精油納米乳劑在食品中抗菌作用的研究進展

秦敬如，馬玉潔

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

精油(EOs)是天然衍生的芳香化合物，具有廣譜生物活性[1]。迄今為止，EOs已被廣泛用于藥物或化妝品的添加劑[2]以及殺蟲、抗氧化、抗炎、抗過敏和抗癌劑[3]。近年來，消費者對化學(xué)防腐劑的消極看法愈加強烈，EOs作為溫和保鮮劑在食品工業(yè)中受到了極大的關(guān)注。然而，EOs具有高反應(yīng)性和疏水性，很難直接用于食品中。為了保持其生物活性并最大限度地減少對食品的影響，需要將EOs包封在與食品應(yīng)用相適應(yīng)的輸送系統(tǒng)中。乳液的輸送系統(tǒng)可以用食品成分配制，此外，納米乳液對食品的影響較小，而且可以提高精油的生物活性[4]。目前，國內(nèi)外對精油納米乳液的研究極少，對精油納米乳液的研究處于起步階段。因此，本文主要對EOs納米乳劑在食品中的抗微生物作用展開研究。

1 精油納米乳液的配方與制備

1.1 定義和屬性

EOs是由揮發(fā)性和非揮發(fā)性的物質(zhì)組成的混合物，通常是親脂的，幾乎不溶于水。研究表明，以一定質(zhì)量比的乳化劑，在一定的壓力下得到的精油納米乳液比較穩(wěn)定[5]。由于其納米尺寸，納米乳液具有獨特的性質(zhì)：作用于液滴之間的凈吸引力的強度會隨著液滴直徑的減小而降低，從而減少納米乳液中的聚集現(xiàn)象；納米乳液對光具有較弱的散射作用，不會影響飲用品的清澈度[6]；隨著液滴尺寸的減小，納米乳液中親脂性化合物的生物活性增加，反應(yīng)性增強。所以將親脂性組分包封在納米乳液中將會有很多優(yōu)點，EOs更是如此，并且物理化學(xué)穩(wěn)定性強，對產(chǎn)品的影響小以及抗微生物活性增強，可作為天然抗菌劑應(yīng)用于食品工業(yè)中。

1.2 制作方法

精油的制備方法有很多，文獻記載，通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對超臨界CO2萃取可得到精油[7]。對于納米乳液，可采用自上而下或自下而上的方法來制備。自上而下的方法主要利用機械尺寸減小技術(shù)。在此方法中，乳化過程分為兩個階段：將粗液滴分解成較小的液滴；將乳化劑吸收到新形成的界面上，以防止再結(jié)晶現(xiàn)象，促進動力學(xué)穩(wěn)定性。因此，乳化劑的濃度和性質(zhì)在此過程中扮演著重要角色。納米乳劑也可以通過自下而上的方法制備，該方法是在吸引力和排斥力驅(qū)動下，由精油分子周圍的表面活性劑自發(fā)結(jié)合而成，是一種物理化學(xué)過程。自下而上的方法能夠有效地產(chǎn)生精細液滴，使用低成本設(shè)備，可以防止包封的分子在加工過程中降解。并且，嚴(yán)格的限制條件以及所需的表面活性劑與油比(SOR)，顯著高于自上而下的方法[8]。

2 精油納米乳劑的抗菌活性

2.1 抗菌作用機制

精油的抗菌作用基于它的分子疏水性，EOs主要通過酚類化合物與細胞膜脂質(zhì)的強烈相互作用，增加膜通透性，擾亂原始細胞結(jié)構(gòu)，破壞穩(wěn)態(tài)，并引起離子和胞質(zhì)含量的泄漏，來達到抗菌效果。與游離EOs相比，納米乳劑通常以大分子作為乳化劑，EOs優(yōu)先與微生物相互作用。在其他情況下，大分子有助于提高抗菌活性。由于EOs納米乳液的遞送系統(tǒng)，其可能通過四條主要途徑促進它與微生物細胞膜的相互作用：(1)表面積的增加及外部細胞膜的被動運輸提高了與細胞質(zhì)膜的相互作用。(2)乳化液滴與細胞膜的磷脂雙層的融合有可能促進EOs在所需位點的靶向釋放。(3)在油滴和水相之間的EOs分配驅(qū)動下，來自納米乳液液滴的EOs的持續(xù)釋放延長了EOs的活性。(4)帶正電的納米乳液滴與帶負電荷的微生物細胞壁的靜電相互作用增加了作用部位EOs的濃度。然而，這一假設(shè)仍然存在爭議，還有待于進一步研究。

2.2 在產(chǎn)品中的應(yīng)用

大量污染食物的腐敗和致病微生物需要廣譜抗菌性的抗菌劑。前人研究了食用植物精油可作為“高效、安全”的防腐保鮮劑應(yīng)用于食品領(lǐng)域[9]。李亞茹、周林燕、李淑榮等[10]研究了植物精油對果蔬中微生物的抑制效果、植物精油對微生物的作用機理，并為精油的研究和應(yīng)用提供了依據(jù)。

通常EOs納米乳液具針對性，構(gòu)成EOs的高反應(yīng)性分子可以通過與其他食物成分(蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和礦物質(zhì))的相互作用而降解，或者可以吸附到食物的多個界面上，從而導(dǎo)致分布不均勻，失去抗微生物活性。另外，EOs的高揮發(fā)性，反應(yīng)性等也可能對產(chǎn)品特性造成嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致不良的特征。EOs對產(chǎn)品特性的影響主要取決于它的食品相容性，特別是在EOs成分與食品的理化特性匹配上。因此，要根據(jù)特定食物類型來選擇EOs。合適的EOs輸送系統(tǒng)的使用可以將其更好地分散在食品中，以降低所需的EOs的濃度，減少蒸發(fā)速率，防止與其他食物成分的相互作用。不同的EOs能夠在低濃度下發(fā)揮協(xié)同抗菌作用，也有助于減少食品特性的變化。但是，迄今為止，只有少數(shù)研究解決了EOs納米乳液在食品中的應(yīng)用。

3 結(jié)論和展望

雖然EOs在食品級納米乳液中提供了很多優(yōu)點，但是，它在食品保存方面全面開展問題上依然存在著一些挑戰(zhàn)：

(1)為了有效地對抗天然內(nèi)源性菌群，減少對感官特性的影響，EOs納米乳液的配方應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特性進行開發(fā)。

(2)在嚴(yán)格控制釋放的同時，保持其抗菌效果，為了掩蓋EOs化合物的味道，還應(yīng)制定封裝系統(tǒng)。

(3)利用EOs化合物的聯(lián)合使用來促使協(xié)同作用，以促進與微生物細胞膜上的多個分子位點的相互作用。但是，一些天然的EOs的聯(lián)合使用可能會誘發(fā)拮抗作用。

(4)為了給新型的抗微生物系統(tǒng)提供堅實的依據(jù)，應(yīng)該更好地了解封裝的EOs的運行機制。

(5)EOs納米乳劑與其它技術(shù)的聯(lián)合使用，例如γ射線照射、臭氧、UV，高壓或脈沖光或氣調(diào)保鮮包裝可能有助于提高產(chǎn)品的保質(zhì)期，同時保持其新鮮的特性。

(6)在經(jīng)濟上要考慮成本問題。由于EOs在納米乳液中的封裝，以及其與非熱技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，其價格是很昂貴的，因此，應(yīng)該仔細評估EOs使用的成本問題。

本文提出EOs納米乳劑在食品應(yīng)用中存在的問題，以期為EOs納米乳劑的研究和應(yīng)用提供依據(jù)，從而更好地為人類造福。