柑橘（Citrus reticulata）精油作为生物活性食品成分：组成变异性、提取工艺、功能活性及跨研究定量分析

《Food Science & Nutrition》：Citrus reticulata Essential Oil as a Bioactive Food Ingredient: Composition Variability, Extraction, Functional Bioactivities, and Cross-Study Quantitative Analysis

　　

柑橘（Citrus reticulata）精油（CrEO）是一种复杂的挥发性及香气活性植物化学物混合物，主要来源于C. reticulata果皮油腺。其化学组成以单萜烃（monoterpene hydrocarbons）为主，尤其是柠檬烯（limonene），同时含有其他代表性成分如γ-萜品烯（γ-terpinene）、β-月桂烯（β-myrcene）、α-蒎烯（α-pinene）、香桧烯（sabinene）、萜品油烯（terpinolene）、含氧萜类（oxygenated terpenoids）、醛类（aldehydes）、酯类（esters）、醇类（alcohols）、酮类（ketones）及微量香气活性化合物。作为一种柑橘衍生生物活性成分，CrEO因其在食品保鲜、功能产品开发以及柑橘加工资源增值利用中的潜在价值而日益受到关注。本综述全面总结了CrEO的化学组成和挥发性特征，并讨论了导致组成变异的主要因素，包括植物组织、果实成熟度、品种特性、地理来源、提取方法、加工条件和储存。此外，构建了一个标准化的文献衍生二次数据集，以在样本来源、提取方法、分析方法和报告单位存在差异的情况下，实现CrEO组成的定量跨研究比较、可视化和多元分析。还讨论了水蒸气蒸馏、冷压和新兴提取方法对精油得率、组成稳定性和功能质量的影响。综述批判性评述了CrEO已报道的生物活性，尤其是抗氧化、抗菌、抗真菌、抗炎及其他与食品相关的生物活性，及其在食品保鲜、天然调味、功能食品配方和生物活性成分开发中的潜在作用。进一步指出了当前证据差距，包括标准化组成报告的需求、在真实食品体系中更强效的活性验证、改进的安全性和感官评估，以及面向应用的研究。总体而言，本综述强调了将组成表征与标准化比较分析相结合以支持CrEO质量控制、功能评价和应用导向型开发的重要性。

1 引言

该部分介绍了柑橘（Citrus reticulata）作为芸香科经济作物，其果皮约占果实总质量的40%–50%，富含挥发性萜类和非挥发性酚类等次级代谢产物。果皮精油（CrEO）以柠檬烯为主要单萜烃，并含有多种单萜和含氧萜类，具有抗氧化、抗菌、抗真菌、抗炎、杀虫及潜在抗癌等活性。这些特性支持其在食品保鲜、天然调味和功能产品开发中的应用。同时，CrEO的化学组成和功能性质受品种、遗传、果实成熟度、植物组织、地理来源和提取方法等多因素影响。本综述旨在系统整合化学成分、提取加工、生物活性和应用研究，并通过构建标准化二次数据集实现跨研究定量分析和多元比较。此外还指出了当前证据缺口，如标准化报告、真实食品体系中的活性验证、安全性和感官评估等。

2 化学组成

2.1 文献检索与二次数据集构建

研究人员在Web of Science核心合集、Scopus和CNKI中系统检索相关文献，筛选出10项符合条件的研究和24个组成谱图。从原始表格中提取化合物水平数据，包括文献来源、组织类型、成熟度、地理来源、提取方法、分析方法和报告单位。化合物名称经保守标准化处理，例如D-柠檬烯统一为柠檬烯，α/β-月桂烯合并为月桂烯，但保留明显不同的几何或结构异构体。报告值被转换为归一化相对组成变量，用于后续可视化和多元分析。

2.2 PLS-DA输入矩阵、模型构建与验证

将标准化后的数据集从长格式转换为宽格式，构建偏最小二乘判别分析（PLS-DA）输入矩阵。初始矩阵含24个组成谱和168个化合物变量，剔除零方差变量后为156个化合物变量。采用ropls包进行PLS-DA，比较一至三组分模型后，基于预测性能、可解释性和简约性选择两成分模型。最终模型累计R²X、R²Y和Q²分别为0.302、0.871和0.772，RMSEE为0.170，置换检验p值为0.005。变量重要性投影（VIP）用于筛选组织判别贡献大的化合物。由于样本量有限且来源异质，该结果被解释为探索性证据而非确认性分类模型。

2.3 柠檬烯作为果皮来源CrEO的主要化合物

柠檬烯是果皮和未成熟果皮精油中的优势成分。在全部24个样本中，柠檬烯平均相对丰度为54.48%；果皮样本中为76.65%，未成熟果皮样本中为70.44%，而叶片样本中仅为3.32%。不同品种果皮油的柠檬烯归一化值差异明显，例如青皮果皮油为58.38%，而某些中国柑橘果皮油高达87.91%。果实成熟度亦影响柠檬烯积累，如在茶枝柑系列中，柠檬烯从未成熟果皮的67.57%升至成熟果皮的80.60%。因此，柠檬烯被视作果皮相关标志物，而非所有CrEO样本的通用标志物。

2.4 其他特征成分

除柠檬烯外，主要非柠檬烯成分包括γ-萜品烯（平均8.50%）、香桧烯（7.52%）、芳樟醇（4.22%）、β-罗勒烯（3.01%）、月桂烯（2.49%）、δ-3-蒈烯（2.37%）、对伞花烃（1.79%）等。香桧烯表现出最强的叶片富集特征，叶片中平均为25.23%，而果皮和未成熟果皮中仅分别为0.14%和0.65%。γ-萜品烯在果皮和叶片中均有一定含量，其中部分叶片油可高达53.16%。芳樟醇存在于所有组织，但叶片中最高（8.72%）。β-罗勒烯、δ-3-蒈烯和对伞花烃进一步增加了叶片油的化学异质性。总体而言，叶片油比果皮油具有更复杂的化学型，不能以单一化学型概括。

2.5 微量香气活性成分

微量成分包括脂肪醛、萜醛、含氧单萜、酚类化合物等。辛醛和癸醛主要存在于果皮和未成熟果皮样本中，但丰度较低。香茅醛在叶片油中呈现较清晰的富集模式，VIP值为1.22。柠檬醛相关醛类在某些叶片油中含量较高，如女王叶油中香叶醛达5.64%、橙花醛达4.28%，而果皮油中通常仅为痕量。辛烯醛类化合物呈现多变的组织关联。酚类化合物如水杨酸甲酯、百里香酚等虽含量低，但因气味阈值低，仍可能对香气有贡献。

2.6 影响CrEO组成变异的因素

组织类型是最明显的变异来源。果皮油以柠檬烯为主导，叶片油更趋于多样化，富集香桧烯、γ-萜品烯、β-罗勒烯、芳樟醇等。在化合物类别层面，单萜烃在所有组织类型中均占主导，但叶片油中含氧单萜比例（13.68%）显著高于果皮油（2.15%）。品种和栽培品种显著影响组成，例如青皮中δ-3-蒈烯高达12.66%，而南丰蜜橘油中γ-萜品烯和芳樟醇相对较高。果实成熟度影响单萜积累与转化，如随成熟度增加柠檬烯上升，γ-萜品烯和对伞花烃下降。地理来源同样造成未成熟果皮油的差异，如不同产地柠檬烯浓度在65.246–96.468 mg/g之间。生物标志物分析识别出13个显著判别化合物，其中柠檬烯是果皮最强标志物，香桧烯是叶片最强标志物。

3 提取与加工

CrEO的提取方法显著影响得率和化学组成。水蒸气蒸馏和蒸汽蒸馏是常用方法，所得油富含单萜烃，柠檬烯为主要成分。通过响应面法优化液固比、浸泡时间和提取时长可提高效率。冷压法等机械技术可保留热敏性挥发物和特征香气。原料特性如品种、组织部位和地理来源显著影响得率与组成。提取后处理如分馏和选择性浓缩可改善储存稳定性和功能特性。蒸馏收集阶段亦影响化学成分和生物活性，如杀虫和趋避效果。因此，需严格选择提取方法以优化精油得率和风味品质。

4 生物活性

4.1 抗氧化活性

CrEO表现出自由基清除、还原力、金属螯合及抑制脂质过氧化等抗氧化活性，在DPPH、ABTS和FRAP等测定中均有验证。其效果主要与萜烯成分特别是柠檬烯及其含氧衍生物相关。果皮来源CrEO的抗氧化活性呈剂量依赖性，且因高柠檬烯含量而优于其他柑橘品种，提示其在食品保鲜和功能产品中的应用潜力。

4.2 抗菌和抗真菌活性

CrEO对多种革兰氏阳性和阴性菌具有抑制作用，包括葡萄球菌属、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌等，机制涉及破坏细胞膜完整性、增加通透性和抑制生物膜形成。对白色念珠菌和青霉属等真菌亦有抑制作用，通过诱导菌丝损伤、胞内成分泄漏和膜脂组成改变导致细胞死亡。这些活性主要归因于高柠檬烯含量及其他挥发性生物活性成分。

4.3 抗糖尿病和抗炎活性

CrEO对α-葡萄糖苷酶具有强抑制活性，部分情况下优于阿卡波糖，提示其可调节餐后血糖。抗炎作用通过抑制促炎介质如白细胞介素-6（IL-6）、环氧合酶-2（COX-2）和核因子κB（NF-κB）实现。此外，CrEO可抑制胶原酶、弹性酶和乙酰胆碱酯酶，并减少黑色素生成，表现出抗衰老和抗黑色素生成潜力，支持其在药妆产品中的应用。

4.4 抗癌和细胞毒性活性

研究表明CrEO可诱导G₀/G₁期细胞周期阻滞，并对多种细胞系产生细胞毒性作用。这些活性与其萜烯成分特别是柠檬烯的化学预防和药理效应密切相关。

5 C. reticulata的挥发性特征

C. reticulata的挥发性成分主要存在于果皮油腺中，包括烯烃、醇、醛、酮、酚类及萜类。非挥发性成分如黄酮类（橙皮苷、多甲氧基黄酮）、酚酸、辛弗林和柠檬苦素等共同影响其功能与感官特性。挥发性成分以萜烯烃为主，柠檬烯是果皮和果汁中的主要化合物，γ-萜品烯、β-月桂烯和α-蒎烯亦贡献典型柑橘香气。含氧香气化合物如醛、醇、酯和酮进一步影响成熟度和产品类型间的香气差异。特征风味并非由单一化合物决定，而是多种挥发性成分的特定组合所产生。干燥、加工、储存和遗传背景均能改变挥发性组成，进而影响精油的应用价值。

6 C. reticulata果皮及果皮精油的应用

6.1 食品和饮料应用

果皮富含多酚、黄酮、膳食纤维和精油，具有强抗氧化和抗菌特性，可作为功能成分应用于肉制品，增强氧化稳定性、延长货架期并改善感官品质。果皮衍生制品如果汁酒具有高香气复杂度和抗氧化能力，有助于废弃物减量化和经济可持续性。

6.2 药妆应用

果皮精油具有抗氧化、抗衰老和抗黑色素生成活性，主要通过抑制胶原酶和酪氨酸酶实现。微乳等制剂策略可提高稳定性和降低刺激性，适合外用产品开发。

6.3 制药和口腔保健应用

CrEO对磷酸二酯酶5型（PDE5）和Rho相关蛋白激酶II（ROCK-II）的作用提示其在特定治疗领域的可能性。纳米封装技术可增强其抗菌、抗生物膜和抗氧化活性，尤其对变形链球菌等口腔病原菌，支持其在口腔护理产品中的应用。

6.4 杀虫和杀幼虫应用

CrEO对贮藏害虫如绿豆象和玉米象具有杀虫活性，对蚊幼虫如淡色库蚊具有杀幼虫效果，机制涉及乙酰胆碱酯酶和谷胱甘肽转移酶抑制及昆虫生理功能紊乱。这些特性使其成为合成农药的潜在生态友好替代品，但需现场验证其效果、安全性和对非靶标生物的影响。

6.5 新兴抗疲劳、消化和情绪调节作用

果皮精油可增加C₂C₁₂骨骼肌细胞中ATP含量、线粒体膜电位和线粒体质量，并激活AMPK/SIRT1/PGC-1α通路，γ-萜品烯为主要贡献成分，提示抗疲劳潜力。挥发性成分可促进脾虚模型大鼠的胃排空和小肠推进，以及改善慢传输型便秘小鼠的肠道功能，机制涉及胃肠道激素和SCF/c-Kit信号。动物模型