精油抑菌机理综述.doc

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1、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：茶树油具有光谱广谱的抑菌性能，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Research on Tea tree oil in Fruits and Vegetables Preserv

2、ation and Its Antifungal Mechanism on Postharvest pathogenic fungiAbstract: Tea Tree Oil (TTO), the volatile essential oil derived mainly from the Australian native plant Melaleuca alternifolia. Employed largelyforitsantimicrobialproperties, TTO plays an important role in controlling postharvestpath

3、ogenic fungi.Few applied research on tea tree oil in fresh fruits and vegetables has been reported, making it limited in commercial application. Meanwhile, the antifungal mechanism of TTO was reviewed, the current research focused on cell membrane and respiratory metabolism. The interaction between

4、the components of TTO and its effect on subcellular level need to be studied systematically, providing a basis to develop it into fruit and vegetable preservative.Keywords: Tea Tree Oil; fruits and vegetables; 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 (ess

5、ential oil)，商业上称芳香油 (aromatic oil)，化学和医药学上称挥发油(volatile oil)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、含硫类化合物既然提到这四类，是否可以比较一下这4类的异同点？。许多研究表明植物精油还具有抑制细菌、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。天然植物精油最早植物精油是在日化产品中使用的，近年来除了利用植物精油的赋香功能之外，还充分利用各种天然提取物独特的生物活性来提高产品的质量和开发多种保健功能。植物精油由于其较强的抑菌活性和低毒、环境友好等特点，也

6、开始被应用到农产品特别是直接食用的果蔬这个地方可以详尽的多说几个果蔬，引入几个文献。病虫害防治和保鲜防腐上3。，可同时，植物精油单独使用或是和其它防治手段结合使用时，对自然腐烂也具有较好的抑制作用，研究表明，植物精油不仅能够矫正食品的异味，赋予香气，还有着色、抗菌、抗病毒、抗氧化等多方面的生物活性，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。植物精油还可作为不同种类的果蔬的保鲜剂4, 5。茶树油是迄今为止发现的活性最强的天然抗菌剂哪个文献说明这点？, 也是极具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已广

7、泛应用于医疗、化工等领域6。茶树油为桃金娘科（Myrtaceae）白千层属（Melaleuc）植物互叶白千层（Melaleuca alternifolia）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哪个文献说明这点？, 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。国内外文献采用气相色谱-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-o

8、l)、-萜品烯( gamma-terpinence)、-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此处是讲述TTO的组成，不应出现主要抑菌组分这样的话。应移到其他地方。其中，萜品烯-4-醇和-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%，-)。茶树精油全文要统一。由于含有多种活性成分、具有多种生理功能，被应用

9、于许多领域，在国际上茶树油已广泛应用于医疗、化工等领域，作为食品香料使用早已获得美国FDA的批准参考文献？。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文献？哪一国的要求？。而在中国，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。我国对茶树油的认识时间较短，目前，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添加个别综述性文献，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。茶树油作为食

10、品香料使用早已获得美国的批准。在食品中茶树油多是作为一种香味剂，成为一种清新有特色的口味。它在焙烤食品、软饮料、糖果、蛋制品、鱼制品、水果制品等中的平均使用量为10mg/kg。我国已有香精企业将茶树油用于调香中，但使用面并不广，因而对它在果蔬方面的应用研究和开发仍值得我国有关部门重视。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采后腐败菌熏蒸法、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）果蔬是维生素、矿物质和膳食纤维的重要来源，是人们维持身体健康，增进营养必不可少的主要食品，是世界上仅次于粮食的农产品。果蔬采后病害

11、导致的巨大损失也已经成为全球所关注的问题。据FAO统计数据显示，世界上发达国家由于果蔬采后保鲜技术比较完善，其产品损失率仅为5%，而在发展中国家, 由于缺乏贮运冷藏设备及相关保鲜措施损失更为严重。发展中国家损失率为20%30%，我国果蔬采后损失在20%左右10。新鲜果蔬从采收到被人类消费, 由于病原生物侵染涉及到食品安全、腐烂损失(包括腐败变质、虫害) 等问题。而真菌则是果蔬最主要的致腐性病原菌。在100万种真菌中，大约有10%左右的真菌可导致大部分果蔬采后病害11。引起新鲜果蔬腐败变质的真菌以霉菌为主，其中又以青霉属和曲霉属作用最强。生活中，苹果、番薯的青霉病，梨、葡萄、草莓的灰霉病，以及桃

12、、番茄上的黑霉病是造成它们收获后腐烂的主要霉菌。涉及其中的多种霉菌会同时引起多种水果、蔬菜的腐败变质。目前有效手段是利用杀菌剂处理。但随着化学杀菌剂在全世界范围广泛使用，它的诱癌性、致畸性和易引起食物慢性中毒等问题已引起了社会的广泛关注。另外，高频率地使用单一种类的杀菌剂会使植物病原菌产生抗药性，使杀菌剂的防效大大降低12。因此, 越来越多的研究者希望发现无公害植物源性、对人类和环境更加安全的物质来代替或部分代替化学杀菌剂。大量研究表明植物提取物中含有抑制病原微生物的成分，可以利用植物中的抗菌物质对果蔬采后进行病害生物防治13。茶树油能有效地抑制许多普遍存在的致病细菌和霉菌。利用茶树油控制真菌

13、,延长果蔬贮藏寿命已经受到了越来越多的关注。茶树油有潜力取代化学杀菌剂成为新生的保鲜剂。2.2 茶树油对果蔬病原真菌的抑制作用及采后的保鲜效果 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

14、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

15、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、-松油醇、-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-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

16、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

17、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。Maria Serrano 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

18、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。

19、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。Adriana M.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

20、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

21、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

22、、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，也没有大分子物质如蛋白质和其他紫外线吸收反射材料流出。但是磷和钾离子被释放，驱散质子动力导致微生物被杀死37。认为茶树油破坏细胞膜结构的渗透屏障，伴随着的化学渗透性的控制是其最小抑菌水平致命作用的主要来源。不同种类的微生物对茶树油表现的敏感性也有所差异，可以解释为单萜烯通过细胞壁和细胞膜的渗透速率的变化38。细胞膜及线粒体

23、膜防止细胞内H+，Na+，K+，Ca2+等重要粒子流出，并能控制不同组分的进出。细胞膜为脂质结构，单萜成分则优先从水相进入膜结构，导致膜扩张，增加了膜的流动性，抑制膜上相关酶的活性。以茶树油处理微生物细胞悬浮液，通过观察摄入染料PI的细胞进一步证实茶树油对细胞膜渗透性的影响。邵兴锋等人通过GC-MS分析茶树油处理后灰葡萄孢霉细胞膜的脂肪酸的不饱和程度的变化，结果反映与对照相比，亚油酸大幅度降低，不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比值由1.17降到0.6639。近年来，许多研究者认为抗菌物质引起的微生物细胞膜受损与抑制麦角甾醇的合成有关，进而改变膜结构，提高细胞膜的通透性40, 41。E.Pinto等发

24、现茵陈精油对念珠球菌的甾醇合成有明显的抑制效果42。可见，茶树油破坏膜的作用点可能是一个也可能是多个，目前缺乏对这几个方面进行共同研究比较。TTO及其组分引起膜流动性不同程度的变化，与它们同膜脂质层结合位点相关及其疏水性有关43。茶树油组分对其整体抑菌效果的贡献仍需进一步验证。由此看来，茶树油对真菌细胞膜产生的影响还有待全面系统的研究。早在十几年前茶树油被发现抑制微生物的呼吸代谢44 45，但仅限于向液体培养基中加入葡萄糖检测氧浓度的变化。Jun Tian等研究了莳萝油对黄曲霉的线粒活性的影响，通过检测线粒体膜电位上升、外部介质酸化、线粒体ATP酶活性及脱氢酶活性降低。由于线粒体功能受损引起活

25、性氧的积累46。在对抗菌肽的研究中发现，抗菌物质除了对菌体细胞膜的影响以外，还可能会对胞内大分子物质（如核酸、蛋白质等）、胞内酶活性和能量代谢等方面产生影响，这些影响可能是针对菌体的单个作用靶目标，也可能针对菌体内的多种靶目标同时发挥作用。Jiazhang Qiu等用RT-PCR检测金黄色葡萄球菌经紫苏油不同浓度处理后外毒素的产生，发现紫苏油降低了细菌毒素的产生47。有研究发现BIT(1,2-苯并异噻唑啉-3-酮)能破坏B. cinerea细胞壁膜通透性，同时改变DNA二级结构和DNA合成量，起到抗菌的作用48。丙烷脒在破坏番茄灰霉病菌细胞膜的同时，使霉菌的合成代谢受到促进或分解代谢受到抑制，

26、导致合成与分解代谢不平衡，进而表现出能源物质的累积现象。同时抑制呼吸速率，抑制磷酸化和氧化磷酸化效率49。茶树油各组分是否通过对真菌的多个不同靶目标的作用来抑制真菌，抗菌成分与靶目标之间的相互作用是孤立的还是存在相互作用关系都还有待深入研究探讨。4小结与展望茶树油在国外许多国家已经得到广泛的应用，包括制药、化妆品、食品香料等领域，但我国生产的茶树油主要仅用于出口。虽然许多学者已经着手研究茶树油的抗菌、抗氧化等作用，但目前对于茶树油的研究主要集中在体外实验中。将其开发成新型果蔬保鲜剂需要应用在果蔬上进行体内研究，并且要结合医药卫生部门进行茶树油毒理、病理方面的试验，取得可靠的数据，进一步促进这一

27、产业的良性发展50。茶树油抗真菌作用机理的研究尚处于起步阶段，没有明确的系统性说法。对于茶树油的抑菌作用主要可以概括为对破坏细胞膜、抑制呼吸代谢两方面，研究中也发现精油对细胞壁、线粒体活性，及基因表达、代谢物质合成的影响，可能一些关键酶的表达在抑菌作用中起重要作用。另外，由于茶树油含有多种组分，各种组分的含量不同，溶解度和分子量的大小不同，因而物理、化学性质各异，渗透通过细胞壁和细胞膜结构的速率也不同。茶树油单个组分及几种组分复合作用的抑菌效果仍需进一步研究，可能单个或几种精油组分的抗菌活性可以代替同一剂量的精油，有望将精油或它的主要芳香组分应用在食物储藏上。茶树油的抗菌活性也可能存在除膜以外

28、的作用位点或茶树油中的未知组分，还有其它的杀菌作用机理。全面掌握茶树油杀死微生物的确切机制需研究其单一组分的作用，同时检查它们对微生物物质能量转化的影响，特别是对跨膜质子的影响，以期进一步扩展茶树油在果蔬保鲜上的应用。1.Isman, M.B., Plant essential oils for pest and disease management. Crop protection, 2000. 19(8): p. 603-608.2.Hammer, K.A., et al., A review of the toxicity of Melaleuca alternifolia (tea t

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