《食品科学》：天津商业大学王颖副教授、姜子涛教授等：樟科植物精油的研究进展

  樟科植物是一类数量庞大的被子植物，大多数为常绿或落叶的乔木或灌木。樟科植物在我国分布广泛,樟科植物的枝叶及种子中精油含量极高，是丰富的精油资源。樟科植物精油主要生物活性及应用如图1所示。植物精油组成成分、含量及生物活性受生长周期、提取部位及方法、地理环境等多种因素的影响。目前关于樟科植物精油的研究内容相对单一且研究对象相对分散，鲜见以科为集合的系统概述，且对其生物活性及作用机理报道有限。

  为了进一步综合分析和开发利用樟科植物精油，天津商业大学生物技术与食品科学学院的杜易潼、王颖*、姜子涛*等人重点探讨樟科植物精油的提取方法、化学成分及其影响因素、生物活性及其作用机理，以及它们在食品保鲜方面的应用，以期为天然、绿色、健康的樟科植物精油的开发和利用提供理论依据。

  植物精油成分的定性和定量分析现阶段通常使用气相色谱-质谱联用（GC-MS）法。植物精油是一类次生代谢产物，由多种类别化合物组合而成，主要是萜类，其次是芳香族、脂肪族以及含氮、含硫类化合物。

  生长周期亦可能对植物精油的成分产生一定的影响。随着植物的生长发育，其所含精油的组成均有几率发生较大变化。

  樟科植物分布广泛，同株植物不一样的部位的组成和结构各不相同，其化学组分也存在一定的差异。由表1可知，采用水蒸气蒸馏（HD）法提取时，香樟枝、木的精油主要成分以樟脑为主，根以黄樟素为主；而脑樟6 个不一样的部位的精油中，叶、新枝、老枝、树干主要的化学成分为樟脑，主根、侧根为黄樟油素，新枝和老枝的主要成分十分接近，主根和侧根较于别的部分精油成分种类少，以黄樟油素、樟脑和1,8-叶桉油素为主；由此可见，樟属精油中常见主要成分有樟脑、芳樟醇、1,8-桉叶油素等。而琼楠属叶和树皮的精油以倍半萜烯为主；月桂属花、叶和树皮的精油以单环单萜类化合物（1,8-桉叶油素）、倍半萜化合物（β-石竹烯、β-榄香烯）为主，但各成分之间的含量存在一定差别；木姜子属中的山苍子根和果实的精油主要成分含氧单萜，别的部分主要成分为单萜烃类，根和果以含氧单萜类（如柠檬醛、香茅醛、芳樟醇等）为主，茎和别的部分则以单萜类（如β-水芹烯、柠檬烯等）为主。

  精油的提取方法各异，不当的提取方法和操作的流程可能会引起植物精油化学成分的破坏或改变，因此导致其生物和自然特性丧失，在极端情况下，可能会发生变色及风味和物理变化。 由不同提取方法所提取的精油成分亦可能有某些特定的程度的差异，如表2所示，香樟、肉桂、木姜子、山胡椒这4 种植物经不同的提取方法，主要化学成分种类基本一致，但含量不同。由提取方法形成的差异大多数表现在挥发油的气味、色泽、总化学成分数量及含量等方面。

  综上，HD法由于提取设备、方法、材料简单，适合大多数精油的提取，且获得精油成分丰富，但存在提取时间长、挥发性化合物存在潜在损失、高能耗、精油得率低的问题。经OSE法提取的精油以单萜类化合物为主，萃取时间长，且精油得率较低，不适合大批量精油提取，且存在有机溶剂残留的问题。SFE法可增强流体溶解和渗透的能力，迅速使溶质和溶媒达到平衡，提取时间短但得率低，且精油中成分较其他方法种类少，适合短时间快速提取。为了达到更好的精油提取效果，慢慢的变多的新方法不断涌现，如分子蒸馏法、UASD法、MASD法、超声-微波结合法、同时蒸馏（SDE）法等，上述方法将多种分离方法结合，具有浓缩率高、质量稳定的优点，适合高质量精油的提取。樟科植物种类非常之多，其油细胞分布不同，提取目的亦不相同，不同的提取方法所获得的精油成分、得率均可能不同，因此多样的提取方法为樟科植物精油的利用创造出更多可能性。

  地理环境的变化是影响ECO的重要的条件，在气候及土壤条件等不同的地理外因影响下，同一植物相同部位提取的植物精油在化学成分和质量上有几率存在显著差异。表3比较了不一样的地区同种植物精油成分的差异，表明不同地域、气候的植物精油主要成分含量和种类均存在很明显差异。肉桂、柴桂（Cinnamomum tamala）、月桂产地的气候类型大致相同，但经纬度不同，所提取的植物精油成分存在一定的差异，且其差异与植物本身遗传特性相关。经纬度之间的差异可导致气候、生长环境的差别及地理、生态的隔离，且树木在系统发育过程中，长期自然选择和人为活动的影响使其形成了不同的基因频率，且其生态要求各异，形态特征不一，生长、发育、适应性等的明显差别，亦可显著影响植物精油的成分。此外，有研究发现海拔高度变化亦是影响陆地ECO的主要的因素，因其显著变化会引起相应的温度、相对湿度、风速、有效降水量和辐射率的变化，从而改变植物体内的许多生态反应。可见，地理环境的变化不仅可能会影响精油中的主要成分，同时亦影响精油的含量。因此，不同地域能够准确的通过环境条件划分多个区域。综上，应因地制宜，选择正真适合的樟科植物以得到理想化学型的精油，并做到合理栽培避免对生境和种群造成破坏。

  目前，抗生素的大量使用导致细菌和真菌耐药性的出现，而精油能抑制或延缓细菌、真菌的生长，是一种绿色、天然的抗菌剂。研究表明樟科植物精油具有广谱抑菌效果，对食品中常见的革兰氏阳性菌（金黄色葡萄杆菌、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等）、革兰氏阴性菌（大肠杆菌（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas alcaligebes））等细菌及酵母菌、白色念珠菌、黑曲霉等真菌均具有一定的抑菌活性。此外，其对一些病原菌如伤寒杆菌（Salmonella typhi）、多杀巴斯德菌（Pasteurella multoecide）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）等也有一定的抑杀作用。由表4、5通过比较最小抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）、抑菌圈直径两项指标可知，樟科植物精油针对不一样种类微生物的抑菌效果存在一定的差异。肉桂、月桂、川桂（Cinnamomum wilonii Gamble）精油是绿色健康的天然调味品和防腐剂，常用于果蔬制品及肉制品的保鲜；山苍子、钓樟、山胡椒、锡兰肉桂、木姜子精油对于体外致病真菌有一定的抑制作用，故具有防治感染性疾病、作为新型抗菌药物的开发和应用前景。此外，从表4中能够准确的看出，同属不同种的樟科植物精油对同一微生物的抑制活性也不同，例如樟属中的肉桂精油对于金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑制能力要高于香樟精油。且樟科植物精油与其他植物精油复配后，相互协同能达到更好的抑菌效果。例如，吕好新等研究了肉桂、山苍子、丁香、香茅及百里香5 种植物精油对分离自发霉花生的优势霉菌黑曲霉（Aspergillus niger）的抑菌效果，通过抑菌圈实验发现肉桂-山苍子复合精油抑菌效果最佳，经其处理后菌丝体损伤严重，发生皱缩、干瘪、凹陷等变形现象。当山苍子精油与右旋龙脑配比为2∶1（m/m）时，对痢疾志贺氏菌、单核细胞增生李斯特菌（以下简称单增李斯特菌）以及大肠杆菌的分级抑菌浓度（fractional inhibitory concentration，FIC）指数低于0.5，表现为协同作用；配比为3∶1（m/m）时，对金黄色葡萄球菌（Staphyloccocus aurens）、单增李斯特菌以及大肠杆菌的FIC指数低于0.5，亦表现为协同作用；而配比为1∶1和4∶1（m/m）时，对痢疾志贺氏菌、单增李斯特菌、大肠杆菌、沙门氏菌表现为无协同作用。

  樟科植物精油具有一定的体内、体外抗氧化活性。体外抗氧化活性大多数表现在对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、·OH等自由基的清除方面。 大量的体内及体外抗氧化活性实验证明，樟科植物精油具有非常出色的抗氧化活性。

  目前樟科植物在驱虫杀虫方面的研究大多分布在在樟属的樟树、阴香、肉桂，月桂属的月桂，木姜子属的山苍子，山胡椒属的山胡椒、香叶树，油丹属的油丹，檫木属的檫木，鳄梨属鳄梨等。樟科植物精油中常见的单萜类化合物如柠檬烯、沙宾烯、芳樟醇、桉树醇、冰片、α-松油醇、4-松油醇和乙酸α-松油醇对赤拟谷盗、粉茶蛀虫等昆虫均表现出不同程度的驱避或抑杀活性；樟科植物精油常见成分龙脑在63.17～2.53 nL/cm 2 剂量范围内对昆虫具有接触毒性和驱避作用，且无熏蒸毒性；沙宾烯和α-松油醇在剂量范围为78.63～3.15 nL/cm 2 时对赤拟谷盗有显著的趋避作用，此外β-石竹烯对书虱具有接触毒性和驱避性。

  植物精油已被证明有一定的细胞毒性，但在人体内一般都是非基因毒性的，这种细胞毒性是筛选抗肿瘤药物的关键。研究表明，樟科植物精油及其成分可能会对细胞转化具有干扰作用，其细胞毒性特性与抗癌活性有关。

  精油是由多种具有抗菌特性的低分子质量且具有挥发性的化合物组合而成的复杂混合物。植物精油的抑菌机理涉及多种成分间的相互作用，其抑菌活性主要根据主成分或主成分与其他成分之间的协同作用，不同化合物结构不同，因此导致其抑菌机理不同。植物精油及其主要成分一般是通过两种方式作用于微生物，其一，主要是通过影响微生物的细胞结构，如破坏细胞膜、细胞壁以及内含的细胞器的形态结构，从而造成无法逆转的细胞损伤；还能够最终靠诱导微生物菌丝体的溶解，最后导致微生物死亡。精油不可逆损伤具体表现在当疏水性的精油作用于细胞膜磷脂双分子层时，能够与其相互作用并被纳入细胞内，精油的一些成分与疏水蛋白位点结合并促进膜组织的变化，破坏细胞膜的完整性，导致电子传递链功能的改变，间接破坏蛋白质和核酸的合成。其二，精油能够大大减少或抑制微生物分生孢子的生成和继续萌发，以此来降低或彻底阻断病原菌后代继续造成危害的可能性。此外，由于细胞壁组成的差异，革兰氏阴性细菌往往比革兰氏阳性细菌对精油更具耐药性。根据已有研究，推测樟科植物精油抑菌机制如图2所示。

  抗氧化活性通常分为直接氧化、间接氧化两种方式，前者是通过对自由基的直接清除，后者主要是通过调节抗氧化酶的活性、与金属离子螯和、抑制脂质的过氧化等。

  樟科植物精油成分中的多不饱和双键、杂原子的萜烯类、醇类、酚类、醛类、芳香族化合物等物质具有极强的还原性。图3展示了其主要成分的相关抑菌机制 。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的系统可分为酶性和非酶性，防御系统中，它们以协同和互动的方式工作，以中和自由基，达到抗氧化的目的。

  精油的驱虫杀虫机理主要涉及以下几个方面：首先，精油具有很强的挥发性，这些挥发性成分在释放的过程中能与其他生物产生化学效应，并吸引昆虫前来传粉、交配，或其特殊气味可以对昆虫进行忌避、驱逐和毒杀。樟科植物精油中无环或单环单萜（芳樟醇、香叶醇、柠檬醛、1,8-叶桉油素、α-松油醇等）都是小分子挥发性物质，它们参与了植物向昆虫传递空气信号的过程。在昆虫的感受器中，专门的气味结合蛋白对挥发性单萜做出一定的反应，影响昆虫的行为活动。

  其次，植物精油能够抑制昆虫体内的多功能氧化酶，因此其能够作为有机合成杀虫剂的增效剂。在众多的作用机制中，迄今为止研究最广泛的是AChE的抑制机制，具体如图4所示。

  此外，植物精油具有驱虫效果是由于油中的一些化学成分会干扰昆虫的章鱼胺神经系统，但该靶点与哺乳动物不同，因此大多数精油类化学品在毒理学测试中对哺乳动物和鱼类相对无毒，符合“降低风险”农药的标准，因此植物精油相较于其他合成的驱虫剂具有一定的优势。

  利用精油作为保鲜剂是一种高效、绿色、高回报的新兴生物保鲜技术。目前的保鲜方法主要有可食用膜的制备、微胶囊制备技术、纳米乳液技术。根据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》的规定，樟科植物中可作为添加剂使用的精油有山苍子油、月桂叶油、中国肉桂油、西印度月桂叶油、斯里兰卡肉桂油，常见成分有莰烯、β-石竹烯、月桂醇、芳樟醇、龙脑、肉桂醛、柠檬醛、丁香酚、α-蒎烯、β-蒎烯、1,8-桉叶素等。其中部分精油来源于食品原辅料，如GB 21725—2017《天然香辛料 分类》中规定可当作食品原辅料添加的有阴香皮、桂皮、木姜子果实、月桂叶。

  樟科植物精油的涂膜技术主要可应用于肉制品、果蔬保鲜中。添加樟科植物精油的可食性薄膜系统不仅在食品包装中拥有非常良好的应用前景，且为食品可食用薄膜的进一步研究提供了参考。

  微胶囊技术由芯材和壁材两部分所组成。通常将植物精油制成小粒子作为芯材，壁材通常由淀粉、纤维素、壳聚糖、天然植物胶等蛋白质及多糖构成。对微生物的显著压制效果说明植物精油微胶囊有望添加至食品或者与食品接触的薄膜中，从而延长食品的保质期。

  纳米乳液（粒径在50～200 nm之间）是液相以液滴的形式分散在第二相的一种非热力学稳定的胶体分散体系。该纳米级粒径能预防因聚集和重力引起的乳液分离优势，并具有抗沉降和乳化的动态稳定性特征。精油纳米乳液体系能大大的提升精油的稳定性、溶解度和可适用性。

  化学成分的鉴定和定量、提取方法、对特定微生物的作用机制以及这些成分与食品系统的相互作用是影响精油大范围应用的因素。研究证明，从不同植物来源提取的精油均具有天然化合物成分，因此是应用于复杂食品系统的潜力性原料。由于樟科植物精油本身就具有“天然、健康”的特点，其在工业加工食品中的应用能够完全满足消费者对健康和安全食品的需求。此外，还应拓宽视野，增加精油使用的可能性，从精油的控释封装、加入活性包装、食用涂料、不同精油的协同组合和不同保存方法的组合等方面入手，利用好中国丰富的樟科植物资源，将风味独特的植物精油融合进复杂的食品体系中，提升花了钱的人于精油的认可度，为提升精油的利用价值创造出更多可能。

  本文《樟科植物精油的研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷第13期346-359页，作者：杜易潼，王 颖，薛婉玉，范宇鑫，姜子涛。DOI:10.7506/spkx0613-129。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑：渤海大学食品科学与工程学院 王雨婷 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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