辛香料提取液抑菌效果的影響因素及其在濕熟面條保鮮中的應(yīng)用研究

李霞，劉尚軍，鄭雅茹

(南陽理工學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南省工業(yè)微生物資源與發(fā)酵技術(shù)重點實驗室，河南 南陽 473004)

辛香料是一類具有芳香、辛香典型風(fēng)味的天然植物性原料，常用于食品的呈香和調(diào)味。香辛料中含有的丁香酚、百里酚、芥子苷、茴香腦等物質(zhì)具有抑菌、抗氧化等功能[1]，因此辛香料也可用于食品的防腐保鮮。眭紅衛(wèi)等[2]的研究表明辛香料具有抗氧化、抑菌防腐、抗病毒等多種生理活性，其中的大蒜素、α-松油烯、α-蒎烯等精油成分對多種細菌和真菌具有抑制或殺滅作用。周小偉[3]研究了山蒼子油、姜油等10種精油的抑菌活性，結(jié)果表明百里香酚能有效地抑制細菌的生長，肉桂醛能有效地抑制霉菌的生長。孟君等[4]研究發(fā)現(xiàn)八角提取液對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌均有抑制作用，辣椒提取液僅對金黃色葡萄球菌有一定的抑制作用，而花椒提取液則對3種供試菌均無明顯的抑制作用。朱明濤等[5]研究了丁香、八角和白芷3種香辛料的提取物對冷卻牛肉的貯藏保鮮效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提取物可有效延長冷卻牛肉的保質(zhì)期并顯著延緩其汁液的流失。孫衛(wèi)青[6]用丁香、桂皮、大蒜、辣椒等辛香料對生鮮豬肉進行抑菌處理，可使鮮豬肉的總菌數(shù)由106級別降到104級別。單恬恬等[7]對14種香辛料水提物和醇提物的抗氧化性能以及多酚、黃酮等活性成分的含量進行了測定，結(jié)果表明丁香的抗氧化能力最強，其次為桂皮、花椒。

面條是人們的日常主食之一，而濕面條由于糖類(碳水化合物)和蛋白質(zhì)含量較高、水分活度大、酸堿性(pH值)接近中性或微酸性等原因比較適合微生物的滋長[8-10]。許玉慧等[11]的研究結(jié)果表明，引起即食鮮面條變質(zhì)的優(yōu)勢腐敗微生物主要是Bacillussubtilis(枯草芽孢桿菌)、Bacilluslicheniformis(地衣芽孢桿菌)和Bacillusmegaterium(巨大芽孢桿菌)。王曉明[12]發(fā)現(xiàn)鮮濕面條中的微生物菌群存在著細菌與霉菌之間的拮抗作用，該作用會導(dǎo)致鮮濕面條在儲存過程中細菌的增長速度明顯大于霉菌的增長速度，最終使細菌成為食物腐敗的優(yōu)勢菌。因此，抑制細菌的增殖是面條保存要考慮的首要問題。濕熟面條由于含水量更大，較鮮濕面條更難保存，但迄今為止，對于濕熟面條天然保鮮方面的研究僅有少量相關(guān)報道[13,14]。

鮮濕即食面條的天然保鮮是開發(fā)新一代方便面食的關(guān)鍵技術(shù)和難點之一。本文研究辛香料提取工藝對其抑菌效果的影響，并將辛香料提取液應(yīng)用于濕熟面條的保鮮中。本研究為辛香料的精深加工和高附加值利用提供了一種新的途徑，也可為方便化、速食化面條新產(chǎn)品的開發(fā)提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

干面條：河南想念食品股份有限公司市售產(chǎn)品；桂皮、紅辣椒、八角、花椒、小茴香、肉桂、土生姜、大蒜等：均為市售商品。

蛋白胨肉湯(固態(tài))培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LDZM-80KCS-II立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；LRHS-300-II恒溫恒濕培養(yǎng)箱、MJ-300-II霉菌培養(yǎng)箱 上海躍進醫(yī)療器械有限公司；XSP-BM-8C生物顯微鏡 上海彼愛姆光學(xué)儀器制造有限公司；IP67型游標卡尺 上海工具廠股份有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州榮華儀器制造有限公司；FW-100高速萬能粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

1.3 檢測方法

菌落總數(shù)的測定：采用平板菌落計數(shù)法；辛香料提取液抑菌圈的測定：采用牛津杯法。

1.4 試驗方法

1.4.1 辛香料的篩選

分別將初選的8種天然辛香料(八角、紅花椒、辣椒、肉桂、桂皮、小茴香、生土姜、大蒜)在高速萬能粉碎機中粉碎，再分別按液料比10∶1 (mL/g)加水，于80 ℃下水浴2 h后過濾，所得濾液即為辛香料的提取液。將煮熟的面條浸入以上辛香料提取液中10 min，取出濕熟面條封入自封袋中于室溫下(25 ℃)放置，觀察其保存情況，通過檢測面條在保存過程中的染菌情況(以菌落總數(shù)≤1×105CFU/g為面條未腐敗變質(zhì)的標準)來篩選適于濕熟面條保鮮的天然辛香料種類。

1.4.2 單因素試驗1.4.2.1 提取劑種類的確定

分別稱取10 g經(jīng)過粉碎的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香的粉末，各自按液料比10∶1 (mL/g)分別加入飲用水和濃度為75%的乙醇溶液，密封條件下80 ℃水浴提取2.0 h后抽濾，濾液即為辛香料提取液。以辛香料提取液抑菌圈直徑的大小為衡量指標，比較提取溶劑(乙醇溶液和水)對抑菌效果的影響。

1.4.2.2 乙醇溶液濃度的確定

分別稱取10 g辛香料(辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香)的粉末，按液料比10∶1 (mL/g)的比例分別加入體積分數(shù)為45%、55%、65%、75%、85%的乙醇溶液，80 ℃水浴2 h后抽濾得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇適宜的乙醇濃度。

1.4.2.3 液料比的確定

放入250 mL錐形瓶中，以不同的液料比(8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1，mL/g)加入75%的乙醇溶液，80 ℃水浴2 h后抽濾得濾液備用，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇適宜的液料比。

1.4.2.4 提取溫度的確定

分別稱取10 g粉末狀的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香放入250 mL錐形瓶中，加入100 mL的75%乙醇，在不同溫度下(60，70，80，90，100 ℃)水浴提取2 h后抽濾得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標篩選最合適的提取溫度。

1.4.2.5 提取時間的確定

分別稱取10 g粉末狀的辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香置于250 mL錐形瓶中，加入100 mL的75%乙醇，于80 ℃水浴中分別提取1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h，抽濾后得濾液，以提取液的抑菌圈直徑為指標選擇最適宜的提取時間。

1.4.3 辛香料提取條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取乙醇濃度(A)、液料比(B)、提取溫度(C)和提取時間(D)等因素及其相應(yīng)水平進行正交試驗，以抑菌圈直徑為指標對辛香料提取工藝條件進行優(yōu)化，因素水平表見表1。

表1 辛香料提取工藝優(yōu)化因素水平表

1.4.4 辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果研究

分別將八角、花椒、桂皮按相應(yīng)最佳提取工藝條件進行水浴浸提后得濾液，再分別將煮熟的濕面條浸入濾液中10 min后取出，分別在室溫(25 ℃)、37 ℃、45 ℃條件下放置，觀察保存情況。每天定期檢測面條在保存過程中的染菌情況，以菌落總數(shù)不超過1×105CFU/g的最長保存天數(shù)來衡量辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 辛香料篩選結(jié)果

常溫(25 ℃)下，濕熟面條在八角、花椒、辣椒、肉桂、桂皮、小茴香、生姜、大蒜等辛香料水提取液中的保存期分別為7，8，9，5，9，4，2，6 d，見圖1。

圖1 不同辛香料對濕熟面條的保存效果

由圖1可知，不同種類的辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果差別較大，其中辣椒、八角、花椒、桂皮、小茴香這5種辛香料提取液的保鮮效果較好，尤其是桂皮和花椒最為明顯，兩者對濕熟面條的保鮮時間均達9 d，因此選擇這5種辛香料進行后期的保鮮研究。

2.2 單因素結(jié)果分析

2.2.1 提取劑種類的影響

辛香料提取液的抑菌效果可以用抑菌圈大小來衡量，以乙醇溶液和水作為提取劑時提取液的抑菌圈大小見圖2和圖3。

圖2 提取劑種類對抑菌效果的影響

由圖2可知，以乙醇溶液為提取劑時，所有辛香料提取液的抑菌效果均優(yōu)于以水為提取劑的提取液。由于辛香料中的有效防腐成分醇溶性的較多，以乙醇溶液作為提取劑時能夠提取出更多的抑菌防腐有效物質(zhì)，因此乙醇提取液的抑菌效果均優(yōu)于水提取液。由圖2還可知，幾種天然辛香料中，八角和桂皮的抑菌效果較強，兩者的抑菌圈直徑分別為14.3 mm和15.0 mm。

圖3 不同提取劑時辛香料的抑菌圈

2.2.2 乙醇濃度的影響

乙醇濃度對辛香料提取液抑菌效果的影響見圖4。

圖4 乙醇濃度對抑菌效果的影響

由圖4可知，在乙醇濃度低于75%時，各辛香料提取液的抑菌效果均隨乙醇濃度的增加而增強；當(dāng)乙醇溶液的濃度為75%時，各辛香料提取液的抑菌圈均最大，抑菌效果均最好；當(dāng)乙醇濃度高于75%時，各辛香料提取液的抑菌效果反而有所降低。這可能是75%乙醇溶液的極性與辛香料中的防腐保鮮成分(八角中的茴香腦、桂皮中的桂皮醛、花椒中的花椒油素等)的極性較為接近的緣故。此外，在幾種天然辛香料的75%乙醇提取液中，八角的抑菌效果最強，其抑菌圈直徑為16.5 mm；其次是桂皮，抑菌圈直徑為16.3 mm，第三是花椒，抑菌圈直徑為15.7 mm。

2.2.3 液料比的影響

不同液料比對辛香料提取液防腐保鮮效果的影響見圖5。

圖5 液料比對抑菌效果的影響

由圖5可知，當(dāng)液料比在8∶1～16∶1范圍內(nèi)變化時，隨著液料比的增大，各辛香料提取液的抑菌圈直徑的變化趨勢均為先增大后減??；各辛香料提取液的抑菌圈直徑均在液料比為10∶1時達到最大值，此時抑菌效果最好。在最佳液料比條件下，所試5種辛香料提取液的抑菌圈直徑大小順序為八角>桂皮>花椒>辣椒>小茴香，其中八角、桂皮、花椒提取液的抑菌圈直徑分別為18.1，17.7，17.3 mm。

2.2.4 提取溫度的影響

提取溫度對各辛香料提取液抑菌效果(以抑菌圈直徑大小來衡量)的影響見圖6。

圖6 提取溫度對抑菌效果的影響

由圖6可知，當(dāng)提取溫度在60～80 ℃范圍內(nèi)時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑隨著溫度的上升而上升；當(dāng)提取溫度超過80 ℃時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑隨著溫度的上升反而有下降的趨勢；當(dāng)提取溫度為80 ℃時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑最大，其保鮮效果最好。一方面，溫度越高，分子間擴散越劇烈，有利于辛香料中抑菌成分的溶出；另一方面，高溫更容易導(dǎo)致辛香料中的部分抑菌成分發(fā)生分解、改性、揮發(fā)等物理化學(xué)變化，從而使提取液的抑菌保鮮效果有所降低。另外，由圖6還可以看出，在提取溫度為80 ℃時，5種受試辛香料提取液的抑菌圈直徑大小分別為19.2 mm(八角)、18.3 mm(桂皮)、17.8 mm(花椒)、17.2 mm(辣椒)和15.1 mm(小茴香)，八角提取液的抑菌效果最佳，小茴香提取液的抑菌效果最差，且與其他幾種辛香料提取液的差距較為明顯。

2.2.5 提取時間的影響

提取時間對各辛香料提取液抑菌效果的影響見圖7。

圖7 提取時間對抑菌效果的影響

提取時間的延長在提取更多防腐成分的同時，也有可能使其發(fā)生分解、改性等變化，而這些變化則使提取液的抑菌效果減弱。由圖7可知，提取時間在2.0 h以內(nèi)時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑均隨著提取時間的延長而增大；當(dāng)提取時間在2.0 h以上時，其變化趨勢則正好相反，即隨著提取時間的延長而減小；當(dāng)提取時間為2.0 h時，各辛香料提取液的抑菌圈直徑均最大，抑菌效果最好。在此條件下，八角、桂皮和花椒的提取物的抑菌效果最為明顯，三者的抑菌圈直徑分別為20.0，19.1，18.8 mm。

2.3 辛香料提取條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，選擇乙醇濃度(A)、液料比(B)、提取溫度(C)和提取時間(D)4個因素，按照正交表L9(34)進行辛香料提取條件的優(yōu)化試驗(見表1)。將抑菌圈直徑大小作為指標，以此研究各辛香料提取液抑菌效果的最佳工藝條件。3種辛香料(八角、桂皮和花椒)提取工藝優(yōu)化試驗的設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2 辛香料提取工藝優(yōu)化試驗設(shè)計及結(jié)果

由表2可知，在影響八角提取液抑菌防腐效果的各因素中，乙醇溶液濃度的影響最大，液料比次之，接下來依次是提取溫度和提取時間；八角最優(yōu)提取工藝條件為A2B1C2D1，即乙醇濃度為75%，液料比為8∶1，提取溫度為80 ℃，提取時間為1.5 h。在影響花椒提取液抑菌效果的因素中，乙醇濃度的影響最大，其次為提取時間，接下來是液料比，提取溫度的影響最小；花椒最優(yōu)提取工藝條件為A2B1C2D1，即乙醇濃度為75%，液料比為8∶1，提取溫度為80 ℃，提取時間為1.5 h。在影響桂皮提取液抑菌效果的因素中，液料比(因素B)的影響最大，接下來依次為乙醇濃度和提取時間，而提取溫度的影響最?。还鹌ぷ顑?yōu)提取工藝條件為A2B2C1D2，即乙醇濃度為75%，液料比為10∶1，提取溫度為70 ℃，提取時間為2.0 h。

分別在最優(yōu)提取工藝條件下進行驗證試驗，3種辛香料(八角、花椒和桂皮)提取液的抑菌效果結(jié)果見圖8，其抑菌圈直徑分別為20.5，19.1，20.3 mm。

圖8 3種辛香料提取液的抑菌圈驗證試驗

2.4 辛香料提取液對濕熟面條的保鮮效果

分別將煮熟的濕面條浸入八角、花椒、桂皮的提取液(最佳提取工藝條件下提取所得)中，10 min后取出封入自封袋中，記錄其在特定溫度下菌落總數(shù)不超過1×105CFU/g的最長保存天數(shù)。結(jié)果表明，濕熟面條在八角、花椒、桂皮提取液中的保鮮天數(shù)分別為22，19，20 d(25 ℃)，4，3，4 d(37 ℃)，5，4，4.5 d(45 ℃)。在3個試驗溫度中，濕熟面條在25 ℃下的保存效果最好，其保鮮時間明顯長于較高溫度(37 ℃和45 ℃)的情況；而濕熟面條在37 ℃下的保鮮時間短于45 ℃時的情況，這說明微生物在37 ℃條件下更易在濕熟面條這種基質(zhì)上生長。

3 結(jié)論

以抑菌圈大小為指標來衡量辛香料提取液的抑菌效果，結(jié)果表明以乙醇溶液為提取劑優(yōu)于以水為溶劑，八角、花椒、桂皮的乙醇提取液的抑菌效果最為顯著。

八角提取液的最優(yōu)提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比8∶1、提取溫度80 ℃、提取時間1.5 h。花椒提取液的最優(yōu)提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比8∶1、提取溫度80 ℃、提取時間1.5 h。桂皮提取液的最優(yōu)提取工藝條件為乙醇濃度75%、液料比10∶1、提取溫度70 ℃、提取時間2.0 h。保鮮試驗表明，八角、花椒和桂皮3種辛香料最佳條件下的提取液對濕熟面條的保鮮時間分別為22，19，20 d(25 ℃)，4，3，4 d(37 ℃)，5，4，4.5 d(45 ℃)，說明辛香料提取液對濕熟面條有較明顯的保鮮效果。