首页 > 分享 > 《食品科学》：河南大学郜晓峰副教授等：植物精油对病原真菌抑制作用的研究进展

《食品科学》：河南大学郜晓峰副教授等：植物精油对病原真菌抑制作用的研究进展

花匠小妙招
2024-09-16 07:32

食品和农副产品在贮存过程中会受到环境因素的影响滋生病原真菌和形成真菌毒素，导致农副产品的变质和腐烂，造成严重的经济损失。目前常用的解毒方法主要分为物理法、化学法和生物法，各存在一定的局限性。

植物精油是从植物中提取出来的具有芳香气味的次生代谢产物，其来源广泛、种类丰富，具有抗菌、抗炎、抗氧化等多种生物活性。近年来，国内外大量研究表明植物精油对多种病原真菌具有良好的抑菌活性，可抑制病原真菌的繁殖和真菌毒素的产生，是天然抗菌剂的重要原料。此外，植物精油具有较高的挥发性、高效广谱抑菌性、良好的生物降解性和食品安全性特点，已成为现有杀菌剂的优良替代品。

河南大学生命科学学院的苏亚蕊和国家食用菌加工技术研发专业中心的范慧霞，郜晓峰*等介绍病原真菌和真菌毒素的分类和危害，综述植物精油抗真菌活性成分的来源和分类、植物精油对病原真菌抑菌效果的评价方法、植物精油在病原真菌和真菌毒素方面的应用以及植物精油防治病原真菌和真菌毒素的机制，以期为防治病原真菌和真菌毒素提供新的思路，并为植物精油的开发和应用提供一定的理论依据。

1 病原真菌和真菌毒素的分类

常见病原菌的分类

病原真菌在自然界中广泛分布，形成多种小孢子，容易污染食物，因此对农副产品和人类危害极大。生活中常见的病原真菌主要分为青霉菌属、镰刀菌属和曲霉菌属（表1）。

青霉菌是一种广泛存在于空气中的优势真菌，其耐热性强、繁殖温度低，可感染多种农副产品，少数种类的青霉菌可使人或动物患病。镰刀菌是一种重要的植物病原体，部分菌株可以在冬季谷物上产生毒素，易感染多种谷物和经济作物，引起根腐病、茎腐病等病害，导致作物产量下降，严重损害作物生产。曲霉菌的最低生长温度为6～8 ℃，最高生长温度为44～46 ℃。在32 ℃下，黄曲霉毒素B 1 （AFB 1 ）含量最高，对玉米的污染较严重，如果人和动物食用了发霉的玉米，可能导致腹泻或危及生命。

真菌毒素的分类

真菌毒素是由病原真菌产生的次级代谢产物，主要包括桔青霉素、青霉酸、黄麦格霉素、呕吐毒素、丁烯酸内酯、镰刀菌酸、串珠镰刀菌素、黄曲霉毒素、赭曲霉毒素、棒曲霉素。

1）青霉菌毒素

青霉菌产生的真菌毒素主要包括桔青霉素、青霉酸、黄麦格霉素。桔青霉素是一种有毒的次级代谢产物，经常污染农作物和动物饲料，损害人和动物的健康。采用冷藏、辐照等方法可以间接抑制桔青霉素的产生。研究表明，薄荷提取物可以有效抑制桔青霉素的合成。青霉酸也是真菌的一种有毒次级代谢物，是对人类危害最大的真菌毒素之一，能够严重污染谷物和饲料。黄麦格霉素是一种由纯绿青霉产生的真菌毒素，能够严重损伤小鼠肝脏。

2）镰刀菌毒素

镰刀菌毒素是一类危险的食品污染物，包括呕吐毒素、丁烯酸内酯、镰刀菌酸、串珠镰刀菌素等。它可以在各种谷物中累积。研究发现丁香油纳米乳对镰刀菌毒素有良好的抑制作用。

3）曲霉菌毒素

曲霉菌毒素主要包括黄曲霉毒素、赭曲霉毒素和棒曲霉素，能够严重污染食品、中草药和饲料等。在生鲜食品或加工食品和饲料贮藏过程中，曲霉菌进一步分散，导致毒素浓度显著增加。研究表明，各种黄曲霉毒素都可导致人类罹患癌症。

2 植物精油的活性成分及其抗菌作用

一旦发现食物被病原真菌及真菌毒素污染，清除毒素无疑是重要的手段。常用解毒方法包括物理法、化学法和生物法。然而有些解毒方法成本高且副作用多，因此受污染的食物往往被丢弃或用作肥料和发酵酒精。大量研究表明，植物精油可作为绿色防腐剂控制和降解真菌毒素，其无毒、无残留，不会污染环境，具有良好的发展前景。

植物精油的来源及分类

植物精油是一种从植物中萃取出来的具有芳香气味的挥发性油状液体，它们主要分布在药用植物器官的表面，特别是花、叶、茎、根或果实，通过蒸汽蒸馏、挤压、冷浸或溶剂提取的方法进行提取。含精油丰富的药用植物主要分布在木犀科、樟科、唇形科、伞形科和桃金娘科等（表2）。

植物精油活性成分的分类

植物精油所含化合物较多，其中具有抗真菌作用的成分可分为萜烯类、醇类、醛类、酚类和酮类。

1）萜烯类

许多植物精油中都含有萜烯类成分。气相色谱-质谱（GC-MS）法从椪柑精油分析并鉴定出50 种萜烯类化合物，其中柠檬烯含量最高，约占总含量的一半。

2）醇类

研究发现玫瑰精油主要由橙花醇和香茅醇组成，其中橙花醇的抑菌和杀菌能力较强，对青霉菌的最小抑菌浓度（0MIC）和最小杀菌浓度（MBC）分别为2.5 μL/mL和5 μL/mL。左旋松油醇能有效抑制植物病原真菌的生长，对玉米大斑病菌作用效果最好，EC50为0.105 3 mg/mL。

3）醛类

使用GC-MS法研究发现肉桂精油中肉桂醛的相对含量高达88.86%，能有效抑制黑曲霉HY2的生长，MIC低至0.006 25 μL/mL。山苍子精油的主要成分柠檬醛能够作为抗菌剂有效抑制青霉菌、曲霉菌和木霉菌等常见真菌的生长。

4）酚类

研究发现丁香酚、香芹酚和百里香酚对禾谷镰刀菌均有抑菌活性，其中百里香酚的抑制效果最好，对禾谷镰刀菌菌丝生长和孢子萌发的EC50分别为0.978 mg/g和14.349 mg/g。在牛至油、香芹酚、柠檬醛和肉桂醛对黑曲霉的抑制效果比较中，结果表明香芹酚的抑制效果最好，5 μL的香芹酚对黑曲霉的抑菌圈直径可达53 mm。

5）酮类

采用GC-MS法分析发现干燥和新鲜薄荷挥发油的主成分均为左旋香芹酮，相对含量分别高达29.71%和37.87%，薄荷挥发油浓度越高，对尖孢镰刀菌的抑制效果越好。姜黄精油的主要抑菌成分为芳姜黄酮和姜黄酮，能有效抑制黑曲霉和根霉的生长。

植物精油对病原真菌抑菌效果的评价方法

目前常采用肉汤稀释法、纸片扩散法、菌丝生长速率法、孢子萌发法、直接接触法（喷洒和涂抹）、熏蒸法、培养基加药法，通过测定MIC、MBC、抑菌圈直径、菌丝生长速率、孢子萌发抑制率以及EC50来评价植物精油对真菌的抑菌效果。植物精油对真菌生长和真菌毒素产生的抑制程度取决于所用精油的浓度。

植物精油在病原真菌和真菌毒素防治中的应用

植物精油具有易于获取、绿色、安全的优点，对真菌生长和真菌毒素的积累具有抑制作用。因此，植物精油可作为保鲜剂、防腐剂和杀菌剂用于食品、饲料等农副产品的贮存和运输。此外，一些研究表明，可以用先进的纳米技术来密封植物精油。

3 植物精油防治病原真菌和真菌毒素的机制

不同植物精油抑制病原真菌机制具有多样性，且具有多点协同作用。其机制研究主要集中在以下3 个方面，一是紊乱病原真菌生物大分子合成和能量代谢，抑制病原真菌的菌丝生长和孢子形成；二是破坏细胞壁，改变细胞膜通透性，抑制麦角甾醇的合成并破坏菌丝发育；三是调控真菌产毒素相关基因的表达，影响真菌毒素的产生。

抑制病原真菌的菌丝生长和孢子形成

真菌主要通过菌丝吸收营养物质从而产生孢子和子实体。植物精油可以通过抑制菌丝的生长和孢子的形成进而杀死真菌。一些研究表明，植物精油通过抑制真菌菌丝体来延缓真菌的生长，可作为杀菌剂的良好替代品。

破坏真菌的细胞壁和细胞膜

细胞壁和细胞膜是真菌细胞的重要组成部分，它们的代谢与真菌的代谢和生长密切相关。植物精油中含有的酚类物质可以进入真菌的细胞壁或细胞膜，影响细胞膜的功能，释放细胞内容物。

麦角甾醇是真菌细胞膜的重要组成部分，也是真菌的一种特异性脂质，在维持真菌细胞膜的正常生理功能中发挥重要作用。研究表明，所有浓度的洋甘菊精油对真菌都有部分影响。其主要原因是洋甘菊精油中的α-没药醇会影响真菌麦角甾醇的合成，从而发挥对真菌的抑制作用。

调控真菌产毒素相关基因与抑制真菌毒素合成

植物精油能够抑制一些真菌毒素合成基因的表达，从而减少真菌毒素积累。研究发现丁香精油和香茅精油能够下调赭曲霉毒素合成通路关键基因的表达，抑制赭曲霉毒素合成。姜黄精油明显下调了黄曲霉毒素生物合成途径相关基因的表达。基于转录组分别分析植物精油对禾谷镰刀菌、桃果果生链核盘菌、棘孢曲霉的抑菌机制，基因本体（GO）功能富集分析结果显示差异基因主要分布在催化活性、代谢过程、膜结构等多种功能中；京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析结果表明，差异基因主要参与代谢途径、次生代谢物的生物合成、碳代谢和核糖体等途径，因此，植物精油对真菌的抑制作用可能是一个多基因参与的协同调控过程。

4 结语

病原真菌和真菌毒素不仅损害食物的营养价值和经济价值，而且对人们的健康也造成不利影响。目前，病原真菌和真菌毒素对食品和农产品的污染越来越严重，现有的物理和化学解毒方法会产生一些副作用。Grande-Tovar等研究了真菌的预防和解毒方法，结果表明，物理解毒方法需要受到设备等条件的影响；化学解毒方法可能会产生对环境有害的毒副产物，并导致真菌病原体的耐药性；虽然生物解毒方法安全有效，但由于成本和技术要求高，难以广泛应用。植物精油含有多种活性化合物，如萜烯类、醇类、醛类、酚类和酮类等，它们可以靶向病原真菌的细胞壁、细胞膜、菌丝、孢子等，以抑制病原真菌生长和真菌毒素积累，并对病原真菌和真菌毒素具有良好的体外抑制作用。植物精油的研究和开发对抑制病原真菌和真菌毒素具有重要意义。此外，植物精油不会影响食物的品质，具有安全、有效、可生物降解、无副作用、成本低的优点。它们可以大幅减少真菌和真菌毒素对食物的污染，也可以保护人们免受真菌和真菌毒素的伤害，是环境友好型的天然杀菌剂，是未来新型杀菌剂的重要原料。

目前的研究表明，植物精油可以应用于食品包装材料，或通过熏蒸应用在食品运输和贮存过程，作为统合成杀菌剂的环保替代品。然而，植物精油容易降解、作用时间短、容易受到环境中光照和温度等因素的影响而发生变质，因此应优化精油提取技术，强化对精油活性成分和安全性的分析研究，深入开展对植物精油包装材料和保存方式的探讨，以延长植物精油的作用时间，充分发挥植物精油的抑菌和杀菌作用。

本文《植物精油对病原真菌抑制作用的研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷第13期281-288页，作者：苏亚蕊，范慧霞，马跃然，梁利慧，康文艺，郜晓峰。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230306-051。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南师范大学生命科学学院母朵银；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。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家肉类加工工程技术研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，贵州大学、贵阳学院共同主办，贵州医科大学、清华大学深圳国际研究生院、河南省大鲵保护与发展协会、国家市场监管重点实验室（特殊食品监管技术）支持协办，中国食品杂志社《肉类研究》杂志、《乳业科学与技术》杂志、《Food Science of Animal Products》承办，钛和中谱检测技术（厦门）有限公司、贵州油研纯香生态粮油科技有限公司、岛津企业管理(中国)有限公司、四川安好众泰科技有限公司、贵州成义烧坊酒业股份有限公司、贵州黔醉酒业（集团）有限公司、黔东南民生食品有限公司、贵州普安红茶业（集团）有限公司等企业赞助的“2023年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”即将于2023年10月28-29日在贵州贵阳召开。