精油抑菌机理综述摘要

·茶树油在果蔬保鲜中的应用及其对采后病原真菌的抑菌机理（宁波大学海洋学院，宁波315211）摘要：茶树油具有广谱的抑菌性能，在果蔬采后病原真菌控制上起到了重要的作用。关于茶树油在果蔬保鲜上的应用研究至今较为缺乏，令其在商业上的应用前景受到限制。同时，本文综述了茶树油的抗真菌机理，目前的研究主要集中在细胞膜和呼吸代谢方面。认为仍需进一步结合茶树油的组分之间的相互作用及其在亚细胞水平上的抑菌作用机理进行系统性的研究，为茶树油开发成果蔬保鲜剂提供基础。关键词：茶树油；果蔬；真菌；机理ResearchonTeatreeoilinFruitsandVegetablesPreservationandItsAntifungalMechanismonPostharvestpathogenicfungiAbstract:TeaTreeOil(TTO),thevolatileessentialoilderivedmainlyfromtheAustraliannativeplantMelaleucaalternifolia.Employedlargelyforitsantimicrobialproperties,TTOplaysanimportantroleincontrollingpostharvestpathogenicfungi.Fewappliedresearchonteatreeoilinfreshfruitsandvegetableshasbeenreported,makingitlimitedincommercialapplication.Meanwhile,theantifungalmechanismofTTOwasreviewed,thecurrentresearchfocusedoncellmembraneandrespiratorymetabolism.TheinteractionbetweenthecomponentsofTTOanditseffectonsubcellularlevelneedtobestudiedsystematically,providingabasistodevelopitintofruitandvegetablepreservative.Keywords:TeaTreeOil;fruitsandvegetables;fungi;Mechanism1茶树油概述植物精油，属于植物体内的次生代谢物质，是一类可随水蒸气蒸馏，具有一定芳香气味且能在常温下挥发的油状物质的总称。植物学上称为精油(essentialoil)，商业上称芳香油(aromaticoil)，化学和医药学上称挥发油(volatileoil)[1]。植物精油按化学成分和含量多少可将植物精油分为四大类，即萜烯类衍生物，芳香族化合物，脂肪族化合物，含氮、含硫类化合物。许多研究表明植物精油具有抑制细菌、抑制真菌、抗病毒、杀寄生虫、杀虫的作用而引起了人们极大的兴趣[2]。最早植物精油是在日化产品中使用，近年来由于其较强的抑菌活性和低毒、环境友好等特点，也开始被应用到农产品特别是果蔬病虫害防治和保鲜防腐上[3]，可作为天然防腐剂的重要来源之一，在食品保鲜中具较好的应用前景。茶树油为桃金娘科（Myrtaceae）白千层属（Melaleuc）植物互叶白千层（Melaleucaalternifolia）的叶和枝条末梢经水蒸气蒸馏而得的无色至淡黄色精油[7]。它是迄今为止发现的活性最强的天然抗菌剂,也是极具应用价值和发展潜力的纯天然植物精油之一。目前，全世界茶树油每年产量500多吨，因其能高效、无毒、无刺激地杀死真菌和细菌而被广泛应用于医疗、化工等领域[6]。气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)对茶树油的成分进行分析发现，茶树油是由百种以上的物质所组成，其主要成分有萜品烯-4-醇(1-terpined-4-ol)、γ-萜品烯(gamma-terpinence)、α-松油烯(alpha-terinence)、1，8-桉叶素(1,8-cineole)等，其主要抑菌活性成分是萜品烯-4-醇[8]。其中，萜品烯-4-醇和γ-萜品烯占整个茶树油比例的50%以上。为提高茶树油质量和防止掺假，ISO/TC54制订了茶树油的国际标准(ISO4730-1996)，该标准规定了茶树油的两种特征性成分含量的上下限。其中，1，8-桉叶素(-，15%)，萜品烯-4-醇(30%，-)。茶树精油由于含有多种活性成分、具有多种生理功能，在国际上已广泛应用于医疗、化工等领域，作为食品香料使用早已获得美国FDA的批准。在食品中茶树油多是，成为一种清新有特色的口味。它可在焙烤食品、软饮料、糖果、蛋制品、鱼制品、水果制品等中作为一种香味剂，赋予食品清新而有特色的口味，平均使用量为10mg/kg。而我国对茶树油的认识时间较短，茶树油的应用市场还不成熟，仅在日化行业有所使用[9]，目前的研究表明，茶树油能有效地抑制多种细菌和霉菌，可有效延长果蔬贮藏寿命，使得其受到越来越多的关注，有潜力取代化学杀菌剂成为新型的生物保鲜剂。2茶树油在果蔬保鲜中的应用方式及作用效果2.1茶树油在果蔬保鲜中的应用方式熏蒸法、接触法、壳聚糖涂膜复合等方法法（分点叙述，说明各种方法是什么意思、各有什么优缺点，非常重要）2.2茶树油对果蔬的保鲜效果主要阐述TTO对不同果蔬产生的影响，包括使用浓度、对病害（及病原菌）、对品质阐述的影响。目的是论述其对不同果蔬、不同病害的作用异同点，供阅读者参考。3茶树油在果蔬保鲜中的作用机制3.1茶树油的抑菌组分及其作用3.2茶树油的抗真菌机理3.3茶树油对果蔬诱导抗病能力的影响4.总结（参考上面的逻辑顺序，重新组织内容）目前国内外有不少关于茶树油在果蔬病原菌方面的抑菌效果研究，均表明茶树油具有高效的体外抑制和杀死病原菌作用。朱德明，丁丽等研究得茶树油显著性抑制芭蕉炭疽菌茵丝生长，且改变了分生孢子内部构造，有效抑制了孢子萌发，茶树油浓度为0.05％(V/V)时对芭蕉炭疽菌抑制效果最好[14]。陶凤云，赵伟等采用菌丝生长速率法测定茶树油对水稻恶苗菌、尖孢镰刀菌和水稻纹枯菌3种植物病原菌的菌丝生长均具有显著的抑制作用，最小抑菌浓度分别为1.000％、0.750％和0.125％。Szczerbanik等的体外试验也表明，茶树油等能较好地抑制灰霉病菌、根霉病菌、炭疽病菌和茄病镰刀菌等真菌的生长[15]。研究茶树油及其组分松油烯-4-醇、r-松油烯、1，8-桉叶素对小麦、大麦易感染的茄病镰刀菌、曲霉、青霉、灰霉病和根霉等真菌生长的抑制作用，可见茶树油及其组分可作为潜在的天然杀菌剂[16,17]。但是体外实验不能作为评价精油抑菌效果的唯一标准，这方面仍需结合体内实验验证。精油的熏蒸法的效果比接触法抗菌效果更好，体内实验中精油在温室条件下能有效防止果蔬上的灰霉病[18]。部分研究采用体外熏蒸的方法来探讨精油的抗菌效果，学者将病原菌接种到果蔬上，再用茶树油或结合其他物质研究茶树油对病原菌的体内抑菌作用。静玮，苏子鹏等以香蕉果实为材料，采用TTO及其主要成分（4-松油烯醇、α-松油醇、γ-松油烯和1,8-桉叶油素）熏蒸处理接种炭疽病菌的香蕉果实，均能不同程度的降低接种炭疽病菌果实的发病程度。4-松油烯醇和α-松油醇处理对接种果实病斑直径的抑制效果显著好于TTO。茶树油有效推迟了果实果皮的褪绿变黄，延缓了果肉硬度和淀粉含量的下降，维持了较高的可溶性糖含量。同时有利于保持果实的外观和品质，随着果皮表面残留TTO的迅速挥发，果实保持了自身较好的风味[19]。邵兴锋、程赛等人研究了茶树精油熏蒸处理对草莓进行防腐保鲜的工艺条件。经他们验证茶树油熏蒸处理可降低草莓果实灰霉病和根霉病的发病率和病斑直径，抑制其孢子萌发和菌丝生长。同时将该条件应用于未接种的新鲜草莓果实能显著抑制果实的自然病害发生，还能减缓草莓果实失重率的上升和果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸和花青素含量的下降[20,21]。茶树油不仅能很好的控制果蔬采后病原菌，还能很好的保持果实的品质特性。近十年来，生物活性物质的微胶囊已受到越来越多的关注。其中用于开发微粒化系统的聚合物，脱乙酰壳多糖被广泛引用。考虑到越来越多的微生物对传统抗生素产生抗药性，针对这些病原体精油是一个不错的选择，同时壳聚糖与精油复合后有益于精油中抑菌成分的缓慢释放，以达到更长时间的保鲜效果[22,23]。向壳聚糖膜中添加不同浓度的茶树油制备抗微生物薄膜，会一定程度上改变茶树油的抑菌效果，壳聚糖-TTO比例超过1:1时对青霉菌的呈现有限的抗菌效果。主要原因是膜的生化指标的改变影响了对微生物的抗菌能力和它的保藏效果[24]。MariaSerrano[25]等人研究讨论将精油与气调技术结合应用到果蔬保鲜上，特别是对于易腐烂、断货假期的水果可以延长它们的货架期。关于茶树油复合其他新技术以减少果蔬采后腐败的应用性研究还很少，也使得它的商业应用受到限制。3茶树油的主要抑菌成分与抑菌机理由于植物精油成分复杂，组分间的相互作用复杂多变，植物精油的抗菌机理还没有被完全阐明。研究茶树油抗菌作用机理，有助于了解抗菌谱、毒性以及微生物耐药性的发展过程。但是对于茶树油的抑菌机理至今仍没有完整的系统研究，主要的观点认为它是以一种膜破坏剂的形式发挥作用，通过破坏膜结构，使霉菌细胞内物质泄漏，刺激细胞自溶，导致细胞形态发生变化[26]。也有些研究发现精油还能抑制微生物呼吸途径中内线粒体酶、脱氢酶的活性，从而影响细胞呼吸作用及一些代谢物质的合成，使微生物不能正常生长繁殖。3.1茶树油组分的抑菌作用茶树油的大多数组分都有抗真菌活性，但是单一组分杀菌作用机理的研究还很不充分，仅有少数作者研究了几种主要单一组分的杀菌作用。AdrianaM.等人发现1，8-桉叶素在低于MIC浓度时能破坏大肠杆菌的细胞膜[27]。C.F.Carson等人得出松油烯-4-醇是茶树油中活性最大的组分，对伞花烃无抑菌活性。同时苧烯、a-松油醇对多种测试菌种除了铜绿假单胞菌均有抑菌活性[28,29]。植物精油抑菌作用主要由其中的一种或几种成分决定[30]。精油各组分间存在协同作用，在比较全组分植物精油和其主要组分的任意组合的抑菌效果时，发现全组分植物精油的抑菌效果明显要好[31]。S.D.Cox将茶树油的主要组分松油烯-4-醇与r-松油烯、对伞花烃组合使用，研究它们的抑菌活性，发现非氧化萜类会降低松油烯-4-醇的水溶性，其独自使用反而比茶树精油全组分的抗菌活性高[32]。但是大多数研究者只局限于选择茶树油中几种常见的组分，其他含量较高的组分对其活性的作用还尚不清楚。这些组分组合在一起可能降低某些有效成分的活性，一些次要成分也可能在其抗菌作用中发挥关键性作用。各组分在茶树油的抑菌作用中所起的作用仍需进一步探索。3.2茶树油主要的抗真菌机理目前关于茶树油对细菌的抑菌机理研究的比较多，真菌相对于细菌结构更为复杂，孢子与萌芽后长成的菌丝，不同阶段细胞内酶的种类及含量会有所区别，多数研究表明萌芽孢子比未萌芽的孢子对TTO表现更为敏感，TTO挥发相抑制真菌生长并影响孢子形成[33]。精油熏蒸处理能导致真菌菌丝生长异常，导致细胞壁增厚、细胞膜破裂、线粒体增大或破损、原生质体的泄露和核膜折叠凳现象等[18,34]。电镜观察松油烯-4-醇处理后的细胞有中间体的形成，伴随内容物的流失。可见茶树油及其组分破坏了细胞膜结构。并且在茶树油存在的条件下，有些细胞尽管死亡，仍然有完整无缺的细胞膜和细胞壁。这些信息提示茶树油对细胞的作用主要是引起细胞死亡，其次是引起自溶[35]。X.Liu,L.P.Wang等人用光镜扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察发现百里香油造成的超微结构，其中包括修改明显干瘪起绉菌丝和孢子、质膜破坏和线粒体解体。S.Bennis等人用百里香有和丁香酚处理酿酒酵母后260nm吸光值增大，用扫描电镜观察处理组的细胞得出细胞表面结构发生变化，进一步验证精油的主要抗菌机理是破坏膜[36]。几乎所有的精油在不同程度上表现出一定的抗菌活性。在较低浓度，没有超微结构的变化，也没