植物精油對干酪抑菌作用的研究進展

趙悅，李玲玉，閆清泉，吳政，趙中華，宗學醒

內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司（呼和浩特 011500）

食品安全是食品行業(yè)的主要問題之一。干酪營養(yǎng)物質(zhì)極其豐富，具有獨特的風味和口感，受到許多消費者的喜愛，逐步成為餐桌上不可或缺的一部分。然而，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、包裝、運輸、儲存過程中，干酪很容易受到微生物的污染，破壞食品營養(yǎng)價值的同時也給消費者構成了健康威脅。為避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，也開發(fā)了許多方法，包括熱處理、降低水活度、酸化、輻照及添加化學防腐劑等方法用于生產(chǎn)更安全的食品，然而這些方法均有一定的局限性。為滿足人們對食品感官和安全的要求，尋求一種天然、安全且具有光譜抗菌抗氧化效果的植物源抗菌劑非常重要。精油是一種植物次級代謝產(chǎn)物，具有高效的抑菌作用、穿透力強、分子質(zhì)量小且易吸收等特點，在食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)有著廣泛的應用價值。

1 干酪成熟及儲存期間的變化

干酪是乳制品中最有營養(yǎng)的產(chǎn)品之一，是蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、短鏈脂肪酸和一些反式脂肪酸等必需營養(yǎng)素的豐富來源。干酪的成熟在干酪生產(chǎn)中是至關重要的步驟，但往往也需要較長的時間，干酪所具有的獨特風味和質(zhì)地相關的生化反應（蛋白質(zhì)分解、脂肪分解和糖酵解）主要是微生物產(chǎn)生的酶或微生物細胞裂解后釋放到干酪基質(zhì)上的酶所產(chǎn)生[1]。干酪質(zhì)地的形成取決于成熟的第一階段，凝乳酶會分解酪蛋白，分解程度直接影響干酪質(zhì)地；干酪風味的形成一方面來自蛋白質(zhì)分解生成的脂肪酸，另一方面來自脂肪分解產(chǎn)生的短鏈脂肪酸，進而形成風味物質(zhì)[2]。干酪是各種腐敗微生物生長和活動的有利培養(yǎng)基，因此，有必要在成熟期間防止干酪交叉污染。干酪在儲存過程中若儲存不當，會造成細菌和真菌的污染，這些污染對干酪品質(zhì)有重大影響，由于致病菌的存在，微生物污染可能危及食品安全，并會由于腐敗細菌的繁殖而降低產(chǎn)品的保質(zhì)期，影響食品的保存狀態(tài)[3]。近年來，人們一直采用合適的包裝材料對干酪進行包衣處理，以避免微生物污染、水分流失等問題的發(fā)生，進而生產(chǎn)出質(zhì)量統(tǒng)一、安全可靠的干酪，對于涂層原料的選取要求最基本的是不能干擾干酪的正常成熟和特征風味及質(zhì)地的形成[4]。

干酪在成熟過程中，其高pH、高水分含量及成熟室的溫度都會為單核增生李斯特菌的生長提供條件[5]。單核增生李斯特氏菌是一種嗜冷病原體，存在于許多生態(tài)環(huán)境中，同時也有存在于原奶中的風險。若在加工過程中不能保證良好的環(huán)境衛(wèi)生，很有可能進入干酪中，從而影響干酪品質(zhì)。金黃色葡萄球菌能夠耐受鹽和中等酸度，能在干酪的生產(chǎn)過程中繁殖，甚至可在硬質(zhì)干酪中存活很長時間，如若發(fā)展出大量的菌群，可能會產(chǎn)生腸毒素，即使細胞失去活力，產(chǎn)生的腸毒素也會留存很長時間。

2 植物精油的特性

2.1 植物精油定義及性質(zhì)

精油（essential oil）是從植物部位（根、莖、葉、花、果實）中提取出的具有特定特征性香氣的一類次生代謝產(chǎn)物，一般是借用輔助工具通過水蒸氣蒸餾、冷浸、擠壓、有機溶劑浸提以及吸附等方法分離提取純化得來的[6]。精油在不同的行業(yè)有不同的名稱，生物上稱為植物精油或者香精油，商業(yè)上稱之為芳香油，醫(yī)學行業(yè)和化工上稱為揮發(fā)油。植物精油通常由幾十種甚至幾百種的有機化合物構成的相對復雜的混合物，其分子組成也比較復雜[7]。

2.2 植物精油的生物活性

精油作為一種強大的抗菌劑，在食品和食品包裝行業(yè)有著重要的潛在應用，并可作為食品表面的消毒劑[8]?；钚园b材料能夠釋放活性化合物，從而在延長食品儲存期及改善食品的質(zhì)量和安全方面尤為重要[9]。目前，消費者普遍拒絕合成添加劑，如亞硫酸鹽、苯甲酸或其衍生鹽，人們對使用天然抗菌劑進行食品保鮮的興趣越來越大，這些添加劑通常用于控制食品中的微生物生長。植物精油是親脂性液體，從不同的植物中提取，含有不同的天然、生物活性成分，在食品保藏中有著重要作用，不僅具有高效的抗菌和抗氧化活性，而且對人們的健康有很大益處[10]。由于精油的化學成分因原料的不同而不同，即使在相同的植物中，其抗菌效果也因植物來源的不同而顯著不同。植物精油有幾種不同的作用方式，包括通過形成孔隙干擾細菌細胞壁，從而導致滲透性和細胞成分的釋放，降低細胞內(nèi)pH，以及改變細胞內(nèi)三磷酸腺苷[11]。

近年來，許多研發(fā)人員對植物精油及成分做了許多抗菌活性的研究，研究發(fā)現(xiàn)許多植物精油可以抑制革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌的生長繁殖，其中包括許多食源性致病菌[12]。植物精油具有疏水性成分，較容易通過細菌的細胞膜，干擾分子轉(zhuǎn)運機制，進而導致細胞失活。植物精油對革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌的抑制效果要好，革蘭氏陰性菌的細胞壁結構較為復雜，由單層肽聚糖包圍，外膜由蛋白質(zhì)和脂多糖（LPS）組成，它阻礙了大分子和疏水化合物與細菌細胞的接觸，使革蘭氏陰性菌對這些化合物具有更高的耐受性，而革蘭氏陽性菌的細胞壁由肽聚糖（90%～95%）、磷壁酸和與之相連的蛋白質(zhì)組成，它們與細胞膜相互作用，并很容易通過細胞膜進入細胞質(zhì)[13]。據(jù)報道，辣木、牛至、孜然、肉桂、丁香、山蒼子、鼠尾草、竹葉等植物精油對大多數(shù)微生物均有一定的抑制作用，有利于食品防腐保質(zhì)[14]。植物精油也可以抑制或延緩細菌、酵母和霉菌的生長，是一種可替代化學抗菌劑的天然抗菌劑[15]。

2.3 植物精油抗菌抗氧化機制

植物精油已被許多研究人員公認為天然、安全的抗菌劑，具有增強人體免疫力和延長食品保質(zhì)期的功能[16]。精油中的抗菌活性最強的是酚類化合物，其次是醛類、酮類、醇類、醚類和碳氫化合物，這些化合物改變細胞的滲透性，干擾參與能量生產(chǎn)的酶，并中斷蛋白質(zhì)的動力，最終導致細胞死亡。就目前研究進展來看，精油及其成分對細菌細胞的作用機制主要如下：破壞細胞壁和細胞膜，干擾能量代謝系統(tǒng)，對全細胞蛋白質(zhì)、DNA和代謝組產(chǎn)生影響，改變細胞形態(tài)，影響細胞分裂，抑制生物膜形成等[17]。精油的抗菌活性與所含有的化學成分及具有抗菌活性的組分含量密切相關，其抗菌分子可能是直接存在于植物中的活性成分，也可能是被特定的酶激活后作為對外源刺激相應的自身防御機制而合成[18]。據(jù)報道，植物精油中香芹酚、丁香酚、百里酚、檸檬醛、肉桂醛等活性成分對一些食源性腐敗菌、致病菌具有一定的抑制作用。精油大部分都具有抗氧化能力，可以緩解自由基對機體損害，有益于延緩機體的衰變，同其他活性物質(zhì)共同作用維護機體。植物精油的抗氧化途徑主要有以下兩方面：一是直接清除DPPH、H2O2、羥基離子等一系列自由基；二是防止脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生，提高還原能力，如抑制脂氧化酶活力、還原鐵離子等[19]。

牛至精油的抗菌成分主要是酚類和萜烯類物質(zhì)，其抗菌機制主要包括：（1）破壞細菌的細胞膜和細胞壁進行抑菌，該精油可使細胞壁變得疏松，細胞膜的通透性增大，導致胞內(nèi)物質(zhì)向外流出，使細菌失去保護而失活；（2）阻止細菌蛋白質(zhì)的合成。牛至精油中的酚類物質(zhì)一方面可使細胞膜中的蛋白變質(zhì)，另一方面可通過磷脂反應阻止蛋白合成以減少細菌繁殖；（3）酚類和萜烯類物質(zhì)可抑制菌核酸的自我復制、合成途徑，使微生物無法生長[20]。牛至精油的抗氧化作用主要來源于酚酸類和萜類物質(zhì)，抗氧化機制主要是終止鏈式反應以及通過加成反應保持膜的完整性。辣木精油可使細胞膜受到破壞，使其失去傳遞能力進行代謝的功能，致使細菌的代謝活性大大降低。辣木精油的主要成分是棕櫚酸、十六醛、二十七烷及二十五烷，對單核增生李斯特菌有一定的抑制作用，其抗菌機理主要是抑制能量代謝，抑制菌體生理代謝水平，抑制呼吸代謝，抑制拓撲異構酶Ⅰ/Ⅱ活性，與DNA發(fā)生嵌入結合作用，減少胞內(nèi)DNA含量。肉桂精油的主要成分是丁香酚、醋酸酯、3-烯丙醇-6-甲氧基和苯酚，其抑菌機理主要是破壞菌體細胞膜的完整性，細胞通透性增加，細胞內(nèi)的物質(zhì)就會流失，可能會對菌體遺傳物質(zhì)DNA的合成造成影響[21]。Feyaerts等[22]研究表明，富含醛類、酚類、單萜醇類、醚類和酮類的精油表現(xiàn)出更高的抑制活性。

3 植物精油對干酪的抑菌應用

3.1 植物精油對干酪的抑菌作用機制

植物產(chǎn)品及其衍生化合物具有廣泛的生物活性，可作為不同類型食品中的天然添加劑。近年來，植物精油及其衍生物作為合成抗菌劑或添加劑的替代品，在食品工業(yè)中很受歡迎[23]。顧玉磊[24]研究表明，在馬蘇里拉奶酪、切達奶酪、帕爾瑪奶酪以及卡蒙貝爾奶酪表面噴灑辣木精油后，表面的細菌數(shù)量較對照組明顯減少，說明辣木精油對奶酪中的單核增生李斯特菌有較強的抑制作用，可延長產(chǎn)品的貨架期。使用辣木精油后，通過影響關鍵酶（AKP和β-半乳糖苷酶）活性、細胞代謝活性、ATP含量和呼吸代謝，顯著抑制了單核增生李斯特菌的活性；辣木精油還影響遺傳物質(zhì)的合成，對毒力基因具有不同程度的抑制活性，同時也能有效抑制單核增生李斯特菌的生長，且不影響干酪的色澤、質(zhì)地和感官評價[25]。

3.2 植物精油對干酪的抑菌作用方式

食用涂層是一種可食用材料的薄層，通常是將產(chǎn)品浸泡在由結構基質(zhì)（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或多組分混合物）形成的溶液中，以液體形式涂在食品表面。如果涂層中含有抗菌劑，它們能夠保護易腐食品，如低脂奶酪，涂層后可免受微生物生長，延長貨架期。海藻酸鈉是一種從海藻中提取的多糖，是一種成膜化合物，通常用作食品和藥物的潛在包衣材料，目前，人們?yōu)榱颂岣呤称返谋Ｙ|(zhì)期，通過添加精油開發(fā)具有抗菌作用的活性海藻酸鈉涂層[26]。在乳清干酪的半乳甘露聚糖涂層中添加植物精油抗菌劑，與未涂層的奶酪相比，單增李斯特菌的增殖有明顯降低，在食用包衣中添加精油可作為一種有效的天然抗菌劑。新鮮奶酪對微生物污染和脂質(zhì)過氧化極其敏感，為避免產(chǎn)生污染，將奶酪表面使用含有植物精油涂層可保護在儲存期間的營養(yǎng)價值和感官特性。Artiga-Artigas等[27]研究表明，將含有2.0%牛至精油的納米乳劑涂在低脂干酪上，可提高干酪塊的微生物穩(wěn)定性，對金黃色葡萄球菌等外部病原菌具有有效的去污處理，能有效地保護干酪的外觀，并延長干酪的保質(zhì)期。Ehsani等[28]研究表明，在干酪的生產(chǎn)、成熟和貯藏過程中，植物精油對大腸桿菌和單核增生李斯特菌的生長均有明顯的抑制作用。

由微生物引起的污染在食品工業(yè)中是一個特別具有挑戰(zhàn)性的問題，因為有些細菌能在食品保存的條件下生長。孜然精油納米乳液對金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌、銅綠假單胞菌、大腸桿菌、單核增生李斯特菌、鼠傷寒沙門氏菌、黑曲霉、黃曲霉等多種病原菌均有顯著的抗菌活性。軟質(zhì)干酪很容易受到病原微生物和腐敗微生物的污染，會影響保存時間，因此，在奶酪的制作和儲存過程中在加以嚴格把控的同時，可選取最合適的精油作為抗菌劑，提高軟質(zhì)干酪的抗菌性能和抗氧化能力，延緩干酪在儲存期間產(chǎn)生毒素的病原體和腐敗微生物的生長，也可延長干酪的儲存時間[29]。在乳制品保存中，月桂、丁香、肉桂和百里香精油均可抑制低脂肪含量軟干酪中90%左右的單核增生李斯特菌和沙門氏菌。

4 結語

植物精油作為一種有效的天然抗菌劑，在抑制干酪的腐敗菌和延長保質(zhì)期方面有重要作用，植物精油中的化合物主要通過增加細胞通透性、改變膜脂肪酸和影響膜蛋白等多種機制發(fā)揮抑菌活性。在未來發(fā)展中，也可優(yōu)選最佳植物精油與其他抗菌劑搭配混合應用于食用薄膜和包衣中，可以更有效地防止微生物生長，提高干酪的質(zhì)量和安全性。在不久的將來，植物精油在食品領域有望替代化學合成劑成為食品保鮮的潛在抗菌劑，提高食品的安全性能，減少對人類機體的潛在危害。