張雪，左希敏，劉濤

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

近年來，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對于一些合成防腐劑的安全性提出了質(zhì)疑[1]。因此不斷呼吁生產(chǎn)更安全的糧食作物和開發(fā)新的抗菌劑，在這種情況下，天然產(chǎn)品如水溶膠就更受到研究者的青睞。近年來，尤其是在食品工業(yè)領(lǐng)域，食品水溶膠的研究和應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展[2]。水溶膠(水合物或芳香水)是植物提取為獲得精油進行蒸汽蒸餾所得的次級產(chǎn)物。20世紀早期就發(fā)現(xiàn)芳香植物在蒸餾期間，水中少量精油成分有損失[3]。水溶膠是一種相對復(fù)雜的含有少量精油和幾種水溶性成分的混合物。幾個世紀以來，許多地方早已使用香料和草藥來增加食物的風(fēng)味和香味[4]。在古代人們也認識到使用香料和草藥來保存食物和提高藥用價值的重要性。與精油相比，水溶膠生產(chǎn)簡單且廉價，并且對人體健康幾乎沒有毒性。雖然其抗菌活性已有報道，但現(xiàn)有資料仍然有限[5]。本文旨在報道水溶膠的抗菌活性、安全性，以及水溶膠應(yīng)用的新的潛在領(lǐng)域。

1 水溶膠及抗菌和抗真菌活性

1.1 水溶膠

水溶膠是在芳香植物提取精油的過程中產(chǎn)生的，具體而言，它們由蒸餾過程的冷凝水與能產(chǎn)生氣味的親水性揮發(fā)性油組分形成氫鍵構(gòu)成，具有極性和氧化性。它們是少量精油(通常小于1 g/L)和揮發(fā)性水溶性次生代謝產(chǎn)物的混合物[6]。水溶膠必須儲存在無菌容器中，密封并存放在陰涼處，可以保存1年甚至更久。但是在其儲存期間，水溶膠的香氣和成分可能發(fā)生變化，例如草味的丟失或者主要香料的變化[7]。實際上，水合物的保存期限取決于它們的化學(xué)組成和所含化合物的內(nèi)在抗菌活性，當然也有可能存在包裝操作期間的污染。在蒸餾后期，部分獲得的水溶膠的氣味和化學(xué)組成有所不同，這是由于它們含有低沸點和高沸點的萜類化合物。此外，水溶膠的芳香性可能與單純的精油有顯著不同，因為它們?nèi)狈κ杷院退蝗苄灶惍愇於┗衔?烴類)[8]。長期以來，在科學(xué)界，水溶膠被定義為蒸汽蒸餾的廢物，直到最近，許多研究者重新關(guān)注它們，并且研究其抗菌活性。

1.2 水溶膠的抗菌和抗氧化活性

精油的化學(xué)成分較為復(fù)雜，一種植物精油往往含有十多種甚至上百種化學(xué)成分[9]。精油主要是由萜類、芳香族類、脂肪族類等化合物組成的混合物，生物活性取決于它們的官能團。在某些情況下水溶膠的主要成分和次要成分與精油相同(盡管數(shù)量不同)，這就是水合物具有抗菌活性的主要原因。

了解水溶膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)對于了解其生物活性和特定的應(yīng)用至關(guān)重要。例如，香芹酚和百里酚等酚類化合物被認為是強抗菌劑[10]。它們是疏水性分子，主要破壞細菌的外膜，誘導(dǎo)脂多糖的釋放。它們也與脂質(zhì)雙分子層相互作用從而影響細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能[11]。特別是香芹酚干擾自身的脂肪酸鏈，導(dǎo)致膨脹和膜結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，增加其流動性和滲透性，從而導(dǎo)致細胞內(nèi)物質(zhì)泄漏。與香芹酚接觸后，菌體的細胞膜和細胞壁被破壞，并引起細胞膜通透性和菌體形態(tài)的改變[12]。另外，香芹酚還通過減少ATP的生成和增加ATP的水解來降低細菌的活性，以上都是抗菌作用的機理。此外，另一種水溶膠化合物——醇，由于疏水性的作用也可顯示出抗菌作用。這種特性主要表現(xiàn)在它會積累在細胞膜中，損害細胞的完整性從而導(dǎo)致細胞內(nèi)物質(zhì)的釋放。研究表明酚類化合物如百里酚、丁香酚和香芹酮、肉桂醛也表現(xiàn)出強烈的抗真菌活性。

氧化也是食品變腐的一個原因，因此能夠抑制食品氧化的物質(zhì)在食品工業(yè)中備受追捧。如今，在天然添加劑替代合成產(chǎn)品的應(yīng)用中，植物的抗氧化特性變得非常有價值。雖然關(guān)于水溶膠所產(chǎn)生的抗氧化活性的研究很少，但卻獲得了很好的結(jié)果。例如，椰子和檳榔水合物可以有效地清除DPPH和ABTS自由基，表現(xiàn)出強的抗氧化活性。而來自椰子花的水溶膠總酚含量最高，因此檳榔花中的水溶膠顯示出更強的DPPH清除活性[13]。

2 水溶膠的應(yīng)用及安全性

2.1 水溶膠的應(yīng)用

在世界各地，水溶膠是食物和飲料的調(diào)味品。此外，由于水溶膠的抗菌、防腐、抗氧化特性，它們還被用于治療霉菌。除了傳統(tǒng)的用途外，研究者正在開發(fā)它們作為替代物的用途，尤其是它們的性質(zhì)與精油相似，所以它們的這一特性在醫(yī)療中有很大的潛力。比如近年來發(fā)現(xiàn)大蒜頭內(nèi)含有揮發(fā)性大蒜素(大蒜精油)，是一種植物性廣譜抗生素，將大蒜頭放入口內(nèi)咀嚼5 min，口腔中的細菌可全部被消滅[14]。另外，鼠尾草茶-百里香-薄荷水溶膠口腔清洗劑在治療口腔粘膜炎方面顯示出很好的效果；同時一些伊朗研究人員研究使用核桃酸水解物控制Ⅰ型糖尿病患者的血糖。但是考慮到有些精油可能會產(chǎn)生一些副作用，所以可考慮采用含有低精油濃度的水溶膠作為替代物。

2.2 水溶膠的安全性

水溶膠不具有許多單純精油的副作用：它們通常沒有強烈的氣味，不會導(dǎo)致頭痛，也不會導(dǎo)致接觸刺激，此外，它們通常可以被施用于皮膚或攝入(在合適的濃度內(nèi))。在伊朗的營養(yǎng)文化中，水溶膠與甜味劑如糖或蜂蜜一起使用，可作為天然可口的飲料[15]。但是一些研究者認為，盡管這些化合物在傳統(tǒng)藥物和芳香療法中已經(jīng)使用了很長一段時間，但應(yīng)注意在動物系統(tǒng)中水溶膠的應(yīng)用安全性[16]。雖然許多文章中提到了在食品和化妝品領(lǐng)域中使用肉桂提取物或其組分(肉桂醛、丁香酚和肉桂酸)，但這并不完全可取，相反有限劑量則是被推薦使用的(國家補充和整合健康中心，2016年)。因為肉桂醛能夠消耗谷胱甘肽，所以肝病患者在服用撲熱息痛時不建議攝入肉桂皮油。最后，肉桂醛和肉桂酸是細胞膜的刺激物，如果大量攝入會造成接觸性皮炎、口腔炎、牙齦炎、舌炎、疼痛、紅斑、水皰性潰瘍、脫屑和色素沉著[17]。雖然水溶膠在食品中作為抗菌劑并沒有相應(yīng)的法律規(guī)定，但是根據(jù)例如2008年12月16日關(guān)于調(diào)味品的歐盟條例第1334/2008號(第3條第2款)規(guī)定，它們被視為“調(diào)味品”。在這種情況下，水溶膠已經(jīng)被用于食品配方中。根據(jù)第4條的規(guī)定，應(yīng)符合下列條件：①根據(jù)現(xiàn)有科學(xué)證據(jù)證明它們不會對消費者的健康構(gòu)成威脅；②它們的使用不會誤導(dǎo)消費者。根據(jù)第9條規(guī)定，除食物以外的蔬菜、動物或微生物來源的材料所含的調(diào)味劑應(yīng)由歐盟委員會進行評估和批準。但是，從食品材料中獲得的水溶膠，只要符合第4條，則不需要評估和批準(第8條)。

3 結(jié)論及展望

上面報道的數(shù)據(jù)描述了水溶膠的潛在用途以及它們在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中可能發(fā)揮的作用。由于其廣泛的抗菌以及抗氧化活性，水溶膠在食品中的應(yīng)用可能很快被實現(xiàn)，特別是控制致病和腐敗微生物的生長，還能延緩氧化，因此可以延長食品的保質(zhì)期。水溶膠目前已經(jīng)成功地用于控制水果和蔬菜的腐爛，或者阻礙病原體生長。

在食品工業(yè)發(fā)展中，尋求安全、高效的天然食品防腐劑已成為今后的研究方向。而水溶膠符合食品工業(yè)中作為天然抗菌劑的要求，也可用作工具、機器和表面的消毒。事實上，與精油不同的是表面的水溶膠可以很容易被沖洗掉，所以沒有持久的強烈氣味。此外，水溶膠可在工作工具和表面形成生物膜，起到保護的作用。新的潛在應(yīng)用方面，水溶膠可以與其他分子協(xié)同使用，作為包裝成分，抗微生物或抗氧化包裝，從而能夠延長食品的保存期限，并且不會對產(chǎn)品的特性產(chǎn)生重大影響，而且還能保持產(chǎn)品質(zhì)量。由于水溶膠是精油純化過程中的副產(chǎn)物，迄今為止幾乎沒有工業(yè)應(yīng)用，因此將其運用到工業(yè)中會產(chǎn)生額外的價值。目前仍需要進一步的研究來評估這些提取物在工業(yè)規(guī)模上的成本和功效。此外，盡管有大量的科學(xué)論文和各種建議是關(guān)于其實際應(yīng)用的，但是最重要的還是要進行更多的原位研究，來確認在體外能獲得良好結(jié)果，以及進行體內(nèi)實驗來完善關(guān)于毒理學(xué)方面的研究。最后，還需要調(diào)查環(huán)境中水溶膠的穩(wěn)定性。