植物精油在食品行业中的应用

邓永飞，何惠欢，马瑞佳，刘涛，蔡晨晨，陆登俊*

(1.广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004；2.广西工业职业技术学院，南宁 530001)

植物精油是将植物各组织中具有芬芳气味的分子萃取后所得到的一类易挥发的次级代谢产物。植物精油种类多样，据相关研究，我国目前可利用的植物资源已达到60多科，唇形科、芸香科等植物中含有丰富的植物精油。植物精油的成分复杂，由萜烯类化合物以及醇类、酮类等成分组成；尽管精油的种类呈现多样化，每种精油中都含有2～3种主要成分，约占植物精油总成分的70%，不同植物精油的性质取决于其主要成分[1]。植物精油的芳香物质赋予其良好的抗氧化、抑菌等特性，因此精油能够用作抗氧化剂和抑菌剂[2]。

近年来，随着对食品的品质和安全的重视度增加，消费者将目光逐渐转向高营养水平以及高安全性的食品，食品行业面临着新的挑战。因此，为了满足消费者的需求，食品行业不断改进食品的加工和保藏技术，力求在提高食品安全性的同时，减少其营养损失。植物精油是天然无毒无害的芳香类化合物，因其生物活性多样化，被广泛应用于食品、医药、化妆品等行业。植物精油在食品行业中具有广阔的应用潜力，其抗氧化性以及抑菌活性常被用于延长食品的货架期；也有学者利用植物精油对食品的口感、风味进行改良[3]。

本文从植物精油的性质、提取方法及其在食品行业中的应用进行综述，旨在为植物精油在食品行业中的综合利用提供参考。

1 植物精油的性质

1.1 抑菌活性

目前，国内外常采用体外实验法对植物精油的抑菌性进行研究，实验中通过测定植物精油的最低抑菌浓度(MIC)、最低杀菌浓度(MBC)以及抑菌圈直径大小，验证其抑菌效果。植物精油中易挥发物质较多，性质不稳定，研究植物精油抑菌性时需在不同条件下对植物精油进行综合检测，从而评定其抑菌效果[4]。

1.1.1 对细菌的抑制活性

在对百里香精油抑菌效果进行研究时，Walentowska J等[5]分别以G+金黄色葡萄球菌和G-大肠杆菌为供试菌进行检测，测得精油对供试菌的抑菌圈直径均大于5 mm，表明其对G+和G-均保持良好的抑制效果。Jamali C A等[6]研究得出相同结论，并且测得精油对金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌两种G+抑菌圈大小均大于20 mm，且MIC值均为0.13 mg/mL；对G-中的大肠杆菌抑菌圈大小为(15.3±1.5) mm，MIC值为0.53 mg/mL。

柴向华等[7]通过气相熏蒸和体外实验法检验了13种植物精油的抑菌活性，发现百里香精油对G+金黄色葡萄球菌的抑菌性最强，MIC值和MBC值均为275 μg/mL；对G-大肠杆菌的抑菌圈直径最大，为(38.70±1.24) mm，MIC值和MBC值均为917 μg/mL。Das S等[8]利用β-环糊精对多种精油进行加工修饰，制成微胶囊。经实验得出百里香精油微胶囊的抑菌效果最优，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为(71.85±0.63) mm，MIC值为0.156～0.312 mg/mL；对大肠杆菌的抑菌圈直径为(22.57±2.63) mm，MIC值为0.5～1 mg/mL。

1.1.2 对真菌的抑制活性

Akarchariya N等[9]利用琼脂扩散法研究姜黄精油对酵母的抑制效果，发现其对假丝酵母抑菌圈大小为(11.60±0.36) mm，最小抑菌浓度为250 μg/mL。柴向华等利用滤纸片法研究了百里香精油对酵母的抑制作用，实验发现其对酵母的抑菌圈直径超过25 mm，且MIC值与MBC值分别为45.8 μg/mL和22.9 μg/mL。Jamali C A等选取了4种酵母菌为供试菌，进一步验证了百里香精油对酵母的抑制效果。

Sapper M等[10]以富克葡萄孢盘菌和互隔交链孢菌为供试菌，通过体外实验测得精油对其抑菌圈大小为67.5～89.6 mm，且随着浓度增加，精油的抑制作用越强。卢锟等[11]以青霉和黑曲霉为供试菌，发现复配精油对这两种真菌的抑菌圈直径大小分别为(102.6±1.7) mm、(108.3±2.1) mm，MIC值为100～150 μg/mL。

1.2 抗氧化活性

不同精油的抗氧化活性与植物种类、成分、各组分含量的差异有关。通常情况下，植物精油性质由其主要成分决定。Tohidi B等[12]对来自百里香属中的两种精油的成分和性质进行研究，发现在同样的条件下提取时，两种精油均有抗氧化活性，但抗氧化程度呈现差异。

植物精油种类多样，目前研究较多的是一些樟科植物、唇形科植物、芸香科植物等，其中唇形科中的百里香精油、罗勒精油以及芸香科中的柠檬叶精油的抗氧化活性已经被广泛研究。王娣等[13]考察了百里香精油的抗氧化性，通过测定精油对DPPH自由基、OH自由基的清除效果，发现随着精油浓度的增加，DPPH自由基以及OH自由基的清除率越高，精油的抗氧化活性与浓度密切相关。陈林林等[14]选取柠檬叶精油为材料，通过研究其对超氧阴离子、NO2-的清除效果，发现柠檬叶精油清除该自由基能力显著(P<0.05)；并且随着浓度的增加，精油的总还原力也呈现上升趋势，进一步验证了柠檬叶精油的抗氧化活性。

Lee S等[15]借助GC和GC-MS对罗勒精油和百里香精油的成分进行了分析，发现百里香精油的主要成分为百里香酚(占72%)和香芹酚(占5.7%)，罗勒精油的主要成分为芳樟醇(39.8%)。Lee S等还借助抗氧化剂维生素E和BHT进一步研究了精油的抗氧化活性，最终得出百里香酚、香芹酚以及丁香酚的抗氧化活性高于BHT和维生素E。

2 植物精油的提取方法

植物精油的成分取决于多种因素，植物的种类、所处气候、海拔、土壤不同，精油成分都会发生变化。因此，为了获得成分稳定的植物精油，需选取适宜的方法对精油进行提取。植物精油的提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、超临界CO2萃取法以及微波辅助萃取法等。

2.1 水蒸气蒸馏法

早在13世纪初期，水蒸气蒸馏法便应用于精油的提取，因提取材料与水的接触情况不同，可将水蒸气蒸馏法分为两种：水上蒸馏法和水中蒸馏法。杜丽君等[16]利用水中蒸馏法提取胡椒木精油，发现在料液比为1∶6的条件下提取4 h，得到精油产率为0.56%。李伟等[17]利用水蒸气蒸馏法对白豆蔻精油进行提取，实验经优化后得到白豆蔻精油产率可达到5.19%。

水蒸气蒸馏法具有简便易行、成本低的特点，但提取时间过长，且植物精油自身含有挥发性，易导致提取成分存在差异。因此，水蒸气提取法具有一定的局限性。

2.2 有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法是从植物中提取精油的常用方法，王琦等[18]利用植物精油富含芳香分子的特性，将其溶解在正己烷中进行萃取，并且采用响应面设计优化火龙果花精油的提取工艺，最终验证于温度65 ℃下提取3 h，得到火龙果花精油的品质高，萃取率可达到5.242%。

有机溶剂萃取法具有操作简便、产率较高的特点。但是由于需要大量的有机溶剂，易对环境产生污染，并且需对杂质进一步提纯，因此本法不适于提取高纯度植物精油。

2.3 超临界CO2流体萃取法

超临界CO2流体萃取法是一种高新的分离技术，Conde-Hernández L A等[19]通过调节温度和压力使CO2达到超临界的状态，对迷迭香精油进行萃取，待CO2恢复至常态时，将CO2流体与精油分离后完成提取，实验得到迷迭香精油的最终提取率为2.35%。

超临界CO2流体萃取法具有提取速度快、成本低、安全环保等优点，实验过程中不需借助其他试剂，减少了杂质的残留。

2.4 微波辅助提取法

微波法常用作辅助手段，与水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法等相结合提取植物精油。Sahraoui N等[20]利用微波辅助对传统水蒸气蒸馏法改进后提取植物精油，将提取时间由原来的30 min缩短到6 min，得到最大提取浓度2.7%±0.1%，提取每克精油耗能由0.30 kW·h降低至0.05 kW·h。Megawati等[21]利用微波技术对水蒸气蒸馏法进行改进，将肉豆蔻精油的产率由7.03%提升至8.63%，并且耗能由1095 kJ降低至756 kJ。

微波辅助的提取方法具有易操作、节能等特点，并且能够改进水蒸气蒸馏、有机溶剂萃取等方法的不足，进一步提升植物精油的品质和提取率。

3 植物精油在食品行业中的应用

3.1 植物精油在果蔬保鲜中的应用

新鲜果蔬极易受到微生物的污染。针对果蔬的保藏，要采用适当的抑菌措施。目前市场上杀菌剂以化学合成为主，虽然化学合成的杀菌剂成本较低且杀菌性强，但长期使用对人体有害。植物精油作为天然抗菌剂，能够有效屏蔽食品的外源性污染，使食品处于良好的保藏状态，在保证其品质的同时延长货架期。

冯武[22]将樱桃番茄经百里香精油熏蒸处理后，发现其表面病原菌链格孢的生长受到抑制，精油浓度为500 μL/L时，病原菌抑制率高达62.0%，并且在12 d的保藏期内，果实无损伤、无异味，表明精油延缓了樱桃番茄品质的降低。杜小琴[23]通过在甜樱桃果实的包装箱内添加百里香精油，控制精油的浓度分别为250，500，750 μL/L，控制气调条件为5% O2+8% CO2进行实验。研究发现百里香精油与气调相结合后，果实的代谢程度降低，其可溶性固形物、维生素含量与对照组差异显著(P<0.05)，且果实在(0±1) ℃条件下的保鲜期长达50 d。

李彦虎等[24]利用花椒精油和芥末精油对双孢蘑菇进行熏蒸，并设定蒸馏水熏蒸作为对照，将样品于25 ℃进行保藏。结合感官分析，发现样品经0.1 mL/kg花椒精油和1.5 mL/kg芥末精油熏蒸后，双孢蘑菇的品质良好，其失重率降低，褐变减少，货架期由8 d延长至10 d。植物精油也可通过抗菌膜等形式应用在蔬菜保鲜中，在减少挥发的同时，发挥其保鲜效果。邓雯瑾等[25]将百里香精油制成抗菌膜，将鲜生菜的货架期延长至5 d。

3.2 植物精油在肉制品保鲜中的应用

在对牛肉制品的保鲜研究中，李磊等[26]以丁香精油、迷迭香精油和肉桂精油为保鲜剂，并以等量防腐剂进行对比，对新鲜牛排进行涂膜处理。通过测定牛排的过氧化值，发现在迷迭香精油作用下，牛排的蛋白质氧化程度最低，表明迷迭香精油的保鲜效果强于等量的防腐剂。为了进一步提高植物精油的稳定性，王旭歌[27]选取肉桂精油、百里香精油和生姜精油进行复配制成精油纳米微胶囊，对牛肉进行处理。结合感官评定，得出对照样品货架期为9 d，而实验组样品保藏12 d时，品质仍可被接受。

Syed I等[28]研究了百里香精油微乳液对羊肉的保鲜效果，通过将样品和对照品表面菌落总数等指标进行对比，发现在保藏期内，对照组的菌落总数为8.97个对数值，而样品的菌落总数仅为3.37个对数值，说明精油微乳液的保鲜效果良好。

郗泽文等[29]研究了柠檬精油纳米乳液对卤鸭脖的保鲜效果，发现样品经柠檬精油纳米乳液处理后，其pH增幅低于对照组，菌落总数为4.85个对数值，符合食用标准，并且样品的货架期由8 d延长至12 d。

3.3 植物精油在水产品保鲜中的应用

目前，常通过测定水产品的微生物菌落总数及过氧化值等指标，研究精油对水产品的保鲜效果。

Yildiz P O[30]研究了百里香精油对虹鳟鱼的保藏效果，将1%百里香精油均匀涂抹在虹鳟鱼片上，干燥后于真空条件下进行包装，并于4 ℃下进行保藏。研究发现，在90 d的保藏期内，样品中嗜冷菌的菌落总数为4.90个对数值，远低于对照组的10.36个对数值。通过测定样品菌落总数，表明精油能够有效抑制腐败菌的生长，延长了样品的保藏期。

Erkan N等[31]选取百里香精油与月桂精油为保鲜剂，共同作用于蓝鳍金枪鱼，通过测定样品的过氧化值来考察精油的保鲜效果。实验发现，经1%百里香精油和1%月桂精油处理后，样品的过氧化值低于对照组近20 meq/kg，表明样品被氧化的程度低于对照组；结合感官评定，得出样品的货架期由9 d延长至12～13 d。

3.4 植物精油在其他食品保鲜中的应用

在奶制品的保藏中，Diniz S等[32]利用牛至精油和迷迭香精油作为冷藏奶酪的保鲜剂，通过测定样品中乳酸菌以及O157:H7大肠杆菌的菌落总数评定精油的抑菌效果。研究发现，样品在0.03 μL/g牛至精油和1.32 μL/g迷迭香精油的作用下，乳酸菌数量基本不变，而大肠杆菌在最初的12 d内，菌落总数下降了3.0个对数值，说明植物精油可以在不影响奶酪发酵的同时，抑制大肠杆菌的生长。在烘焙食品的保藏中，Gonçalves N D等[33]研究了百里香精油对手工蛋糕的保鲜效果，发现经植物精油作用后，蛋糕在25 ℃下保存30 d时，其霉菌菌落总数不超过1.0个对数值，远低于未添加植物精油时样品的菌落总数(5.21个对数值)，表明植物精油可以充当防腐剂应用在烘焙食品中。精油也可应用于大米的防腐，卢锟等将肉桂精油和山苍子精油复配后作用于大米青霉以及黑曲霉，发现精油对两种霉菌均呈现良好抑制性，且最小抑菌浓度均为0.1 μL/mL。

3.5 植物精油作为风味助剂

近年来，有学者将植物精油作为风味助剂对饮品风味进行调节，如用柚子精油调配果酒，使果酒味道更加浓郁。詹永等[34]利用风味茶精油进行调配，研制出风味凉茶。结合感官评定，发现当风味茶精油浓度为5 g/L时，凉茶颜色为浅褐色，茶体均匀，无沉淀，口感宜人。植物精油也可用作油类的风味助剂，Wang D等将石榴精油作用于葵花油，结合感官评定，发现样品的风味和口感良好，且样品的总体可接受性强(P<0.01)。

为了进一步发挥植物精油风味助剂的特性，Hoda H M等[35]将肉桂精油进行加工修饰，制成微胶囊作用于饼干，同时利用顶空固相微萃取以及GC-MS对饼干的成分进行分析。研究发现，精油微胶囊将饼干焙烤过程中产生的易挥发性风味物质进行保留，并减缓了脂质的降解，在90 d的储藏期内，饼干品质稳定、感官评分较高，因此肉桂精油微胶囊可以作为饼干的风味助剂。

4 展望

植物精油的种类多种多样，来源广泛，已被广泛应用于食品行业。为了进一步拓宽植物精油在食品行业的应用，需要从多个方面深入研究植物精油。首先，植物精油成分复杂，其抗氧化机理仍处于探索阶段，因此对植物精油作用机理的研究有利于其在食品加工中的应用。其次，植物精油的增效复配可以进一步提升精油的抗氧化活性和抑菌活性，为精油作为食品添加剂的应用研究提供动力。植物精油含有特殊气味，对光和热敏感，因此借助载体对精油进行加工可以将不悦气味进行遮蔽，并且提升植物精油的稳定性。相信不断地发展，植物精油微胶囊以及精油纳米材料的研究会成为主流趋势，植物精油将会拥有更加广阔的应用前景。