植物精油及其单体成分对水果腐败菌的抑菌活性及作用机理研究进展

邵慧珊，朱丽云,2,*，陈俞苡，钱恺亮，金 斐，高永生,2

（1.中国计量大学现代科技学院芳香工程技术研发中心，浙江 杭州 310018；2.杭州伊韵诗生物科技有限公司，浙江 杭州 310018）

水果生产存在季节性、区域性和易腐性3大特点，目前常用的水果保鲜方法有物理方法和化学方法两大类。物理方法主要通过低温、气调、低剂量辐射、高压、涂膜等方式，而化学方法主要采用山梨酸钾、苯甲酸钠等化学防腐剂进行保鲜。由于化学方法在实际应用中存在一定的安全隐患，因此寻求一种天然、安全的广谱抑菌植物防腐剂是研究者们关注的热点之一。精油是植物自身的次级代谢产物[1]，因具有穿透力强、抑菌效率高、分子量小、易吸收和成分复杂不易产生耐药性等特点，在食品、化妆品、医药等行业具有广泛的应用前景[2-3]。

1 水果腐败常见微生物分析

水果在贮藏早期，霉菌的生长繁殖速度较慢，但通常情况下三分之二的水果腐烂是由青霉属、曲霉属、葡萄孢属和链格孢属等霉菌侵染引起的。

从表1中可知，柑橘、苹果、杨梅等常见水果在贮藏过程中常受到青霉菌、小丛壳属、展青霉、链格孢、炭疽菌、根霉等不同霉菌的侵染，导致水果出现不同程度的腐烂，降低食用价值。霉菌引起的较明显病症是产生霉状物、粉状物，可能出现凹陷、水渍状病斑等。有些水果虽未被侵染得很严重，但表面已存有病斑。部分水果致腐菌（如心腐型）使果实从中心开始烂，逐渐向外皮蔓延，等发现时已经彻底腐烂失去价值。柑橘链格孢根据感染水果种类和部位不同，可分为心腐型、蒂腐型、黑腐型、干疤型，表现出不同的病症。霉菌侵染水果表面是水果腐烂的主要原因，且一旦腐烂，病症难以消失，需提前预防，如在仓储时喷洒抑菌药剂或在水果表面覆膜等，延长水果贮藏期。

表1 水果腐败常见微生物及其特征Table 1 Common microorganisms and their characteristics in fruit putrefaction

2 植物精油对水果霉菌的抑制作用研究

植物精油是从植物不同组织（如花、果实、茎、叶等）中提取的挥发性次生代谢产物，具有多种生物活性功能[17]。据报道，丁香、艾蒿等植物精油对水果中多种霉菌均具有一定的抑制作用，是潜在的天然水果保鲜剂、防腐剂。具有保鲜、防腐活性的植物精油种类、主要成分、作用对象及效果如表2所示。

从表2中可知，不同精油对不同霉菌的抑菌效果各不相同，如对柑橘常见腐败菌——意大利青霉和指状青霉的抑菌作用由大到小为：肉桂精油＞丁香精油＞牛至精油＞百里香精油[20]，而蒋志国等[36]则认为，丁香精油的防腐保鲜效果优于肉桂精油，因其除了抑制青霉菌外，还能激发宿主防御反应，抑制丙二醛（MDA）的积累，有效地控制由青霉菌引发的柑橘类水果其他发病率[37]。综合植物精油对不同霉菌的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）测定结果，牛至精油抑菌作用强弱依次为：意大利青霉＞指状青霉＞赤霉菌＞白地霉菌＞毛霉菌[22-23]；肉桂精油抑菌作用强弱依次为：意大利青霉=指状青霉＞白地霉菌=赤霉菌＞黑曲霉＞毛霉菌[22-23,26]；丁香精油抑菌作用强弱依次为：意大利青霉=白地霉菌＞冬枣青霉＞毛霉菌＞枝孢样枝孢霉＞赤霉菌[20-23]；百里香精油抑菌作用强弱依次为：胶孢炭疽＞毛霉＞灰霉=根霉=黑曲霉＞意大利青霉=指状青霉[29,31]；芥末精油抑菌作用强弱依次为：灰霉菌＞链格孢菌＞青霉菌[35]；山苍子精油抑菌作用强弱依次为：白地霉菌=赤霉菌＞黑曲霉=绳状青霉＞毛霉菌[23,26-27]；橙皮精油对杂色曲霉和产黄曲霉抑菌作用类似，而对青霉菌相对较弱。

表2 植物精油的抗霉菌活性研究Table 2 Anti-mold activity of essential oils from plants

3 精油单体成分的抑菌机理研究

3.1 香芹酚

香芹酚又名2-甲基-5-异丙基苯酚，是牛至、百里香、肉桂等许多植物的天然有效成分，也是植物精油中具有抗菌活性的单体成分之一，由于其有益的生物活性，尤其是具有止痛、抑菌、抗氧化活性而备受关注，表3列举了香芹酚对部分霉菌的抗菌机理。

由表3可见，香芹酚的抗菌机理主要有以下几个方面：①精油中的脂溶性物质进入细胞膜，破坏细胞膜的结构，导致内容物泄漏，影响胞液的体积、蛋白质含量、pH等，因细胞器膜的成分与细胞膜相似，溶酶体等细胞器内容物也可外泄；②降低孢子萌发率，影响菌丝正常生长；③孢子表面出现凹陷、穿孔，菌丝发生扭转、断裂；④影响细胞内遗传物质合成；⑤影响细胞的呼吸作用和抗氧化酶活性。

表3 香芹酚对不同霉菌的抗菌机理Table 3 Anti-mold mechanism of Parsley

3.2 柠檬醛

柠檬醛又名2,6-二甲基-2,6-辛二烯醛，呈浓郁柠檬香味，存在于柠檬、马鞭草等植物中，具有较强的抑菌、抗氧化活性，表4列举了柠檬醛对部分霉菌的抗菌机理。

根据柠檬醛对黄曲霉、烟曲霉、互隔交链孢等霉菌的抑菌研究（表4）发现，柠檬醛的抗菌机理主要有以下几个方面：①破坏微生物的氧化还原反应系统，DNA和RNA的合成速度变慢，而RNA分解速度不变，导致细胞中的DNA、RNA含量变少，细胞代谢变慢，产生能量的速度也变慢；②对能量代谢进行限制，孢子梗的分化受到影响，从而抑制菌体的生长；③影响孢子膜内外物质的交换，从而引发孢子体内活性氧和MDA的过度积累，导致孢子膜脂过氧化；④麦角甾醇含量下降。

表4 柠檬醛对不同霉菌的抗菌机理Table 4 Anti-mold mechanism of citral

3.3 肉桂醛

肉桂醛通常称为桂醛，又名苯基丙烯酸，天然存在于斯里兰卡肉桂油、桂皮油、藿香油、风信子油和玫瑰油等精油中，一般常见的是反式肉桂醛，为植物精油中具有抗菌活性的单体成分之一，表5列举了肉桂醛对部分微生物的抗菌机理。

表5 肉桂醛对不同微生物的抗菌机理Table 5 Anti-antimicrobial mechanism of cinnamaldehyde

从肉桂醛对酵母和黄曲霉、黑曲霉、烟曲霉、灰霉病菌、稻曲霉这几种霉菌的抗菌机理研究发现，肉桂醛主要破坏霉菌等微生物细胞膜、细胞壁的完整性，使细胞液外流，干扰氧化还原系统，使菌体能量枯竭，其抗菌机理和柠檬醛、香芹酚等单体相似，但也具独特性：通过改变细胞内一些重要的代谢平衡、调节基因的表达，从而影响脂肪酸的氧化水平和超氧化物歧化酶（SOD）活性，使超氧自由基浓度上升，菌体加速衰老，膜蛋白交联失去作用，膜蛋白作为膜内外物质交流的门户，其结构被破坏，精油的抑菌成分更易进入细胞，使膜内物质流失更迅速，最后导致菌体破裂死亡。

3.4 百里酚

百里酚又名2-异丙基-5-甲基苯酚，是香芹酚的同分异构体，具显著的防腐作用，表6列举了百里酚对灰葡萄孢、尖镰孢、灰霉菌、腐皮镰孢和匍枝根霉5种霉菌的抗菌作用机理。

由表6可知，百里酚主要通过以下方面起抑菌作用：①破坏细胞膜、细胞壁，导致内容物流出；②影响真核细胞质膜成分糖鞘脂的生物合成和代谢，影响糖鞘脂调控细胞增殖作用[58]；③线粒体膜电势超级化，抑制TCA循环关键酶，造成线粒体功能障碍、促进细胞氧化损伤。

表6 百里酚对不同霉菌的抗菌机理Table 6 Anti-mold mechanism of thymol

3.5 丁香酚

丁香酚又称4-烯丙基-2-甲氧基苯酚，具有较强的抑菌作用，广泛存在于丁香、肉桂叶、肉桂皮、樟树、肉豆蔻等芳香植物中，表7列举了丁香酚对几种霉菌的抗菌机理。

表7 丁香酚对不同霉菌的抗菌机理Table 7 Anti-mold mechanism of eugenol

丁香酚对霉菌的抑菌作用主要表现在：①破坏细胞膜透性，使蛋白质等胞内物质泄漏，引起菌丝变形；②引起细胞质聚沉，影响TCA循环中SDH、IDH等相关基因表达，使菌体凋亡。

4 总结与展望

植物精油对引起水果腐败的霉菌具有较强的抑制作用，主要通过破坏霉菌菌丝或孢子细胞壁、细胞膜，降低孢子萌发、破坏氧化还原系统、干扰DNA和RNA合成以及能量代谢异常等途径导致细胞死亡。植物精油成分十分复杂，目前研究主要集中在精油（作为一个整体）或单一活性成分（活性单体）的抗菌作用，其活性单体之间或多种成分之间的协同作用研究尚有待于开展。

水果含糖量较高，容易引起霉菌的滋生和繁殖，从而导致水果腐败，植物精油作为天然抗菌剂，具有广谱、高效、毒副作用小、安全性高等特点，可通过熏蒸、浸泡等方式有效抑制水果腐败菌生长，如肉桂精油在苹果、猕猴桃中的熏蒸或浸渍处理，丁香精油在冬枣、蓝莓等水果中的防腐应用等，植物精油在水果防腐保鲜领域具有广阔的应用前景。