食用香料揮發(fā)性成分及其抗菌活性研究進(jìn)展

王雪雅， 陸 寬， 殷 勇， 李文馨, 孫小靜

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 辣椒研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省生物技術(shù)研究開發(fā)基地， 貴州 貴陽 550002)

植物揮發(fā)性成分是一類主要存在于植物根、莖、葉、果實(shí)或種子中的具有強(qiáng)烈氣味的物質(zhì)，屬于植物次生代謝產(chǎn)物[1]，是由多種化合物組成的混合物，其成分復(fù)雜。一種植物揮發(fā)性成分可能由數(shù)十種到數(shù)百種化學(xué)成分組成，同一種植物，因采用部位、生長(zhǎng)環(huán)境、采收季節(jié)不同都會(huì)引起揮發(fā)性成分的差異。但這些組分從化學(xué)結(jié)構(gòu)上大致分屬于萜烯類、芳香族、脂肪族及含氮含硫類化合物等。其中以萜類及其衍生物和芳香族化合物為主要組分。

香料是一種能被嗅覺嗅出香氣的物質(zhì)，可分為天然香料和人造香料，其中天然香料包括動(dòng)物性天然香料和植物性天然香料，而食用香料多以植物性天然香料為主。獨(dú)特的植物揮發(fā)性成分組成使得不同食用香料之間氣味千差萬別。雖然食用香料中植物揮發(fā)性成分含量較低，但卻有著多種生物活性，如驅(qū)蟲、抑菌、抗氧化等[2-5]，在許多領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用，尤其在食品抗菌方面的應(yīng)用研究在逐年深入[6-9]。丁香、甘草、山蒼子、肉桂是常用食用香料，具有一定的代表性。筆者通過對(duì)丁香、甘草、山蒼子、肉桂4種常用食用香料相關(guān)文獻(xiàn)的整理，對(duì)其揮發(fā)性成分及抗菌活性研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為4種香料應(yīng)用領(lǐng)域及開發(fā)新型天然抑菌產(chǎn)品提供思路。

1 丁香

1.1 化學(xué)成分

丁香(Syzygiumaromaticum)為桃金娘科植物丁香的干燥花蕾，又稱公丁香、雞舌香，是我國重點(diǎn)開發(fā)研究的藥材之一，是一種藥食兩用的中草藥[10]。其性溫、味辛，用作腎虛陽痿、呃逆嘔吐等癥狀。蔡君龍等[11]采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)，對(duì)國內(nèi)外4個(gè)地區(qū)的丁香揮發(fā)性成分進(jìn)行了檢測(cè)，共鑒定出72種揮發(fā)性成分，通過對(duì)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，雖然各產(chǎn)地丁香揮發(fā)性成分不同，但主要揮發(fā)性成分有一定的相似性，主要成分含量排名前兩位的均為丁香酚、(-) -α-芹子烯，兩者含量之和均大于90%。金宏等[12]通過水蒸氣蒸餾法提取的丁香油成分分析發(fā)現(xiàn)，丁香揮發(fā)油主要含有丁香酚、β-石竹烯、乙酰基丁香酚、α-石竹烯、δ-杜松油烯等10種揮發(fā)性成分，約占揮發(fā)油總量的96%。丁香酚為丁香主要揮發(fā)性成分，其分子式為C10H12O2，不溶于水，具有麻醉[13]、抗菌[14]、抗氧化[15-16]等藥理作用，主要用于抗菌、降血壓、香水香精以及各種化妝品香精和皂用香精配方中，還可以用于食用香精的調(diào)配。

1.2 抗菌活性

近年來，多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，丁香的抑菌譜較寬，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽抱桿菌、黑曲霉及酵母菌等細(xì)菌或真菌均有較強(qiáng)的抑制效果[17-19]。馬艷玲等[14]研究發(fā)現(xiàn)，丁香酚對(duì)金黃色葡萄球菌菌體蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度、蘋果酸脫氫酶活性以及琥珀酸脫氫酶活性均有一定的抑制作用，且該抑制作用主要是通過抑制菌體二羧酸循環(huán)和電子聯(lián)傳遞中相關(guān)關(guān)鍵酶的活性實(shí)現(xiàn)，丁香酚對(duì)金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度為600 μg/mL，最低殺菌濃度為700 μg/mL。丁香還具有防腐保鮮的效果，李寧等[20]研究發(fā)現(xiàn)，丁香精油還可有效降低冬棗果實(shí)在貯藏60 d后25℃貨架期5 d的腐爛指數(shù)，保持較高的苯丙氨酸解氨酶、多酣氧化酶、過氧化物酶活性和總酣含量。

2 甘草

2.1 化學(xué)成分

甘草為豆科植物甘草(GlycyrrhizauralensisFiseh.)的干燥根莖，味甘，性平，是一種常見的中草藥，具有止咳、化痰、解毒的功效。許永等[21]對(duì)甘草浸膏揮發(fā)性成分進(jìn)行研究，共鑒定出108種揮發(fā)性成分，其中主要成分為己酸(30. 62%)、棕櫚酸(13.55%)、己酸乙酯(3.99%)、弧油酸乙酯 (3.93%)、11-十六碳烯醛(2.84%)、3-甲基-環(huán)戊醇(2.09%)、2-戊基呋喃(1.82%)和1-己醇(1.76%)等。梁勇等[22]對(duì)甘草揮發(fā)性成分進(jìn)行研究，通過GC-MS分離鑒定出32種成分，主要包括2,6-雙(1,1二甲基乙基)-4-甲基苯酚(20.16%)、鄰苯二甲酸二甲酯(6.82%)、正十六酸(8. 33%)、正十八酸(4.68%)、正十九烷(4.71%)、正十八烷(4.16%)、正十七烷(4.02%)等化合物。通過對(duì)甘草成分的研究發(fā)現(xiàn)，甘草主要含有三萜皂苷類、黃酮類及多糖等活性物質(zhì)[23]。目前，甘草中三萜類化合物主要包括甘草酸和次甘草酸，具有抗炎、抗肝損傷和抗腫瘤等多種功能[24-26]。甘草中黃酮類物質(zhì)相對(duì)較為復(fù)雜，主要包括甘草素、異甘草素和甘草苷等物質(zhì)，具有抗炎抑菌、抗氧化及抗病毒等作用[27-29]。甘草多糖主要由葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖以及半乳糖構(gòu)成，具有調(diào)節(jié)免疫[30]和預(yù)防骨關(guān)節(jié)炎[31]的作用。

2.2 抗菌活性

黃雪芳等[32]對(duì)甘草水煎劑的抗菌活性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，甘草水煎劑對(duì)葡萄球菌具有明顯的抑制作用，對(duì)金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的最低抑菌濃度分別為生藥25 mg/mL和50 mg/mL，并且甘草醇提物的抗菌活性高于水提物。陳麗艷等[33]用不同濃度乙醇對(duì)甘草進(jìn)行提取，對(duì)比提取物抗菌活性發(fā)現(xiàn)，甘草 80%乙醇提取物的抗菌活性高于10%乙醇提取物，對(duì)金黃色葡萄球菌最小抑菌濃度和最低殺菌濃度分別為0.31 mg/mL和0.62 mg/mL。王南舟等[34]通過對(duì)甘草氯仿-乙醇提取物的抗菌活性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，提取物對(duì)金黃色葡萄球菌、檸檬色葡萄球菌均有抑制作用，并且通過對(duì)甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌的抑制作用發(fā)現(xiàn)，甘草氯仿部位的抑菌活性高于己烷部位，提示甘草的抗菌成分具有一定的親脂性。楊靜等[35-36]通過對(duì)甘草中黃酮成分進(jìn)行提取分離得到甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷、異甘草素、甘草酸以及甘草酸三鉀鹽。通過對(duì)上述物質(zhì)抗菌活性的研究發(fā)現(xiàn)，采用1 mg/mL的甘草總黃酮、甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷及異甘草素對(duì)大腸桿菌、雙歧桿菌、綠膿桿菌以及金黃色葡萄球菌均有抑制作用，而甘草酸和甘草酸三鉀鹽對(duì)上述4種細(xì)菌無明顯抑制作用。甘草總黃酮中的甘草素、甘草查爾酮A、甘草苷和異甘草素為主要抑菌成分，且甘草素、甘草查爾酮A的抑菌活性強(qiáng)于甘草苷和異甘草素。

3 山蒼子

3.1 化學(xué)成分

山蒼子為樟科植物，是山雞椒〔Litseacubeba( Lour. ) Pers.〕的果實(shí)，具有驅(qū)寒散寒和行氣止痛功效。其揮發(fā)油叫山蒼子油，有特殊的清香，可用于抗菌、祛痰及抗心律失常等。劉政等[37]通過對(duì)湖南懷化山蒼子揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS測(cè)定，共檢出29種揮發(fā)性成分，并對(duì)占總峰面積90%的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析發(fā)現(xiàn)，山蒼子揮發(fā)性成分以α-檸檬醛、β-檸檬醛和D-檸檬烯為主，3者總和所占比例高達(dá)65.95%。趙歐等[38]通過對(duì)10批貴州不同產(chǎn)地山蒼子的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，確定了16個(gè)比較穩(wěn)定的共有特征峰，且該16種成分占揮發(fā)油樣品總量的86.8 %～92.3 %，并且以α-檸檬醛、β-檸檬醛和D-檸檬烯3種成分為主要揮發(fā)性成分。彭湘蓮等[39-40]通過對(duì)山蒼子揮發(fā)性成分進(jìn)行研究得出，其主要揮發(fā)性成分為檸檬烯、順式檸檬醛及反式檸檬醛等。由此看出，不同產(chǎn)地、不同批次的山蒼子中，檸檬醛和檸檬烯均為山蒼子主要揮發(fā)性成分，且總量達(dá)85%以上。由于3種主要成分中檸檬醛最高，山蒼子精油通?？捎糜谔崛幟嗜?，該檸檬醛可用于合成紫羅蘭酮類和維生素等[41-42]。

3.2 抗菌活性

山蒼子油及其主要成分檸檬醛具有廣譜的抗真菌效果。研究表明，檸檬醛對(duì)白念珠菌、非白念珠菌、黑曲霉、黃曲霉、煙曲霉、皮膚癬菌，新生隱球菌、申克孢子絲菌、根霉和酵母菌等具有很好的抑制活性[43]。山蒼子主要成分檸檬醛對(duì)黃曲霉具有顯著的抑制作用，最小抑制濃度為2.59 μg/mL[44-45]。濃度50～250 μL/L的山蒼子油及檸檬醛對(duì)赭曲霉具有顯著的抑制作用，并呈劑量依賴關(guān)系[46]。吳均等[46-47]以黑曲霉、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及枯草芽孢桿菌4種細(xì)菌為受試菌，對(duì)山蒼子精油的抑菌作用和機(jī)理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，山蒼子油對(duì)霉菌抑菌作用最為顯著，細(xì)菌次之。余伯良[48]研究發(fā)現(xiàn)，山蒼子油不僅有較強(qiáng)的抗菌作用，且在中性環(huán)境時(shí)，抗菌效果好于苯甲酸鑰及山梨酸鉀。梁青等[49]對(duì)山蒼子油進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)日化產(chǎn)品腐敗菌有較強(qiáng)的抑制效果，可作為天然抑菌劑應(yīng)用在日化工業(yè)中；在植物保護(hù)方面，已有報(bào)道證實(shí)山蒼子油及其提取物對(duì)油茶炭疽病、瓜枯萎病菌和小麥白粉病菌等有明顯抑制生長(zhǎng)的作用[50-51]。

4 肉桂

4.1 化學(xué)成分

肉桂亦稱中國肉桂(Chinesecinnamon)，為樟科(Lauraceae)植物樟屬(Cinnamomum)肉桂(CinnamomumcassiaPresl)的干燥樹皮，屬藥食同源，其性辛、甘、熱，歸腎、脾心、肝經(jīng)，具有活血通經(jīng)及止痛補(bǔ)益之功效。陳立平等[52]采用水蒸汽蒸餾法對(duì)肉桂進(jìn)行提取，并用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)肉桂油成分進(jìn)行分析，鑒定出10種成分，主要為肉桂醛(93.94%)、肉桂醇醋酸酯(1.55%)、2-對(duì)甲氧基桂皮醛(1.32%)以及鄰苯二甲酸二乙酯(1.31%)等成分。張喜才等[53]采用氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)肉桂油進(jìn)行成分分析，共鑒定出27種成分，主要有反式肉桂醛、檸檬醛及苯乙醇等。陳建華[54]通過對(duì)5個(gè)代表性產(chǎn)地的肉桂揮發(fā)性成分進(jìn)行GC-MS分析表明，我國廣西西江和防城地區(qū)及印尼和越南4個(gè)地方產(chǎn)的肉桂均屬Cassia型肉桂，其桂皮醛含量占總揮發(fā)性成分的55%以上，其中西江肉桂和防城肉桂的香氣成分接近，主要為桂皮醛(56.85%、60.89%)和α-可巴烯(16.02%、12.451%)?？梢钥闯龉鹌と槿夤鹬饕獡]發(fā)性成分，賦予肉桂辛辣的感覺，其具有多種生物活性，具有降血糖血脂[55]、抑制細(xì)胞纖維化[56]、增強(qiáng)消化促進(jìn)食欲[57]等作用，并且具有良好的抑菌效果，在醫(yī)藥及食品中有廣泛的應(yīng)用

4.2 抗菌活性

肉桂精油簡(jiǎn)稱桂油，作為香料被廣泛應(yīng)用于食品、日用品及香精調(diào)配等，近年學(xué)者對(duì)其在食品及糧食的儲(chǔ)存研究較多，其對(duì)食品腐敗微生物有較好的抑制作用。劉曉麗等[58]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂的超臨界萃取物對(duì)酵母菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌及黑曲霉具有抑制作用。肉桂油對(duì)常見儲(chǔ)糧霉菌黃曲霉、灰綠曲霉、黃綠霉素、青綠霉素的抑制作用較強(qiáng)，其中與對(duì)照(雙乙酸鈉)相比，肉桂油對(duì)黃曲霉、灰綠曲霉的抑制效果更好。研究表明，肉桂油可不涂布于培養(yǎng)基內(nèi)即可對(duì)細(xì)菌、真菌和空氣中常見霉菌有良好的抑制作用[59]。肉桂油對(duì)供試的真菌、細(xì)菌、霉菌均有抑制作用，其中，對(duì)霉菌的抑菌活性較強(qiáng)，尤其是對(duì)黑曲霉的MIC值最低[60]。梁效[61]采用末端限制性片段多態(tài)性分析技術(shù)研究肉桂精油對(duì)SD大鼠腸道特定菌群生長(zhǎng)的影響，結(jié)果顯示，肉桂精油均能減少SD大鼠結(jié)腸和直腸中的梭菌屬IV簇細(xì)菌數(shù)量，其中在結(jié)腸中減少作用極顯著，在直腸中減少顯著。另外肉桂精油具有抗蟲作用，飼料拌藥法測(cè)定結(jié)果表明，肉桂精油對(duì)赤擬谷盜、谷蠢和玉米象的繁殖抑制率可達(dá)100%；采用噴霧法和濾紙藥膜法，肉桂精油對(duì)赤擬谷盜成蟲和黃粉蟲初孵幼蟲具有觸殺作用[62]。

5 結(jié)語

揮發(fā)性物質(zhì)作為植物的次生代謝產(chǎn)物，多具有保護(hù)植物免受草食性昆蟲及病原菌侵害的作用。植物揮發(fā)性物質(zhì)多隨氣候等外界環(huán)境影響，盡管如此，同植物揮發(fā)性物質(zhì)的主要組成成分仍有相似性。植物揮發(fā)性物質(zhì)多具有抑菌活性，該性質(zhì)可用于對(duì)常見致病菌、植物病原菌的抑制以及食品的防腐保鮮等領(lǐng)域。丁香、甘草、山蒼子和肉桂4種香料，開始時(shí)多用于日常調(diào)味，通過研究人員對(duì)其成分的深入研究，已經(jīng)發(fā)展到將其應(yīng)用于醫(yī)藥、食品及化妝品領(lǐng)域，但是在天然抑菌劑方面的應(yīng)用還有很大的開發(fā)空間。