混料设计优化孜然、花椒、芥子混合精油对4 种果蔬采后真菌的抑菌效果

　　研究报道植物精油具有广谱的抗微生物活性，能够抑杀细菌、真菌和病毒。精油作为天然提取物，是新兴的具有良好抑菌效果的抑菌剂，利用单一精油组合的协同性和加和性是提高精油抗菌功效的新方法。

　　采后病害是导致果蔬供应链中经济损失的主要因素之一，可能发生在供应链的各个环节，如采收、分级、包装、运输、贮藏等，同时采后果蔬侵染病害中的一些真菌病原物能够产生毒素，对人体健康产生潜在危害。据报道，食品需要高浓度精油才能达到较佳的抑菌效果，但这些高浓度的精油则会改变食物感官特性或者产生毒性，为了减少精油的有效剂量并提高其抑菌效果，研究表明可以将不同精油进行组合；因此来自甘肃农业大学食品科学与工程学院的熊李波、秦强、张忠*和毕阳*等人通过测定试用菌株的最小抑菌浓度（MIC）、最小杀菌浓度（MBC）和菌落直径，利用单纯型增强质心混料设计数学模型设计3 种植物精油混合作用下对4 种果蔬真菌的最优混料比例，以实现在较低精油用量下较优的抑菌效果，为天然抑菌剂减量使用提供方法指导。

　　1. 精油的提取率及组分分析

　　从孜然、花椒、芥子原料中提取的精油含量分别为2.29、2.52、1.12 mL/g。

　　通过GC-MS分析，孜然精油检测48 种化合物，占总量的99.93%（质量分数，下同），主要成分为枯茗醛（21.89%）、β-蒎烯（20.49%）、γ-萜品烯（18.37%）、4-丙-2-环己基-1,4-二烯-1-甲醛（10.98%）、p - 伞花烃（ 8 . 8 9%） 、4 - 丙- 2 - 环己基- 3 - 烯- 1 - 甲醛（7.95%）。

　　花椒精油检测出43 种化合物，占总量的95%，主要成分为芳樟醇（15.05%）、双戊烯（11.79%）、乙酸芳樟酯（11.17%）、β-蒎烯（9.33%）、（－）-4-萜品醇（6.04%）、桉叶油醇（4.62%）。

　　芥子精油检测出22 种化合物，占总量的99.97%，主要成分为烯丙基异硫氰酸酯（50.97%）、4-异硫氰基-1-丁烯（44.91%）。

　　总体而言，植物精油是一类含有烃类与其他物质（如萜烯、醇、酯、醛和酚类化合物）的混合物，其中萜烯、醇、酯、醛和酚类化合物具有抑菌活性；由植物精油提取出的化合物组合可能受植物品种、气候条件、地理区域及植物收集季节的影响，造成不同报道之间同种精油的组分存在部分差异。

　　2. 单一精油的抑菌效果

　　在测试的菌株中，互隔交链孢的耐药性最强（MBC≥2.0 μL/mL），且孜然、花椒精油不能在2.0 μL/mL条件下杀死该菌株；相反，硫色镰刀菌相比于其他3 种菌株是最敏感的菌株；从菌落直径和MIC可以看出，芥子精油相比于孜然精油、花椒精油，其对4 种菌株均具有较强的抑菌效果，且花椒精油的抑菌效果最弱。根据每种菌株在不同精油处理组间显著性分析可知，混合精油和单种芥子精油处理后抗菌效果最佳；互隔交链孢相比于其他3 种菌株菌落直径较大、活力最强，但芥子精油对其抑菌效果最佳，这可能与精油的化学成分组成和所测目标菌株的种类有关，芥子精油所含的异硫氰基化合物的质量分数达到95.88%，而孜然、花椒精油所含的萜类、醇类、酯类和酚类化合物相对复杂，且各物质含量相对比例较少。

　　3. 三元混合物及其抑菌作用

　　3.1 建立响应预测模型

　　通过前面章节的方法，对实验数据进行单纯型增强质心混料设计响应分析，并为每种菌株建立响应预测方程，通过特殊立方模型描述响应变量与因子之间的关系，确定系数R2和调整后的系数R2分析所选模型数据拟合的最佳组合，再根据统计学方差分析确定最优回归模型。通常拟合模型系数为负表示降低因子响应变量能力，为正表示增强因子响应变量能力。本研究应用混料设计数学模型的目的是提高混合精油抑菌联合作用，即最小响应变量（MIC），因此，系数为负表示混合精油相关因素增加抗菌作用的能力。

　　3.2 混合精油相互作用的影响

　　孜然精油和花椒精油对硫色镰刀菌表现出高度显著的协同抑菌作用（P＜0.001），而对互隔交链孢菌没有发现显著的协同作用（P＞0.05），然而，这两种精油对粉红单端孢和扩展青霉的响应系数为正，相比另外两种真菌具有相对较弱的抑菌能力，表现出极显著的拮抗作用（P＜0.01），据报道酚类单萜与醇类的组合会对部分微生物产生协同抑菌作用；孜然精油和芥子精油对硫色镰刀菌具有高度显著的协同抑菌作用（P＜0.001），对粉红单端孢、扩展青霉和互隔交链孢不能确定协同或拮抗抑菌作用（P＞0.05）；花椒精油和芥子精油对扩展青霉、互隔交链孢和硫色镰刀菌具有显著的协同抑菌效应（P＜0.05）。

　　当3 种精油混合作用时，发现均显示负响应系数，表明对4 种真菌均具有较强的抑菌作用，对粉红单端孢、扩展青霉、硫色镰刀菌均具有高度显著的协同抑菌作用（P＜0.001），且扩展青霉、硫色镰刀菌响应值（MIC）距三角形最佳混合区域中心较接近，表现出较优混合精油组合下的抑菌效果最佳。

　　3.3 混合优化模型分析

　　3 种混合精油对4 种果蔬真菌拟合数据MIC均不大于（0.0625±0.0100）μL/mL，其复合合意性大于95.0%，且相对抑菌浓度最小；当3 种混合精油（孜然精油、花椒精油、芥子精油）混料比例分别为36.11%、19.45%、44.44%时满足4 种菌株最佳抑菌反应期望，对4 种果蔬真菌（粉红单端孢、扩展青霉、互隔交链孢、硫色镰刀菌）预测的最佳MIC分别为0.05950、0.03156、0.06869、0.043 82 μL/mL（MIC＜＜0.125 μL/mL）；其合意性分别为93.97%、99.93%、92.01%、97.32%；总体复合合意性达到95.76%，具有显著的期望值。分析得出当3 种精油在较佳比例混合作用4 种菌株时，预测的MIC相对于单种精油作用符合最佳抑菌浓度要求，且对4 种菌株具有相对广谱性的抑菌效果。

　　4. 混合优化精油体外抑菌效果实验分析

　　通过混合优化后的3 种精油（孜然精油、花椒精油、芥子精油）最佳混料比例分别为36.11%、19.45%、44.44%时对4 种果蔬真菌进行体外实验，根据前面章节的操作方法，混合精油处理后的粉红单端孢、扩展青霉、互隔交链孢、硫色镰刀菌菌落直径分别是未用精油处理的77.15%、32.14%、18.54%、16.9%；相比孜然、花椒精油单独作用具有较强的抗菌效果，但略弱于芥子精油单独处理的抑菌效果，这可能是芥子精油的主要成分异硫氰基化合物含量多且单一性强所致；从组间对比也得出3 种精油混合作用时，对4 种菌株具有较强的协同抑菌效果，其对混合后精油敏感强度大小依次是硫色镰刀菌、互隔交链孢、扩展青霉、粉红单端孢。这也充分证明混合精油相对较低浓度下对菌株具有较优的抑菌效果。

　　结 论

　　提取得到的孜然精油、花椒精油、芥子精油含量分别为2.29、2.52、1.12 mL/g。孜然精油主要化学成分为枯茗醛（21.89%）、β-蒎烯（20.49%）、γ-萜品烯（18.37%）、4-丙-2-环己基-1,4-二烯-1-甲醛（10.98%）、p-伞花烃（8.89%）、4-丙-2-环己基-3-烯-1-甲醛（7.95%）；花椒精油主要化学成分为芳樟醇（15.05%）、双戊烯（11.79%）、乙酸芳樟酯（11.17%）、β-蒎烯（9.33%）、（－）-4-萜品醇（6.04%）、桉叶油醇（4.62%）；芥子精油的主要化学成分为烯丙基异硫氰酸酯（50.97%）、4-异硫氰基-1-丁烯（44.91%）。当孜然、花椒、芥子精油混料比例分别为36.11%、19.45%、44.44%时，对4 种真菌的抑菌效果最佳，此时在统计学上存在显著性交互作用（P＜0.05），具有良好的协同性；通过菌落直径大小分析得出混合精油相比于孜然精油、花椒精油单独作用具有较强的抑菌效果。该研究表明混料设计法可有效优化不同精油联合使用时的组合比，以实现较低精油用量下较好的抑菌效果，为天然抑菌剂的减量使用提供方法指导。

　　本文《混料设计优化孜然、花椒、芥子混合精油对4种果蔬采后真菌的抑菌效果》来源于《食品科学》2019年40卷3期208-216页，作者：熊李波、秦强、胡培芳、郭佳、夏泆斌、张忠、毕阳、葛向珍。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20171010-068。