杜易潼，王 穎,*，薛婉玉，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）

樟科植物是一類數(shù)量龐大的被子植物，大多數(shù)為常綠或落葉的喬木或灌木。目前，全球已知樟科植物約有45 個屬、2 000～2 500 個種，我國有約20 個屬，包括樟屬（Cinnamomum）、木姜子屬（Litsea）、月桂屬（Laurus）、山胡椒屬（Lindera）、鱷梨屬（Persea）等[1]。上述屬中的主要代表植物有肉桂（CinnamomumcassiaPresl）、陰香（Cinnamomum burmannii(Nees et T.Nees)Blume）、香樟（Cinnamomum camphora(L.) Presl）、龍腦樟（Cinnamomum camphorachvar.Borneol）、猴樟（Cinnamomum bodinieriLévl.）、木姜子（Litsea pungensHemsl.）、香桂（Cinnamomum subaveniumMiq.）、山胡椒（Lindera glauca(Sieb.et Zucc.) Bl）、瓊楠（Beilschmiedia madang）以及牛油果（Persea americanaMill）等。其中肉桂、陰香、木姜子等為著名的藥材，具有悠久的入藥歷史；香樟和龍腦樟則能夠作為化工及醫(yī)藥行業(yè)常用的樟腦和樟油提取原料；香樟、潤楠、猴樟的木材堅硬、細(xì)致，常作為優(yōu)質(zhì)建材，在造船、家具制造等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值[2]；肉桂、山胡椒、月桂葉等作為傳統(tǒng)的香辛料，可以有效提高肉制品的品質(zhì)并延長其保質(zhì)期，是一種天然的抑菌劑及抗氧化劑[3]。

大量文獻(xiàn)表明，樟科植物在我國分布廣泛。例如，我國肉桂種植面積和年產(chǎn)量均居世界首位，種植面積約24萬 hm2，年產(chǎn)桂皮130 000 t、桂油2 000 t，肉桂產(chǎn)品出口亞洲、歐美的40多個國家和地區(qū)，年貿(mào)易額超過4億美元[4]；我國山蒼子（又名山雞椒，Litsea cubeba）總種植面積1.44萬 hm2，占全國經(jīng)濟(jì)林總面積的0.04%，其中掛果面積1.28萬 hm2，山蒼子油年產(chǎn)量14.01萬 t，總產(chǎn)值9.76億元[5]；四川省宜賓市宜賓縣油樟種植面積約50萬 畝（1 畝＝667.6 m2），年產(chǎn)值6 000萬元，已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模[6]。樟科植物的枝葉及種子中精油含量極高，是豐富的精油資源。早在20世紀(jì)50年代，樟科植物精油就已經(jīng)被開發(fā)及利用，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)樟科樟屬中種內(nèi)精油存在內(nèi)化學(xué)型（或生理型），即同屬同種的植物精油成分存在多樣性，即便同一種枝葉精油主要成分的化學(xué)型亦可能有較大差異，其中主要類型包括芳樟醇型、龍腦型、桉油素型以及異橙花叔醇型等[7]。早期針對樟科植物的研究主要集中在樟屬精油中，隨著近年來人們對豐富的樟科植物資源探索和利用的深入，肉桂屬、月桂屬、木姜子屬、山胡椒屬等的植物精油亦逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注。例如，山胡椒屬中的山胡椒精油、烏藥精油，在抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗氧化等方面效果顯著[8-9]。月桂屬中月桂精油抗氧化能力突出，同時也具有抗菌殺蟲等生物活性[10]。木姜子屬中木姜子和山蒼子的枝葉、果實均能產(chǎn)出精油，具有抗菌、鎮(zhèn)痛、治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、抗哮喘、抗腫瘤等藥理作用[11]。樟科植物精油主要生物活性及應(yīng)用如圖1所示。植物精油組成成分、含量及生物活性受生長周期[12]、提取部位[13]及方法[14]、地理環(huán)境[15]等多種因素的影響。目前關(guān)于樟科植物精油的研究內(nèi)容相對單一且研究對象相對分散，鮮見以科為集合的系統(tǒng)概述，且對其生物活性及作用機(jī)理報道有限。為了進(jìn)一步綜合分析和開發(fā)利用樟科植物精油，本文重點探討樟科植物精油的提取方法、化學(xué)成分及其影響因素、生物活性及其作用機(jī)理，以及它們在食品保鮮方面的應(yīng)用，以期為天然、綠色、健康的樟科植物精油的開發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

1 樟科植物精油的成分及其影響因素

植物精油成分的定性和定量分析現(xiàn)階段通常使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法。植物精油是一類次生代謝產(chǎn)物，由多種類別化合物組合而成，主要是萜類，其次是芳香族、脂肪族以及含氮、含硫類化合物。樟科植物中的萜類主要包括單萜及倍半萜類，其中前者包括檸檬烯、芳樟醇、松油烯、沙賓烯和月桂烯等[16-18]，后者則包括依蘭烯、咕巴烯、杜松烯、蓽澄茄油烯等[19-20]。萜類化合物是萜烯酶修飾的產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)中的羥基具有一定的抗菌作用，因此當(dāng)羥基結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，其對微生物的抑制能力也會發(fā)生改變[21]。芳香族化合物也是構(gòu)成精油揮發(fā)香氣的重要組成部分，大部分是小分子萜源衍生化合物，如對孟烷脫氫產(chǎn)物麝香草酚，此外，C6—H3骨架的桂醛、茴香醛、丁香酚也是由苯酚或其酯的形式轉(zhuǎn)變而來的[4]。精油中脂肪族化合物的含量相對較低，常見的為小分子異戊醛和異戊醇[22]。此外，含硫、含氮類化合物是精油刺激性氣味的主要來源。

1.1 生長周期對樟科植物精油成分的影響

生長周期亦可能對植物精油的成分產(chǎn)生影響。隨著植物的生長發(fā)育，其所含精油的組成均可能發(fā)生較大變化。例如，單萜烯烴是在花蕾期和整個開花期采集的植物精油樣品中最具代表性的化合物[13]。周麗免等[14]測定不同采摘時期的木姜子果揮發(fā)性化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)5、6、7月份采摘果實的化學(xué)成分?jǐn)?shù)量存在差異，分別為32、49、98 種，其中5月采摘果實的主要化學(xué)成分為雙戊烯、β-蒎烯等萜烯類化合物；6月和7月采摘果實中萜烯類化合物雖然含量逐漸下降但種類逐漸增多，而醛類物質(zhì)種類及含量均有所上升，且6月采摘果實中新增油酸、丙氨酸乙酯等揮發(fā)性化合物；7月采摘果實中新增香芹酚、乙酐、乙酸銨和呋喃類等化合物，且由于揮發(fā)性成分種類增多，果實氣味更為豐富和濃郁。Fajar等[20]研究探討了5、12、20 年生陰香樹齡對葉、枝、干樹皮揮發(fā)油產(chǎn)量和化學(xué)成分的影響。結(jié)果表明，12 年生樹木精油中肉桂醛和反式肉桂醛的總含量最高，其次是5 年和20 年生樹木。隨著植物的成熟，其積累精油的緊迫性降低，化合物呈現(xiàn)多樣化趨勢。隨著陰香樹齡的增加，其肉桂乙酸酯的含量呈下降趨勢。在樹齡達(dá)到5 年左右，其開花初期后肉桂乙酸含量達(dá)到穩(wěn)定，并隨著樹齡的增長而下降。此外，20 年生樹木的葉片精油中含有10%的香豆素衍生物（α-苯并吡喃酮），而5 年和12 年生樹木幾乎不含此成分。

1.2 提取部位對樟科植物精油成分的影響

樟科植物分布廣泛，同株植物不同部位的組成和結(jié)構(gòu)各不相同，其化學(xué)組分也存在一定的差異。由表1可知，采用水蒸氣蒸餾（hydrodistilation，HD）法提取時，香樟枝、木的精油主要成分以樟腦為主，根以黃樟素為主[17]；而腦樟6 個不同部位的精油中，葉、新枝、老枝、樹干主要的化學(xué)成分為樟腦，主根、側(cè)根為黃樟油素，新枝和老枝的主要成分十分接近，主根和側(cè)根較于其他部分精油成分種類少，以黃樟油素、樟腦和1,8-葉桉油素為主[18]；由此可見，樟屬精油中常見主要成分有樟腦、芳樟醇、1,8-桉葉油素等。而瓊楠屬葉和樹皮的精油以倍半萜烯為主[19]；月桂屬花、葉和樹皮的精油以單環(huán)單萜類化合物（1,8-桉葉油素）、倍半萜化合物（β-石竹烯、β-欖香烯）為主，但各成分之間的含量存在一定差別[23]；木姜子屬中的山蒼子根和果實的精油主要成分含氧單萜，其他部分主要成分為單萜烴類，根和果以含氧單萜類（如檸檬醛、香茅醛、芳樟醇等）為主，莖和其他部分則以單萜類（如β-水芹烯、檸檬烯等）為主[24]。

表1 HD法提取自樟科植物不同部位的精油主要化學(xué)成分比較Table 1 Comparison of major chemical components of essential oils from Lauraceae plants extracted from different plant parts by HD

1.3 提取方法對樟科植物精油成分的影響

精油的提取方法各異，不當(dāng)?shù)奶崛》椒ê筒僮鬟^程可能導(dǎo)致植物精油化學(xué)成分的破壞或改變，從而導(dǎo)致其生物和自然特性喪失，在極端情況下，可能會發(fā)生變色及風(fēng)味和物理變化[25]。目前，HD法、有機(jī)溶劑提?。╫rganic solvent extraction，OSE）法及超臨界流體CO2萃取（supercritical carbon dioxide extraction，SFE）法等[26]是常見的樟科植物精油提取方法。由不同提取方法所提取的精油成分亦可能有一定程度的差異，如表2所示，香樟、肉桂、木姜子、山胡椒這4 種植物經(jīng)不同的提取方法，主要化學(xué)成分種類基本一致，但含量不同。由提取方法形成的差異主要體現(xiàn)在揮發(fā)油的氣味、色澤、總化學(xué)成分?jǐn)?shù)量及含量等方面，林潔茹[26]通過對比HD、OSE及SFE這3 種方法，發(fā)現(xiàn)相較于后兩種方法，通過HD法得到的香樟精油氣味強(qiáng)且存在顏色差異，倍半萜烯類碳?xì)浠衔锖颗判蛞来螢镺SE法＞SFE法＞HD法；單萜類化合物含量排序依次為OSE法＞HD法＞SFE法；含氧單萜類化合物含量排序依次為HD法＞SFE法＞OSE法；3 種提取方法得到的精油提取量、密度、折光率及主成分差異不明顯。周麗免等[14]用熱油浸提、冷油浸提、超聲波輔助浸提和HD 4 種方法提取木姜子果精油，并利用GC-MS進(jìn)行成分分析，結(jié)果表明經(jīng)HD法提取的精油揮發(fā)性成分種類最多、含量最高。曾朝懿等[27]使用超聲輔助水蒸氣蒸餾（ultrasonic-assisted steam distillation，UASD）法、微波輔助水蒸氣蒸餾（microwave-assisted steam distillation，MASD）法和SFE法提取木姜子花精油，結(jié)果表明前兩種方法所提取的精油中檸檬醛、月桂烯、羅勒烯的含量相近；SFE法所提精油的萜類成分含量相較于前兩種方法較低，但芳香醇的含量卻遠(yuǎn)高于前兩種方法。MASD法可以從肉桂皮中獲得高比例含氧化合物，且油腺無明顯損傷，但倍半萜烴的比例較低，而HD法則相反[28]。此外，HD法相較于UASD法產(chǎn)生的倍半萜烴的種類較多，而含氧化合物的數(shù)量較少[29]。這可能是由于HD法的提取時間較長，導(dǎo)致一些活性化合物降解或分解，進(jìn)而使精油中含氧化合物的種類減少；此外，由于水解或酯交換作用，一些化合物可能被轉(zhuǎn)化為倍半萜烴[29]。

綜上，HD法由于提取設(shè)備、方法、材料簡單，適合大多數(shù)精油的提取，且獲得精油成分豐富，但存在提取時間長、揮發(fā)性化合物存在潛在損失、高能耗[30-31]、精油得率低的問題。經(jīng)OSE法提取的精油以單萜類化合物為主，萃取時間長，且精油得率較低，不適合大批量精油提取，且存在有機(jī)溶劑殘留的問題[26]。SFE法可增強(qiáng)流體溶解和滲透的能力，迅速使溶質(zhì)和溶媒達(dá)到平衡[32]，提取時間短但得率低，且精油中成分較其他方法種類少，適合短時間快速提取。為了達(dá)到更好的精油提取效果，越來越多的新方法不斷涌現(xiàn)，如分子蒸餾法[26]、UASD法[27,33]、MASD法[27,34]、超聲-微波結(jié)合法[35]、同時蒸餾（simultaneous distillation extraction，SDE）法[36]等，上述方法將多種分離方法結(jié)合，具有濃縮率高、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，適合高質(zhì)量精油的提取。樟科植物種類繁多，其油細(xì)胞分布不同，提取目的亦不相同，不同的提取方法所獲得的精油成分、得率均可能不同，因此多樣的提取方法為樟科植物精油的利用創(chuàng)造出更多可能性。

1.4 地理環(huán)境對樟科植物精油的影響

地理環(huán)境的變化是影響生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，在氣候及土壤條件等不同的地理環(huán)境因素影響下，同一植物相同部位提取的植物精油在化學(xué)成分和質(zhì)量上可能存在顯著差異[12]。表3比較了不同地區(qū)同種植物精油成分的差異，表明不同地域、氣候的植物精油主要成分含量和種類均存在明顯差異。肉桂、柴桂（Cinnamomum tamala）、月桂產(chǎn)地的氣候類型大致相同，但經(jīng)緯度不同，所提取的植物精油成分存在差異，且其差異與植物本身遺傳特性相關(guān)[22,36,40-42]。經(jīng)緯度之間的差異可導(dǎo)致氣候、生長環(huán)境的差別及地理、生態(tài)的隔離，且樹木在系統(tǒng)發(fā)育過程中，長期自然選擇和人為活動的影響使其形成了不同的基因頻率，且其生態(tài)要求各異，形態(tài)特征不一，生長、發(fā)育、適應(yīng)性等的明顯差別[43]，亦可顯著影響植物精油的成分。如研究者通過研究福建地區(qū)不同經(jīng)緯度上樟樹葉油的成分，發(fā)現(xiàn)芳樟型葉片含油量隨著經(jīng)度的下降呈現(xiàn)上升趨勢，且隨著緯度變化差異顯著，其中芳樟醇含量隨經(jīng)度變化無明顯變化，而隨緯度變化顯著變化；腦樟型葉片及桉樟型葉片的含油量及樟腦、葉桉油素的含量隨著經(jīng)緯度的變化差異不明顯；黃樟型葉片的含油量受緯度影響顯著，而經(jīng)度對其無顯著影響，其中黃樟油素含量在不同經(jīng)緯度差異顯著[44]。從危地馬拉、墨西哥提取的木姜子精油由于氣候類型的差異，其成分差別極大[45-46]。植物精油等次生代謝產(chǎn)物受土壤因素、氣候和地質(zhì)形成的強(qiáng)烈影響，也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化[40]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)海拔高度變化亦是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要因素，因其顯著變化會引起相應(yīng)的溫度、相對濕度、風(fēng)速、有效降水量和輻射率的變化，從而改變植物體內(nèi)的許多生態(tài)反應(yīng)[47]。例如，從越南地區(qū)提取的山蒼子精油，在高海拔地區(qū)富含1,8-桉葉素，在低海拔地區(qū)則以芳樟醇為主要成分[48]。海拔的變化普遍影響了萜類生物的合成和含氧單萜含量，在低海拔時海拔的變化對含氧單萜含量的影響尤為顯著；而在高海拔的情況下，海拔的變化對于倍半萜類化合物含量影響顯著[12]。可見，地理環(huán)境的變化不僅可能影響精油中的主要成分，同時亦影響精油的含量。因此，不同地域可以根據(jù)環(huán)境條件劃分多個區(qū)域。綜上，應(yīng)因地制宜，選擇合適的樟科植物以得到理想化學(xué)型的精油，并進(jìn)行合理栽培避免對生境和種群造成破壞。

表3 不同產(chǎn)地的樟科植物精油主要化學(xué)成分比較Table 3 Comparison of main chemical components in essential oils from Lauraceae plants from different production areas

2 樟科植物精油的生物活性

2.1 抑菌活性

目前，抗生素的大量使用導(dǎo)致細(xì)菌和真菌耐藥性的出現(xiàn)，而精油可以抑制或延緩細(xì)菌、真菌的生長，是一種綠色、天然的抗菌劑[49]。研究表明樟科植物精油具有廣譜抑菌效果，對食品中常見的革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄桿菌、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）等）[50-52]、革蘭氏陰性菌（大腸桿菌（Escherichia coli）、銅綠假單胞菌（Pseudomonas alcaligebes））[17]等細(xì)菌及酵母菌、白色念珠菌、黑曲霉等真菌均具有一定的抑菌活性。此外，其對一些病原菌如傷寒桿菌（Salmonella typhi）[51]、多殺巴斯德菌（Pasteurella multoecide）[51]、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）[53]等也有一定的抑殺作用。由表4、5通過比較最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）、抑菌圈直徑兩項指標(biāo)可知，樟科植物精油針對不同種類微生物的抑菌效果存在差異。肉桂[50]、月桂[38,53]、川桂（Cinnamomum wiloniiGamble）[54]精油是綠色健康的天然調(diào)味品和防腐劑，常用于果蔬制品及肉制品的保鮮；山蒼子[50]、釣樟[51]、山胡椒[55]、錫蘭肉桂[56]、木姜子[57]精油對于體外致病真菌有一定的抑制作用，故具有防治感染性疾病、作為新型抗菌藥物的開發(fā)和應(yīng)用前景。此外，從表4中可以看出，同屬不同種的樟科植物精油對同一微生物的抑制活性也不同，例如樟屬中的肉桂精油對于金黃色葡萄球菌及大腸桿菌的抑制能力要高于香樟精油。且樟科植物精油與其他植物精油復(fù)配后，相互協(xié)同能達(dá)到更好的抑菌效果。例如，呂好新等[58]研究了肉桂、山蒼子、丁香、香茅及百里香5 種植物精油對分離自發(fā)霉花生的優(yōu)勢霉菌黑曲霉（Aspergillus niger）的抑菌效果，通過抑菌圈實驗發(fā)現(xiàn)肉桂-山蒼子復(fù)合精油抑菌效果最佳，經(jīng)其處理后菌絲體損傷嚴(yán)重，發(fā)生皺縮、干癟、凹陷等變形現(xiàn)象。當(dāng)山蒼子精油與右旋龍腦配比為2∶1（m/m）時，對痢疾志賀氏菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌（以下簡稱單增李斯特菌）以及大腸桿菌的分級抑菌濃度（fractional inhibitory concentration，F(xiàn)IC）指數(shù)低于0.5，表現(xiàn)為協(xié)同作用；配比為3∶1（m/m）時，對金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aurens）、單增李斯特菌以及大腸桿菌的FIC指數(shù)低于0.5，亦表現(xiàn)為協(xié)同作用；而配比為1∶1和4∶1（m/m）時，對痢疾志賀氏菌、單增李斯特菌、大腸桿菌、沙門氏菌表現(xiàn)為無協(xié)同作用[59]。

表4 樟科植物精油的MICTable 4 MIC of essential oils from Lauraceae plants

表5 樟科植物精油的抑菌圈直徑Table 5 Inhibition zone diameters of essential oils from Lauraceae plants

2.2 抗氧化活性

樟科植物精油具有一定的體內(nèi)、體外抗氧化活性。體外抗氧化活性主要體現(xiàn)在對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、·OH等自由基的清除方面。羅世惠等[60]通過將香樟、天竺桂、蜀桂、香桂4 種植物精油與人工合成抗氧化劑丁基羥基茴香醚（butylated hydroxytoluene，BHA）比較，發(fā)現(xiàn)低質(zhì)量濃度（小于0.4 mg/mL）的香桂精油總抗氧化活性顯著優(yōu)于BHA，且具有最高的DPPH自由基清除活性，半數(shù)效應(yīng)濃度（concentration for 50% of maximal effect，EC50）小于1.0 mg/mL，而香樟精油、天竺桂精油和蜀桂精油的EC50分別為23.86、34.11、11.99 mg/mL；4 種精油對·OH也都表現(xiàn)出了較好的清除活性，隨質(zhì)量濃度升高，4 種精油對·OH的清除活性均稍低于BHA。雖然目前對樟科植物精油抗氧化活性主要集中在體外研究，但一些研究表明樟科植物精油也具有一定的體內(nèi)抗氧化活性。例如，唐寅等[61]對APP/PS1模型小鼠進(jìn)行龍腦樟精油嗅吸實驗，并測定其腦組織氧化指標(biāo)超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活力，結(jié)果顯示嗅吸龍腦樟精油可以提高小鼠腦組織的SOD和GSH-Px活力，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，由此可見，龍腦樟精油嗅吸干預(yù)能夠提高小鼠體內(nèi)的抗氧化能力。大量的體內(nèi)及體外抗氧化活性實驗證明，樟科植物精油具有出色的抗氧化活性。

2.3 驅(qū)蟲殺蟲活性

目前樟科植物在驅(qū)蟲殺蟲方面的研究主要集中在樟屬的樟樹、陰香、肉桂，月桂屬的月桂，木姜子屬的山蒼子，山胡椒屬的山胡椒、香葉樹，油丹屬的油丹，檫木屬的檫木，鱷梨屬鱷梨等[62]。樟科植物精油中常見的單萜類化合物如檸檬烯、沙賓烯、芳樟醇、桉樹醇、冰片、α-松油醇、4-松油醇和乙酸α-松油醇對赤擬谷盜、粉茶蛀蟲等昆蟲均表現(xiàn)出不同程度的驅(qū)避或抑殺活性；樟科植物精油常見成分龍腦在63.17～2.53 nL/cm2劑量范圍內(nèi)對昆蟲具有接觸毒性和驅(qū)避作用，且無熏蒸毒性；沙賓烯和α-松油醇在劑量范圍為78.63～3.15 nL/cm2時對赤擬谷盜有顯著的趨避作用，此外β-石竹烯對書虱具有接觸毒性和驅(qū)避性[63]。

2.4 其他生物活性

植物精油已被證明有一定的細(xì)胞毒性，但在人體內(nèi)一般都是非基因毒性的，這種細(xì)胞毒性是篩選抗腫瘤藥物的關(guān)鍵[64]。Unlu等[65]采用MTT法對錫蘭肉桂精油細(xì)胞毒性進(jìn)行評價，將5RP7（c-H-ras轉(zhuǎn)化的大鼠胚胎成纖維細(xì)胞）和F2408（正常大鼠成纖維細(xì)胞）暴露于錫蘭肉桂精油中，結(jié)果表明25 μg/mL精油處理48 h后，5RP7細(xì)胞活力僅為10%。研究表明，樟科植物精油及其成分可能會對細(xì)胞轉(zhuǎn)化具有干擾作用，其細(xì)胞毒性特性與抗癌活性有關(guān)[66]。肖瀛等[67]研究肉桂精油對小鼠肝臟代謝相關(guān)酶活性、腸道菌群以及肝、十二指腸、結(jié)腸組織等抗氧化能力的影響，發(fā)現(xiàn)攝入肉桂精油可以降低腸道中條件致病菌豐度，增加有益菌群豐度，調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，從而干預(yù)腸道生態(tài)紊亂，具有潛在的促進(jìn)機(jī)體健康的作用。

3 樟科植物精油的作用機(jī)理

3.1 抑菌機(jī)理

精油是由多種具有抗菌特性的低分子質(zhì)量且具有揮發(fā)性的化合物組合而成的復(fù)雜混合物。植物精油的抑菌機(jī)理涉及多種成分間的相互作用，其抑菌活性主要取決于主成分或主成分與其他成分之間的協(xié)同作用，不同化合物結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致其抑菌機(jī)理不同。植物精油及其主要成分一般通過兩種方式作用于微生物，其一，主要是通過影響微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如破壞細(xì)胞膜、細(xì)胞壁以及內(nèi)含的細(xì)胞器的形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而造成無法逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞損傷；還可以通過誘導(dǎo)微生物菌絲體的溶解，最終導(dǎo)致微生物死亡。精油不可逆損傷具體表現(xiàn)在當(dāng)疏水性的精油作用于細(xì)胞膜磷脂雙分子層時，能夠與其相互作用并被納入細(xì)胞內(nèi)，精油的一些成分與疏水蛋白位點結(jié)合并促進(jìn)膜組織的變化，破壞細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致電子傳遞鏈功能的改變，間接破壞蛋白質(zhì)和核酸的合成[21]。其二，精油可以減少或抑制微生物分生孢子的生成和繼續(xù)萌發(fā)，從而降低或徹底阻斷病原菌后代繼續(xù)造成危害的可能性[68]。此外，由于細(xì)胞壁組成的差異，革蘭氏陰性細(xì)菌往往比革蘭氏陽性細(xì)菌對精油更具耐藥性[69]。Li Wenru等[70]研究發(fā)現(xiàn)0.062 5%（體積分?jǐn)?shù)，下同）的山蒼子油能將大腸桿菌細(xì)胞的生長滯后期延長至約12 h，而0.125%的山蒼子油能將大腸桿菌細(xì)胞完全殺滅。透射電子顯微鏡觀察顯示，0.125%山蒼子油處理后2 h內(nèi)大腸桿菌大部分被殺滅或嚴(yán)重破壞，山蒼子油可穿透并破壞大腸桿菌的內(nèi)外膜。吳克剛等[71]發(fā)現(xiàn)經(jīng)芳樟醇?xì)庀嘌舸竽c桿菌后，其細(xì)胞膜的膜脂和膜蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增加了細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致一些維持細(xì)胞正常生長的鉀、磷等小分子和生物大分子如蛋白質(zhì)、DNA、RNA等物質(zhì)泄漏，最終導(dǎo)致大腸桿菌死亡。肉桂醛和丁香酚可抑制細(xì)菌產(chǎn)生某種必需酶或?qū)е录?xì)菌細(xì)胞壁的破壞[72]。Hu Wei等[73]闡明了山蒼子精油的抗菌機(jī)制，經(jīng)山蒼子精油處理后的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistantStaphylococcus aureus，MRSA）細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞內(nèi)生物大分子滲漏流出；MRSA的己糖單磷酸途徑及其關(guān)鍵酶（葡萄糖-6-磷酸脫氫酶）活性也受到抑制；紫外吸收光譜結(jié)果表明，山蒼子精油的關(guān)鍵組分檸檬醛可以與DNA以嵌合體的形式發(fā)生反應(yīng)，從而抑制細(xì)菌的繁殖。根據(jù)Bassolé等[74]的研究，丁香酚與芳樟醇或薄荷醇的組合顯示出最高的協(xié)同作用，這表明單萜酚與單萜醇是有效的抑菌組合。根據(jù)上述研究，推測樟科植物精油抑菌機(jī)制如圖2所示。

圖2 樟科植物精油主要成分對微生物的抗菌機(jī)理[75-82]Fig.2 Antibacterial mechanisms of the major components of essential oils from Lauraceae plants[75-82]

3.2 抗氧化機(jī)理

抗氧化活性通常分為直接氧化、間接氧化兩種方式，前者是通過對自由基的直接清除，后者主要是通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的活性、與金屬離子螯和、抑制脂質(zhì)的過氧化等。自由基是新陳代謝的副產(chǎn)物，主要包括含氧和含氮自由基兩種。當(dāng)人體靜態(tài)平衡失調(diào)時，過量的自由基和活性氧（reactive oxygen species，ROS）不但對正常的細(xì)胞生理功會造成影響，而且會加速細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化，且與有氧代謝相關(guān)的生理生化反應(yīng)均可能失衡，此外，對核酸（DNA）、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、不飽和脂肪酸等生物大分子結(jié)構(gòu)均可能造成破壞，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷變形直至死亡[83]。

樟科植物精油成分中的多不飽和雙鍵、雜原子的萜烯類、醇類、酚類、醛類、芳香族化合物等物質(zhì)具有極強(qiáng)的還原性[84]。圖3展示了其主要成分的相關(guān)抑菌機(jī)制，萜烯類物質(zhì)中單萜烯和倍半萜占主導(dǎo)地位，如α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、石竹烯等；無環(huán)單萜含氧衍生物單萜醇，如香葉醇、芳樟醇、乙酸芳樟醇等，是一類次生代謝產(chǎn)物。萜烯中的類異戊二烯類和苯丙素類在反復(fù)的高溫、強(qiáng)光和干旱的環(huán)境中，可以對抗激烈的氧化應(yīng)激反應(yīng)，具有補(bǔ)充抗氧化酶功能的潛力[85-86]。酚類物質(zhì)如月桂葉中的丁香酚對CCl4引起的肝臟總抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）降低及SOD、GSH-Px、過氧化氫酶（catalase，CAT）活力下降具有很好的拮抗作用，15 mg/（kgmb·d）的給藥量對小鼠肝臟具有較好保護(hù)效果[87]，上述抗氧化酶能夠有效地將體內(nèi)多余的過氧化氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低毒、無害的物質(zhì)，故其活力被認(rèn)為是對抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵。醛類中的反式肉桂醛、肉桂醛、檸檬醛對·OH、DPPH自由基等有良好的清除能力[81]。樟科植物中的芳香族化合物也具有一定的抗氧化能力。清除ROS的系統(tǒng)可分為酶性和非酶性，防御系統(tǒng)中，它們以協(xié)同和互動的方式工作，以中和自由基，達(dá)到抗氧化的目的[88]。

圖3 樟科植物精油主要成分抗氧化機(jī)理[89-92]Fig.3 Antioxidant mechanism of the major components of essential oils from Lauraceae plants[89-92]

3.3 驅(qū)蟲殺蟲機(jī)理

精油的驅(qū)蟲殺蟲機(jī)理主要涉及以下幾個方面：首先，精油具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，這些揮發(fā)性成分在釋放的過程中能與其他生物產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)，并吸引昆蟲前來傳粉、交配，或其特殊氣味可以對昆蟲進(jìn)行忌避、驅(qū)逐和毒殺[93]。樟科植物精油中無環(huán)或單環(huán)單萜（芳樟醇、香葉醇、檸檬醛、1,8-葉桉油素、α-松油醇等）都是小分子揮發(fā)性物質(zhì)，它們參與了植物向昆蟲傳遞空氣信號的過程。在昆蟲的感受器中，專門的氣味結(jié)合蛋白對揮發(fā)性單萜做出反應(yīng)，影響昆蟲的行為活動[94-95]。Pavela[96]測定了30 種芳香族化合物及其相互二元組合對致倦庫蚊幼蟲的急性毒性，其中有9 種物質(zhì)（檸檬烯、反式茴腦、4-烯丙基苯甲醚、香芹酚、異丁香酚、薄荷酮、香芹酮、冰片和樟腦）確定能夠與20 多種物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，其中檸檬烯、冰片、樟腦都是樟科植物精油中常見的化合物，單萜類化合物作為親脂性化合物，極易滲透到昆蟲的皮膚中，進(jìn)而干擾其身體的生理功能。Price等[97]通過電生理實驗發(fā)現(xiàn)，丁香酚能有效抑制神經(jīng)元活性，而檸檬醛和香葉醇具有劑量依賴性的雙相效應(yīng)，即低劑量時，檸檬醛和香葉醇引起腹部神經(jīng)的自發(fā)性電活動增加，高劑量時引起自發(fā)性電活動減少。Chaubey[95]對柴桂精油及其主要成分丁香酚的驅(qū)蟲作用進(jìn)行了評估，當(dāng)精油含量為0.2%時，能夠有效驅(qū)除米象（Sitophilus oryzae）成蟲；當(dāng)米象成蟲暴露于柴桂精油及丁香酚24 h后半致死濃度（median lethal concentration，LC50）分別為0.249、0.167 μL/cm3，暴露48 h后LC50分別為0.198、0.152 μL/cm3。

其次，植物精油能夠抑制昆蟲體內(nèi)的多功能氧化酶，因此其能夠作為有機(jī)合成殺蟲劑的增效劑[95]。樟科植物中的單萜類化合物可引起昆蟲麻痹致死，表現(xiàn)出對昆蟲的神經(jīng)毒性，一些具有較強(qiáng)殺蟲活性的單萜類化合物是乙酰膽堿酯酶的有效抑制劑，如檸檬烯和桉樹醇[98]。在昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中有許多潛在的靶點，如乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase，AChE）的抑制劑和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體的修飾劑[64]。在眾多的作用機(jī)制中，迄今為止研究最廣泛的是AChE的抑制機(jī)制，具體如圖4所示[99]。

圖4 樟科植物精油成分對乙酰膽堿酯酶及γ-氨基丁酸活性的抑制機(jī)制[99]Fig.4 Inhibitory mechanism of components of essential oils from Lauraceae plants on the activities of acetylcholinesterase and γ-aminobutyric acid[99]

此外，植物精油具有驅(qū)蟲效果是由于油中的一些化學(xué)成分會干擾昆蟲的章魚胺神經(jīng)系統(tǒng)，但該靶點與哺乳動物不同，因此大多數(shù)精油類化學(xué)品在毒理學(xué)測試中對哺乳動物和魚類相對無毒，符合“降低風(fēng)險”農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)，因此植物精油相較于其他合成的驅(qū)蟲劑具有一定的優(yōu)勢[93]。

4 樟科植物精油在食品保鮮中的應(yīng)用

利用精油作為保鮮劑是一種高效、綠色、高回報的新興生物保鮮技術(shù)。目前的保鮮方法主要有可食用膜的制備、微膠囊制備技術(shù)、納米乳液技術(shù)。根據(jù)GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[100]的規(guī)定，樟科植物中可作為添加劑使用的精油有山蒼子油、月桂葉油、中國肉桂油、西印度月桂葉油、斯里蘭卡肉桂油，常見成分有莰烯、β-石竹烯、月桂醇、芳樟醇、龍腦、肉桂醛、檸檬醛、丁香酚、α-蒎烯、β-蒎烯、1,8-桉葉素等。其中部分精油來源于食品原輔料，如GB 21725—2017《天然香辛料 分類》[101]中規(guī)定可以作為食品原輔料添加的有陰香皮、桂皮、木姜子果實、月桂葉。

4.1 可食用涂膜技術(shù)

樟科植物精油的涂膜技術(shù)主要可應(yīng)用于肉制品、果蔬保鮮中。Khare等[102]將卡拉膠和氯化鉀（1%）按4∶1（m/V）的比例混合后添加0.5%檸檬酸，在60 ℃下加熱溶解后添加0.05%肉桂油制得可食用涂膜液，經(jīng)該涂膜液處理后的雞肉與對照組相比可將貨架期延長2 d，延長了低溫貯藏的時間。Utami等[103]將5 g木薯淀粉溶于100 mL蒸餾水中，在70 ℃下溶解30 min，冷卻至60 ℃后加入2 mL甘油制備可食用薄膜，在30 ℃下添加不同含量的陰香樹皮精油（0、0.5%、1.0%、1.5%和2%）及等量的吐溫80制成薄膜混合物，并應(yīng)用于新鮮牛肉品質(zhì)評價。結(jié)果表明，2%陰香樹皮精油富集膜可以保持牛肉的新鮮度，有效減少微生物生長和脂質(zhì)氧化。Zheng Kewang等[104]采用溶液澆鑄法制備了以苦楮淀粉、殼聚糖、月桂精油為原料的可食性薄膜，該涂膜在精油含量為16%時拉伸強(qiáng)度、透濕性、吸濕性和總可溶性物質(zhì)含量顯著降低，靜態(tài)接觸角和抗菌活性顯著提高，具有良好的抗菌和抗氧化性能。以上添加樟科植物精油的可食性薄膜系統(tǒng)不僅在食品包裝中具有良好的應(yīng)用前景，且為食品可食用薄膜的進(jìn)一步研究提供了參考。

4.2 微膠囊技術(shù)

微膠囊技術(shù)由芯材和壁材兩部分組成。通常將植物精油制成小粒子作為芯材，壁材通常由淀粉、纖維素、殼聚糖、天然植物膠等蛋白質(zhì)及多糖構(gòu)成。Wang Ying等[105]通過比較甲基-β-CD（heptakis(2,6-di-methyl)-β-CD，DM-β-CD）、羥乙基-β-CD（mono[2-O-(2-hydroxyethyl)]-β-CD，HE-β-CD）和羥丙基-β-CD（mono[2-O-(2-hydroxypropyl)]-β-CD，HP-β-CD）包結(jié)物的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)包結(jié)能力依次為HP-β-CD＞HE-β-CD＞DM-β-CD＞β-CD，表明HP-β-CD與山蒼子精油包結(jié)作用最佳，制備微膠囊效果最好。Pratiwi等[106]采用麥芽糖糊精與阿拉伯膠1∶1的包封比例對肉桂精油微膠囊化，在30、40、50、60 ℃和70 ℃的溫度下，微膠囊的貨架期分別為20、14、10、8 周和6 周，能有效提高肉桂精油的品質(zhì)。da Silva Barbosa等[107]以吐溫80和聚己二酸丁二烯-共對苯二甲酸酯為壁材，制備了肉桂精油的微膠囊，抑菌實驗結(jié)果表明該微膠囊對大腸桿菌、單增李斯特菌、腸道沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均有明顯的抑制作用，抑菌圈直徑分別為44.1、51.9、55.3 mm和56.6 mm。對微生物的顯著抑制效果說明植物精油微膠囊有望添加至食品或者與食品接觸的薄膜中，從而延長食品的保質(zhì)期。

4.3 納米乳液技術(shù)

納米乳液（粒徑在50～200 nm之間）是液相以液滴的形式分散在第二相的一種非熱力學(xué)穩(wěn)定的膠體分散體系。該納米級粒徑能夠防止因聚集和重力引起的乳液分離優(yōu)勢，并具有抗沉降和乳化的動態(tài)穩(wěn)定性特征。精油納米乳液體系可以提高精油的穩(wěn)定性、溶解度和可適用性。Paudel等[108]以吐溫80為乳化劑，采用超聲波破碎法制備了不同配方的肉桂油納米乳液，實驗結(jié)果表明，與水處理相比，0.5%納米乳液對單增李斯特菌和沙門氏菌的抑制作用均非常顯著，證明了肉桂油納米乳液具有減少瓜類等新鮮農(nóng)產(chǎn)品中沙門氏菌和單增李斯特菌污染方面的潛力。Wang Yanbo等[109]采用超聲乳化、中鏈三酰甘油和磷酸鹽緩沖液制備了一種高穩(wěn)定性、水分散的山蒼子精油納米乳液，該納米乳液可用于食品的低溫保存和環(huán)境溫度保存，并可用于控制細(xì)菌生長和防止食品氧化變質(zhì)。

5 結(jié)語

化學(xué)成分的鑒定和定量、提取方法、對特定微生物的作用機(jī)制以及這些成分與食品系統(tǒng)的相互作用是影響精油大范圍應(yīng)用的因素。研究證明，從不同植物來源提取的精油均具有天然化合物成分，因此是應(yīng)用于復(fù)雜食品系統(tǒng)的潛力性原料。由于樟科植物精油本身具有“天然、健康”的特點，其在工業(yè)加工食品中的應(yīng)用可以滿足消費者對健康和安全食品的需求。此外，還應(yīng)拓寬視野，增加精油使用的可能性，從精油的控釋封裝、加入活性包裝、食用涂料、不同精油的協(xié)同組合和不同保存方法的組合等方面入手，利用好中國豐富的樟科植物資源，將風(fēng)味獨特的植物精油融合進(jìn)復(fù)雜的食品體系中，提升消費者對于精油的認(rèn)可度，為提升精油的利用價值創(chuàng)造出更多可能。