田夢(mèng)瑤，張映曈，胡花麗

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京 210014；2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110866）

精油是果皮油囊或油腺中大量存在的芳香化合物，主要分布于果皮的外皮，可溶于醇、醚和天然油，但不溶于水。柑橘類精油主要來(lái)源于柑橘類水果的果皮，是大約400 個(gè)化合物的復(fù)雜混合物，具體含量和組成取決于柑橘的品種、栽培方式、提取手段和分離方法[1]。研究表明，柑橘精油具有抗氧化和抑菌活性，是BHA、BHT、亞硝酸鹽、硝酸鹽或苯甲酸鹽等合成抗氧化劑的天然替代品，近年來(lái)作為天然抗菌劑在食品和包裝行業(yè)受到了極大的關(guān)注[2]。本文主要概述了柑橘精油的主要成分、提取方法、抑菌作用及其在食品保鮮中的應(yīng)用研究，以期為柑橘果皮的資源化利用提供新的思路。

1 柑橘精油的主要成分

柑橘精油含有85%～99%的揮發(fā)性成分和1%～15%的非揮發(fā)性成分[3]。揮發(fā)性成分是由單萜和倍半萜烯及其氧合衍生物的混合物如醇類（香葉醇、-沒藥醇）、酮類（薄荷酮、p-香根草酮）、醛類（-香茅醛、甜橙醛）、酯類（乙酸松油酯、乙酸柏木酯）、酚類（百里香酚）組成[5]。根據(jù)異戊二烯結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量，萜烯分為半萜（C5）、單萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、二倍半萜（C25）、三萜（C30）、四萜（C40）和多聚萜（(C5)n，n＞8）。檸檬烯是柑橘果實(shí)最主要的化學(xué)成分，含量為32%～98%[6-7]。非揮發(fā)性部分包括長(zhǎng)鏈烴、脂肪酸、甾醇、類胡蘿卜素和含氧雜環(huán)化合物[4]。

不同種類的柑橘精油成分有所差異。吳洪梅等[8]從北培447 錦橙、開縣錦橙、蓬安100 號(hào)錦橙和銅水72-1 錦橙果皮中測(cè)出14 種共有成分，包括D-檸檬烯、-月桂烯、-水芹烯、-松油烯等，其中含有的一些特有成分如正己醇、辛醛、橙花醇等構(gòu)成了柑橘獨(dú)特的香氣。

2 柑橘精油常見的提取方法

不同提取方法對(duì)柑橘精油的成分也有影響。朱岳麟等[9]采用水蒸氣蒸餾法與溶劑萃取法分別提取金柚果皮的精油成分并進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)精油的成分及相對(duì)含量都存在一定的差異。柑橘精油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、生物酶制劑輔助提取法等。

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是一種較常見的提取方法。在蒸餾過(guò)程中，柑橘皮置于沸水或蒸汽中，油被釋放到水中，然后通過(guò)蒸餾收集。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，但是存在能耗高、耗時(shí)長(zhǎng)、精油品質(zhì)不佳等缺點(diǎn)。趙靜等[10]通過(guò)水蒸氣蒸餾法提取市售龍安柚果皮精油，通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)，確定了最佳工藝條件為提取時(shí)間60 min、NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、料液比1:15，此條件下精油得率為1.37%。

2.2 有機(jī)溶劑萃取法

有機(jī)溶劑萃取法的原理是選取甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、正己烷等有機(jī)溶劑，利用其易揮發(fā)的特點(diǎn)，將提取液經(jīng)過(guò)蒸餾后去除有機(jī)溶劑，得到精油。該方法成本低、精油提取率高，但是有機(jī)溶劑沸點(diǎn)較低，易燃易爆，危險(xiǎn)系數(shù)較大，對(duì)設(shè)備要求高。薛山等[11]用超聲波輔助有機(jī)溶劑萃取法提取檸檬皮精油，通過(guò)單因素正交實(shí)驗(yàn)確定了提取檸檬精油的最佳工藝：有機(jī)試劑為丙酮、料液比1:15、超聲時(shí)間50 min、超聲溫度50 ℃，此條件下檸檬皮精油的提取率為2.83%。

2.3 超臨界CO2流體萃取法

超臨界CO2流體萃取法是用超臨界流體為萃取劑，提取植物中的有效成分，當(dāng)恢復(fù)到常溫常壓時(shí)，溶解在超臨界流體中的精油即刻與其分開。CO2的臨界溫度和壓力都比較低，是一種比較理想的萃取劑。這種方法工藝簡(jiǎn)單、選擇性好、萃取率高，沒有溶劑殘留，應(yīng)用前景好。但這種方法提取的精油質(zhì)量差，風(fēng)味也有較大的差異[12-14]。趙令江等[14]以市售柑橘皮為原料，用超臨界CO2流體萃取法提取精油，先通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探究了萃取時(shí)間、萃取壓力、萃取溫度、投料量對(duì)提取率的影響，再通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到萃取的最佳工藝條件：萃取時(shí)間90 min、萃取壓力15 MPa、萃取溫度36 ℃、投料量120 g，在此條件下柑橘皮精油提取率為3.62%。

2.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法是利用微波加熱提取植物中的目標(biāo)成分，并將目標(biāo)成分分離提取出來(lái)的一種方法[15]。該方法利于提高精油的提取率和質(zhì)量，具有有機(jī)溶劑殘留低、高效快速的優(yōu)點(diǎn)，但該方法單獨(dú)使用時(shí)效率較低，需與其它方法聯(lián)合。張靜等[16]以微波輔助法提取柚皮精油，通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳工藝條件：以石油醚為提取劑、料液比1:8、微波功率400W、提取時(shí)間3min、索氏抽提溫度55℃、抽提時(shí)間30 min，柚皮精油的提取率為2.02%。

2.5 超聲波輔助提取方法

超聲波輔助方法是利用超聲波的空化作用，加速了植物組織中有效成分的溶出。該方法提取時(shí)間短、提取率高、經(jīng)濟(jì)性好、適用廣泛，但也只是一種輔助手段，需要與其他提取方法聯(lián)合使用[13]。劉玉珍等[17]用超聲波輔助方法提取橙皮香精油，確定最佳提取工藝為料液比1:20 (g:mL)，石油醚體積分?jǐn)?shù)99.16%，靜置時(shí)間15 min，超聲溫度40 ℃，超聲時(shí)間15.77 min，在此條件下橙皮香精油的提取率為2.56%。

2.6 酶輔助法

酶輔助法的原理是利用酶解反應(yīng)會(huì)破壞植物組織細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，溶出細(xì)胞內(nèi)的有效成分，從而達(dá)到提取目的。該工藝與水蒸氣蒸餾法相比，提取時(shí)間大幅縮短。但是由于生物酶成本高，目前還不能大規(guī)模地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[18]。

3 柑橘精油的抑菌作用及其應(yīng)用

3.1 抑菌作用

柑橘精油是一種安全的天然抗菌劑，具有良好的抑菌作用，在防止食品腐敗變質(zhì)、提高食品品質(zhì)、延長(zhǎng)食品貯藏期方面有重要的研究意義。關(guān)于柑橘精油的抑菌原理目前主要有兩種理論：一是通過(guò)影響菌體的生長(zhǎng)周期，使菌體的生長(zhǎng)期縮短，加快衰亡期；二是通過(guò)改變細(xì)胞膜通透性來(lái)破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，使細(xì)胞內(nèi)滲透壓增大，細(xì)胞內(nèi)含物溶出，細(xì)胞裂解死亡，最終起到抑菌的作用[22]。陳林林等[19]研究發(fā)現(xiàn)，柑橘皮精油對(duì)大腸桿菌、白色葡萄球菌和青霉均具有良好的抑制作用，且對(duì)大腸桿菌的抑制效率最高。岳靜等[20]研究表明，不同濃度的柑橘皮精油對(duì)金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌和大腸桿菌均有抑制作用，且與抑制濃度呈正相關(guān)，但對(duì)青霉無(wú)抑制作用，這與陳林林的研究結(jié)果不一致，可能是由于柑橘品種的差異產(chǎn)生的；李巧巧等[21]發(fā)現(xiàn)，商品檸檬油、柚油、橙油及D-檸檬烯對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、酵母、黑曲霉等均有抑制作用，其中D-檸檬烯的抑制效果最好。

3.2 在果蔬保鮮中的應(yīng)用

近年來(lái)，精油被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)各個(gè)方面，包括果蔬病蟲害控制、食用抗菌包裝薄膜包裝材料、碳酸可樂(lè)和汽水中的調(diào)味劑以及果蔬、肉類、海鮮的保鮮等。但是柑橘精油成分易被氧化分解而影響其功效，因而常通過(guò)于包裝材料結(jié)合或通過(guò)其他處理手段提高其效率和保護(hù)活性成分，具體使用模式主要有制作成食用抗菌包裝薄膜、柑橘精油微膠囊、柑橘精油納米乳劑等。

3.2.1 制成柑橘精油食用抗菌包裝薄膜

目前，天然高分子環(huán)保材料越來(lái)越受到重視，開發(fā)可降解包裝材料以減少環(huán)境污染成為一種趨勢(shì)。這種材料環(huán)保、無(wú)毒，與合成的材料相比理化性質(zhì)更佳，是替代石化產(chǎn)品合成包裝材料的有效途徑。目前在食品領(lǐng)域最常用的凝膠膜是殼聚糖/明膠-精油聚合物。殼聚糖膜對(duì)水蒸汽具有較高的滲透率，可提供充分的屏障避免果蔬在貯藏過(guò)程中脫水，加入精油可以改善膜的防潮性能。明膠具有良好的成膜性，對(duì)氣體有一定的阻隔性，明膠薄膜具有良好的機(jī)械性能、抗菌活性以及抗氧化性能，這些理化性質(zhì)使其成為一種適宜的精油合成材料。

殼聚糖-精油復(fù)合食用涂料已被證明可以有效延長(zhǎng)果蔬的貨架期，Xing 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在8 ℃貯藏35 d 后，經(jīng)殼聚糖-精油處理的辣椒樣品受侵染率較低；Sanchez-Gonzalez 等[24]發(fā)現(xiàn)，添加佛手柑油會(huì)增強(qiáng)純CH涂層的抗菌活性，使鮮食葡萄的貯藏期延長(zhǎng)。張文勇等[25]用1%質(zhì)量濃度的殼聚糖溶液和不同濃度柑橘精油的復(fù)合液對(duì)新采摘的草莓進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)1%質(zhì)量濃度的殼聚糖與1%體積分?jǐn)?shù)的柑橘精油復(fù)合液浸泡處理能減緩草莓的失重率，并降低草莓的腐爛速率。

3.2.2 制成柑橘精油微膠囊

微膠囊化是指以微小的固體或液體液滴為核心，對(duì)精油活性組分用多孔或穿孔的連續(xù)薄膜進(jìn)行包裹，被包裹的核心液滴叫芯材，包裹物質(zhì)稱為壁材。芯材的直徑大小在3～800 滋m，包含10%～90%的核心材料，可在膠囊內(nèi)停留一段時(shí)間并具有控制釋放的功能。壁材一般選用生物可降解材料，如殼聚糖、明膠、海藻酸鹽等材料。微膠囊化可以通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別是水溶性芯材在水相中凝聚，以及水不溶性或疏水性芯材在有機(jī)相中凝聚。微膠囊技術(shù)是重點(diǎn)研發(fā)的高新技術(shù)之一，應(yīng)用到柑橘精油方面具有廣闊的發(fā)展前景。研究發(fā)現(xiàn)，柑橘精油微膠囊化有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）保護(hù)芯材；（2）隔離不相容的組分；（3）控制芯材的釋放；（4）改變芯材的物理和化學(xué)性質(zhì)；（5）屏蔽味道和氣味，掩蓋芯材的異味；（6）增加美觀效果等[26]。耿敬章等[27]研究了利用殼聚糖包裹柑橘精油來(lái)制備微膠囊，選取單甘酯和Tween-60（質(zhì)量比1:1）為乳化劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到最佳工藝條件為乳化劑用量為1.6%、壁材質(zhì)量比4:1、攪拌速度500 r/min、包埋溫度50 ℃，在此條件下，柑橘精油微膠囊的包埋率為92.0%。姚潔玉等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在4 ℃冷藏條件下，殼聚糖-柑橘精油微膠囊能夠有效地抑制蛋白質(zhì)的變性、脂肪的酸敗和微生物的生長(zhǎng)，從而延緩凡納濱對(duì)蝦的腐敗變質(zhì)，延長(zhǎng)對(duì)蝦貨架期3～4d。

柑橘精油微膠囊在使用中也存在一些問(wèn)題，如微膠囊壁材成本高，并不適用于大批量的工業(yè)化生產(chǎn)；需對(duì)微膠囊精油的控制釋放的機(jī)理進(jìn)行深入的研究，從而控制精油的釋放速率；將微膠囊技術(shù)同超臨界流體技術(shù)等其它高新技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，大力開拓精油微膠囊的應(yīng)用領(lǐng)域。這些現(xiàn)象的存在阻礙了柑橘精油微膠囊的進(jìn)一步推廣。

3.2.3 柑橘精油納米乳劑

在納米乳化過(guò)程中，需要通過(guò)外界能量將大液滴粉碎成粒徑為20～200 nm 的小液滴。根據(jù)外界能量的不同，可將納米乳化分為低能乳化和高能乳化兩種方法，通過(guò)化學(xué)制劑結(jié)構(gòu)潛能提供能量的是低能乳化法，通過(guò)機(jī)械設(shè)備提供能量的是高能乳化法。

（1）低能乳化

低能乳化技術(shù)是一種非破壞性的方法，需要高濃度的表面活性劑，通過(guò)改變?nèi)榛旱慕M成或環(huán)境來(lái)自發(fā)形成乳化液滴。低能乳化方法包括相轉(zhuǎn)變溫度（PIT）、相轉(zhuǎn)變組分（PIC）、乳劑轉(zhuǎn)換點(diǎn)（EIP）和自發(fā)乳化方法[30]。

PIT 是根據(jù)表面活性劑在連續(xù)相中的溶解度隨溫度的變化而建立的。表面活性劑對(duì)水和油的親和力隨溫度的升高而變化，溶解度也隨之改變。表面活性劑在低溫時(shí)是親水的，在溫度升高時(shí)變成疏水的。這是由于非離子表面活性劑中存在的聚氧乙烯鏈脫水造成的。在優(yōu)化的親疏水平衡溫度下，通過(guò)PIT 快速冷卻或加熱得到的納米乳在動(dòng)力學(xué)上是穩(wěn)定的。PIC 是通過(guò)改變表面活性劑的濃度而改變?nèi)橐旱慕M成。乳化液是通過(guò)表面活性劑上的陰離子電荷來(lái)穩(wěn)定，鹽添加到乳化液中將油-水乳化液體系轉(zhuǎn)化為水-油乳化液體系，經(jīng)水稀釋后可再次轉(zhuǎn)化為油-水乳狀液，降低了表面活性劑的離子強(qiáng)度。在EIP 方法中，通過(guò)對(duì)乳狀液進(jìn)行粉碎，一種乳狀液體系轉(zhuǎn)化為另一種乳狀液體系。這種乳狀體系是通過(guò)增加對(duì)表面活性劑具有高親和力的分散相來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在乳液形成過(guò)程中加入另一種表面活性劑，可以得到更穩(wěn)定的納米乳液[30]。自發(fā)乳化是指由分散相和連續(xù)相混合過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)能的作用下自發(fā)乳化形成乳液的過(guò)程。通常自發(fā)形成的內(nèi)向液滴是不穩(wěn)定的，需要表面活性劑和外界能量協(xié)助穩(wěn)定。其乳化過(guò)程主要分為三步：水相和油相的制備；在外界能量的作用下，油相加入水相中，內(nèi)相油滴形成；負(fù)壓下除去有機(jī)溶劑，形成納米乳液。任婧楠等[29]利用PIT 法制得甜橙精油納米乳液和D-檸檬烯納米乳液，均具有良好的抑菌作用。其中甜橙精油納米乳液抑制枯草芽孢桿菌的最低濃度（MIC）為7.7%，而D-檸檬烯納米乳液的MIC 則為4%，表明D-檸檬烯納米乳液的抑菌性更佳。

（2）高能乳化

高能乳化是利用強(qiáng)大的破壞性機(jī)械力，如微流化、高壓均質(zhì)化、超聲等將大的乳狀液滴粉碎成微小的液滴。微流化技術(shù)將精油-基質(zhì)混合物通過(guò)狹窄的孔口流出微通道，利用碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)理想的精油-基質(zhì)的乳化。該方法制備的乳化液液滴粒徑非常小，適合食品級(jí)乳化液的生產(chǎn)；但是這種方法生產(chǎn)成本高，操作難度大。高壓均質(zhì)化是指適當(dāng)組成的粗乳狀液受到非常高的壓力，并通過(guò)非常嚴(yán)格的閥孔推進(jìn)，形成非常細(xì)的亞微米乳狀液。這種方法具有不含有機(jī)溶劑加工時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，但是存在生產(chǎn)成本高、易降解的缺陷。超聲波技術(shù)利用高強(qiáng)度的聲波將鈦合金探頭尖端置于精油與基體/溶劑的均質(zhì)混合物中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。這種方法操作簡(jiǎn)單，但形成的納米乳液液滴尺寸分布不均勻，成分受高能量輸出的影響。

納米乳液具有比微米乳更大的表面積，表現(xiàn)出更有效的抗菌作用。為了獲得具有理想稠度和性能的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定納米乳，必須對(duì)原料組成和合成方法進(jìn)行優(yōu)化[29]。

洪耿德等[30]通過(guò)高能乳化獲得D-檸檬烯納米乳，并且發(fā)現(xiàn)不同濃度的D-檸檬烯納米乳對(duì)食源性致病菌均有抑菌活性，對(duì)乙型副傷寒桿菌來(lái)說(shuō)，10 mg/mL 濃度時(shí)，抑菌率最大為65.02%。

4 小結(jié)

近年來(lái)人們的食品安全意識(shí)日漸增強(qiáng)，高效無(wú)毒的天然防腐劑取代常規(guī)化學(xué)防腐劑成為必然趨勢(shì)。柑橘精油來(lái)源豐富，抑菌作用顯著，是食品保鮮的理想天然防腐劑。但目前柑橘精油的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，例如在某些情況下，會(huì)引起皮膚刺激和過(guò)敏。解決這一問(wèn)題的一個(gè)可能的解決方案是將精油封裝在合適的可生物降解的外殼中，能夠控制活性化合物的釋放。這不僅降低了精油的不穩(wěn)定性，對(duì)底物蛋白的反應(yīng)性，同時(shí)通過(guò)控釋保證了抗菌性能。另一個(gè)問(wèn)題是加入精油可能會(huì)消滅目標(biāo)微生物群，但反過(guò)來(lái)可能會(huì)產(chǎn)生有利于有害微生物生長(zhǎng)的條件，導(dǎo)致更嚴(yán)重的腐敗。因此，我們還需要解決柑橘精油在使用時(shí)的劑量問(wèn)題。此外，單獨(dú)和混合使用精油時(shí)化合物的物理化學(xué)穩(wěn)定性和生物活性問(wèn)題；在蛋白食品中使用精油時(shí)兩者之間的相互作用問(wèn)題；柑橘精油的致敏性；防止食品變質(zhì)和質(zhì)量、味道和香味惡化的最佳劑量限制；精油的封裝方法及控制釋藥性能等問(wèn)題,也需要進(jìn)行長(zhǎng)期廣泛的研究和論證，以確保在食品保鮮中更加高效、安全地利用柑橘精油。