天然香辛料的功能特性及其在肉与肉制品中的应用研究现状

李芳，李洪军,2，李少博，贺稚非,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400715)

香辛料是食品加工过程中不可或缺的辅料之一，至今已有几千年的历史。近年来，其产量不断增大，据世界粮农组织数据显示，2015年全球的香辛料总产量为213.9万t，2016年增长至243.4万t，2017年达到280.7万t，同比增长15.3%[1]。香辛料不仅具有调味、着色、增香、促进食欲等作用，还有抗氧化和抑菌等活性，因此，其作为添加剂广泛应用于现代食品加工领域。出于对饮食健康的考虑，消费者更青睐添加剂较少或只含天然添加剂的食品，与化学合成香辛料相比，安全无害的天然香辛料更受大众喜爱[2]。目前对天然香辛料的研究主要集中于其功能特性(调味、抗氧化、抑菌、抗炎症、抗癌等)，以及如何利用这些特性来改善食品的贮藏性能[3]。天然香辛料的抗氧化活性主要与其所含有的酚类物质有关，如今，关于阐明其抗氧化机制的研究已基本成熟[4-6]。而在抑菌活性的研究上，虽然已有大量文献表明天然香辛料对多种有害微生物的生长繁殖有抑制作用[7-11]，但关于其抑菌原理的探讨尚无统一定论[12]。此外，关于天然香辛料的抗炎症[13-15]，抗癌[16-18]等活性研究则更偏向于发掘其医学价值。

我国是肉与肉制品的生产大国和消费大国，肉品质量十分重要，在其加工或保藏过程中添加天然香辛料不仅可以改良肉品风味，还能够减缓肉品氧化腐坏，延长其货架期[10,19-22]。近年来关于天然香辛料在肉和肉制品中的应用主要集中于香辛料对肉和肉制品食用品质[10,23-24]、加工品质[25-27]及贮藏品质[28-30]的影响。不仅研究天然香辛料的组成(单一或混合)[24,28,30]、形态(水/乙醇提取液型、固体型)[10,22]等对肉与肉制品的影响，而且国内外均开始采用将天然香辛料与其他方法(复配精油[20]、活性膜[21,31-32]、涂层[23]、气调包装[33]、纳米纤维[34]等)结合的方式，以增强天然香辛料对肉与肉制品的防腐保鲜功效。目前，关于天然香辛料在肉和肉制品中的应用研究较多，但缺乏对天然香辛料功能特性和其在肉与肉制品中作用机理的系统性分析与总结。本文以此为出发点，概述了天然香辛料的功能特性以及在肉与肉制品中的应用现状，并进一步探讨了天然香辛料的发展趋势，旨在为天然香辛料的开发利用提供一定的参考。

1 天然香辛料概述

1.1 天然香辛料定义

香辛料是一类具有香、辛、麻、辣、苦、甜等典型风味的调味品，是食品工业中最重要的添加剂之一。香辛料中最常用的是天然香辛料，天然香辛料是可直接使用的具有赋香调香调味功能的植物果实、种子、花、茎、根、叶、皮、整植株等天然植物性产品[35]。天然香辛料不仅作用于食品的调色增香，其良好的抗氧化抑菌活性也使其迅速成为食品保藏领域潜在的绿色防腐剂，可满足消费者对健康饮食的需求。

1.2 天然香辛料的分类

不同植物来源和不同部位的天然香辛料用途各异，主要和香辛料本身的特征风味有关，如生姜去腥、辣椒增味、茴香增香。天然香辛料的分类方法有许多，如按呈味特性、植物的利用部位、形态、原料组成、加工方式、用途等，其中最常规的分类是依照其呈味性质，分为浓香型、辛辣型、淡香型天然香辛料[35]。浓香型有丁香、小豆蔻、茴香等；辛辣型有大葱、花椒、生姜等；淡香型有甘草、迷迭香、孜然等。天然香辛料通常来自于植物的特定器官，所以也可按植物的利用部位将其分为果实型(辣椒、花椒、小豆蔻等)、种子型(芹菜、芝麻、白欧芹等)、花蕾型(丁香、刺山柑等)、叶和茎型(香椿、月桂、薄荷等)、树皮型(大清桂、桂皮等)、鳞茎(大蒜、洋葱等)、柱头型(藏红花)、假种皮(肉豆蔻)[35]。按形态可分为完整型(辣椒、花椒粒等)和粉碎型香辛料(辣椒粉、花椒粉等)，后者的气味释放更加彻底。按原料组成可分为单一型(陈皮、花椒、丁香等)和复合型(五香粉、十三香等)。按加工方式可分为原料型(不处理直接使用，如辣椒、桂皮、胡椒)；精油型，即植物中富含特征风味的小分子化合物被提取纯化后得到的物质；油树脂型，即采用合格挥发性溶剂或超临界法萃取纯化香辛料粉末后，得到的带有芳香味道和特定性能的深色物质；微胶囊型，即采用微胶囊技术将植物的挥发性风味物质包埋(能减少环境因素对天然香辛料的不良影响)；乳液型，即天然香辛料被萃取后得到的油水混合液等[36]。按用途可分为辣味型(生姜、大蒜、胡椒等)、麻味型(花椒)、苦味型(陈皮、砂仁等)、着色型(辣椒、姜黄、藏红花等)、芳香型(肉桂、丁香、肉豆蔻等)、去异脱臭型(白芷、桂皮、良姜等)、增香型(百里香、茴香、香叶等)。目前，根据国家标准GB/T 21725—2017(天然香辛料 分类)，天然香辛料的种类共有67种，而国家标准GB 2760—2014规定允许使用的食品用天然香料品种为393种(包括植物原料以及从中提取的各类物质等)。关于天然香辛料作为食品添加剂的用量规定较为复杂，同一种天然香辛料在不同食品中的用量限定可能不同，如姜黄在熟制坚果、膨化食品中的添加可根据生产需要而定，但在果冻、糖果中的最大使用量则分别为0.01、0.7 g/kg。

2 天然香辛料的功能特性及其作用机制

天然香辛料中除一般的芳香物质和色素外，还具有多种功能性成分，有抗氧化、抑菌、抗炎症、抗癌的潜力[29]，不仅可以作为调味着色增香物质用于肉品加工中，也可以在肉品贮藏保鲜中起到抗氧化抑菌等作用[3]。除改善食品品质之外，天然香辛料的免疫活性也对促进人体健康有重要作用，如消炎，抑制肿瘤细胞生长等[16]。

2.1 调味增香着色

天然香辛料能够赋于食品香、辛、麻、辣、苦、甜等典型风味。在肉品加工过程中，添加天然香辛料可以掩盖原料的膻味腥味等异味，防止产品风味受影响。天然香辛料中的大量功能性小分子能有效抑制有异味的挥发酸的产生，且其本身所含的芳香物质也可对肉制品中的不良风味进行掩蔽从而达到抑臭除异味的目的[36]。月桂叶、肉豆蔻、姜、蒜等都能减少肉制品中挥发酸的产生，但实际操作时需按原料特性来选择添加的天然香辛料种类[36]。例如处理牛肉一般用葱、姜、蒜、八角调味，猪肉则选择肉豆蔻、大蒜等。除矫正气味，天然香辛料还能赋予肉制品独特诱人的风味，这与其含有的某些化学物质(如苯丙素类、单萜类、其他酚类化合物)的芳香基团有关[3]。香辛料中若含丁香酚、香兰素、胡椒碱、肉桂醛等化合物可大大增强肉制品的香气风味[37]。另外，天然香辛料中的类胡萝卜素、姜黄素、辣椒红素等色素能起到增加肉制品色泽的作用，比合成色素更为安全无毒，且具有多种其他功能(如抗氧化等)。

2.2 抗氧化活性

许多天然香辛料含有酚酸类、黄酮类、萜类、醛类、酮类等活性成分，具有较强的抗氧化活性。含抗氧化成分的天然香辛料有茴香、肉桂、丁香、芫荽、孜然、姜、辣椒、迷迭香等[38]。这些天然抗氧化成分可用于抑制脂质氧化和蛋白氧化。脂质氧化主要是由自由基的自动催化引起的包括链的引发、传递、终止2个阶段的反应。环境中产生的自由基夺取不饱和脂肪酸中的氢原子，使其形成烷自由基，烷自由基与环境中的氧反应生成过氧化自由基，过氧化自由基也开始攻击其他脂肪酸分子生成氢过氧化物和烷自由基，烷自由基又开始下一轮的链式反应。天然香辛料中的酚酸类和黄酮类等化合物的分子结构中含有活性氢，活性氢易与链式反应过程中产生的活跃过氧自由基结合形成稳定的氢过氧化物，从而可清除自由基，阻止自动氧化链式反应的进行，阻止脂质的进一步氧化，而脱氢后的这些化合物则变成稳定半醌式结构的酸基自由基，酸基自由基是良好的电子供体，可螯合催化自由基链式反应的金属离子[4]。除直接作用于自由基外，这些抗氧化的天然化合物还能同时影响与自由基相关的酶系活动，抑制氧化酶如脂氧化酶的活性，激活抗氧化肽，促进其与多不饱和脂肪酸相互作用；还能钝化Fe2+、Cu2+等这些介导脂质过氧化和催化自由基产生的过渡金属离子，延缓氧化反应速率[5]。蛋白氧化机理类似于脂质氧化原理，也是自由基链式反应。植物(包括天然香辛料)多酚物质对蛋白氧化的抑制机理主要表现在4个方面[6]：多酚中的酚羟基是良好的氢供体，可清除自由基和活性物质从而减缓或阻断链式反应；多酚可清除非自由基衍生物(将Fenton反应产生的羟自由基转化为水，从而清除H2O2);多酚还具有螯合过渡金属离子的作用；多酚也可作为高铁肌红蛋白的还原剂，使肉品保持良好色泽。

2.3 抑菌活性

食品在保藏过程中常因微生物侵袭而导致风味变差，甚至出现变质等问题。为保持食品原有的良好品质，必须在食品加工过程添加防腐剂。而人工合成的防腐剂(如苯甲酸钠、山梨酸钾、亚硝酸盐)对人体健康有潜在危害，所以开发安全无害的天然防腐剂已成为一种必然趋势。多数天然香辛料的提取物中因含有酚类等化合物而对多种微生物(如细菌、酵母菌、霉菌、病毒等)有抑制作用[39]。虽然这些提取物的抗菌活性效果明显，但其抗菌机制尚不完全清楚[12]。有研究表明，酚类物质的亲脂性是抗菌的关键所在，因为亲脂性化合物能通过破坏细胞膜的完整性和细胞的渗透平衡损伤微生物的结构和功能，细胞内离子、ATP、核酸、氨基酸被迫流出，进而破坏酶系统，破坏微生物的遗传物质，营养物质摄入减少，核酸合成和ATP酶活性下降[12,40]。研究表明，百里香、牛至、迷迭香等香辛料精油可抑制牛肉丸中金黄色葡萄球菌、单核增生李斯特菌、肠沙门氏菌、空肠弯曲杆菌的生长[7]；肉桂醛、丁香酚、异硫氰酸烯丙酯、香菜酚能抑制生鸡肉中A型产气荚膜梭菌的繁殖[8]，肉桂、苦艾、生姜等精油能抑制熟鸡胸肉中产气荚膜梭菌的繁殖[9]。此外，有研究发现，香辛料提取物也可通过抑制腐败菌的生长来减少香肠中生物胺的产生[10]。考虑到天然香辛料的抑菌作用是否会影响食品中的有益微生物，CHAN等[11]研究了牛至、丁香等的提取物对5种常见的食源性致病菌(蜡状芽孢杆菌、大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌等)和5种乳酸菌(嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌等)的抑制作用，结果显示这些提取物只对致病菌有抑制作用，而不影响益生菌的生命活动。但单一的天然香辛料提取物的防腐效果可能不太理想，在实际生产中应采用复合天然提取物来达到抑菌目的，延长食品保质期。

2.4 抗炎症活性

尽管现代医学发展迅速，但如哮喘、关节炎、风湿病、动脉粥样硬化等慢性炎症性疾病仍是困扰各国医药治疗的健康问题。这些炎症性疾病通常与前列腺素的合成有关，其中涉及的关键酶是环氧化酶(COX)，COX是同工酶，分为COX-1和COX-2，一般可以通过调整这2种酶的活性来实现对炎症的调节作用[13]。除医学常规药物，利用天然香辛料的抗炎症活性来预防和治疗炎症也有不少研究。其抗炎症活性的机理一般是抑制COX-2的酶活性和促炎性细胞因子(IL-1、IL-6、TNF-α)的分泌，促进抗炎细胞因子IL-10的产生[13]。EPSTEIN等[14]研究了从姜黄根中提取的羟基肉桂酸——姜黄素的抗炎作用，在体内外实验中发现姜黄素可以减少NF-kB、COX-2、促炎性细胞因子。MUELLE等[15]对30种天然物质(水果、天然香辛料、药草)的抗炎活性进行测定，结果表明辣椒是抗炎活性最佳的香料，抗炎症活性成分如芹菜素、辣椒素、香叶木素等可抑制IL-6和TNF-α的分泌。此外，牛至中的萜类化合物可通过减少促炎细胞因子的产生以及增加IL-10的合成而对动脉粥样硬化的细胞模型具有抗炎作用[41]。虽然，在体内和体外模型中对天然香辛料抗炎活性的研究已有很多，但现在还未能完全证明这些物质能否有效预防人类的炎症性疾病。

2.5 抗癌活性

2019年世界卫生组织发布的报告指出，2018年约有960万人死于癌症，癌症一直是医学界的最大难题之一，也是仅次于心脏病的第二大死因[42]。癌症治疗的经济成本也在逐年攀升，昂贵的治疗药物促使研究者开始寻求低廉安全的代替物，而此前已有关于天然香辛料可降低癌症风险或改变肿瘤习性的研究报道，因此研究者对天然香辛料的抗癌潜力十分感兴趣[14]，但目前对于天然香辛料的抗癌机制还无统一定论。OMAR等[17]综述了大蒜活性成分有机硫化合物(烯丙基衍生物为主)的抗癌机理：主要是抑制细胞突变，调节与癌症有关的酶活性，清除自由基，抑制DNA加合物的形成，以及抑制肿瘤细胞生长增殖和诱导凋亡，抗癌作用已在实验动物的胃、结肠、肺等中得到证明。KASCHULA等[18]在研究大蒜中阿霍烯诱导人乳腺癌细胞MDA-MB-231和食道癌细胞WHCO1凋亡的机理时发现，阿霍烯是通过靶向肿瘤细胞中内质网上蛋白质折叠来实现抗癌作用的。除大蒜外，生姜、姜黄、黑孜然等对人的皮肤癌、胃癌、肝癌、结肠癌等也存在预防作用[16]。尽管还未应用于临床试验，但天然香辛料可能会成为抗癌天然药物的来源之一。

3 天然香辛料在肉与肉制品中的应用

肉与肉制品生产加工过程中的两大问题是蛋白质和脂质氧化及微生物的污染。为解决这2个问题，肉品加工过程中通常采用添加抗氧化剂和防腐剂的方法，以此减缓氧化和延长肉品保质期，而这些被使用的抗氧化剂和防腐剂大多为化学合成物，对人体健康有一定的安全隐患。因此，为保证肉品的安全无害，研究人员开始将具有抗氧化抑菌等活性的天然香辛料应用于肉与肉制品的加工及保藏。

3.1 天然香辛料在原料肉中的应用

市面上销售的肉大致分为2种：冷鲜肉和冻肉，这2种肉分别在温度0～4 ℃和-18 ℃下销售，它们在贮藏过程中可能会发生脂质氧化和微生物污染。脂质氧化会引起鲜肉品质如颜色、风味、气味、质地，甚至营养价值变差，微生物的生长繁殖会导致鲜肉变质腐败[43]。鲜肉保藏往往是通过冷藏手段，效果欠佳，而合成防腐剂的使用不易被消费者接纳，因而如何利用天然防腐剂保持鲜肉品质已成为一种必然趋势。ZHANG等[28]研究了丁基羟基甲苯、迷迭香、丁香，以及香辛料混合物对生鸡肉的抗氧化和抑菌效果，结果表明，丁香对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基的清除能力强于迷迭香，2种香料都对鲜肉中微生物的生长和脂质氧化有很好的抑制作用，两者均可作为潜在的生鸡肉天然防腐剂。在生猪肉的保鲜方面，SHAN等[44]分析了肉桂、牛至、丁香等5种物质对猪肉中单核增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、肠道沙门氏菌的抑制作用和对脂类氧化的减缓作用，实验结果表示这5种物质均对细菌有抑制效果，经这些物质处理后，猪肉中与脂质氧化相关的硫代巴比妥酸反应物显著下降，其中丁香的抑制作用最佳。

表1 部分天然香辛料在原料肉中的应用Table 1 Application of some natural spices in meat

3.2 天然香辛料在肉制品中的应用

天然香辛料在肉制品中应用的研究着重于其对香肠的作用，其他肉制品类也有涉及。表2列举了部分天然香辛料在肉制品中的应用事例。天然香辛料不仅在香肠的制作过程中起到调味增香之效，而且可应用于香肠保藏，有抑制氧化腐败，改善感官品质的作用。SUN等[10]研究了肉桂、丁香、茴香提取物对哈尔滨香肠中生物胺和微生物的抑制作用，结果显示，香辛料抑制香肠中尸胺、腐胺、组胺等生物胺生成的作用显著，挥发性盐基氮明显降低，与生物胺产生有关的好氧菌和肠杆菌总数减少，香肠的感官品质显著提高。花椒粉可明显抑制风干肠加工过程中的有害微生物的生长，促进乳酸菌的繁殖，促进醇酸物质发生酯化反应，从而使风干肠体系中的酯类挥发性风味物质增加(十四酸乙酯、十六酸乙酯、亚油酸乙酯、癸酸乙酯等)，增强风干肠优良风味[25]。在实际生产中，香肠中添加的香辛料往往不是单独作用，而是多种香料一起使用。在发酵香肠中加入混合天然香辛料(辣椒、黑胡椒、大蒜等)可有效降低发酵过程中产生的酪胺和腐胺，保持香肠原有的风味和质地。CANDIA等[24]研究发现香辛料可使香肠中的大肠杆菌，蜡样芽胞杆菌等微生物数量减少，有效防止微生物污染。TERJUNG等[46]还探讨了经发酵的香辛料和两种商用抑菌剂(乳酸钠和月桂酸酯)对乳化香肠的抑菌效果，发现发酵香辛料对李斯特氏菌的抑制作用明显强于商用抑菌剂。

此外，天然香辛料还广泛应用于其他肉制品中，如腌腊肉[47-48]、肉干[49]、熏烤肉[26]、肉丸[27]、肉馅饼[30,50]、熟肉[22-23]等。大蒜、花椒、胡椒常用于腊肉的调味，但最近研究表明，胡椒的乙醇提取物对自由基DPPH自由基、2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS)自由基有清除能力的半抑制浓度(IC50)分别仅为0.03、0.51 mg/mL，而大蒜的提取物对腊肉中常见的致病菌和乳酸菌的最低抑制浓度和最小杀菌浓度分别为8.8～141.4、8.8～282.2 mg/mL，证实了天然香辛料在腊肉中的防腐潜力[47]。CHABBOUH等[48]在研究调理突尼斯腌肉的大蒜，干辣椒粉等天然香辛料对肉的影响时发现，这些香辛料会使腌肉中的粪大肠菌群减少23%，盐和水分含量下降，加速腌肉的干燥速度。而大蒜、芫荽等加入印尼肉干中可降低肉的亚硝酸盐和丙二醛含量[49]。牛肉经姜黄、生姜和柠檬草的浸泡液处理后，可大大减少熏烤后肉中的杂环胺物质，从而减少中毒和致癌风险[26]。在180 ℃油炸的牛肉丸和鸡肉丸中掺入0.5%大蒜、洋葱、红辣椒、辣椒粉、生姜和黑胡椒粉，可减少杂环胺的产生，而在减少多环芳烃方面，在牛肉丸中起作用的只有生姜，大蒜、洋葱、黑胡椒和生姜则可在鸡肉丸中发挥作用，这些香料中的抗氧化成分可能是通过提供氢原子和转移单电子来减少或抑制活性自由基，从而干扰杂环胺的形成，对多环芳烃的抑制可能只与电子转移有关[27]。香辛料也可用于肉馅饼中减缓脂质氧化和减轻有毒物质的积累。ZHANG等[30]测定了黑胡椒和姜黄对肉馅饼中脂质氧化的延缓作用，结果显示黑胡椒可显著降低脂类氧化速率，姜黄中姜黄素也有抗氧化的效果。在肉馅饼中添加姜黄、红辣椒、丁香还可使丙二醛和杂环芳香烃等有毒物质大幅度下降，分别减少53.5%和6.6%[50]。另外，在即食的熟肉制品方面，天然香辛料主要用于调味，改善烹饪过程中的色泽破坏，以及延长熟肉的保质期。BOZKURT等[22]的研究证明了迷迭香和玫瑰茄的添加可使熟肉的色泽得到保护，还能延缓脂类氧化。在纳米乳液基涂层中加入八角精油、多聚赖氨酸、乳链菌肽，可用于肴肉(江苏名菜)的保藏，结果发现，该涂层显著降低了肉体系的pH和挥发性盐基氮，抑制微生物生长且使货架期从8 d延长至16 d[23]。随着研究的深入，天然香辛料在肉制品的作用已不局限于传统的调味增香，还能作为抑制氧化阻止有害微生物生长繁殖以及减少杂环胺、多环芳烃、亚硝酸盐等有害物质的绿色防腐剂。图1总结了天然香辛料的主要功能特性及其用途。

表2 部分天然香辛料在肉制品中的应用Table 2 Application of some natural spices in meat products

图1 天然香辛料的主要功能特性及其用途Fig.1 Main functional properties of natural spices and their application

4 结语

作为传统调味品的天然香辛料具有高效的抗氧化抑菌等作用，迅速成为食品保鲜领域特别是肉与肉制品保藏中潜在的绿色防腐剂，其他性能如抗癌、抗炎症等也在研究之列。国内对天然香辛料的研究主要集中在改善食品品质特性上，缺乏对其作用机制的系统性总结。因此，关于天然香辛料在肉与肉制品中应用研究应着重于如何最大限度发挥它们的防腐保鲜作用及其作用机理的阐明。研究表明，与单独作用相比，天然香辛料与其他保藏手段结合(其他植物提取物/活性膜/纳米纤维/气调包装等)方式更适于肉品的防腐保鲜，因此，后续研究也应继续研发这类结合手段并优化配比，深入探讨其工业化应用的可行性。