 等【1 4 】研究了百里香精油对植物病原菌镰刀菌、丝核菌、炭疽病菌 都有很好抑制作用。 我国科技工作者也对多种植物香辛料的抑菌成分进行了大量的研究。顾仁勇 1 1 5 等的研究表明，牛至、丁香、连翘、山苍籽及肉桂这五种香辛料精油均对细菌、 霉菌和酵母具有一定的抑制能力，其中肉桂精油的综合抑菌能力最强，丁香次之， 两者的综合抑菌能力明显强于牛至、连翘和山苍籽精油，另外，五种精油均表现 出对霉菌的抑制最强的特点。马同制1 6 】等对姜、八角茴香、胡椒、辣椒、肉桂、 2 第一章绪论 丁香、孜然等十三种天然香料的提取物进行研究后表明，这些植物香辛料的精油 成分，对大肠杆菌、变形杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌均表现出一定 的抑菌作用；而对黑曲霉、米曲霉、黄曲霉等几种常见的霉菌抑菌效力一般。其 中以辣椒、姜、胡椒、八角茴香的抑菌作用最为明显。另外不同种类香辛料的提 取物，对菌种具有选择性的抑菌作用，且其抑菌效力随浓度和作用时间的增加逐 渐增大。郭爱莲等m 对六种天然香辛料胡椒、木香、肉桂、丁香、花椒和大蒜抑 菌作用的大小进行了比较，得出它们均能抑制微生物，其中花椒、木香和大蒜对 微生物抑制作用较大等等。关文强1 8 】通过研究丁香精油对果蔬采后病原菌抑制效 应发现：丁香精油对葡萄灰霉菌、葡萄链格霉菌、冬枣青霉菌、桃灰霉等有抑制 作用。李学红等【1 9 】通过香辛料提取物在草莓保鲜中应用的研究发现：在涂膜液中 添加有针对性的香辛料的抑菌成分可明显降低草莓烂果发生率，李鹏霞等【2 0 l 通过 研究丁香精油和丁香酚对苹果贮藏病害及果实品质的影响，发现：丁香精油和丁 香酚能够抑制采后苹吸强度和褐变指数的上升，以及可溶性固性物的含量、可滴 定酸和硬度的下降，延缓采后苹果的生理衰老，有利于保持苹果的品质和风味。 吴周刚等【2 l 】研究了花椒提取物的抑菌作用，结果表明：花椒中的花椒醇提取物对 金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、汉逊氏酵母茵及黑曲霉有较强的抑制作用。 严赞开【捌等通过抑菌实验表明，生姜的乙醚提取物对细菌和霉菌都有抑制作用， 并有较高的耐热性。 从国内外的报道可知香料精油具有很强并有针对性的抑菌活性。有研究显 示，只需0 3 5 的丁香能完全抑制霉菌生长，但要完全抑制酵母菌和细菌的生长 则需0 5 。丁香作为食品防腐剂已被大量使用。同样中国肉桂中含精油 l 3 5 ，其中桂醛含量高达8 0 9 5 ，桂醛即为它起抑菌作用的有效成份。 据报道。某些香料的防腐作用比化学防腐剂还强。据c a m p b e i i 试验使用0 1 的 苯甲酸钠并不能防止苹果汁的腐败，将粉碎的芥末和苯甲酸钠结合在一起时，两 者用量均在0 1 以下，却能很好地解决果汁的腐败。森等在维也纳香肠制造中， 添加o 2 的欧芹、肉桂、枯茗等精油，有与添加0 2 2 梨酸同样地防止霉点产生 的效果，且具有天然无毒的优势。在腊肠保藏中也有用胡椒促进乳酸菌发酵作用， 间接地提高防腐效果。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 1 3 香辛精油之间抑菌活性的协同增效作用 虽然众多香辛料精油及其组分已报道具有抗菌活性，但单一的香辛料精油抑 菌的广谱性较窄，很难对复杂的微生物群产生良好的抗菌效果，而且，香辛料精 油中有效抗菌成分都是低沸点、易挥发性物质，通常都具有浓烈的刺激性气味， 在食品中不能加入过多，否则会极大影响食品原有的风味1 3 1 。而将香辛料精油进 行配合使用时，可能会存在其中有效组分之间的协同增效作用，这样可以迸一步 减少精油的使用量，降低其对食品感官品质的影响。为此，进行香辛料精油的重 组及其抑菌活性的研究，不仅开辟了一条香辛料精油作为病原体杀菌剂的新道 路，而且对我国香辛料精油资源的合理开发利用，以及对菌害的综合抑制都具有 十分重要的现实和理论意义。 目前国内外对植物香辛料的研究多集中于精油的提取及单个香辛料精油抑 菌活性的研究，对不同精油或组分之间复配的抑菌性研究还比较少。钱昆、周涛 2 3 1 对十一种植物香辛料进行研究，发现其中抑菌作用较强的为黄连、甘草、丁香、 肉豆蔻，这些植物提取物对细菌、霉菌和酵母都有一定的抑制作用。再进行复配 抑菌实验，利用正交实验确定黄连、甘草、丁香、肉豆蔻四种提取液复配抑菌效 果最好的两组配比( w ：、聊是8 ：5 ：2 ：8 和1 ：4 ：4 ：4 。复配后抑菌作用明显强于苯甲酸钠， 对黑曲霉有协同抑制效果。此复配可以扩大抑菌谱，增强抗菌效果。蒋立科等将 山苍籽油和光藿香分别采用水蒸气蒸馏法提取的芳香油按6 5 ：3 5 混合，所得复合芳 香油对仓储霉菌颇具抑菌效果，特别是对粮油中所能致癌的黄曲霉菌有明显抑制 作用。顾仁勇口4 1 等的研究结果表明：牛至、丁香、山苍籽和肉桂四种精油混合组 成的复合保鲜剂能有效抑制微生物的生长，其中以9 牛至精油+ 9 丁香精油+ 9 1 _ 1 _ 1 苍籽精油+ 9 n 桂精油的复合组合，结合真空包装技术，在延长冷藏猪肉 保鲜期方面效果良好。 随着香辛精油抑菌作用的深入研究，不同精油联合抑菌效果的研究也逐渐受 到国内外的广泛关注 6 1 。斯里兰卡肉桂的抑菌性比较好，就是因为它既含有桂醛 主成分，又有含量少的次要成分丁香酚，这两者存在协同增效作用。香兰素与桂 醛也有协同效应，单独使用时的有效浓度是：香兰素为0 5 ，桂醛为0 0 5 ，两 4 第一章绪论 者混合使用时，香兰素为0 0 5 ，桂醛为0 0 0 2 5 ，即能发挥防霉作用。应该知道， 桂醛浓度大时常给产品带来特殊的香味，有损食品原有的风味。而香兰素添加过 多，会引起食品的褐变，使点心表面着色，但在相互协同作用时用量( 浓度) 可大 为减少，对保持食品风味极为有利口5 1 。顾仁勇郾1 等采用f i c 值评价法，证实了丁 香及肉桂精油合用其抗菌性具有协同增效作用。 1 1 4 食用香辛精油的抑菌活性成分及抑菌机理 植物香料之所以能防腐抑菌，起作用的活性物质主要是精油。例如：丁香花 蕾中含精油1 5 0 旷2 0 ，其中的8 5 9 2 为丁香酚，这些丁香酚对抑制细菌的生 长能发挥巨大作用。食用香料植物提取物精油中含有多种低分子的抗菌物质和抗 氧化成分，作为果蔬类天然保鲜剂，能有效地抑菌防腐。这些低分子的抗菌物质 一般有肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、桂醛、香茅醇、百里酚、丁香酚等，它们均可 抵抗大量的细菌、霉菌和酵母菌。 国内外有许多关于植物精油抗菌成分的研究。例如石香薷全草含挥发油主要 抗菌成分为百里香酚、香荆芥酚和对聚伞花素等；肉桂醛、紫苏醛、环丙烷基脂 及酸等植物精油成份能有效延长微生物的生长适应期，缩短对数生长期和稳定生 长期，可有效降低微生物的生长势和养活微生物的生长量。茶树油中4 一萜品醇是 其主要活性成分，其它活性成分还有丫- 萜品醇、a 萜品醇和1 ，8 桉叶素等。赤楠 叶精油中石竹烯被证明为具有抗菌活性等口7 】。m u l l e r - r i e b a ue 等1 2 8 1 用1 3 0 种精油 成分及单萜衍生物对8 种多状菌的抗真菌活性作了研究。发现萜类的单碘化乙酸 酯有很强的抗真菌活性，实验表明在2 5 0 p p m 浓度下，能完全阻止多状菌的发育， 其次是薄荷烷过氧化物，再次为硫氰基乙酸异菠酯，在5 0 1 0 0 p p m 度下能阻止多 状菌的发育。 关于天然植物精油的抗菌活性的研究很多，但其抑菌机理研究尚少，且尚没 有定论，普遍认为疏水性的精油通过直接破坏微生物细胞膜或影响能量代谢途径 来达到抗菌效果。李宏【2 9 1 综述了k n b o o t t a e 等对植物芳香精油的抗菌性能的研究 结果，提出在水相中的溶解度与精油中有效成份透过细胞壁而进入菌体的能力直 广东工业大学工学硕十学位论文 接相关，而抗菌性则基于抗菌剂在菌体细胞膜双磷脂层中的溶解度，精油中的类 菇类降低生物膜的稳定性，从而干扰了能量代谢的酶促反应的观点。k n o b l o c h 等 口o 】对植物芳香油的抗菌性能进行了研究，认为其中的类萜能降低微生物膜的稳定 性，从而干扰了其能量代谢的酶促反应。n i k a d l o 等【3 0 】贝0 报导毛桃和杏核精油是 通过抑制磷酸二酷酶活性而起作用。g o c h o t 3 1 1 【3 2 1 对来源于植物的2 6 种芳香族化合 物的抗菌效果进行了研究，湿孢子有效而干孢子无效的实验结果，提出桂醛、茴 香脑等有效芳香抗菌成分的抗菌性是基于孢子对抗菌剂的吸收而起作用的看法。 d i d y r 等吲报道百里酚、黄篙酚和肉桂醛合用时显著提高对微生物呼吸的抑制作 用。k k n o b l c n l a h 等3 3 1 研究了4 0 种萜类( 大多数为植物精油的有效成分) 对菌类 初生能量代谢，n a d h 及丁二酸脱氢酶( s d h ) 的活性，呼吸过程中的电子传递及 氧化磷酸化过程的影响作用，发现5 x 1 0 。3m o l l 浓度下，所有供试萜类都能抑制 上述反应，这表明精油可影响菌类的呼吸作用及细胞膜功能。m a r t i nb a r d 等【3 3 1 研究表明，精油成分香叶醇可以提高f 的细胞外渗透，并增加真菌的细胞膜的流 动性。此外，香叶醇还可以降低细胞膜脂质层的相变温度、影响膜脂的流动性。 有些精油如柠檬醛可通过其不饱和键与某些酶结合，进而导致微生物的代谢系统 紊乱。c o xs d 等【3 4 】对一种茶树中提取的精油研究表明，此茶树油导致微生物最 终死亡的机理是：破坏了细胞膜的通透屏障，并伴随化学渗透控制作用的丧失。 表现在，阻碍革兰氏染色阴性及阳性细菌的细胞呼吸并增加了细菌细胞质的透 性；通过一种磺化物破坏酵母的细胞质膜；导致大肠杆菌的k + 大量渗漏。a n u p a m d i x k h i t 等【3 5 1 对7 0 多种精油成分的化学结构与抗菌活性的关系进行了研究，存在 以下关系：醛类的电子接受能力越强，其抗菌的活性越高；a , 1 3 不饱合脂肪醛比仅，d 饱合酮的活性强；a ，p 饱合醛比相应的醇的抗真菌活性低；一元醇比二元醇、三 元醇抗菌活性高；酚、愈创木酚、苯甲醛、苯甲醇等在苯环上引入烷基后，其抗 菌活性增高。罗曼等p 6 】【3 7 】【3 8 1 从细胞、亚细胞和分子水平系统研究了柠檬醛对黄 曲霉的抑制效应和机理，表明柠檬醛能破坏黄曲霉细胞壁、质膜和膜选择通透性， 同时能使菌丝体d n a 、r n a 、脂类和蛋白质等生物合成受到抑制，导致细胞死 6 第一章绪论 亡。 1 1 5 食用香辛精油抑菌活性的开发利用现状 在食品工业中，防腐剂是重要的添加剂之一，目前世界上食品工业中常用的 防腐剂以化学合成防腐剂居多，而化学合成防腐剂的诱癌性、致畸性和易引起食 物慢性中毒等问题已引起了社会的广泛关注。近年来，随着人们生活和消费水平 的提高，食品加工的需求也越来越向“绿色和“天然 等方向转变，因此，天然、 安全的功能性食品防腐剂的研究开发就显得越来越重要。天然食品防腐剂可分为 微生物源防腐剂( 溶菌酶、乳酸链球菌素、纳他霉素、聚赖氨酸) 、动物源防腐 剂( 鱼精蛋白、蜂胶、壳聚糖) 和植物源防腐剂( 茶多酚、植物精油、大蒜素、蒽 醌中草药) 。其中的植物精油是一类天然植物性添加剂，能够矫正食品的异味、 赋予香气，有的还有着色、抗氧化、抗菌( 防腐) 以及生理药理作用。作为天然防 腐剂的重要来源之一，从植物精油中筛选出高效、经济、安全的防腐物质用作食 品防腐剂，具有广阔的应用前景。 在屠宰、切割和随后的冷藏、运输等系列过程中，生肉制品容易污染微生物。 研究人员利用植物精油及单组分的抗菌特性，在肉及肉制品抗菌保鲜方面展开了 许多应用研究。在分割肉保鲜方面，添加一定量的精油不但能抑制病菌，延长保鲜 时间，而且鲜肉的物理特性方面也优于对照样。s k a n d a m i sp 等人【3 9 1 采用直接将 鲜肉接种病原菌，并与适量的牛至精油混匀，再进行气调包装。研究结果表明高于 5 9 l 浓度的牛至精油液对肉中的假单孢菌( p s e u d o m o n a s ) 、肠杆菌 ( e n t e r o b a c t e r i a c e a e ) 等均有明显的杀菌效果：添加浓度为s g l 的牛至精油，则在贮 藏初期就可显著降低肠炎沙门氏菌( s e n t e r i t i d i s ) 的数量，而且使肉汁中的葡萄糖 和乳酸( 腐败菌生长需利用的物质) 含量更高。此外，牛至精油在贮藏期内还能有 效抑制假单孢菌对蛋白的分解，使肉的气味新鲜度大大优于对照样。在熟肉制品 保鲜方面，s i n g h a 等人【4 0 】对比了5 种精油( 百里香、丁香、多香果、迷迭香和鼠 尾草) 在热狗香肠中抗单增李斯特氏菌的效果。百里香、丁香和多香果辣椒的精 油对单增李斯特氏菌具有显著的杀菌作用：百里香和丁香精油成分在蛋白质溶液 7 广东工业大学工学硕士学位论文 中浓度达到1 m l l 时对单核增生李斯特菌有很强的抑制作用，以至最终在样品中 也没有检出该菌。在对无脂肪、低脂肪和高脂肪的3 种热狗香肠的试验中，百里 香精油在无脂肪和低脂肪热狗香肠的浓度达到1 i i l l l 时可降低香肠中的单增李 斯特氏茵菌总数，但在高脂肪热狗香肠中没有显示出此效果。不过，丁香油( 1 m l l ) 可同时降低3 种香肠中单增李斯特氏菌含菌量。然而，当这些精油的浓度达到一 定量后( 如1 0 m l l ) ，并不能显示出更强的杀菌效果，这似乎表明，食品中的成分 与精油成分相互作用后，消耗或束缚了精油的活性成分，从而影响了抗菌作用。众 多研究表明肉制品中的高脂肪含量能够减弱精油的抗菌功效，如柠檬精油和芫荽 精油对高脂肪的鹅肝酱( 含有3 0 4 5 脂肪) 和油炸火腿无抗菌作用，但是将芫荽 精油固定在明胶中，就能增强对火腿中的单增李斯特氏菌的拮抗活性h 1 1 ，这主要 因为微胶囊可以持久释放精油，并使之维持有效的杀菌浓度，所以精油的抗菌效 果还与其添加形式有关。 对于鱼类食品，芳香精油的抗菌效果与肉制品相似，脂肪含量对其抗菌效果 影响很大，如0 5 9 l g 的牛至精油在带鱼片中抗发光细菌的效果要比脂肪含量高 的鲑鱼片中效果要好m 2 1 。但是有些精油对高脂肪含量的食物也有很好的抗菌效 果，k o u t s o u m a nk 等【4 3 1 人的研究证实，对于鲑鱼片、鱼籽酱等高脂肪含量的食物， 牛至精油有很好的抗菌效果，并且优于薄荷精油。结合气调( 4 0 c 0 2 3 0 0 2 3 0 n 2 ) 和低盐处理，甜橙精油能够有效延长海鲤的货架期m 】。氯化钠电解液是近来 发展起来的一项具有抗菌和抗氧化功效的新技术1 4 5 1 ，氯化钠电解液与精油相结合 处理病菌，具有协同增效作用。m a h m o u db a r a k a tsm 等1 4 6 研究了l 混合精油 ( o 5 的香芹酚和0 5 的麝香草酚) 与1 氯化钠电解液对鲫鱼保藏的影响。结果 表明，在5 。c 下，单独用氯化钠电解液处理鲫鱼，货架期能比未处理对照延长4 d ；单 独用1 的混合精油处理，能延长1 2 d ；但是将电解液与精油结合，先后处理鲫鱼，货 架期就能延长1 6 d 。这样不但能延长食物的货架期，还能提高食品的保鲜度【4 7 】。 在乳制品保藏中，s m i t h p a l m e r a 等人【4 8 1 通过考察月桂、丁香、肉桂和百里 香精油对接种单细胞增生李斯特氏菌的软干酪的抗菌效果，结果在4 1 0 c 贮藏 8 第一章绪论 1 4 d 后，1 0 m l k g 的4 种精油均可抑制低脂肪含量软干酪中的9 0 的单增李斯特 氏菌和肠炎沙门氏菌，而在高脂肪含量的软干酪样品中，只有丁香有此效果，表明 有些精油在食品保藏中有很强的应用性。 在果蔬保鲜应用方面，精油的抗菌活性也会受益于低温贮藏和或食品的p h 值的降低。当然，蔬菜的低脂肪含量也是精油获得高抗性的原因之一。s e r r a n om 等 4 9 1 研究表明，用丁香酚、麝香草酚、薄荷醇处理甜樱桃，结合一定的气调、低温 条件，1 6 d 后，总菌数( 好氧性中温菌) 、霉菌和酵母菌数均显著减低，特别是霉菌 和酵母菌，从处理前的2 1l o gc f u g 降低到1 5 l o gc f u g ，而对照样的霉菌和酵 母菌数量增加到4 9 1 0 9c f u g 。对于常温下保存的食品，精油的抗菌作用发挥更明 显。在2 0 。c 和2 5 c 分别用肉桂精油处理有伤樱桃番茄和无伤口樱桃番茄5 d ，在较 低的浓度下均显著增加樱桃番茄抗链格孢菌( a l t e m a r i aa l t e m a t a ) 的能力【5 0 1 。桂皮 醛和麝香草酚对6 种沙门氏菌均有很强的抗菌作用，试验是运用5 0 空气熏蒸法 使用，但当温度提高到7 0 抗菌活性则降低【5 l j ，可能是由于高温下精油易于挥发、 抗菌组分容易流失之故。香芹酚和桂皮醛( 0 1 5 p l m l 浸滞溶液) 对减少猕猴桃的 正常菌群非常有效，但是对哈密瓜无效，这是由于水果的p h 值不同所致，猕猴桃 的p h 值为3 2 - 3 6 ，哈密瓜的p h 值为5 4 5 5 。一般来说，p h 值越低，精油和其组 分的抗菌活性越强【5 2 1 。 面包等潮湿性焙烤食品，在生产场所空气中可能污染黄曲霉( a s p e r g i l l u s f l a v u s ) 、青霉( p e n i c i l l i u m ) 、真菌属等霉菌而导致其变质。n i e l s e np e rv 等人【5 3 】 研究了芥茉、肉桂、大蒜和丁香精油等对面包霉变的防效，结果表明芥茉精油的 抗菌活性最强，其次是肉桂、大蒜和丁香精油，而香草精油不表现活性。芥茉精油 中有效成分一异硫氰酸烯丙酯在包装袋中浓度达到3 5 r a g m e 时，对青霉和黄 曲霉均具有完全杀灭的效果。目前一些发达国家研制出可食用食品包装并已投入 使用，这些食品包装是用水果和蔬菜制成的，更有利于饮食健康和生物分解，但是 也较易被病菌感染，影响人体健康。s e y d i ma c 和s a r i k u sg 1 5 4 于可食用包装( 由 乳清分离蛋白所制) 中分别添 j n l 0 4 o ( w t v ) 的牛至精油、迷迭香精油和大蒜素 9 广东工业大学工学硕士学位论文 后，检测其对大肠杆菌0 1 5 7 ：h 7 ( a t c c3 5 2 1 8 ) 、金黄色葡萄球菌( a t c c4 3 3 0 0 ) 、肠 炎沙门氏菌( a t c c1 3 0 7 6 ) 、单增李斯特氏茵( n c t c2 1 6 7 ) 和乳酸菌( d s m2 0 1 7 4 ) 的抗菌活性。研究结果表明，牛至精油抗菌活性最强，对几种病菌的最小抑制浓度 为2 ：大蒜素在1 和2 时对几种病菌均没有抑制效果：在试验浓度范围内迷迭 香精油对五种病菌没有抑制作用。q u s s a l l a hm o u n i a 等【5 5 】也表明牛至精油能够够 与乳清分离蛋白一纤维素薄膜中的酪酸钙相结合，从而增强牛至精油对牛肉中大 肠杆菌0 1 5 7 ：h 7 和假单胞菌的拮抗作用。所以，精油的种类、活性成分的浓度以 及包装薄膜的组分都会影响精油在可食用包装中的活性。 1 2 食用香辛精油超临界c 0 2 萃取的研究进展 早在1 8 2 2 年，c a g n i a r d 首次报道了物质的临界现象【5 6 1 。1 5 7 9 年的实验观察 到无机盐在超临界乙醇中溶解度增大现象【5 7 1 。然而直到1 9 7 8 年超临界萃取技术 才在联邦德国进行工业化应用，用超临界c 0 2 萃取咖啡豆种的咖啡因，处理量达 到2 7 k t a 。2 0 世纪8 0 年代以来，超临界流体萃取( s f e ) 技术得到了迅速发展。 其中起步最早、研究最多并已有工业化产品的技术当属超临界流体萃取，其在化 工、能源、燃料、医药、食品、香料、环境保护、生物工程等多领域引起人们广 泛的兴趣，尤其在我国实施中药现代化进程中，超临界萃取技术被列为中药高效 提取分离新技术之一。 1 2 1 超临界流体萃取的基本原理 任何一种物质都存在三种相态一气相、液相、固相。三相成平衡态共存的点 叫三相点。液、气两相成平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为 临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。超临界流体萃取 技术中的s f e 是指温度和压力均高于临界点的流体，如二氧化碳、氨、乙烯、丙 烷、丙烯、水等。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。 处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为s f e t 5 8 1 。 超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即 利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。当气体处于超临界状态 1 0 第一章绪论 时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，粘度 虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的1 0 1 0 0 倍：因此对物料有较好 的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。在超临界状态 下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点 高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭 体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分进行分 步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控 制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成 普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将 萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理【5 9 】。 1 2 2 影响超临界c 0 2 萃取的主要因素 超临界c 0 2 萃取过程受很多因素的影响，包括温度、压力、流量、夹带剂， 样品的物理形态、粒度、粘度等因素交织在一起，使萃取过程变得较为复杂【6 1 】 6 2 1 【6 3 1 瞰l 。 1 2 2 1 物料颗粒度状况的影响e g g e r s 等【6 5 1 详细考察了超临界c 0 2 萃取油菜籽 时，不同的油菜籽预处理方法对萃取收率的影响，萃取压力和温度分别为7 5 0 m p 和4 0 。整个萃取过程处于相平衡时的条件。随着萃取的不断进行，萃取速率开 始发生变化。未切片的油菜籽最早出现传质衰减，说明只脱壳不切片不足以改善 萃取效果。因为，只脱壳不切片，细胞壁仍然很完整。同时发现，用快速降压来 破碎细胞的方法，其效果与仅脱壳的油菜籽的萃取曲线非常接近。证明降压破碎 和机械切片法相比，后者作用更为明显。 1 2 2 2 萃取压力的影响萃取压力是超临界流体萃取中最重要的参数之一。温度 一定时，萃取压力越高，流体的密度越大，对溶质的溶解能力越强，萃取所需时 间越短，萃取过程进行的越完全。然而，过高的萃取压力对系统和萃取设备都将 提出更为苛刻的要求。对于不同的溶质，适宜的萃取压力差异很大。如碳氢化合 物和低分子量的酷类等弱极性物质，萃取可在较低压力下进行( 7 a 1 0 m p a ) ； 广东工业大学工学硕士学位论文 对含有一o h ，一c o o h 基这类强极性基团的物质以及苯环直接与一o h ，