異硫氰酸烯丙酯在食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

王屋梁，馬云標(biāo)，王莉莉

上海太太樂食品有限公司（上海 201812）

異硫氰酸烯丙酯（allyl isothiocyanate，AITC）廣泛存在于辣根、芥菜等十字花科植物當(dāng)中，具有良好的光譜抗菌性。研究表明，異硫氰酸烯丙酯對(duì)食品中常見致病微生物，如大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌、綠膿假單胞菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等具有顯著的抑制作用[1-5]*。美國(guó)食品安全監(jiān)督管理局已將異硫氰酸烯丙酯評(píng)估為一種一般公認(rèn)安全級(jí)的食品防腐劑。目前，該物質(zhì)已被應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[1,*6-7]*。文章將對(duì)異硫氰酸烯丙酯的理化特性、制取方法、可能的作用機(jī)制及其在食品中的應(yīng)用等方面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，以期為異硫氰酸烯丙酯的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供一定的參考。

1 異硫氰酸烯丙酯的特性

異硫氰酸烯丙酯，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在常溫下，其為淡黃色透明油狀液體，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，顏色也隨之變深，且揮發(fā)性極強(qiáng)，并伴隨刺激的芥子氣味，同時(shí)該物質(zhì)微溶于水，在水中的溶解度僅為2.0 g/L[8]*。此外，相關(guān)研究表明，該物質(zhì)在堿性條件下，性質(zhì)不穩(wěn)定，極易發(fā)生降解反應(yīng)[9]*。

圖1 異硫氰酸烯丙酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

2 異硫氰酸烯丙酯的制取

異硫氰酸烯丙酯的制取方式主要有兩種。（1）十字花科植物中提取，異硫氰酸烯丙酯廣泛存在于芥菜、山葵、辣根等十字花科植物及其制品中。研究表明，甘藍(lán)中異硫氰酸烯丙酯的含量為0.8～1.0 g/kg，芥菜種子中異硫氰酸烯丙酯的含量高達(dá)2.5～5.0 g/kg[10]*。提取異硫氰酸烯丙酯的方法主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法[11-12]*。（2）化學(xué)合成，由于從十字花科中提取異硫氰酸烯丙酯存在工藝復(fù)雜、能耗高，提取率低、難以規(guī)?；a(chǎn)等問題，相關(guān)研究學(xué)者以烯丙基鹵與硫氰酸鹽為原料，利用仿生化合成途徑制備異硫氰酸烯丙酯[13]*，其反應(yīng)方程式如圖2所示，目前該法已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

圖2 異硫氰酸烯丙酯的制備反應(yīng)方程式

3 異硫氰酸烯丙酯的作用機(jī)制

Isshiki等[14]*利用異硫氰酸烯丙酯處理多種細(xì)菌，其研究表明，與經(jīng)異硫氰酸烯丙酯處理的革蘭氏陽性菌相比，經(jīng)異硫氰酸烯丙酯處理的革蘭氏陰性菌的生長(zhǎng)繁殖受抑制。Lin等[15]*研究了異硫氰酸烯丙酯對(duì)不同生長(zhǎng)階段的沙門氏菌、大腸桿菌和李斯特菌的抗菌活性，并與多粘菌素B、硫酸鏈霉素和青霉素G的作用進(jìn)行比較，也得到了類似的結(jié)果。研究結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯對(duì)革蘭氏陰性菌（大腸桿菌和沙門氏菌）的抑制作用強(qiáng)于革蘭氏陽性菌（李斯特菌），且異硫氰酸烯丙酯可顯著抑制處于靜止期和指數(shù)生長(zhǎng)期的大腸桿菌和沙門氏菌的生長(zhǎng)繁殖。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，異硫氰酸烯丙酯與多粘菌素B的作用效果類似，可增強(qiáng)細(xì)菌的膜通透性，使得細(xì)菌被殺滅。多粘菌素B的雙性分子屬性類似，異硫氰酸烯丙酯具有一個(gè)極性的末端和一個(gè)非極性末端鏈，異硫氰酸烯丙酯通過改變細(xì)胞膜通透性，造成細(xì)菌死亡[16-17]*。

4 異硫氰酸烯丙酯在食品中的應(yīng)用

4.1 異硫氰酸烯丙酯在果蔬保鮮中的應(yīng)用

房詳軍等[18]*探究了異硫氰酸烯丙酯對(duì)草莓的保鮮作用，其研究結(jié)果表明在5 ℃貯藏條件下，放置15 d后，與對(duì)照組相比，異硫氰酸烯丙酯處理可有效降低草莓的腐爛指數(shù)，抑制草莓在儲(chǔ)藏期間的呼吸及電導(dǎo)率的升高，可保持草莓較高的硬度、維生素C及總酚含量，從而保證草莓的食用品質(zhì)，延長(zhǎng)草莓的貨架期。李娟等[19]*利用異硫氰酸烯丙酯復(fù)合膜對(duì)巨峰葡萄進(jìn)行處理，與常規(guī)的聚乙烯材質(zhì)的保鮮膜相比，含有異硫氰酸烯丙酯的復(fù)合膜可有效抑制葡萄表面腐敗微生物的生長(zhǎng)繁殖，好果率可提升26.14%，極大程度上保證了巨峰葡萄的食用品質(zhì)。Wu等[20]*利用異硫氰酸烯丙酯微膠囊處理成熟番茄，在室溫條件下儲(chǔ)藏30 d，對(duì)照組的腐爛率為16.7%±1.33%，而0.5 g/L的異硫氰酸烯丙酯微膠囊處理組的腐爛率僅為10.0%±2.27%，在異硫氰酸烯丙酯作用下，番茄的好果率增加，貨架期大大提升。Ko等[21]*探究了異硫氰酸烯丙酯對(duì)泡菜的保鮮效果，其研究結(jié)果表明，在4 ℃條件下，泡菜儲(chǔ)藏15 d，對(duì)照組的pH由初始值5.75降低至3.70，菌落總數(shù)由初始值4.5 lg CFU/mL增加至7.9 lg CFU/mL，而異硫氰酸烯丙酯處理組的pH為5.00，相比初始值，酸度基本無變化，菌落總數(shù)為5.7 lg CFU/mL，遠(yuǎn)低于對(duì)照組。異硫氰酸烯丙酯的處理可使泡菜在儲(chǔ)藏過程中保持原有的酸度、抑制微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而保證泡菜的食用品質(zhì)與食用安全性。鮮切果蔬因具有方便性及可食性而深受消費(fèi)者喜愛，但鮮切處理會(huì)破壞果蔬的完整組織，影響其生理代謝進(jìn)程，進(jìn)而影響其食用品質(zhì)[22]*。姜愛麗等[23]*研究了異硫氰酸烯丙酯對(duì)鮮切紫甘藍(lán)生理代謝的影響，其研究表明5 μL/L的異硫氰酸烯丙酯對(duì)鮮切紫甘藍(lán)進(jìn)行處理，與對(duì)照組相比，處理組的呼吸代謝速率下降，抗性相關(guān)酶如多酚氧化酶及苯丙氨酸酶的活性增強(qiáng)，抗氧化物質(zhì)如多酚、維生素C等含量增加，抗氧化能力增強(qiáng)，汁液流失率降低，可較好保持鮮切甘藍(lán)的品質(zhì)及食用價(jià)值。

4.2 異硫氰酸烯丙酯在谷物食品中的應(yīng)用

Tracz等[24]*采用50，100和500 mL/L的氣態(tài)異硫氰酸烯丙酯在密閉空間內(nèi)處理玉米粒48 h，然后通風(fēng)放置24 h，100 g玉米中接種105*個(gè)真菌分生孢子/g，在23 ℃儲(chǔ)藏條件下，放置30 d，其結(jié)果表明，各處理組的玉米粒中均未檢出霉菌毒素，且異硫氰酸烯丙酯的殘留量約為16%，而空白對(duì)照組產(chǎn)生了大量的霉菌毒素。異硫氰酸烯丙酯可以作為天然的抗菌劑，顯著抑制玉米中霉菌毒素的產(chǎn)生，進(jìn)而延長(zhǎng)玉米的貯藏期，保證其食用安全性。Nazareth等[25]*利用異硫氰酸烯丙酯處理面粉，儲(chǔ)藏時(shí)間為30 d時(shí)，10 μL/L的氣態(tài)異硫氰酸烯丙酯就可以完全抑制面粉中寄生曲霉Aspergillus parasiticus生成黃曲霉毒素和早熟禾鐮刀菌Fusarium poae生成白僵菌素及恩鐮孢菌素。Kim等[26]*將異硫氰酸烯丙酯作用于米飯，結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯可有效抑制嗜熱好氧桿菌的生長(zhǎng)，可有效延長(zhǎng)市售米飯的保質(zhì)期且感官品質(zhì)可接受。

4.3 異硫氰酸烯丙酯在肉制品中的應(yīng)用

李學(xué)紅等[27]*將異硫氰酸烯丙酯及其環(huán)糊精包埋物作用于冷卻牛肉片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用4 μL/g的異硫氰酸烯丙酯及其包埋物處理時(shí)，與對(duì)照組相比，牛肉片中的大腸桿菌和腐敗細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖明顯受限，其中，其環(huán)糊精包埋物因可以持續(xù)釋放出異硫氰酸烯丙酯，不僅具有強(qiáng)化殺菌效果，還可減少汁液流失，增強(qiáng)肉的持水性，但在一定程度上會(huì)影響牛肉的鮮紅色澤。Chacon等[28]*將異硫氰酸烯丙酯的微膠囊作用于冷鮮牛肉，結(jié)果表明，在4 ℃條件下儲(chǔ)藏18 d，與對(duì)照組相比，2.828 g/kg的異硫氰酸烯丙酯作用于牛肉，可使牛肉中的大腸桿菌數(shù)量由4.38 lg CFU/g減少至2.91 lg CFU/g，而對(duì)照組大腸桿菌數(shù)量基本無變化，異硫氰酸烯丙酯可顯著殺滅引起牛肉腐敗變質(zhì)的主要微生物大腸桿菌，進(jìn)而延長(zhǎng)冷鮮牛肉的保質(zhì)期。陸寬等[29]*探究了含有異硫氰酸烯丙酯的殼聚糖涂膜液對(duì)冷鮮肉的保鮮效果，研究結(jié)果表明該種涂膜液可有效抑制冷鮮肉中微生物的生長(zhǎng)繁殖，延緩揮發(fā)性鹽基氮的生成和硫代巴比妥酸反應(yīng)值的升高，抑制pH的增加。在4 ℃的貯藏條件下，該種涂膜可極大提升冷鮮肉的保鮮期，使其處于一級(jí)新鮮度的時(shí)間由3 d延長(zhǎng)至8 d。

4.4 異硫氰酸烯丙酯在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

唐文艷[30]*以含有1.5%的異硫氰酸烯丙酯復(fù)合涂膜處理鯽魚，在4 ℃條件下儲(chǔ)藏15 d，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，含有異硫氰酸烯丙酯的復(fù)合涂膜對(duì)鯽魚的保鮮具有積極作用，可有效控制微生物的生長(zhǎng)繁殖速度，延緩揮發(fā)性鹽基氮的生成，抑制魚肉pH的上升，在最大程度上可保持鯽魚的感官品質(zhì)，延長(zhǎng)了鯽魚的儲(chǔ)藏期。Hasegawa等[31]*將異硫氰酸烯丙酯作用于金槍魚，其研究表明異硫氰酸烯丙酯可有效抑制金槍魚中副溶血弧菌的生長(zhǎng)，且對(duì)不同部位作用效果不同。金槍魚經(jīng)50.9 μg/mL的異硫氰酸烯丙酯處理8 h后，對(duì)瘦肉部位而言，對(duì)照組的副溶血弧菌數(shù)量為（4.85±0.51）×106*CFU/mL，而處理組的副溶血弧菌數(shù)量為（4.79±1.73）×104*CFU/mL；對(duì)肥肉部位而言，對(duì)照組的副溶血弧菌數(shù)量為（9.66±3.44）×105*CFU/mL，而處理組的副溶血弧菌數(shù)量為（1.80±1.30）×101*CFU/mL。

5 展望

異硫氰酸烯丙酯因具有良好的光譜抗菌性，同時(shí)因?qū)θ梭w安全無毒、無害的特性，對(duì)替代現(xiàn)有的食品中常用的化學(xué)防腐劑具有廣闊的應(yīng)用前景，目前異硫氰酸烯丙酯已在果蔬、谷物、肉制品及水產(chǎn)品加工及儲(chǔ)藏過程有所應(yīng)用。結(jié)果表明，異硫氰酸烯丙酯的抗菌活性明顯，可極大延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，保證食用品質(zhì)，但異硫氰酸烯丙酯存在易揮發(fā)，具有強(qiáng)烈的芥子刺激氣味，水溶性差等問題極大地限制了其在食品加工中的應(yīng)用。今后需加大對(duì)降低其揮發(fā)性、減少刺激性氣味及增強(qiáng)其水溶性的研究。

6 結(jié)語

異硫氰酸烯丙酯具有天然的抗菌活性，作用效果顯著，可有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。文章簡(jiǎn)要闡述了異硫氰酸烯丙酯的理化特性、制取方法、可能的作用機(jī)制及其在各類食品（果蔬、谷物、肉制品、水產(chǎn)品等）中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為異硫氰酸烯丙酯的廣泛應(yīng)用提供一定參考。但目前，異硫氰酸烯丙酯的抗菌作用機(jī)理尚未完全明確，且其刺激的揮發(fā)性芥子氣味在一定程度上可能會(huì)影響食品的風(fēng)味，亟待進(jìn)一步的研究與解決。在已報(bào)道的相關(guān)研究中，異硫氰酸烯丙酯已展現(xiàn)出其強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相信在不久的將來，隨著研究的深入，異硫氰酸烯丙酯將被廣泛應(yīng)用于食品加工的各個(gè)領(lǐng)域。