植物精油的遞送體系及其在果蔬保鮮中應(yīng)用的研究進(jìn)展

姜美茹，王 穎,*，杜易潼，張改嵐，范宇鑫，姜子濤,2,*

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；2.天津天獅學(xué)院食品工程學(xué)院，天津 301700）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的飲食結(jié)構(gòu)得到明顯改善，人們開始追求更科學(xué)、綠色的食品。其中，富含維生素、膳食纖維、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)元素的水果和蔬菜深受消費(fèi)者喜愛(ài)。然而，果蔬采摘后難貯藏，易受物理、生物等因素的影響發(fā)生腐敗變質(zhì)，如蟲害的侵蝕、腐敗菌（霉菌、酵母菌、真菌）的滋生。而常用于果蔬保鮮的合成防腐劑可能存在環(huán)境污染或使用不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，對(duì)消費(fèi)者造成負(fù)面影響[1]。作為天然活性物質(zhì)的植物精油是合成防腐劑的潛在替代品，已成為果蔬保鮮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

植物精油具有抗氧化性[2]、抑菌性[3]、驅(qū)蟲[4]等多種生物活性，能夠有效抑制果蔬氧化變質(zhì)、防止腐敗微生物滋生、避免蟲害侵食，是果蔬保藏的良好防腐劑。然而，精油易揮發(fā)且在光照、高溫等環(huán)境下穩(wěn)定性差、難以保存；此外，親水性弱導(dǎo)致精油與果蔬生物相容性差；具有較強(qiáng)的芳香氣味亦可能對(duì)消費(fèi)者造成不良影響，上述缺點(diǎn)限制了植物精油在果蔬保鮮中的進(jìn)一步應(yīng)用。基于此，利用殼聚糖、環(huán)糊精等壁材包封植物精油作為精油的遞送體系，不僅可以提高精油穩(wěn)定性、降低其揮發(fā)性，同時(shí)還可以掩蓋精油本身的氣味。因此，如圖1所示，納米乳液、微乳液、微膠囊、脂質(zhì)體等不同的精油遞送體系可能是擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。本文首先介紹了植物精油的成分及生物活性，其次概括了植物精油的遞送體系在果蔬保鮮中應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，最后對(duì)該遞送體系在果蔬保鮮應(yīng)用方面存在的問(wèn)題及前景進(jìn)行了討論和展望，以期為進(jìn)一步利用植物精油進(jìn)行果蔬采后保鮮提供理論依據(jù)。

圖1 植物精油主要生物活性及其遞送體系在果蔬中的應(yīng)用Fig.1 Major biological activities of plant essential oils and applications of their delivery systems in fruits and vegetables

1 植物精油

植物精油提取自芳香植物的木心、樹皮、果實(shí)、種子、葉、花、芽等部位，是一類芳香型次生代謝產(chǎn)物[5]。植物精油在自然界中廣泛分布，其中樟科（Lauraceae）、唇形科（Lamiaceae）、松柏科（Cupressaceae）、姜科（Zingiberaceae）、蕓香科（Rutaceae）、菊科（Asteraceae）、胡椒科（Piperaceae），以及上述相對(duì)應(yīng)的屬樟屬（Cinnamomum）、迷迭香屬（Rosmarinus）、松屬（PinusLinn.）、山姜屬（Piperaceae）、菊屬（ChrysanthemumL.）、柑橘屬（CitrusreticulataBlanco）、胡椒屬（PiperL.）等均含有豐富的精油資源[6-8]。

1.1 植物精油的成分

植物精油富含多種成分，其中萜類、芳香族、脂肪族化合物占總量的2/3，另含少數(shù)含硫、含氮化合物[9]。其中，萜類化合物是萜烯的含氧衍生物，分為半萜與倍半萜，萜烯是由異戊二烯單元組成的碳?xì)浠衔颷10-11]。芳香族化合物為含有苯環(huán)的萜類和苯丙烷類的衍生物，以及少量存在C6—C2骨架、醇、醛、酮等結(jié)構(gòu)的物質(zhì)[12]。脂肪族化合物含量雖少但廣泛存在于植物精油中，例如百里香精油中含有脂肪族氨基酸中的半胱氨酸[13]。此外，趙永田等[14]研究發(fā)現(xiàn)丁香精油中還存在少量甾體化合物。精油的揮發(fā)性成分是精油產(chǎn)生香氣的關(guān)鍵物質(zhì)，同時(shí)精油的成分也影響其生物活性。

1.2 植物精油的生物活性

1.2.1 抗氧化活性

植物精油具有良好的抗氧化活性，其抗氧化能力與精油種類、成分、濃度有關(guān)。其中，含氧單萜烯、倍半萜烯、酚類、酮類是大部分精油發(fā)揮抗氧化活性的主要成分[15-16]。現(xiàn)有研究表明植物精油的抗氧化活性機(jī)制主要為清除自由基、與金屬離子螯合、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化等（圖2）。首先，植物精油中的酚類物質(zhì)含有酚羥基，可以提供氫原子，中和自由基，抑制氧化反應(yīng)的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)自由基清除的目的[17]，常見(jiàn)的自由基包括羥自由基、超氧陰離子自由基、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基等[18-20]。

圖2 植物精油抗氧化活性機(jī)制Fig.2 Antioxidant mechanisms of plant essential oils

其次，植物精油的酚羥基還可與金屬離子（Fe3+、Cu2+、Ca2+）螯合，導(dǎo)致芬頓（Fenton）反應(yīng)終止，從而發(fā)揮抗氧化能力。如國(guó)外研究學(xué)者通過(guò)蒸餾方式提取桉樹葉精油，進(jìn)一步利用吸光度法測(cè)定其與金屬離子螯合的活性，桉樹葉精油與抗壞血酸的半數(shù)最大抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50）分別為8.43、104.73 mg/mL，結(jié)果證明精油比抗壞血酸螯合效果更好[21]。

植物精油亦能夠抑制脂肪氧合酶的活性、其結(jié)構(gòu)中的酚羥基作為脂肪過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中過(guò)氧自由基的供體，防止脂質(zhì)氧化[22]。例如，測(cè)定經(jīng)過(guò)對(duì)乙酰氨基酚處理的小鼠內(nèi)臟脂質(zhì)過(guò)氧化水平，口服劑量為600 mg/kgmb和1 200 mg/kgmb阿米芹（AmmivisnagaL.）精油的小鼠肝臟和腎臟組織中丙二醛含量（脂質(zhì)過(guò)氧化的標(biāo)志物）顯著降低，不僅表現(xiàn)出較高的抗氧化能力，而且對(duì)肝、腎等組織勻漿稱質(zhì)量發(fā)現(xiàn)精油對(duì)其有一定保護(hù)功能[23]。

1.2.2 抑菌性

植物精油具有抑菌特性的主要成分有酚類、類黃酮、生物堿、異黃酮類和萜烯類[24-25]，其抑菌機(jī)制主要為破壞菌體細(xì)胞壁及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、影響菌體正常生命活動(dòng)以及代謝系統(tǒng)、誘導(dǎo)氧化造成菌體損傷等（圖3）。首先，植物精油可以穿透并破壞菌體細(xì)胞膜，使其內(nèi)含物滲出，導(dǎo)致其死亡。例如，柑橘類精油對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等食源性細(xì)菌有較強(qiáng)的抑菌活性，可以使細(xì)菌的細(xì)胞膜破裂，導(dǎo)致DNA、小離子等內(nèi)容物丟失，檸檬烯是發(fā)揮其抑菌作用的關(guān)鍵烴類化合物[26]。

圖3 植物精油抑菌活性機(jī)制Fig.3 Antibacterial mechanisms of plant essential oils

其次，植物精油通過(guò)影響三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)關(guān)鍵酶活性、生物大分子合成，導(dǎo)致菌體生長(zhǎng)發(fā)育和代謝活動(dòng)紊亂。黃曲霉對(duì)谷物、花生等食品有較強(qiáng)污染能力，黃曉霞等[27]的研究表明山蒼子精油可以抑制黃曲霉的TCA循環(huán)關(guān)鍵酶從而影響其生長(zhǎng)代謝。此外，花椒精油亦可以降低芽孢桿菌氨基酸的含量，并且干擾tRNA、mRNA及多肽的合成，從而影響菌體正常的氨基酸代謝以及正常的生命活動(dòng)，使菌體受損[28]。

最后，植物精油能夠誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生活性氧，從而導(dǎo)致氧化還原失衡，脂質(zhì)過(guò)氧化水平提高，對(duì)菌體造成損傷。如張譯同等[29]的研究表明經(jīng)香雪蘭精油處理后的金黃色葡萄球菌菌體產(chǎn)生大量活性氧導(dǎo)致脂質(zhì)基被破壞。國(guó)內(nèi)外研究均證明植物精油有良好的抑制真菌和細(xì)菌的活性，并且有一定的濃度依賴性。

1.2.3 驅(qū)蟲性

植物精油因其含有萜烯類化合物、α-蒎烯、樟腦等成分具有驅(qū)蟲、熏殺特定害蟲的生物活性功能[30]。眾多實(shí)驗(yàn)采用熏蒸、接觸致毒等方法證實(shí)植物精油對(duì)果蠅、蚜蟲、龍虱、小菜蛾等害蟲具有良好的趨避效果，且通過(guò)不同的方式驅(qū)蟲效果可能不同[31-33]。例如，野艾蒿精油在接觸處理小菜蛾幼蟲2～24 h后，其半數(shù)致死量（median lethal dose，LD50）由0.07 μL/只降低至0.05 μL/只，對(duì)成蟲幾乎無(wú)影響；而經(jīng)過(guò)熏蒸處理后該精油對(duì)成蟲具有毒性，研究表明，處理12 h后LC50由0.25 mg/L降至0.113 mg/L，隨著精油濃度的增加對(duì)小菜蛾成蟲的熏蒸毒性達(dá)到80%～100%[34]。由此可見(jiàn)，植物精油驅(qū)蟲活性不僅與精油的使用方式有關(guān)，亦與濃度有關(guān)，因此合理使用植物精油才能有效驅(qū)蟲。

精油驅(qū)蟲機(jī)制如圖4所示，其主要通過(guò)對(duì)嗅神經(jīng)、神經(jīng)遞質(zhì)以及酶活性的影響使害蟲拒食、中毒甚至死亡。首先，當(dāng)害蟲靠近食物時(shí)，通過(guò)電穿透技術(shù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其感覺(jué)神經(jīng)元或者觸角可以在一定距離內(nèi)檢測(cè)精油的氣味并產(chǎn)生空間排斥機(jī)制，從而令其產(chǎn)生拒食行為。例如，利用大蒜精油保護(hù)蘋果時(shí)，半翅目害蟲攝入的蘋果汁液量減少并且對(duì)蘋果的攝食行為受阻，說(shuō)明植物精油能夠通過(guò)該拒食行為減少食物損失[35]。其次，精油中的萜類化合物能夠抑制乙酰膽堿酯酶活性，從而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)紊亂；植物精油還能夠作用于章魚胺受體；且可以通過(guò)影響谷胱甘肽酶活性造成正常生命活動(dòng)及能量代謝失衡進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)蟲作用[36-37]。

圖4 植物精油驅(qū)蟲活性機(jī)制Fig.4 Insecticidal mechanisms of plant essential oils

1.3 植物精油在果蔬保鮮中的應(yīng)用

果蔬在加工運(yùn)輸中易受到害蟲、微生物以及氧化變質(zhì)的影響，其新鮮程度不易保持。例如，果蔬采摘或加工后其內(nèi)部的水分活度、酸堿度以及外部貯藏條件（溫度、濕度等）為微生物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，導(dǎo)致霉菌、酵母菌、真菌等的滋生；果蔬若經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單切片、削皮等加工處理，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，酚類化合物流失，活性氧含量提高，導(dǎo)致其極易發(fā)生氧化變質(zhì)。然而硫化氫、有機(jī)酸、臭氧等傳統(tǒng)的保鮮劑不僅對(duì)果蔬腐敗變質(zhì)抑制效果不佳，而且還可能存在殘留毒性的潛在危害。而植物精油良好的生物活性以及天然綠色的特點(diǎn)為上述問(wèn)題提供了解決方案。Kacaniova等[38]使用羅勒精油對(duì)蘋果、梨、土豆、白菜進(jìn)行熏蒸處理，4 種果蔬貯藏一段時(shí)間后仍可保持良好的硬度和質(zhì)地；圓盤擴(kuò)散法分析表明羅勒精油對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌及酵母菌的最小抑菌濃度分別為3.21、3.25 μL/mL和6.15 μL/mL；且原位抑菌活性的測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)精油濃度在62.5～500 μL/L范圍內(nèi)，對(duì)上述果蔬表面的細(xì)菌及酵母菌的抑制作用具有濃度依賴性，即該精油能有效抑制果蔬中的致病微生物。另有研究表明，柑橘精油可顯著延長(zhǎng)草莓的保質(zhì)期，精油處理組草莓的總酚含量較高，顯示出更強(qiáng)的抗氧化能力和更優(yōu)良的感官屬性[39]。迷迭香精油可以有效減少常見(jiàn)果蔬害蟲茶翅蝽的數(shù)量，并且經(jīng)精油處理的番茄貯藏?cái)?shù)日后損傷程度明顯低于未處理組[40]。在抑菌、抗氧化、驅(qū)蟲等方面植物精油均表現(xiàn)優(yōu)異，具有成為合成果蔬防腐劑和保鮮劑替代品的潛力。

然而植物精油包含多種揮發(fā)性成分，如α-蒎烯、β-石竹烯、檸檬烯、丙酮等，易受外界條件影響加速揮發(fā)和精油分子擴(kuò)散，從而降低保鮮效果[41-42]。其次，植物精油的親脂疏水性亦可能限制其在果蔬中的應(yīng)用，且由于植物精油自帶的芳香性氣味可能掩蓋果蔬本身的清香，通常并不受消費(fèi)者喜愛(ài)，精油保鮮對(duì)于果蔬的感官品質(zhì)負(fù)面影響較大。因此，建立能夠降低揮發(fā)性氣味、增加溶解度且具有控釋作用的植物精油遞送體系得到廣泛關(guān)注。

2 植物精油的遞送體系

植物精油的遞送體系主要包括納米乳液、微乳液、微膠囊、脂質(zhì)體等。首先納米乳液、微乳液主要由油相、水相、表面活性劑組成，該乳液因顆粒粒徑小，從而克服了重力分離、絮凝、聚集、整合等現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)表面活性劑能夠降低分散相分子擴(kuò)散速率，進(jìn)一步降低奧斯瓦爾德熟化的敏感性，因此，納米乳液、微乳液的穩(wěn)定性具有持久性[43]。微膠囊由殼聚糖、環(huán)糊精等大分子構(gòu)成，脂質(zhì)體通常由磷脂雙分子層構(gòu)成，二者獨(dú)特的結(jié)構(gòu)均能夠?qū)⒅参锞桶庠趦?nèi)部，因此，微膠囊、脂質(zhì)體可以在植物精油表面形成屏障，避免環(huán)境等因素的影響從而提高精油穩(wěn)定性[44]。其次，遞送體系在確保植物精油穩(wěn)定性的同時(shí)能夠增強(qiáng)其親水性，使精油更好地用于食品之中。另外，遞送體系可以在特定環(huán)境下釋放包封的精油，該控釋機(jī)制主要包括由于機(jī)械力作用使遞送基質(zhì)破壞，酶或者水解作用導(dǎo)致遞送基質(zhì)溶解以及包封的植物精油通過(guò)遞送基質(zhì)擴(kuò)散到外部環(huán)境等，能夠有效提高其利用率[45]?？傊?，遞送體系的應(yīng)用可以使植物精油的缺點(diǎn)得到顯著改善。

2.1 納米乳液

植物精油納米乳液主要分為水包油（O/W）和油包水（W/O）等類型，前者為油滴在親水乳化劑的作用下分散在水相中，后者為水滴在親脂乳化劑作用下分散在油相中。納米乳液的水相由乳化劑、助乳化劑等成分構(gòu)成，基于食品安全性的考慮，應(yīng)用于納米乳液中的乳化劑多采用乳清分離蛋白等食品級(jí)成分。此外，該乳液液滴的大小在20～200 nm之間，液滴尺寸小，界面張力大，故納米乳液的形成需要大量能量。因此，通常采用傳統(tǒng)低能法、高能法產(chǎn)生大量能量從而制備納米乳液，其中傳統(tǒng)低能法反應(yīng)條件溫和、無(wú)需外部能量即可制備納米乳液，但需嚴(yán)格調(diào)整系統(tǒng)的親水親脂平衡（hydrophiliclipophilic balance，HLB），對(duì)表面活性劑濃度要求較高[46]?；趥鹘y(tǒng)低能法的局限性，多采用高能法制備植物精油納米乳液，如高壓均質(zhì)法、超聲乳化法、微流化等方法，所用儀器通常包括高壓均質(zhì)器、超聲波發(fā)生器、微流化器等。

納米乳液遞送體系對(duì)改善植物精油穩(wěn)定性和生物活性等方面起著至關(guān)重要的作用，因此利用該體系保鮮的食品貨架期得到有效延長(zhǎng)。第一，由納米乳液遞送的大蒜、芫荽精油均具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和離子穩(wěn)定性，這是由于精油及其活性化合物聚集在納米尺寸的液滴中，通過(guò)增加單位質(zhì)量納米乳液的表面積，從而提高其穩(wěn)定性；此外，表面活性劑可以降低水-油界面張力，有助于液滴分散，有效提高其穩(wěn)定性[47-48]。

第二，遞送體系有效提升了植物精油的抑菌能力。相較于純精油，被遞送的植物精油（迷迭香、丁香、百里香等精油）對(duì)細(xì)菌（大腸桿菌、芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌）、真菌（霉菌）等腐敗菌的抑制作用得到有效提升，因而由其保鮮的草莓、紫甘藍(lán)等食品保質(zhì)期延長(zhǎng)[49-50]。這與遞送后的精油表面積增大有關(guān)，單位表面積增大使其穿透微生物膜的速度加快，促使細(xì)胞膜完整性被破壞，抑菌性可以顯著提升[51]。

第三，納米乳液遞送體系還可以提高精油的驅(qū)蟲效果，低濃度的精油納米乳液即可達(dá)到高濃度精油的驅(qū)蟲效果，如用10、15、20、25 μL/L純香茅精油以及納米乳液處理蟑螂雄蟲，蟑螂雄蟲平均死亡率分別為0%、16.7%、25%、27.8%和23.3%、30%、61.1%、91.7%[52]。

最后，納米乳液優(yōu)秀的控釋作用亦可以提高精油的利用率，采用單滴微萃取的方法分別測(cè)定經(jīng)純精油、納米乳液精油處理后的樣品頂部空間精油濃度，在24～48 h內(nèi)，純精油濃度急劇下降，而納米乳液精油濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)變化緩慢，這是由于納米包封延緩了百里香酚的釋放，樣品與精油接觸時(shí)間變長(zhǎng)，從而提高了精油生物活性持久性以及利用率[53]。隨著納米乳液的發(fā)展，穩(wěn)定性更強(qiáng)、生物相容性更好的Pickering乳液在食品保鮮中受到青睞[54-55]。綜上，納米乳液是植物精油用于食品保鮮良好的遞送載體。

納米乳液制備原理、液滴尺寸及作用效果匯總?cè)绫?所示。

表1 納米乳液制備原理、液滴尺寸及作用效果Table 1 Preparation principles,droplet sizes and effects of nano-emulsions

2.2 微乳液

微乳液是一種膠體溶液，亦是乳液的一種，主要由水相、油相、表面活性劑構(gòu)成，與納米乳液主要構(gòu)成相同，但二者存在顯著不同，根據(jù)顆粒粒徑區(qū)分二者不準(zhǔn)確，微乳液與納米乳液的顆粒粒徑尺寸存在重疊，甚至微乳液顆粒粒徑可能小于納米乳液[62]。因此，通常根據(jù)表面活性劑種類、形狀及制備方式等方面區(qū)分。首先，微乳液的表面活性劑與油相成分之比高于納米乳液，微乳液表面活性劑種類的選取因其較低的界面張力而受到限制，主要為司盤系列和吐溫系列；其次，微乳液的形狀可以是球形、非球形，而納米乳液因其需要較高界面張力只能形成球形[63]；最后，微乳液可以通過(guò)水相、油相、表面活性劑混合自發(fā)得到，是熱力學(xué)穩(wěn)定過(guò)程，而納米乳液需克服微乳液的形成，故需通過(guò)加熱、攪拌等方式提供能量，是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的過(guò)程[64]?；谖⑷橐鹤园l(fā)乳化形成的特點(diǎn)，其制備方式多采用滴水法。

滴水法制備微乳液是一種自發(fā)乳化的過(guò)程，對(duì)HLB要求較高，HLB范圍較高的表面活性劑其乳化能力更強(qiáng)，更利于微乳液的形成。因此，制備植物精油微乳液時(shí)常選取親水性吐溫80為表面活性劑。但表面活性劑的選擇也可能影響微乳液包封后植物精油的生物活性，例如，以吐溫20和乙醇為表面活性劑和助表面活性劑的體系制備柑橘精油微乳液，相較于其他體系對(duì)害蟲乙酰膽堿酶的抑制作用更強(qiáng)，驅(qū)蟲活性更好[65]。故選擇合適的乳化劑對(duì)微乳液的制備至關(guān)重要。

利用微乳液遞送植物精油，其抑菌、驅(qū)蟲、抗氧化能力均增強(qiáng)。其一，微乳液遞送體系可以增強(qiáng)植物精油的抑菌能力。如與對(duì)照組相比，百里香精油微乳液對(duì)黃瓜和草莓中金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制能力最強(qiáng)，這是基于以下多種因素的結(jié)果，如表面活性劑促使該體系與膜的磷脂雙層融合、微乳液較小的膠體粒徑更易穿透微生物膜、乳液的膠束結(jié)構(gòu)能夠加快細(xì)胞內(nèi)含物的流出，在這3 種因素的影響下顯著提高植物精油的抑菌活性[66]。

其二，微乳液遞送體系能夠提升植物精油的驅(qū)蟲活性，這可能與微乳液應(yīng)用于食品時(shí)能夠增加植物精油的親水性有關(guān)。食品尤其是果蔬中含有足夠的游離水，該體系與水接觸能夠有效釋放精油，增強(qiáng)精油與食品的接觸作用時(shí)間及生物相容性[67]。朱砂葉螨是茄子、辣椒、瓜類等果蔬葉片的主要害蟲之一，分別用純姜黃精油、姜黃精油納米乳液處理朱砂葉螨，6 h后純精油除螨能力下降，而微乳液除螨能力仍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，是綠色的果蔬除螨劑[68]。

其三，微乳液處理后植物精油的抗氧化活性增強(qiáng)，且其抗氧化活性不僅依賴精油濃度、顆粒粒徑，同時(shí)與水分含量相關(guān)。利用艾葉精油微乳液處理櫻桃后，其DPPH自由基清除能力提升，抗氧化活性增強(qiáng)，此外，當(dāng)該體系含水量低于60%時(shí)，其DPPH自由基的清除能力與水分含量呈正相關(guān)，而含水量大于60%時(shí)，DPPH自由基清除能力逐漸降低[69]。因此，制備總抗氧化能力最佳的精油微乳液體系需考慮水分含量。

最后，植物精油的微乳液還具備良好的物理穩(wěn)定性，柑橘精油微乳液在不同溫度和離心速率條件下，其透光率均高于92%，該乳液保持澄清透明，未出現(xiàn)渾濁、凝固等現(xiàn)象[70]。由上述可知，微乳液的發(fā)展擴(kuò)大了精油在食品保鮮方面的應(yīng)用。近年來(lái)一項(xiàng)新型微乳液制備方式脫穎而出，該體系包含兩親溶劑且無(wú)需表面活性劑即可形成增溶能力較強(qiáng)的微乳液，同時(shí)該乳液在氧氣和溫度的調(diào)節(jié)下能夠釋放所遞送的物質(zhì)，具有綠色、環(huán)保、溫和的特點(diǎn)，為微乳液更有效地遞送植物精油提供了新的方向[71]。

微乳液制備所需表面活性劑、液滴尺寸及作用效果匯總?cè)绫?所示。

表2 微乳液制備所需表面活性劑、液滴尺寸及作用效果Table 2 Surfactant for preparation,droplet size and functional effects of microemulsions

2.3 微膠囊

利用微膠囊技術(shù)將植物精油與外部環(huán)境隔開，使其避免受到光照、氧氣等威脅，同時(shí)能夠很好地掩蓋精油本身的揮發(fā)性香氣。植物精油微膠囊的制備通常包括3 個(gè)步驟，首先植物精油在外壁材料的溶液中進(jìn)行乳化；其次凝聚成微膠囊；最終干燥至質(zhì)量恒定。許多研究將凝聚法、界面聚合法、噴霧干燥法、包合法、飽和水溶液法等用于微膠囊的制備。

微膠囊可以提高精油的生物活性、具有良好的控釋作用，從而延緩食品的腐敗變質(zhì)。如檸檬精油微膠囊在室溫放置7 d后，對(duì)5 種霉菌生物活性的抑制作用仍較強(qiáng)，微生物生長(zhǎng)繁殖的時(shí)間延長(zhǎng)，從而提高食品的貨架期[74]。由于微膠囊具有控釋功能，微膠囊利用外壁的破裂以及擴(kuò)散等方式表現(xiàn)出良好的精油可釋放性，從而延長(zhǎng)植物精油發(fā)揮作用的時(shí)間。但這種控釋作用與溫度有關(guān)，將牛至精油微膠囊分別在5、26 ℃和45 ℃條件下保存70 d，由精油保留率可知，溫度越高分子運(yùn)動(dòng)劇烈、牛至精油釋放速率加快，微膠囊外殼更易被破壞，大大降低精油利用率，因此，微膠囊體系應(yīng)在低溫保存[75-76]。

其次，選擇適宜的微膠囊壁材至關(guān)重要，蛋白質(zhì)、阿拉伯膠、環(huán)糊精等材料作為外殼是維持植物精油穩(wěn)定性的重要因素[77]。

然而單一壁材不穩(wěn)定、容易損壞，鑒于此，提高植物精油微膠囊生物活性的同時(shí)又能夠保證其穩(wěn)定性是現(xiàn)今的研究重點(diǎn)，如國(guó)內(nèi)游學(xué)者利用機(jī)械攪拌及高壓均質(zhì)將未改性纖維素與明膠制備丁香精油微膠囊，且無(wú)需添加表面活性劑，研究了兩種芯壁比為1∶8、1∶1的制備條件，離心分析儀評(píng)估該體系不穩(wěn)定性指數(shù)接近0，其中1∶8的遞送體系表現(xiàn)出優(yōu)異的抗霉菌活性，13 d內(nèi)霉菌未生長(zhǎng)，結(jié)果表明多種壁材聯(lián)合使用不僅可以改善微膠囊的穩(wěn)定性，而且還可以提高精油的生物活性[78]。近期智能微膠囊技術(shù)受到廣泛關(guān)注，機(jī)械刺激響應(yīng)膠囊能夠在特定環(huán)境變化（壓力、張力、摩擦等）時(shí)刺激響應(yīng)微膠囊發(fā)生破裂，從而釋放微膠囊的內(nèi)容物[79]。該微膠囊具有可控性、針對(duì)性等，為植物精油更有效地在食品中應(yīng)用提供了新的方法和思路。

微膠囊制備原理、壁材及作用效果匯總?cè)绫?所示。

2.4 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是由天然或合成的磷脂雙分子層構(gòu)成的囊泡，該結(jié)構(gòu)賦予其親水和親脂性，常用的磷脂有大豆卵磷脂、磷脂酰膽堿等，且磷脂中添加膽固醇能夠提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性[93]。植物精油具有疏水性，可位于脂質(zhì)體的磷脂雙分子層之間，這解決了精油在水基食品中應(yīng)用局限性的問(wèn)題。脂質(zhì)體的制備方法包括薄膜水合、超聲處理、溶劑注入、加熱、均質(zhì)等，其中薄膜水合、超聲處理較為常用。

利用脂質(zhì)體遞送的植物精油抑菌能力提高，這是由于脂質(zhì)體獨(dú)特的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是植物精油可持續(xù)釋放的關(guān)鍵，能夠通過(guò)膜轉(zhuǎn)移、吸收、吞噬作用等多種方式與細(xì)胞相互作用，改善精油向菌體的釋放效果，增強(qiáng)其抑菌能力[94]。如利用檸檬烯脂質(zhì)體處理藍(lán)莓，即使在4 ℃條件下貯存9 周后，脂質(zhì)體仍能夠有效抑制灰霉病菌、大腸桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌等微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而有效延長(zhǎng)藍(lán)莓的保質(zhì)期[95]。

此外，脂質(zhì)體遞送植物精油還可以提高物理穩(wěn)定性，但隨著溫度的升高，磷脂雙層易發(fā)生氧化和顆粒的團(tuán)聚，從而影響脂質(zhì)體的穩(wěn)定性，因此脂質(zhì)體一般在低溫條件下貯存[96]。

為進(jìn)一步加強(qiáng)脂質(zhì)體包封植物精油在面對(duì)外界惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且提高其延長(zhǎng)食品保質(zhì)期的能力，還可將多糖涂抹在脂質(zhì)體外形成雙層脂質(zhì)體或三層脂質(zhì)體。有研究制備了單層脂質(zhì)體、殼聚糖雙層脂質(zhì)體、殼聚糖-果膠三層脂質(zhì)體用于遞送菊花精油，三層脂質(zhì)體抑菌活性、抗氧化能力和穩(wěn)定性均優(yōu)于單層和雙層，基于此，未來(lái)的研究可以利用多層脂質(zhì)體遞送植物精油用于果蔬保鮮[97]。此外，為了更有效地發(fā)揮脂質(zhì)體的控釋功能，Li Changzhu等[98]研發(fā)了利用靜電相互作用定向釋放抗菌物質(zhì)并破壞細(xì)菌外膜的陽(yáng)離子脂質(zhì)體，進(jìn)一步通過(guò)靜電紡絲技術(shù)將該脂質(zhì)體保留在聚合物纖維中，用于遞送質(zhì)量濃度分別為5、6、7 mg/mL和8 mg/mL的羅勒精油，不僅使精油的釋放效率提升，還有效地控制了微生物的生長(zhǎng)。這些研究方法為脂質(zhì)體更有效地遞送植物精油提供了良好的思路。

脂質(zhì)體制備原理、磷脂及作用效果匯總?cè)绫?所示。

表4 脂質(zhì)體制備原理、磷脂及作用效果Table 4 Principles and phospholipids for liposome preparation and effects of liposomes

3 植物精油遞送體系在果蔬保鮮中的應(yīng)用

植物精油遞送體系在抑制果蔬微生物滋生、提升害蟲防治能力、避免果蔬氧化變質(zhì)等方面表現(xiàn)優(yōu)異，能夠防止果蔬腐敗變質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，并且維持果蔬良好的外觀顏色及形態(tài)，因此，精油的遞送體系在果蔬保鮮方面應(yīng)用廣泛。

首先，植物精油遞送體系能夠提升果蔬的抑菌能力，從而有效延長(zhǎng)果蔬貨架期。腐敗菌（真菌、細(xì)菌）的滋生易引起果蔬腐敗變質(zhì)，致病菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌等）的存在可能導(dǎo)致消費(fèi)者患有食源性疾病，因此抑制腐敗菌、致病菌的生長(zhǎng)是果蔬保鮮的重點(diǎn)之一。植物精油遞送體系為其提供了良好的解決方案，遞送體系的存在能夠降低氧氣的滲透性，而菌體需在有氧條件下生長(zhǎng)繁殖，故體系內(nèi)低氧環(huán)境不利于菌體生長(zhǎng)，同時(shí)精油本身能夠發(fā)揮抑菌活性，在此雙重作用下，有效防止果蔬被真菌污染[106]。如納米乳液遞送牛至精油可以顯著控制番茄霉菌和酵母菌的生長(zhǎng)，番茄貯藏的14 d內(nèi)霉菌、酵母菌數(shù)均低于3 CFU/g，這是由于納米乳液能夠提供多個(gè)疏水位點(diǎn)，從而增強(qiáng)精油與番茄的相互作用，可以在番茄表面形成連續(xù)且均勻的薄膜[107]。此外，利用脂質(zhì)體遞送的檸檬醛精油，相較于游離的精油，其對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制能力更強(qiáng)，用于砂糖橘保鮮時(shí)，使砂糖橘的腐敗率降低了42.04%[108]。由此可知，植物精油遞送體系對(duì)真菌、細(xì)菌及致病菌的抑制能力均非常顯著。

其次，植物精油遞送體系能夠提高害蟲防治能力，主要原因是微乳液的顆粒粒徑小，精油活性物質(zhì)更易進(jìn)入害蟲體內(nèi)發(fā)揮作用，從而增強(qiáng)植物精油的驅(qū)蟲活性，避免果蔬受到害蟲的侵食。如分別用月桂精油微乳液處理組與純精油組處理番茄，在10、20 μL/L和40 μL/L的低精油水平下，4 h后處理組番茄潛葉蛾的死亡率遠(yuǎn)高于純精油組，LC50和LC90值低于純精油組，在達(dá)到相同驅(qū)蟲效果的情況下，處理組使用精油含量更低，因此，植物精油微乳液可以成為果蔬合成殺蟲劑的競(jìng)爭(zhēng)性替代品[109]。

此外，經(jīng)遞送體系包封的植物精油，其抗氧化能力得到有效提升，從而有效防止果蔬氧化變質(zhì)；同時(shí)可以保留果蔬中花青素、維生素等物質(zhì)，既維持了果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值又保持了其良好的顏色等外觀品質(zhì)。上述遞送體系優(yōu)異的特性主要基于以下幾點(diǎn)因素：植物精油具有抗氧化活性，且遞送體系增強(qiáng)了其清除自由基的能力，因此果蔬中的抗壞血酸不必作為抗氧化劑中和自由基，既提高了抗氧化活性又保留了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；遞送體系能夠有效降低氧氣濃度，花青素的合成或降解速率不會(huì)受到影響，從而保持果蔬良好的顏色。如采用薄膜水合法制備脂質(zhì)體遞送迷迭香精油，在保鮮蔬菜過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)體精油在較低濃度時(shí)可達(dá)到較強(qiáng)的抗氧化活性并且抗氧化能力較對(duì)照組更持久，避免了蔬菜在處理、加工和貯存過(guò)程中由氧化引起的不良質(zhì)量變化[110]。另外，利用檸檬烯脂質(zhì)體保鮮草莓，貯存14 d內(nèi)其CO2濃度與對(duì)照組相比顯著降低，涂有檸檬烯脂質(zhì)體的草莓具有較低的呼吸速率；并且檸檬烯脂質(zhì)體涂膜組總花青素、總酚含量均高于對(duì)照組，草莓顏色保持鮮亮，更受消費(fèi)者喜愛(ài)[111]。由此可知，植物精油遞送體系在發(fā)揮抗氧化作用的同時(shí)，既防止了維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，又維持了果蔬鮮亮的色澤，對(duì)果蔬保鮮有重要意義。

最后，植物精油遞送體系能夠降低水分轉(zhuǎn)移，維持果實(shí)硬度以及延緩組織衰老，且能夠降低精油香氣的影響。如將柑橘精油和海藻酸鈉制成納米乳液，作為番茄的保鮮劑，貯藏3 d后，未處理組番茄表面出現(xiàn)明顯的萎縮，且15 d后硬度降低61%，而納米乳液是水分流失的有效屏障，該組番茄硬度僅降低5%；此外，納米乳液雖未能完全掩蓋精油的味道，但其氣味可接受性強(qiáng)于未處理組[112]。在進(jìn)一步有效掩蓋植物精油香氣方面仍需不斷研究。

由上述可知，植物精油遞送體系在抑菌、驅(qū)蟲、抗氧化等方面均表現(xiàn)優(yōu)異，同時(shí)防止果蔬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水分流失的效果更佳，從而維持果蔬良好的品質(zhì)并延長(zhǎng)其貨架期，是良好果蔬保鮮劑。越來(lái)越多的學(xué)者致力于研究將穩(wěn)定性更強(qiáng)、生物活性更高的植物精油遞送體系應(yīng)用于果蔬保鮮。近年來(lái)，Giray等[113]的研究制備了一種粒徑為114 nm的香芹酚納米乳液，并添加至羥丙基甲基纖維素薄膜中用于保鮮葡萄，貯藏3 d后幾乎無(wú)菌體生長(zhǎng)，第14天時(shí)與對(duì)照組相比總活菌數(shù)減少了2.34（lg（CFU/g）），對(duì)霉菌、酵母菌的抑制能力顯著提高。鑒于紙基材料優(yōu)異的透濕性、透氣性以及力學(xué)性質(zhì)，利用具有成膜功能的聚乙烯醇將其與杉木精油微膠囊結(jié)合，控釋能力增強(qiáng)且連續(xù)性更持久，草莓貨架期有效延長(zhǎng)[114]。Min Tiantian等[115]制備多糖-聚乙烯醇納米纖維，并且摻入卟啉作為負(fù)載百里香精油的金屬有機(jī)骨架納米顆粒用于葡萄和草莓的保鮮，貯藏7 d后均保持初始新鮮度及表面光澤，而對(duì)照組在4 d時(shí)出現(xiàn)腐敗情況，同時(shí)其多孔結(jié)構(gòu)提供了高負(fù)載能力，細(xì)胞活力測(cè)定結(jié)果表明，該遞送體系對(duì)水果保鮮具有良好的生物安全性。綜上，用于果蔬保鮮的植物精油遞送體系仍在不斷進(jìn)步。

植物精油遞送體系及其制備方法在果蔬保鮮中的應(yīng)用匯總?cè)绫?所示。

表5 植物精油遞送體系及其制備方法在果蔬保鮮中的應(yīng)用Table 5 Applications of plant essential oil delivery systems prepared by different methods in fruit and vegetable preservation

4 植物精油遞送體系的局限性及展望

遞送體系雖然是植物精油廣泛應(yīng)用于食品保鮮的有效工具，但仍存在以下不足：首先，納米乳液、微乳液的長(zhǎng)期穩(wěn)定性易受自由能狀態(tài)影響而發(fā)生改變，在制備時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)顆粒大小不均、包封率低等問(wèn)題[131]；其次，微膠囊化方法雖然在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上有效且可實(shí)現(xiàn)，但由于工藝的復(fù)雜性，擴(kuò)大規(guī)模具有挑戰(zhàn)性，微膠囊的壁材多樣性低，壁材可能與微膠囊化方法不兼容，許多可用的壁材在工業(yè)規(guī)模上的生產(chǎn)成本較高[132]。此外，在使用脂質(zhì)載體的情況下，低脂產(chǎn)品通常表現(xiàn)為揮發(fā)性成分的爆發(fā)釋放，而高脂產(chǎn)品則表現(xiàn)出可控的可持續(xù)釋放，持續(xù)釋放是關(guān)鍵，但是高脂產(chǎn)品易受環(huán)境影響而氧化[133]。且上述遞送體系在食品應(yīng)用的安全性方面尚未有完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[134]。

基于上述問(wèn)題，在未來(lái)的研究中，選擇吸附能力較強(qiáng)的表面活性劑制備納米乳液及微乳液，增強(qiáng)界面張力從而延緩二者穩(wěn)定性的降低，例如，Pereira等[135]在室溫條件下利用低能量乳化方法與非離子表面活性劑制備納米乳液，不僅實(shí)現(xiàn)540 d的長(zhǎng)期物理穩(wěn)定性，且獲得尺寸均一、較理想的顆粒。其次，研究多種微膠囊新型綠色、低廉的壁材（膳食纖維、大豆分離蛋白）用于微膠囊化，具有可生物降解、提高微膠囊熱、光穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在綠色健康的基礎(chǔ)上優(yōu)化微膠囊的性能[136]。如研究具有可以快速識(shí)別包裝果蔬新鮮程度傳感功能的新型保鮮材料，并且與具有阻隔性和多種生物活性的植物精油遞送體系相結(jié)合，在貯藏和運(yùn)輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)果蔬狀況的同時(shí)延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期[137]；盡量減少化學(xué)物質(zhì)的使用，如有研究制備了β-環(huán)糊精Pickering乳液體系遞送姜油，無(wú)需添加表面活性劑，姜油通過(guò)主客體相互作用被封裝在β-環(huán)糊精腔中且穩(wěn)定性良好，因此，可基于該研究制備植物精油遞送體系，避免乳化劑帶來(lái)的負(fù)面影響[138]；同時(shí)需要通過(guò)補(bǔ)充體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，對(duì)遞送體系的攝取、進(jìn)入食物鏈機(jī)理進(jìn)行全面研究，研究標(biāo)準(zhǔn)化食品模型用于評(píng)估植物精油遞送體系的安全性，從而擴(kuò)大植物精油的遞送體系在食品安全中的適用性。

5 結(jié)語(yǔ)

消費(fèi)者對(duì)綠色天然食品的吸引力與日俱增，因此開發(fā)新型保鮮劑、防腐劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)防腐劑用于果蔬保鮮成為一個(gè)挑戰(zhàn)。天然來(lái)源的植物精油具有抗氧化、抑菌、驅(qū)蟲生物活性，利用遞送體系如納米乳液、微乳液、微膠囊、脂質(zhì)體等克服精油的水不溶性以及高揮發(fā)性等缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步發(fā)揮植物精油的潛力。現(xiàn)有研究表明，將植物精油遞送體系用于水果保鮮，在延長(zhǎng)貨架期以及保持良好感官等方面都顯示出優(yōu)異的效果，是一種替代傳統(tǒng)防腐劑可行的方案。遞送體系將植物精油更有效地用于食品體系中，在消費(fèi)者認(rèn)可的同時(shí)提升了植物精油的潛在價(jià)值。安全性更高、包封效果更好、穩(wěn)定性更強(qiáng)的植物精油遞送體系有待成為未來(lái)食品防腐劑研究的重點(diǎn)，可為食品行業(yè)的發(fā)展提供良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。