精油纳米乳剂在食品中抗菌作用的研究进展

秦敬如，马玉洁

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

精油(EOs)是天然衍生的芳香化合物，具有广谱生物活性[1]。迄今为止，EOs已被广泛用于药物或化妆品的添加剂[2]以及杀虫、抗氧化、抗炎、抗过敏和抗癌剂[3]。近年来，消费者对化学防腐剂的消极看法愈加强烈，EOs作为温和保鲜剂在食品工业中受到了极大的关注。然而，EOs具有高反应性和疏水性，很难直接用于食品中。为了保持其生物活性并最大限度地减少对食品的影响，需要将EOs包封在与食品应用相适应的输送系统中。乳液的输送系统可以用食品成分配制，此外，纳米乳液对食品的影响较小，而且可以提高精油的生物活性[4]。目前，国内外对精油纳米乳液的研究极少，对精油纳米乳液的研究处于起步阶段。因此，本文主要对EOs纳米乳剂在食品中的抗微生物作用展开研究。

1 精油纳米乳液的配方与制备

1.1 定义和属性

EOs是由挥发性和非挥发性的物质组成的混合物，通常是亲脂的，几乎不溶于水。研究表明，以一定质量比的乳化剂，在一定的压力下得到的精油纳米乳液比较稳定[5]。由于其纳米尺寸，纳米乳液具有独特的性质：作用于液滴之间的净吸引力的强度会随着液滴直径的减小而降低，从而减少纳米乳液中的聚集现象；纳米乳液对光具有较弱的散射作用，不会影响饮用品的清澈度[6]；随着液滴尺寸的减小，纳米乳液中亲脂性化合物的生物活性增加，反应性增强。所以将亲脂性组分包封在纳米乳液中将会有很多优点，EOs更是如此，并且物理化学稳定性强，对产品的影响小以及抗微生物活性增强，可作为天然抗菌剂应用于食品工业中。

1.2 制作方法

精油的制备方法有很多，文献记载，通过气质联用技术对超临界CO2萃取可得到精油[7]。对于纳米乳液，可采用自上而下或自下而上的方法来制备。自上而下的方法主要利用机械尺寸减小技术。在此方法中，乳化过程分为两个阶段：将粗液滴分解成较小的液滴；将乳化剂吸收到新形成的界面上，以防止再结晶现象，促进动力学稳定性。因此，乳化剂的浓度和性质在此过程中扮演着重要角色。纳米乳剂也可以通过自下而上的方法制备，该方法是在吸引力和排斥力驱动下，由精油分子周围的表面活性剂自发结合而成，是一种物理化学过程。自下而上的方法能够有效地产生精细液滴，使用低成本设备，可以防止包封的分子在加工过程中降解。并且，严格的限制条件以及所需的表面活性剂与油比(SOR)，显著高于自上而下的方法[8]。

2 精油纳米乳剂的抗菌活性

2.1 抗菌作用机制

精油的抗菌作用基于它的分子疏水性，EOs主要通过酚类化合物与细胞膜脂质的强烈相互作用，增加膜通透性，扰乱原始细胞结构，破坏稳态，并引起离子和胞质含量的泄漏，来达到抗菌效果。与游离EOs相比，纳米乳剂通常以大分子作为乳化剂，EOs优先与微生物相互作用。在其他情况下，大分子有助于提高抗菌活性。由于EOs纳米乳液的递送系统，其可能通过四条主要途径促进它与微生物细胞膜的相互作用：(1)表面积的增加及外部细胞膜的被动运输提高了与细胞质膜的相互作用。(2)乳化液滴与细胞膜的磷脂双层的融合有可能促进EOs在所需位点的靶向释放。(3)在油滴和水相之间的EOs分配驱动下，来自纳米乳液液滴的EOs的持续释放延长了EOs的活性。(4)带正电的纳米乳液滴与带负电荷的微生物细胞壁的静电相互作用增加了作用部位EOs的浓度。然而，这一假设仍然存在争议，还有待于进一步研究。

2.2 在产品中的应用

大量污染食物的腐败和致病微生物需要广谱抗菌性的抗菌剂。前人研究了食用植物精油可作为“高效、安全”的防腐保鲜剂应用于食品领域[9]。李亚茹、周林燕、李淑荣等[10]研究了植物精油对果蔬中微生物的抑制效果、植物精油对微生物的作用机理，并为精油的研究和应用提供了依据。

通常EOs纳米乳液具针对性，构成EOs的高反应性分子可以通过与其他食物成分(蛋白质，脂质和矿物质)的相互作用而降解，或者可以吸附到食物的多个界面上，从而导致分布不均匀，失去抗微生物活性。另外，EOs的高挥发性，反应性等也可能对产品特性造成严重干扰，导致不良的特征。EOs对产品特性的影响主要取决于它的食品相容性，特别是在EOs成分与食品的理化特性匹配上。因此，要根据特定食物类型来选择EOs。合适的EOs输送系统的使用可以将其更好地分散在食品中，以降低所需的EOs的浓度，减少蒸发速率，防止与其他食物成分的相互作用。不同的EOs能够在低浓度下发挥协同抗菌作用，也有助于减少食品特性的变化。但是，迄今为止，只有少数研究解决了EOs纳米乳液在食品中的应用。

3 结论和展望

虽然EOs在食品级纳米乳液中提供了很多优点，但是，它在食品保存方面全面开展问题上依然存在着一些挑战：

(1)为了有效地对抗天然内源性菌群，减少对感官特性的影响，EOs纳米乳液的配方应根据产品特性进行开发。

(2)在严格控制释放的同时，保持其抗菌效果，为了掩盖EOs化合物的味道，还应制定封装系统。

(3)利用EOs化合物的联合使用来促使协同作用，以促进与微生物细胞膜上的多个分子位点的相互作用。但是，一些天然的EOs的联合使用可能会诱发拮抗作用。

(4)为了给新型的抗微生物系统提供坚实的依据，应该更好地了解封装的EOs的运行机制。

(5)EOs纳米乳剂与其它技术的联合使用，例如γ射线照射、臭氧、UV，高压或脉冲光或气调保鲜包装可能有助于提高产品的保质期，同时保持其新鲜的特性。

(6)在经济上要考虑成本问题。由于EOs在纳米乳液中的封装，以及其与非热技术的结合应用，其价格是很昂贵的，因此，应该仔细评估EOs使用的成本问题。

本文提出EOs纳米乳剂在食品应用中存在的问题，以期为EOs纳米乳剂的研究和应用提供依据，从而更好地为人类造福。