香兰素在食品贮藏保鲜中的应用研究进展

吕佳煜 1，宋莎莎 1，冯叙桥 1,*，朱丹实 1，梁洁玉 1，侯宇 1，杨文晶 1，杜玉慧 2

（1.渤海大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州 121013；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳 110866）

摘要：随着人们对食品安全问题认识的提高，天然多功能食品添加剂正受到人们越来越多的关注。香兰素作为一种易提取的天然香味化合物，因其原料成本低、生产工艺成熟，被广泛应用于食品贮藏保鲜和加工尤其是乳制品的加工中。本文主要介绍香兰素的结构与性质，综述香兰素在食品贮藏保鲜中的应用，包括抑菌作用、抗氧化作用、稳定剂作用，并提出香兰素在应用上还值得研究的问题，展望其应用前景。

随着人们对食品安全问题认识的提高，对健康饮食的追求以及对营养搭配的重视，安全、健康、营养、天然的食品受到越来越多的人的青睐，“回归自然”成为现今人们饮食的流行趋势。天然食品保鲜剂也随之受到更多的重视，天然、多功能的食品保鲜剂更成为了国内外研究人员关注的焦点。香兰素（ vanillin）又称香草醛（ vanillic aldehyde），是从大型兰科植物香荚兰（Vanilla fragrans）的种子中提取出来的醛类物质。香兰素是第一种人工合成的香精，而且合成工艺简单、原料成本低廉 [1]，目前主要的合成方法有：微生物发酵法、酶合成法和植物细胞培养法 [2]。本文主要介绍香兰素的结构与性质，综述香兰素在食品贮藏保鲜中的应用，包括抑菌作用、抗氧化作用、稳定剂作用，并提出香兰素在应用上还值得研究的问题，对其应用前景进行展望。

1 香兰素的结构与性质

香兰素即 4-羟基 -3-甲氧基苯甲醛（ 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde），呈白色针状结晶，有芳香气味 [3]。通过 MP2/6-31G**计算结合气体电子衍射方法得出香兰素有两个稳定的构象（图 1） [4]。徐婷等 [5]认为香兰素结构中含有还原性的醛基，由于还原性与抗氧化性呈正相关，因此推断香兰素具有抗氧化性。香兰素在低浓度条件下仍具有抑菌活性：将香兰素浓度稀释 2 000倍时依然有抑菌作用 [6]。

在食品的贮藏保鲜过程中，香兰素的挥发性与溶解性对贮藏保鲜效果影响很大。香兰素具有挥发性，在食品的加工过程中若经高温处理可能会失去其对产品的保鲜及加工作用。在解决香兰素的易挥发及延长其保质期的问题上已取得了良好成果。微胶囊技术及复合膜系统可以解决香兰素易挥发的问题，曾张福等 [7]用β -环糊精作为包埋剂制成微胶囊，提高了香兰素的热稳定性并赋予其缓释特性。β -环糊精包埋香兰素提高了其热稳定性的同时也提高了其抗氧化性： Karathanos等 [8]证明β -环糊精包埋的香兰素在游离香兰素被氧化的温度仍具有抗氧化活性。 Kayaci等 [9]将香兰素环糊精包合物以静电方式封于聚乙烯醇（ polyvinyl alcohol， PVA）的微型网状结构中，使香兰素的货架期得以延长、稳定性得以提高，并且证明环糊精的添加对香兰素的热稳定性有着很重要的影响。 Stroescu等 [10]证实以细菌纤维素、 PVA及香兰素为主要成分的复合膜系统也可以控制对香兰素的释放。香兰素具有溶解性，在溶液中的浓度越大其保鲜作用越强 [11]。 Karathanos等 [8]证明，香兰素和β -环糊精的包络物在水中的溶解性优于香兰素。

香兰素具有浓烈的奶香气味，作为食品添加剂在食品工业中有广泛用途，可以添加到需要增加奶香味的产品中，如蛋糕、冷饮、糖果、饼干、面包及炒货产品等，有效地提高产品的感官品质。由于乙基香兰素的香味比同等质量的香兰素强并且能够持久留香，香兰素往往搭配乙基香兰素使用，添加比例约为m（香兰素） ∶m（乙基香兰素）＝ 3∶1 [3]。

2 香兰素在食品贮藏保鲜中的应用

食品保鲜剂分为天然保鲜剂与化学保鲜剂两类，被用于食品生产、流通、贮藏等过程中以起到保持食品感官性状、提高食用价值、延长贮藏时间等作用。与化学保鲜剂相比较，天然保鲜剂具有对环境无害、生产成本较低、生物相容性好、保鲜效果良好等优势 [12]。食品中的香兰素可通过紫外 -可见分光光度法、色谱法、电泳法等常规方法准确地检出，是一种安全性较高的食品保鲜剂 [13-15]。香兰素在食品贮藏保鲜中的应用可分为抑菌、抗氧化、稳定食品中其他成分及抑制呼吸速率等方面。

香兰素是一种天然的抑菌剂，在食品领域常结合其他抑菌方法共同作用，且香兰素对不同菌种的抑菌效果不同（表 1）。 Moon等 [11]证明香兰素的抑菌效果与其浓度、 pH值有关，较高的香兰素浓度和较低的 pH值均有利于提高香兰素的抑菌作用，香兰素对不同菌种的抑菌效果不同，对比其他菌种，香兰素对大肠杆菌的抑菌效果更好。香兰素对多种酵母菌有抑制作用，高浓度的香兰素有利于提高其抑菌效果，但是高浓度的香兰素不能即时杀灭酵母菌 [16]。复合保鲜实现了保鲜剂（或保鲜方法）间的协同作用，是一种能够被普遍接受的果蔬保鲜方法，香料之间的抗菌效果往往有协同作用且用量比单一使用小，例如：对防止黑曲霉污染来说，单独使用香兰素的有效杀菌剂量是 0.5%（质量分数，下同），而 0.05%的香兰素与 0.0025%的桂醛混合物即可发挥杀菌作用 [6]；王娟等 [17]用复合涂膜结合紫外处理的方法对鲜切木瓜品质进行研究，香兰素质量分数仅为 0.3%便可起到保鲜作用。

表1 香兰素的抑菌效果
Table1 Antimicrobial effects of vanillin

注：MIC. 最小抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）；将苯酚的抑菌活性记为1，其他物质的抑菌活性为与苯酚抑菌活性的比值 [6]；D 55. 55 ℃条件下微生物的10 倍致死时间。

作用对象抑菌效果大肠杆菌（Escherichia coli）250 mg/L香兰素结合210 mg/L甘草提取物对使大肠杆菌D 55减至16.41 min [18]；香兰素浓度为 18 mmol/L时抑菌效果较好，且抑菌效果与抗褐变处理相互不影响 [19]；香兰素处理2 d后，菌种不能在任何温度下恢复生长 [11]；添加香兰素的大豆蛋白膜抑菌性略低于单独使用香兰素 [20]；香兰素MIC为15 mmol/L [21]；香兰素抑菌活性为2 000 [6]李斯特菌（Listeria）pH 3.5条件下，香兰素处理使菌种失活 [11]；55～62 ℃温和热处理条件下，香兰素降低半脱脂牛乳中菌种的耐热性 [22]；根据感官分析，含有0.3%香兰素的复合膜能够有效抑制李斯特菌 [16]金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）添加香兰素的大豆蛋白膜抑菌活性略低于单独使用香兰素 [20]；香兰素MIC为30 mmol/L [21]；香兰素抑菌活性为4 000 [6]变形杆菌（Proteus mirabilis）香兰素抑菌活性为2 000 [6]沙门氏菌（Salmonella enter ica）香兰素浓度为12 mmol/L时抑菌效果较好，且抑菌效果与抗褐变处理相互不影响 [19]；香兰素MIC为10 mmol/L [21]副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）香兰素MIC为10 mmol/L [21]假单胞菌（Pseudomonas spp.）香兰素MIC为10 mmol/L [21]肠膜明串珠菌（Lecuconostor mesenteroides）香兰素MIC为15 mmol/L [21]伤寒杆菌（Salmonella typhi）香兰素抑菌活性为2 000 [6]大肠杆菌（Escherichia coli）利用平板涂布法进行实验，香兰素MIC为 0.23% [21]枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）利用平板涂布法进行实验，香兰素MIC为0.26% [21]产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）香兰素浓度18 mmol/L时抑菌效果较好，且抑菌效果与抗褐变处理相互不影响 [19]酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）香兰素浓度12～18 mmol/ L抑菌效果较好，且抑菌效果与抗褐变处理相互不影响 [19]香兰素MIC为21 mmol/L [23]；香兰素MIC为14 mmol/L [21]；香兰素抑菌活性为1 000 [6]；利用平板涂布法进行实验，香兰素MIC为0.14% [24]鲁氏接合酵母（Zygosaccharomy ces）香兰素MIC为13 mmol/L [23]毕赤酵母（Picha）香兰素MIC为12 mmol/L [21]米曲霉（Aspergillus oryzae）香兰素抑菌活性为1 000 [6]黑根霉（Rhizopus nigricans）利用平板涂布法进行实验，香兰素MIC为0.14% [24]毛霉（Mucor）利用平板涂布法进行实验，香兰素MIC为0.03% [24]

香兰素在辅助抑菌、杀菌方面也起到了重要的作用。在现阶段的生产过程中，热杀菌在果汁加工中仍然是最为普遍的杀菌方式，其处理方式一般为巴氏杀菌和高温瞬时灭菌。传统的杀菌方式常会导致果汁中营养成分被破坏、产品褐变等问题 [25]。 Gastélum等 [26]以低频超声技术、温度、香兰素加入量作为主要研究因素，对菌种灭活情况进行探究，结果表明：低频超声技术、温度、香兰素的组合有效提高了菌种失活速率，在 45～ 55℃温度范围内，出现了英诺克李斯特氏菌（Listeria innocua）明显减少的结果，并且这种杀菌方式在工业上仍有很大的研究价值。 Cava-Roda等 [27]提出，食品中的成分可能会影响到香兰素的抑菌作用，以香兰素在全脂和脱脂牛乳中的作用为例，高脂肪含量明显降低了香兰素的抑菌活性，猜测是脂肪分子对于细菌的保护作用所致。

结构相似的抗氧化剂的作用机理有所差别（表 2），香兰素主要通过氧化产物香草酸来加速对自由基的清除 [28]，香兰素具有的抗氧化作用可显著延长含油食品的保质期并且对其酸败味具有掩盖作用 [29]。香兰素的同分异构体——邻香草醛（ 2-羟基 -3-甲氧基苯甲醛），被证实具有清除过氧亚硝基阴离子的作用，但并不是很好的自由基清除剂 [30]。在郑红等 [31]的研究中，香兰素衍生物 VND3207有清除活性氧自由基的能力，且清除能力强于香兰素。 VC是一种应用广泛、具有强抗氧化作用的自由基清除剂，而低浓度的香兰素在脂质抗氧化性方面表现出的作用明显优于 VC [32]。香兰素对蛋白质的氧化降解具有保护作用，当香兰素的浓度为 12.5μmol /L时已有微弱的保护作用，当其浓度达到 100μmol /L时，已完全保护了蛋白质的氧化降解 [28]。 Tai等 [33]用多种方法评价香兰素的抗氧化性，结果表明香兰素比 VC和水溶性 VE表现出更强的抗氧化活性。

表2 不同物质抗氧化活性的对比
Table2 Comparison of antioxidant activities of vanillin and other phytochemiiccaallss

抗氧化剂结构作用机制香兰素 O O OH清除自由基，香兰素氧化产物香草酸加速自由基的清除 [28]邻香草醛 OH O O清除过氧自由基 [29]香兰素衍生物VND3027 O O O OH清除活性氧自由基 [30]VE O OH 通过与脂氧自由基或脂过氧自由基反应，向它们提供氢离子，从而中断脂质过氧化链式反应 [34] VC OH OH HO HO O通过捕获过氧自由基，阻断自由基链式反应；具有极强的还原性，与氧反应后降低氧气浓度 [35]

原玲芳等 [36]将香兰素添加于天然香料中，证明了在不改变桂花精油化学成分的基础上，香兰素有效延缓了桂花精油的挥发，既提高了食品品质，又推广了桂花精油在食品领域的应用。已有研究证明香兰素的反应产物有助于稳定食品中其他成分：白藜芦醇为天然功能性成分，为提高其稳定性并充分发挥功能性作用，以香兰素与壳聚糖反应后形成的网状壳聚糖微球包覆白藜芦醇，有助于控制白藜芦醇的释放 [37]；香兰素与氨基的缩合产物具有与金属离子络合的良好能力，能够有效提高其包合的物质的稳定性 [38]。

3 香兰素的安全性以及在应用中值得研究的问题

香兰素是天然的植物成分，是公认的较安全的食品添加剂。由于其在食品中的添加量较小，到目前为止还没有发现香兰素对人体有害的相关报道。在我国，除在 0～ 6个月婴幼儿食品中不得检出香兰素外，在其他产品中均没有香兰素添加的限制 [3]。

香兰素的安全性与其使用特性密切相关。香兰素有增香、抑菌、抗氧化、稳定食品成分等作用，是一种具有多重功能的天然食品添加剂，且低剂量即可发挥多重作用。 Srinivasan等 [39]证明香兰素同时也是一种有益健康的活性物质，香兰素随日常饮食摄入后，能够有效降低实验小鼠血清甘油三酯及与多种脂蛋白结合的甘油三酯水平，且香兰素的有效降血脂使用量与其作为食品添加剂少量添加于食品中的使用量是一致的。 Tai等 [33]也提出，小鼠口服香兰素，血液中的抗氧化活性物质水平随着香兰素浓度的增加而升高，表明香兰素的抗氧化性在日常保健方面可能会发挥更大的作用。因此，香兰素所具有的低剂量即可发挥多重作用以及有益健康的特性，是其使用安全性的基础。

然而，添加香兰素也可能会对果蔬保鲜造成不好的效果，这是香兰素应用中存在的主要问题，也是值得我们研究的问题。据 Sangsuwan等 [40]报道，涂有香兰素膜的菠萝 10℃条件下贮藏， VC含量快速减少且低于对照组，虽然香兰素处理能增强菠萝的黄色，但在增加果实外观吸引力的同时导致了营养成分的损失。另外，由于香兰素自身具有浓郁的奶香味且遇热不稳定，加入食品中也会对食品原料的固有香气造成影响。在生产中要根据实际情况严格控制香兰素加入量、严格规范生产加工工艺和操作，以免对食品感官品质产生不良影响。对于如何有效避免因香兰素自身特点而带来的问题，还需要在其作用机理、加工工艺等各方面进行深入研究。

4 结语

将人工合成的化学制剂应用于食品保鲜中，可以达到期望的保鲜作用，但有可能对人体健康产生负面影响，甚至有一定的毒副作用。香兰素作为一种天然的香料，兼有抗氧化剂、抑菌剂、呼吸抑制剂、稳定剂等作用，在食品贮藏保鲜、保健食品的开发方面与其他食品添加剂相比表现出更多的优越性，因而具有良好的发展前景。然而，近年来关于香兰素的研究主要集中在生物合成、医药与检测方面，香兰素的保鲜机理目前并没有文章明确阐述，对其保鲜作用的研究多处于实验室探索阶段。同时，香兰素在保鲜贮藏应用上还存在一些问题，如：采用何种添加方式使其在非奶香味食品中发挥保鲜作用？如何与其他保鲜剂复配实现最大保鲜效果？如何保持其在处理过程中的稳定性？这些问题都直接影响着香兰素在食品贮藏领域的推广。另外，必须有效解决香兰素添加方式对食品原料加工品质影响的问题。随着有关研究的发展和深化，香兰素在食品领域将会拥有更广阔的利用空间。

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Advances in Application and Research of Vanillin in Food Storage and Preservation

L☒ Jiayu 1 , SONG Shasha 1 , FENG Xuqiao 1,* , ZHU Danshi 1 , LIANG Jieyu 1 , HOU Yu 1 , YANG Wenjing 1 , DU Yuhui 2
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

Abstract： With increasing awareness about food safety, natural food additives with multi-functions have drawn more and more attention. Vanillin, a readily extractable natural flavor compound, is widely used in food storage and processing, especially in the dairy industry because of the low cost of its sources and the mature production technology. This review presents the structure and properties of vanillin and summarizes its application in food preservation and its functions as antibacterial, antioxidant and stabilizer. In addition, problems that need to be further studied in the application of vanillin are proposed and its application prospects are discussed.

作者简介：吕佳煜（1990—），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工及贮藏工程。E-mail：863088802@qq.com

*通信作者：冯叙桥（1961—），男，教授，博士，研究方向为农产品贮藏与加工工程。E-mail：feng_xq@hotmail.com

香兰素在食品贮藏保鲜中的应用研究进展

1 香兰素的结构与性质

2 香兰素在食品贮藏保鲜中的应用

3 香兰素的安全性以及在应用中值得研究的问题

4 结 语

4 结语