Tinh dầu trong bảo quản thực phẩm

Tinh dầu bảo quản thực phẩm: thể thức tác dụng, đồng vận tương tác với thành phần ma trận thực phẩm Morten Hyldgaard,​ ​Tina Mygind, Rikke Louise Meyer Tóm tắt Tinh dầu chất lỏng thơm dễ bay chiết tách từ thực vật Thành phần hóa chất có tinh dầu chất chuyển hóa thứ cấp có vai trị quan trọng chế phịng vệ thực vật chúng thường có đặc tính kháng vi sinh vật Nhận thức ngày tiêu cực người tiêu dùng chất bảo quản nhân tạo gia tăng quan tâm dành cho tinh dầu ứng dụng tinh dầu bảo quản thực phẩm năm gần Hơn nữa, bệnh thực phẩm vấn đề y tế công cộng gia tăng tồn giới, kêu gọi cần có nhiều chiến lược bảo quản thực phẩm hiệu Các đặc tính kháng khuẩn tinh dầu thành phần chúng dẫn chứng tư liệu rộng rãi Cơng trình nghiên cứu tiên phong làm sáng tỏ thể thức tác dụng vài thành phần tinh dầu, thiếu kiến thức cụ thể đa phần thể thức tác dụng hợp chất Thông tin đặc biệt quan trọng để dự đoán tác dụng chúng vi sinh vật khác nhau, chế tương tác chúng với thành phần ma trận thực phẩm chế kết hợp chúng với hợp chất kháng vi sinh vật khác Chướng ngại chủ yếu việc dùng thành phần tinh dầu làm chất bảo quản thực phẩm nằm chỗ thường chúng khơng hiệu thành phần đơn lẻ, chúng tạo hiệu ứng cảm quan tiêu cực bổ sung vào lượng vừa đủ để đem đến tác dụng kháng vi sinh vật Đã có đề xuất tận dụng hiệu ứng đồng vận số hợp chất có tinh dầu làm giải pháp cho vấn đề Tuy nhiên người ta cịn biết việc tương tác dẫn đến hiệu ứng đồng vận, cộng hợp hay đối kháng hợp chất có tinh dầu Kiến thức góp phần thiết kế phối trộn kháng vi sinh vật hiệu nghiệm để hiểu quan hệ qua lại thành phần có tinh dầu thơ Mục đích tổng quan để cung cấp tóm lược kiến thức thời đặc tính kháng vi sinh vật thể thức tác dụng kháng khuẩn loại tinh dầu thành phần chúng, để xác định đường nghiên cứu hỗ trợ việc triển khai ứng dụng tinh dầu làm chất bảo quản thực phẩm tự nhiên Lời dẫn Tinh dầu chất lỏng có mùi thơm dễ bay chiết xuất từ nguyên liệu thực vật hoa, rễ, vỏ, lá, hạt, vỏ quả, quả, thân gỗ toàn Người ta dùng tinh dầu hàng kỷ ngành y, sản xuất nước hoa, mỹ phẩm bổ sung vào ăn làm phần loại gia vị rau thơm Ứng dụng ban đầu chúng y tế, vào kỷ thứ 19 người ta sử dụng chúng làm nguyên liệu hương vị hương liệu nhiều trở thành mục đích sử dụng chúng Đã xác định 3.000 loại tinh dầu khác sử dụng thương mại 300 loại thị trường hương liệu nước hoa Tinh dầu xem chất chuyển hóa thứ cấp quan trọng việc bảo vệ thực vật chúng thường có đặc tính kháng vi sinh vật De la Croix lần dùng tinh dầu để đánh giá đặc tính kháng khuẩn chất chuyển hóa thứ cấp vào năm 1881 Kể từ đó, người ta chứng minh tinh dầu hay thành phần chúng khơng sở hữu đặc tính kháng khuẩn phạm vi rộng mà kháng ký sinh trùng, diệt trùng, kháng virus, kháng nấm chống oxy hóa Hơn chúng có chức chất tăng cường sinh trưởng động vật Mặc dù ngành công nghiệp thực phẩm chủ yếu dùng tinh dầu làm gia vị, chúng đại biểu cho nguồn cung cấp chất kháng vi sinh vật tự nhiên lý thú bảo quản thực phẩm Tuy nhiên, việc ứng dụng tinh dầu làm chất bảo quản thực phẩm đòi hỏi phải có kiến thức cụ thể đặc tính chúng, tức nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), phạm vi sinh vật mục tiêu, thể thức tác dụng hiệu ứng thành phần ma trận thực phẩm đặc tính kháng vi sinh vật chúng Mục tiêu tổng quan tóm lược kiến thức thời thể thức hoạt động kháng vi sinh vật thành phần tinh dầu để xác định lộ trình nghiên cứu mà hỗ trợ triển khai thành phần tinh dầu làm chất bảo quản tự nhiên thực phẩm Các lớp thành phần tinh dầu: Hoạt tính kháng vi sinh vật thể thức tác dụng chúng Thực vật sản sinh nhiều loại hợp chất khác với hoạt tính kháng vi sinh vật Một số hợp chất tồn hợp chất khác sinh phản ứng với xâm lấn vi sinh vật hay thương tích thể xác Định danh hợp chất tinh dầu kháng vi sinh vật có hiệu cơng việc khó khăn tinh dầu hỗn hợp phức tạp gồm đến 45 thành phần khác thành phần loại tinh dầu cụ thể thay đổi tùy thuộc vào mùa thu hoạch phương pháp dùng để chiết tách tinh dầu Các thành phần tinh dầu họ đa dạng gồm hợp chất hữu khối lượng phân tử nhẹ có nhiều chênh lệch hoạt tính kháng vi sinh vật Các hợp chất hoạt tính chia thành bốn nhóm theo cấu trúc hóa học chúng: terpene, terpenoid, phenylpropene, “nhóm khác.” Phần đưa tổng quan đặc tính kháng vi sinh vật biết thể thức tác dụng thành phần tinh dầu chọn lọc Mặc dù có nhiều nghiên cứu thể thức tác dụng số tinh dầu (Bảng 1), việc phân tích thể thức tác dụng thành phần tinh dầu mở chi tiết đặc tính kháng vi sinh vật mà bị che lấp tìm hiểu theo hỗn hợp với nhiều hợp chất khác, chúng tơi tập trung đánh giá vào thành phần đơn lẻ tinh dầu Bảng Tóm lược tinh dầu thơ vị trí mục tiêu với thể thức tác dụng xác định Tên thường gọi dẫn xuất tinh dầu Loài thực vật dẫn xuất tinh dầu Các thành phần tinh dầu Sinh vật mơ hình MIC đo Cơ chế Húng quế châu Phi Ocimum gratissimum Thymol (53,2%), γ-terpinene (25,7%), eugenol (12,7%), ​p-​ cymene (7,3%) E, coli​ (6 μg/mL) Klebsiella​ sp, (6 μg/mL) L, innocua L, monocytogenes Proteus mirabilis(​ 12 μg/mL) Pseudomonas aeruginosa​ (≥24 μg/mL) Salmonella enteritidis​ (3 μg/mL) Shigella flexneri (​ 3 μg/mL) Staphylococcus aureus​ (0,75 μg/mL) Màng bị thấm hóa Rau diếp cá Trachyspermum ammi​ L, Thymol (49,6%), β-cymene (16,3%), eugenol (3%), β-pinene (2,5%) Ba chủng gram dương (12,5–175 μg/mL) Sáu chủng gram âm (12,5–462,5 μg/mL) Rò rỉ kali ATP; phân rã tế bào Quế Cinnamomum verum E-cinnamaldehyde (73,35%), β-caryophyllene (4,09%), linalool (3,55%), Campylobacter jejuni​ (0,05% v/v) Enterobacter aerogenes E, coli​ (0,05% v/v) Ức chế histidine decarboxylase ​P aeruginosa:​ màng bị khử cực thấm hóa; cinnamyl acetate Listeria (2,96%), eugenol (2,68%) monocytogenes​(0,03% v/v) P, aeruginosa​(0,125% v/v) S, enteritidis​(0,05% v/v) S, aureus​ (0,04–0,125% v/v) rò rỉ đông dịch tế bào chất; ức chế hoạt động hơ hấp S.aureus:​ tiến vào trạng thái sống sót không sinh sôi màng nguyên vẹn Cinnamomum cassia Cinnamaldehyde (75,3%), coumarin (10,6%), cinnamic alcohol (3%) B, cereus​ (339 μg/mL) E, coli​ (2640 μg/mL) L, monocytogenes​(2640 μg/mL) Salmonella infantis​ (2640 μg/mL) S, aureus​ (1320 μg/mL) Xả thoát dịch tế bào; giảm pH nội bào; tác động tính nguyên vẹn màng Rau mùi Coriandrum sativum Linalool (25,9–64,4%), (E)-2-decenal (0–20,2%), decanol (0,14–8,4%), (E)-2-decen-1-ol (0–7,9%) Loài ​Candida​ (0,05–0,4% v/v) L, monocytogenes​(0,018–0,074 % v/v) Hủy hoại màng nguyên sinh; xả thoát bào tương Đinh hương Syzygium aromaticum Eugenol (64%), eugenyl acetate (16,3%), caryophyllene (14,5%) C, jejuni​ (0,05% v/v) E, aerogenes E, coli​ (0,04% v/v) L, monocytogenes​(0,03% v/v) S, enteritidis​(0,04% v/v) S, aureus​ (0,04% v/v) Ức chế histidine decarboxylase (​E, aerogenes)​ Nghệ Cuminum cyminum​ L, (seed) Cumin aldehyde (29%), α-terpinen-7-al (20,7%), γ-terpinene (12,9%), ​p-​ cymene (8,6%) B, cereus​ (0,05 μL/mL) B, subtilis​ (0,05 μL/mL or 1000 μg/mL) Tế bào chất biến đổi nhẹ; vỏ tế bào nguyên Tỏi Allium sativum Allicin (70%) Candida albicans​(470–940 μg/mL) E, coli​ (15–15000 μg/mL hay 3,95% v/v) L, monocytogenes​(8,8% v/v) Salmonella typhi(​ 7% v/v) S, aureus​ (12–15000 μg/mL hay 5% v/v) Gây rò rỉ từ tế bào ​E coli​ Chanh chúc/Kaffir lime Citrus hystrix Citronellol (10,7%), limonene (7,3%), linalool (5,8%) Aspergillus flavus(​ 560 μg/mL) Aspergillus parasiticus​ (1130 μg/mL) Giảm sản sinh aflatoxin Sả chanh Cymbopogon citratus Geranial (45,7%), myrcene (3,9%), 6-methylhept-5-en-2-one (2,7%) L, innocua L, monocytogenes S, aureus Màng bị thấm hóa Chanh xanh Citrus aurantifolia Limonene (69,1%), ​p-​ cymene (12,8%) A, flavus​ (560 μg/mL) A, parasiticus(​ 1130 μg/mL) Giảm sản sinh aflatoxin; hủy hoại nội ngoại bào E, coli​ (0,2% v/v) S, typhi​ (0,2% v/v) Tác động tính ngun vẹn màng; xả bào tương; giảm ATP pH nội bào, đồng thời tăng ATP ngoại bào Dầu mù tạt Menthol Mentha longifolia Menthol (32,5%), menthone (20,7%), pulegone (17,8%), 1,8-cineole (5,6%), terpineol-4 (4,9%) Salmonella typhimurium​(1560 μg/mL) E, coli​ (780 μg/mL) Micrococcus luteus​ (190 μg/mL) S, aureus​ (780 μg/mL) Phá hủy thành tế bào Kinh giới cay /oregano Origanum compactum Carvacrol (36,5%), thymol (29,7%), ​p-​ cymene (24,3%), γ-terpinene (1,1%) P, aeruginosa​ (1% v/v) S, aureus​ (0,031% v/v) Giảm gradient kali; khử cực màng; thấm hóa màng; ức chế hơ hấp tế bào; tác động cấu trúc tế bào: làm đông vật liệu nguyên sinh; giải phóng túi màng; cấu trúc giống mesosome Origanum vulgare/Kinh giới dại Carvacrol (68,1%), ​p​-cyme ne (15,9%), α-pinene (2,6%), myrcene (2%) E, coli​ (0,625 μL/mL) P, aeruginosa​(1648 μg/mL) S, aureus​ (0,6 μL/mL or 575 μg/mL) Six bacteria (20–40 μL/mL) Ba ​Candidas​ pp, (10–20 μL/mL) Kìm hãm sản sinh enterotoxin; xả bào tương; thay đổi hình thái tế bào; thẩm thấu hóa màng; rò rỉ kali phốt-pho; giảm gradient pH Hương thảo Rosmarinus officinalis Carnosic acid, carnosol, rosmadial, genkwanin, rosmarinic acid Màng mẫu C, albicans​ (10 μg/mL) Saccharomyces cerevisiae​ (5 μg/mL) B, subtilis​ (10 μg/mL) E, coli​ (0,1% v/v or 40 μg/mL) Tác dụng cứng hóa màng; tác động đa hình lipid S, aureus​ (0,1% v/v or 20 μg/mL) Rau húng Satureja montana Thymol (29%), ​p​-cymene C, albicans​ (5 μg/mL) (12%), linalool (11%), S, cerevisiae​ (5 μg/mL) carvacrol (10,7%) E, coli​ (0,05% v/v or 40 μg/mL) L, monocytogenes​(0,05% v/v) S, aureus​ (0,013% v/v or 5 μg/mL) S,​ Typhimurium (0,05% v/v) Clostridium perfringens​(1,56% v/v) Tăng ATP ngoại bào; giảm pH nội bào; tác động tính nguyên vẹn màng; hủy hoại cấu trúc; phân rã tế bào E, coli​ (0,025% v/v) L, monocytogenes​(0,025% v/v) S, aureus​ (0,013% v/v) S,​ Typhimurium (0,025% v/v) Tăng ATP ngoại bào; xả thoát bào tương; giảm pH nội bào; tác động tính nguyên vẹn màng Kinh giới Coridothymus Tây Ban Nha capitatus Xạ hương Thymus eriocalyx Thymol (63,8%), α-phellandrene (13,3%), cis-sabinene hydroxide (8,1%) L, monocytogenes(​ 125 μg/mL) Phá hủy vỏ tế bào Thymus vulgaris Thymol (31,4%), ​p-​ cymene (17%), carvacrol (12,4%), γ-terpinene (11,1%) C, albicans​ (1 μg/mL) S, cerevisiae​ (2 μg/mL) B, subtilis​ (2 μg/mL) C, jejuni​ (0,04% v/v) Erwinia amylovora​ (1600 μg/mL) Erwinia carotovora​ (1600 μg/mL) E, coli​ (0,05% v/v or 2 μg/mL) L, innocua L, monocytogenes​(0,02% v/v) S, aureus​ (0,02% v/v or 5 μg/mL) S, enteritidis​(0,04% v/v) Thấm hóa màng; Gây biến đổi đặc điểm protein màng chủng ​Erwinia Thymus x-porlock α-Phellandrene (38,7%), thymol (31,7%), ​cis-​ sabinene hydroxide (9,6%) L, monocytogenes(​ 125 μg/mL) Phá hủy vỏ tế bào; kết nhóm vật liệu nội bào Gnaphalium affine Eugenol (18,2%), linalool Sáu vi khuẩn (10,6%), ​trans​-caryophyll (0,39–1,56 μg/mL) Năm nấm (0,2 μg/mL) ene (8,9%), α-terpineol (6%), ​p-​ cymene (5,8%) Phá hủy thành màng tế bào Sphallerocarpus gracilis α-Asarone (33,1%), γ-terpinene (25,6%), ​p-​ cymene (17,4%) Tám vi khuẩn gram dương (160–640 μg/mL) Bốn vi khuẩn gram âm (80–320 μg/mL) Một nấm (no MIC) Biến đổi hình thái học tế bào Phần lớn nghiên cứu liên quan đến thể thức tác dụng kháng vi sinh vật thành phần tinh dầu thực với vi khuẩn, biết tác dụng chúng nấm men mốc Các vi khuẩn gram âm nhìn chung nhạy so với vi khuẩn gram dương Màng vi khuẩn gram âm chứa lipopolysaccharide (LPS) ưa nước, tạo nên hàng rào chắn đại phân tử hợp chất kị nước, đem đến nhiều khả dung hạn/chống chịu cho vi khuẩn gram âm hợp chất kháng vi sinh vật kị nước hợp chất tìm thấy tinh dầu Đa số thành phần tinh dầu có tác dụng đối kháng với vài mục tiêu (Bảng 2) Do khó mà dự đốn mức độ nhạy vi sinh vật nguyên nhân độ nhạy thay đổi theo chủng Để có dự đốn thể thức tác dụng tinh dầu thơ cần phải có nghiên cứu kỹ lưỡng vị trí mục tiêu hoạt động thành phần tinh dầu, thể thức tác dụng tương tác chúng với hoàn cảnh xung quanh Trong bối cảnh này, biết thể thức tác dụng số thành phần tinh dầu chọn lọc Bảng Tóm lược tinh dầu thơ vị trí mục tiêu thể thức tác dụng xác định Hợp chất (nguồn gốc thực vật) Phân loại hóa học MIC Cơ chế Carvacrol (kinh giới cay xạ hương) Monoterpenoid phenol S cerevisiae(​ 79.8–112.5 μg/mL) Nấm men: Khử cực thấm hóa màng Chủng Candida​ (MIC trung bình 75–100 μg/mL) ​ thời Tăng Ca​2+ B cereus​ (900 μg/mL) Có thể tác dụng đường tín hiệu cụ thể thay hủy hoại chung Enterococcus faecalis​ (225 μg/mL) Tăng điều chỉnh gen tham gia dịng thuốc, chuyển hóa thay thế, đáp ứng stress, tự thực bào E amylovora​(800 μg/mL) Giảm điều chỉnh gen tham gia chuyển hóa ARNA phát sinh sinh vật ribosome E carotovora(​ 1600 μg/mL) Làm suy yếu sinh tổng hợp ergosterol E coli​ (225–2500 μg/mL) Vi khuẩn: L monocytogenes​(450–1500 μg/m L) Thấm hóa màng tế bào, túi S aureus​ (450–1250 μg/mL) Tác động axit béo thành phần nhóm đầu phospholipid Staphylococcus epidermidis(​ 450 μg/mL) Giảm nhiệt độ tan chảy enthalpy chuyển dịch giảm tính lỏng màng S typhimurium(​ 150–250 μg/mL) Giảm gradient pH điện màng P fluorescens​(1.84 μg/mL) Tiêu hao ATP nội bào, không rò rỉ ATP Vibrio vulnificus​ (250 μg/mL) Ức chế enzym ATPase Yersinia enterocolitica​(225 μg/mL) Ủ tế bào nồng độ mức gây chết tăng GroEL giảm protein flagellin Gây thay đổi đặc điểm protein màng Ức chế sản sinh độc tố B cereus Phá hủy hình thái học tế bào Eugenol (đinh hương) Phenylpropene phenol Aspergillus niger​ (3000 μg/mL) Nấm men: C albicans(​ 3000 μg/mL) Phân rã tế bào phá hủy bề mặt tế bào S cerevisiae(​ 490–3000 μg/mL) Tăng Ca​2+​ B thermosphacta(​ 2.12 μg/mL) Vi khuẩn: Bacillus licheniformis​(250 μg/mL) Ức chế: sản xuất ATPase, histidine decarboxylase, enzyme ngoại bào (ở nồng độ mức gây tử vong) E coli​ (800–3000 μg/mL) Thấm hóa màng L monocytogenes​(800 to above 1000 μg/mL) Rò rỉ ATP ion kali L sakei​ (985 μg/mL để tiêu diệt) M luteus​ (250 μg/mL) P aeruginosa​(1500–3000 μg/mL) P fluorescens​(2.12 μg/mL) S aureus​(2.12–750 μg/mL) S enterica​serovar Thypimurium (3.18–500 μg/mL) V vulnificus(​ 500 μg/mL) Thymol (xạ hương) Monoterpenoid phenol S cerevisiae(​ 112.5–270 μg/mL) Nấm men: Candida​ strains (mean MIC 100–150 μg/mL) Phá hủy màng tế bào B cereus​ (450 μg/mL) Giảm sinh tổng hợp ergosterol B thermosphacta(​ 0.58 μg/mL) Phân rã tế bào E amylovora​(1600 μg/mL) Phá hủy bề mặt tế bào E carotovora(​ 1600 μg/mL) Tăng vọt Ca2+​ E coli​ (225–5000 mg/mL) Tăng giảm điều chỉnh tương tự gien carvacrol, ngoại trừ kiềm chế gien tham gia vào sinh tổng hợp vitamin B1 chuyển hóa sulfur E faecalis(​ 225 μg/mL) Vi khuẩn: L monocytogenes​(450 μg/mL) Tương tác với màng phospholipid gây hiệu ứng hóa lỏng P fluorescens​(2.88 μg/mL) Tác động thành phần lipid S aureus​ (225–310 μg/mL) Thấm hóa túi màng tế bào S enterica​serovar Thypimurium (0.96 μg/mL) Giảm nhiệt độ tan chảy enthalpy chuyển dịch màng S epidermidis(​ 225 μg/mL) Rò rỉ ion H+​ K​+​ với ATP S typhimurium(​ 56.25–150 μg/mL) Khử cực tế bào Y enterocolitica(​ 225 μg/mL) Tác động hình thái học tế bào Phá hủy đường chuyển hóa citrate Ức chế enzyme tham gia tổng hợp ATP Tăng điều chỉnh GroEL, DnaK, protein màng Thay đổi đặc điểm protein màng Biến đổi đáp ứng gien p-​ Cymene (kinh giới cay xạ hương) Monoterpene E coli​ (2500 μg/mL) Giảm nhiệt độ tan chảy màng enthalpy chuyển dịch S aureus​(1250 μg/mL) Giảm điện màng Giảm tính di động tế bào Dung hợp mở rộng màng Có thể làm nhiễu màng vi sinh vật γ-Terpinene (kinh giới cay xạ hương) Monoterpene Cinnamaldehyde (quế) Phenylpropene aldehyde E coli​ (5000 μg/mL) Giảm nhiệt độ tan chảy màng enthalpy chuyển dịch S aureus​(2500–34000 μg/mL) Có thể làm nhiễu màng vi sinh vật B cereus​ (0.3 μg/mL) Nấm men: B thermosphacta(​ 0.84 μg/mL) Ức chế thành tế bào tổng hợp enzyme, phân bào (cytokinesis) E aerogenes Vi khuẩn: E faecalis(​ 250 μg/mL) Ức chế ATPase không phụ thuộc nồng độ E coli​ (397–1322 μg/mL) Giảm tính di động tế bào L monocytogenes​(3965 μg/mL) Nghiên cứu lập luận ủng hộ phản đối đặc tính phân rã màng P aeruginosa(​ 750–1500 μg/mL) Ức chế: histidine decarboxylase phân bào (cytokinesis) P fluorescens​(3.15 μg/mL) Không rị rỉ nhiều protein S aureus​ (2.1–750 μg/mL) Khơng tác động đến hình thái học tế bào (Di Pasqua cộng quan sát thấy có tác động) S typhimurium(​ 397 μg/mL) Linalool (dầu húng Tây cam chanh citrus) Monoterpenoid alcohol C albicans(​ 2145 μg/mL) Thấm hóa màng B cereus​(1073 μg/mL) C jejuni​ (515 μg/mL) E coli​ (515–2145 μg/mL) L monocytogenes​(1000–2145 μg/m L) S aureus​(1073–2145 μg/mL) S typhimurium(​ 1000 μg/mL) V vulnificus(​ 1000 μg/mL) Carvone (thì Ba Tư là) Monoterpenoid ketone E coli​ (1500 μg/mL) S typhimurium(​ 1500 μg/mL) Khơng tác động đến màng ngồi vùng trữ ATP (ATP pool) Linalyl acetate (cam hương bergamot) Monoterpenoid acetate ester E coli​ (5000 μg/mL) Làm nhiễu tính thấm hóa màng S aureus​(1250 μg/mL) Xả bào tương Có thể tương tác với thành phần nội bào Vanillin (vani) Phenylpropene phenolic aldehyde S cerevisiae(​ 3195 μg/mL) Ức chế hô hấp tế bào Z bailii​ (3043 μgmL) Thẩm thấu hóa màng tế bào Z rouxii​ (1978 μg/mL) Giảm gradient pH kali E coli​ (2282 μg/mL) Kích thích sản xuất ATP số tế bào không tác động đến tế bào lại Lactobacillus plantarum​(11411 μg/mL) Listeria innocua​ (5325 μg/mL) 18 nấm men mốc (456–1460 μg/mL) Limonene (cam, chanh vàng quýt) B thermosphacta(​ 1.68 μg/mL) Thay đổi thành phần axit béo màng E coli​ (8.4 μg/mL) Phá hủy hình thái học tế bào P fluorescens​(8.4 μg/mL) S aureus​ (1.68 μg/mL) S enterica​serovar Thypimurium (8.4 μg/mL) Menthol (bạc hà cay) Monoterpenoid phenol C albicans(​ 2500 μg/mL) Làm nhiễu tính thấm hóa màng B cereus​(1250 μg/mL) Xả bào tương 10 khuẩn khác khoảng từ đến 100 μg/mL, quan sát thấy tác dụng hãm khuẩn nồng độ thấp nhiều phản ánh trị số MIC với mầm bệnh nấm khoảng 0,15–1,5 μg/mL Mặc dù allicin biểu tác dụng tuyệt vời chất bảo quản thực phẩm khảo sát ống nghiệm in vitro​, ma trận thực phẩm lại thu nhiều kết mâu thuẫn Isothiocyanates, biết đến tên gọi dầu mù tạt, thành phần tinh dầu phổ biến từ thực vật thuộc họ cải (Brassicaceae), cải cay, súp lơ xanh, cải ngựa củ cải tròn Isothiocyanate xuất thực vật phân tách enzyme glucosinolate giải phóng từ khoang nội bào myrosinase liên kết màng bị phá hủy Myrosinase đẩy mạng thủy phân tái xếp nội bào chất trung gian, dẫn đến ba nhóm chất chính: nitriles, thiocyanates, isothiocyanates Nhóm sau bao gồm AITC dễ bay khơng phải phenol mà cấu thành đến gần 90% thành phần dầu Allyl isothiocyanate dạng lỏng biểu hoạt tính diệt khuẩn mạnh nhiều vi sinh vật khác làm hỏng thức ăn mầm bệnh thực phẩm, bao gồm E coli​ O157:H7, S​ typhimurium​, ​L monocytogenes,​ vi khuẩn gây thối hỏng gram âm kị khí khác phổ nấm rộng Allicin Hoạt tính kháng vi sinh vật allicin xác định kể từ lần đầu phân lập nghiên cứu Cavallito Bailey (1944​), kể từ thể thức tác dụng allicin làm rõ cụ thể Người ta chứng minh allicin nhắm đến enzyme nội bào tương tác với nhóm SH tự chúng Allicin dễ dàng bị vận chuyển qua khắp màng tế bào vào tế bào chất nơi tạo tác dụng kháng vi sinh vật Chiết xuất tỏi, có thành phần allicin, khơng gây nhiều thay đổi hình thái học tế bào E coli​ ​S aureus​, chứng minh cho giả thiết allicin có tác dụng bên tế bào Trong nghiên cứu khác, Miron cộng (2000​) allicin tự thấm vào túi phospholipid phản ứng với phân tử chứa SH bọc nang reacted with encapsulated SH-containing molecules Hoạt tính kháng vi sinh vật allicin cho nhóm hóa chất phản ứng mà liên kết với ức chế phạm vi rộng mục tiêu nội bào Nhóm -S(O)-S- allicin phản ứng với nhóm SH enzyme Allicin đảo nghịch ức chế enzyme papain thiol-protease, enzyme dehydrogenase cồn phụ thuộc NADP+​ từ Thermoanaerobium brockii,​ dehydrogenase cồn phụ thuộc NAD​+​ từ gan ngựa Thú vị là, thành phần chứa thiol dithiothreitol, 2-mercaptoethanol, glutathione tái kích hoạt ba enzyme trên, chứng tỏ 22 tương tác tạo tác dụng ức chế bị đảo nghịch Focke cộng (​1990​) chứng minh tác dụng ức chế đảo ngược liên kết cụ thể allicin với enzyme tham gia vào tổng hợp acetyl-CoA vi khuẩn, thực vật, nấm men động vật có vú Allicin ức chế phần thời chép AND tổng hợp protein S typhimurium​, giảm 90% tổng hợp ARN tối thiểu 30 phút, cho thấy tổng hợp ARN mục tiêu allicin Tóm lại, nghiên cứu ám allicin chất ức chế chung nhiều loại enzyme Có thể dùng allicin kết hợp với chất kháng vi sinh vật khác vởi có tác dụng ức chế tổng hợp ARN theo làm giảm kìm hãm chế bảo vệ tế bào chất kháng vi sinh vật khác Allyl isothiocyanate Người ta chưa hiểu trọn vẹn thể thức tác dụng đằng sau hoạt tính kháng vi sinh vật AITC, thâm nhập màng chưa mô tả đơn lẻ vị trí tác dụng mà nhìn chung xem chất ức chế chung mục tiêu nội bào chu chất Vẫn chưa rõ liệu AITC có nhanh chóng xuyên màng thâm nhập tế bào chất tế bào nhân sơ (prokaryotic) tế bào nhân thực (eukaryotic), có tác dụng màng tế bào hay không Ahn (2001​) mường tượng tế bào bị xử lý AITC thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy/TEM) AITC biến đổi cấu trúc tế bào bên mà khơng gây rị rỉ ATP phá hủy thành tế bào L.monocytogenes.​ Tuy nhiên, có làm giảm nồng độ ATP bên trong, chứng tỏ trình tạo lượng bên tế bào bị ảnh hưởng Ngược lại, nghiên cứu khác kết luận AITC gây tổn hại màng tế bào E coli​ ​Salmonella​ Montevideo dẫn đến rị rit chất chuyển hóa tế bào, không làm phân rã tế bào Thể thức tác dụng AITC nhóm hóa học Nguyên tử cacbon trung tâm isothiocyanate (R − N = C = S) có lực mạnh mẽ với điện tử dễ phản ứng, điều kiện ơn hịa với chất cho electron có lõi oxi, sulphua hay ni-tơ dẫn xuất carbamates, thiocarbamates, hay thiourea mild conditions with oxygen-, sulfur-, or nitrogen-centered nucleophiles resulting in carbamates, thiocarbamates, or thiourea derivatives, respectively (Zhang and Talalay, ​1994​; Verma, ​2003​) Bên tế bào, AITC phản ứng với glutathione, sulfite, amino axit, oligopeptide, protein, nước AITC phân tách liên kết disulfide cysteine protein thơng qua q trình oxi hóa, cơng nhóm amino tự đơn phân arginine Thể thức tác dụng kháng 23 vi sinh vật AITC liên quan đến việc ức chế chung enzyme biến đổi protein thơng qua phân tách oxi hóa liên kết disulfide Tác dụng AITC nấm men chưa hiểu rõ cần có thêm nghiên cứu Allyl isothiocyanate ngăn nấm men hấp thu oxi phân tách trình oxi-phosphoryl hóa thơng qua ức chế enzyme oxidase sắc tố tế bào (cytochrome) chuỗi vận chuyển electron Vì thể thức tác dụng chung chung sinh vật nhân sơ, dễ quan sát tác dụng tương tự sinh vật nhân thực Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu thể thức tác dụng kháng vi sinh vật Độ đa dạng thành phần tinh dầu vô biên thể phạm vi lớn hợp chất Một số có hiệu thấp không hiệu kháng vi sinh vật hợp chất khác chất kháng vi sinh vật hiệu Đa số hợp chất kháng vi sinh vật có tinh dầu terpenoid phenylpropene với phenol có tác dụng mạnh nhất, số aldehyde chất khơng phải phenol thể hoạt tính kháng vi sinh vật hứa hẹn Người ta chưa hiểu rõ vị trí mục tiêu thể thức tác dụng đa số thành phần tinh dầu, đặc biệt với nấm men Ứng dụng thương mại loại tinh dầu hưởng lợi từ hiểu biết sâu sắc thể thức tác dụng sau hợp chất đơn lẻ, điều trợ giúp khai thác, ví hợp chất động vận với đặc tính kháng vi sinh vật mạnh mẽ Nhiều công nghệ khác sử dụng để làm sáng tỏ thể thức tác dụng nhiều loại tinh dầu thành phần chúng Ở trình bày bàn luận phương pháp thực nghiệm phổ biến Sau xác lập hoạt tính tiêu diệt hay ức chế hợp chất, thực nhiều thí nghiệm để tìm chế tương tác hợp chất với tế bào để đem đến tác dụng quan sát thấy Trong bối cảnh này, quan trọng phải phân biệt thực nghiệm xác định vị trí mục tiêu từ thực nghiệm có mục đích làm sáng tỏ thể thức tác dụng Vị trí tác dụng phận tế bào mà tương tác với hợp chất, ví màng tế bào, thành tế bào, hay protein, enzyme, axit nucleic hay chất chuyển hóa nội bào Tuy nhiên, thể thức tác dụng cung cấp nhiều kiến thức cụ thể chế phân tử hay tương tác phân tử đứng sau tác dụng tiêu diệt hay ức chế Bảng trình bày tổng quan phương pháp làm rõ vị trí hay thể thức tác dụng hợp chất kháng vi sinh vật 24 Bảng Tổng quan phương pháp thực nghiệm dùng để xác định vị trí mục tiêu thể thức tác dụng hợp chất kháng vi sinh vật Vị trí mục tiêu hay thể thức tác dụng Thực nghiệm Thay đổi hình thái học tế bào Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscopy/SEM) cho thấy hình ảnh cấu tạo tế bào với độ phân giải siêu hiển vi Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy /TEM) cho thấy hình ảnh thay đổi hình thái học tế bào, tổn hại thành màng tế bào với dịch nội bào bị đông lại Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic force microscopy/AFM) cho thấy hình ảnh tế bào độ phân giải nanomet dạng lỏng điều kiện sinh lý cung cấp thơng tin thay đổi tính co giãn tế bào (cell elasticity) đồ tế bào (cell topography) Phá hủy màng sinh Phân rã tế bào hay xả bào tương phát quang phổ kế 260 nm chất Đo rò rỉ kali phốt-pho từ tế bào điện cực chọn lọc ion, phổ hấp thu nguyên tử (atomic absorption spectroscopy), hay trắc quang lửa (flame photometry) Đo ATP rò rỉ từ tế bào dùng phương pháp dựa hoạt tính luciferase định lượng phát quang sinh học (bioluminescence) Hấp thu chất nhuộm màu huỳnh quang liên kết ADN, propidium iodide (PI), SYTO9, ethidium bromide (EB), carboxyfluorescein diacetate (cFDA), dùng kính hiển vi huỳnh quang (fluorescence microscopy) phân tích tế bào theo dòng chảy (flow cytometry) Rò rỉ chất nhuộm tự phát huỳnh quang calcein hay carboxyfluorescein bọc túi phospholipid giống gia tăng cường độ huỳnh quang nồng độ bàng quang giảm Có thể phát gradient nồng độ ion màng tế bào phép định huỳnh quang dùng bis-oxonol hay DiSC3​(5), hay đếm tế bào theo dòng chảy dùng bis-oxonol, DiOC​2​(3), hay BOX 25 Phá hủy màng vi khuẩn gram âm Phát tổn hại màng cách theo dõi hấp thu mẫu dò huỳnh quang kị nước 1-​N-​ phenyl-​L​-napthylamine (NPN) vào màng dùng kính hiển vi huỳnh quang (fluorescence microscopy) Phát giải phóng phospholipid LPS từ màng ngồi sắc ký khí mao quản (capillary gas chromatography) so sánh với chuẩn axit béo bên Phát giải phóng protein từ màng ngồi điện di (electrophoresis) (SDS-PAGE) so sánh đặc điểm protein dịch phân lớp loại bỏ tế bào (cell-free supernatant) tế bào chưa qua xử lý Có thể kiểm tra thay đổi số protein màng cách tách protein theo khối lượng đánh dấu để dò huỳnh quang cảm ứng laser (laser induced fluorescence) Thay đổi đặc tính màng Có thể phát màng mở rộng giảm tự phát sáng huỳnh quang thơng qua mẫu dị liposome octadecyl rhodamine β chloride Có thể phát tác động đến nhiệt độ tan chảy, tính lỏng phân tách pha phân tích nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning calorimetry), quang phổ chuyển đổi hồng ngoại Fourier (Fourier-transform infrared spectrometer), cộng hưởng từ hạt nhân (nuclear magnetic resonance), hay nhiễu xạ tia X góc hẹp (small-angle X-ray diffraction) Có thể khảo sát thay đổi sinh tổng hợp ergosterol tế bào nầm men cách so sánh nồng độ ergosterol nội bào tế bào sinh trưởng có khơng có chất kháng vi sinh vật Nồng độ ergosterol chiết xuất nội bào tính liệu thu từ qt quang phổ chiết xuất từ 240 đến 300 nm Phá hủy điện màng Có thể phát thay đổi độ chênh lệch nồng độ ion màng tế bào máy quang phổ huỳnh quang (spectrofluorometer) dùng bis-oxonol DiSC3​(5), phân tích dịng chảy tế bào dùng bis-oxonol, DiOC2​(3), BOX Phá hủy cân nội môi pH nội bào 5-(và 6-)carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (cFDA-SE) dễ bị chiếm vi khuẩn bị thủy phân enzyme esterase thành 5-(và 6) carboxyfluorescein succinimidyl ester (cFSE) Khi xác định độ pH nội bào từ tỉ lệ tín hiệu huỳnh quang cFSE mức 490nm nhạy với pH 440nm nhạy với pH Đo pH nội bào mẫu dò huỳnh quang nhạy với pH, pHluorin (trong tế bào chất) BCECF AM (các không bào) 26 Phá hủy cân nội môi Ca2+​ nội bào Đo nồng độ Ca2+​ nội bào sau biến nạp với plasmid chứa gien aequorin Aequorin phát ánh sáng liên kết với Ca2+​, Ca​2+​ định lượng việc đo lường phát quang Phá hủy hô hấp tế bào Có thể phát suy giảm hơ hấp tế bào lượng oxi tiêu thụ đo điện cực oxi qua giảm chất nhuộm 5-cyano-2,3-ditolyl tetrazolium chloride (CTC), mà giảm chuỗi vận chuyển electron đến thuốc nhuộm formazan huỳnh quang khơng hịa tan Cơ chế phản ứng phức tạp Có thể theo dõi phản ứng với nhóm thiol nhiều mục tiêu cấu tạo phức hợp với cysteine hay glutathione hợp chất nhóm –SH tự Khi phát cấu tạo phức hợp sắc ký lỏng hiệu cao (high performance liquid chromatography/HPLC), sắc ký lỏng (liquid chromatography) với khối phổ (mass spectroscopy) (LC–MS), hay NMR Có thể kiểm nghiệm liên kết cạnh tranh nhóm thiol bổ sung hợp chất có chứa thiol, ví dụ bổ sung protein bovine serum albumin (BSA) hay hợp chất hữu desferal vào môi trường sinh trưởng kiểm nghiệm xem làm giảm tác dụng kháng vi sinh vật hay không Ức chế enzyme cụ thể Theo dõi ức chế thành tế bào tổng hợp enzyme β-(1,3)-glucan synthase chitin synthase chất phóng xạ UDP[14​C]-Glu UDP[U-​14​C]-GlcNAc máy đếm nhấp nháy lỏng (liquid scintillation counter) Đã tìm hiểu thay đổi hoạt tính enzyme protease, alcohol dehydrogenase, thioredoxin reductase, acetate kinase, decarboxylase, α-amylase, subtilisin, hệ thống enzyme hình thành acetyl-CoA -forming enzyme systems, ATPase, dùng công nghệ quang phổ kế (spectrophotometer), quang kế (luminometer), HPLC, theo dõi độ pH, máy đếm nhấp nháy lỏng vùng phân giải protein (zone of proteolysis) Inhibition of cell division Có thể tìm hiểu tác dụng FtsZ máy phân bào dùng phương pháp phân tán ánh sáng (light scattering assay), thủy phân GTP, TEM, phép đo nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt (isothermal titration calorimetry), phổ vi sai chuyển bão hòa (saturation transfer difference/STD) phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), mơ hình hóa phân tử (molecular modeling) ​in silico (​ với trợ giúp máy tính) Changes in transcriptome Có thể dùng đột biến ngẫu nhiên để xác định vai trò gien cụ thể chế chống chịu nhạy cảm Sau phát tăng giảm điều chỉnh phiên mã gien quan tâm RT-qPCR, với đồng thời nhiều gien chip phân tích (microarray) Có thể dị thay đổi ARN, ADN, sinh tổng hợp protein tích hợp liên tục uridine, thymidine, leucine đánh dấu phóng xạ 27 Thay đổi hệ protein Có thể xác định biểu protein cụ thể điện di gel (gel electrophoresis) SDS-PAGE phương pháp lai thấm protein (western blotting) sau định danh đoạn peptide khối phổ (mass spectrometry) Có thể phát thay đổi số hệ protein tách điện di 2D-PAGE sau chọn lọc cắt xén điểm protein bị tăng giảm điều chỉnh mà xác định khối phổ Thay đổi sản sinh độc tố toxin production Có thể đo kiểm tác dụng sản xuất độc tố thải xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết với enzyme (enzyme linked immunosorbent assay/ELISA) định lượng quang phổ (spectrophotometric quantification) Định vị vị trí tác dụng Kính hiển vi độ phân giải cao, kính hiển vi điện tử (electron microscopy) hay kính hiển vi lực nguyên tử (atomic force microscopy/ AFM) lộ kết cực hạn tiếp xúc với hợp chất kháng vi sinh vật tức biến dạng tế bào xuất thành tế bào bị phân rã phá hủy Ưu điểm TEM mặt cắt ngang siêu mỏng tiết lộ biến đổi siêu cấu trúc bên tế bào Kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy /SEM) AFM cung cấp hình ảnh bề mặt tế bào AFM có ưu điểm quan trọng so với hiển vi điện tử cho phép đo kiểm dạng lỏng điều kiện sinh lý học, tránh chuẩn bị mẫu khó khăn thành phần lạ liên quan kèm theo Tuy nhiên hạn chế hiển vi điện tử AFM là, phải xác định cấu trúc tế bào cụ thể theo hình thái học khơng áp dụng số hình thức đánh dấu Trong kháng nguyên tiếp hợp với hạt nano kim loại (metal nanoparticle) dùng với TEM vài nghiên cứu, chưa có báo cáo ghi nhận dùng công nghệ đánh dấu với SEM AFM Tuy nhiên, kết hợp AFM với kính hiển vi quang học tận dụng nhiều lựa chọn đánh dấu huỳnh quang phân tử sinh học Một vị trí tác dụng quan trọng màng tế bào, thực tế người ta đề xuất nhiều thành phần tinh dầu có tác dụng màng vi khuẩn Tương tác hợp chất kháng vi khuẩn với màng ảnh hưởng đến vận chuyển dưỡng chất ion, điện màng tổng độ thẩm thấu tế bào Những tác dụng tìm hiểu cách đo kiểm dịng ion nội bào K+​ H​+​ Dịng ion nhỏ khơng thiếu bào hiệu cho tình trạng suy giảm hồn tồn chức màng, quan sát thấy tế bào vấn sống sót mà bị ức chế sinh trưởng tế bào dùng lượng để phục hồi tồn thay để sinh sôi tế bào Tác dụng màng tế bào dẫn đến tế bào chết dự đốn 28 xác cách tìm dịng phân tử lớn ATP hay carboxyfluorescein diacetate (cFA) sau phản ứng esterase, qua dòng vào chất nhuộm màu dính ADN hữu cỡ lớn có cực ethidium bromide Nên làm rõ điều thực tế tốt để kiểm nhận tác dụng quan sát thông qua kết hợp vài cơng nghệ kỹ thuật Ví dụ theo dõi xả thoát chất nhuộm calcein bao túi màng dùng làm kỹ thuật bổ sung để xác nhận màng vị trí tác dụng Nếu khơng quan sát tác dụng cấu trúc tế bào chức màng, giả sử vị trí tác dụng nằm tế bào Mục tiêu nhìn chung protein enzyme, q trình nội bào thiết yếu tham gia vào sinh tổng hợp hay tạo lượng Ví dụ xác định vị trí tác dụng bên tế bào thơng qua dung nhập chất đánh dấu phóng xạ dùng trình sinh tổng hợp cụ thể Thiếu giảm dung hợp xem báo cho thấy trình chịu ảnh hưởng hợp chất kháng vi sinh vật Chẳng hạn như, dùng nucleotide hay amino axit đánh dấu phóng xạ để xác định xem chép ADN hay tổng hợp protein có diễn hay khơng Một số hợp chất có nhiều vị trí chịu tác dụng, trường hợp khó mà xác định xác vị trí nguyên nhân sau dẫn đến tế bào chết Ví dụ, hợp chất tác động đến độ thấm màng ảnh hưởng đến điện màng theo q trình tạo lượng hơ hấp Vì khó mà phân biệt ảnh hưởng trực tiếp đến trình tạo lượng với tác dụng gián tiếp mà màng thấm gây trình Ở nồng độ mức gây tử vong, biến đổi hệ phiên mã hệ protein tiếp xúc lộ chế tế bào tương tác với hợp chất, tăng điều chỉnh gien liên quan đến trình sinh tổng hợp hay chuyển hóa định báo hiệu cho biết cấu trúc hay trình tế bào bị ảnh hưởng Làm rõ thể thức tác dụng Phương thức tồn diện để tìm hiểu thể thức tác dụng hợp chất cụ thể tiến hành đột biến gien gien nhảy ngẫu nhiên để dò đột biến bù cho tác dụng kháng vi sinh vật hợp chất cụ thể Bằng cách nhận diện thể thức tác dụng hợp chất mà tương tác chuyên biệt ví với enzyme đơn lẻ hay với protein lipid cụ thể màng Tuy nhiên phương pháp khơng thích hợp để tìm hiểu hợp chất kháng vi sinh vật có tác dụng đồng thời với vài thành phần tế bào, đột biến đơn lẻ khơng thường trợ giúp bù đắp cho tác dụng kháng vi sinh vật toàn thể tế bào 29 Những hợp chất kháng vi sinh vật có tác dụng màng gây tình trạng khử cực tăng độ thấm thơng qua nhiều chế khác Ví dụ, số peptide kháng vi sinh vật hình thành lỗ rỗng hợp chất khác, thành phần tinh dầu định, có hiệu ứng hóa lỏng màng Các đặc tính màng nén lipid tìm hiểu túi màng nhuộm màu LAURDAN kết hợp với quang phổ huỳnh quang (spectrofluorometry) điều tra trực tiếp tính lỏng màng vi khuẩn nhiệt lượng quét vi sai (differential scanning calorimetry) hay đại lượng xạ huỳnh quang (fluorescence anisotropy) DPH dùng quang phổ huỳnh quang kế Chụp hình AFM năm gần cho phép hình hóa phân giải cao màng địa giá đỡ cứng Những biến đổi cấu trúc tích hợp hợp chất kháng vi sinh vật vào màng hình dung trực tiếp, định lượng ảnh hưởng độ cứng màng quang phổ lực AFM Hơn chức hóa đầu AFM với hợp chất kháng vi sinh vật mong muốn cho phép tìm hiểu lực tương tác hợp chất mục tiêu Ví dụ phương pháp dùng để lập đồ biến cố liên kết vancomycin bề mặt vi khuẩn xác nhận liên kết diễn vị trí tổng hợp thành tế bào phân bào Tinh dầu bảo quản thực phẩm Các bệnh sinh từ thực phẩm vấn đề y tế công cộng gia tăng tồn giới Ước tính năm Mỹ, 31 loài mầm bệnh gây 9,4 triệu ca ngộ độc thực phẩm Để kiểm sốt thành cơng mầm bệnh sinh thực phẩm cần phải sử dụng nhiều công nghệ kỹ thuật bảo quản sản xuất bảo quản sản phẩm thực phẩm Một xu hướng lựa chọn thực phẩm hàm lượng muối đường người tiêu dùng gần đại biểu cho nhu cầu gia tăng chất bảo quản thực phẩm hiệu quả, giảm hàm lượng muối đường mặt khác làm giảm hạn sử dụng sản phẩm Người ta sử dụng loạt chất bảo quản để kéo dài hạn sử dụng thực phẩm thơng qua ức chế tình trạng tăng sinh vi khuẩn Tuy nhiên gia tăng nhận thức tiêu cực người tiêu dùng chất bảo quản thực phẩm nhân tạo dấy lên quan tâm việc tìm kiếm chất bảo quản tự nhiên thay cho giải pháp bảo quản truyền thống Mặc dù vốn thêm vào để cải biến hay cải thiện hương vị, hoạt tính kháng vi sinh vật loại tinh dầu khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn để thay cho chất bảo quản nhân tạo 30 Triển vọng hạn chế ứng dụng tinh dầu thực phẩm Ủy ban Châu Âu phê duyệt loạt thành phần tinh dầu với mục đích sử dụng làm hương liệu sản phẩm thực phẩm Các loại hương liệu đăng ký gồm có: ví dụ linalool, thymol, eugenol, carvone, cinnamaldehyde, vanillin, carvacrol, citral, limonene, toàn chất xem không gây nguy cho sức khỏe người tiêu dùng Cục Quản lý Dược Thực phẩm Hoa Kỳ (United States Food and Drug Administration/FDA) phân loại chất tổng thể xem an toàn (generally recognized as safe/GRAS) Các loại tinh dầu thô FDA phân loại GRAS số loại khác gồm có đinh hương, kinh giới cay, xạ hương, nhục đậu khấu, húng Tây, mù tạt quế Có hạn chế quản lý lượng hấp thu tinh dầu hay thành phần tinh dầu hàng ngày cho phép, trước dùng chúng sản phẩm thực phẩm, nên có điều tra thu nạp hàng ngày để FDA khảo sát đánh giá Bất kể tiềm chứng tỏ loại tinh dầu thành phần chúng ống nghiệm in vitro​, việc dùng chúng làm chất bảo quản thực phẩm cịn hạn chế cần có nồng độ cao để đạt hoạt tính kháng vi sinh vật hiệu Ở nhiều sản phẩm thực phẩm, thành phần tinh dầu kỵ nước bị suy giảm tác dụng tương tác với thành phần ma trận thực phẩm chất béo, tinh bột protein Hơn độ hiệu nghiệm kháng vi sinh vật thành phần tinh dầu phụ thuộc vào độ pH, nhiệt độ mức độ nhiễm vi sinh vật Ngoại suy kết từ thí nghiệm ống nghiệm in vitro​ đến sản phẩm thực phẩm cơng việc khó khăn nhất, phải lường trước hiệu hợp chất kháng vi sinh vật Ví dụ, dầu rau mùi (Cilantro oil) có hoạt tính kháng khuẩn mạnh nồng độ 0,018% ống nghiệm in vitro​, áp vào mơ hình thịt nguội, kể dầu rau mùi nồng độ 6% khơng có hoạt tính kháng vi sinh vật Do trước thêm vào sản phẩm thực phẩm, nghiên cứu chế tinh dầu hay thành phần chúng tương tác với thành phần thực phẩm ống nghiệm in vitro ​sẽ công việc hữu ích Có thể tìm hiểu tương tác ma trận thực phẩm với tinh dầu hay thành phần chúng thơng qua đo kiểm tình trạng tăng sinh vi sinh vật môi trường nuôi cấy chứa khoảng nồng độ chất béo, đạm hay tinh bột hợp chất kháng vi sinh vật quan tâm Những thực nghiệm kiểu tiến hành dùng mơi trường có tên gọi mơ hình thực phẩm, dùng thực nghiệm để có đáp án nhanh chóng cho câu hỏi loại hợp chất nghiên cứu dùng loại sản phẩm thực phẩm 31 Hương thơm nồng đậm loại tinh dầu, kể nồng độ thấp, gây hiệu ứng cảm quan tiêu cực vượt ngưỡng chấp nhận người tiêu dùng Phải tăng nồng độ tinh dầu để bù cho tương tác chúng với thành phần ma trận thực phẩm điều khơng may mắn hạn chế ứng dụng chúng vào loại thực phẩm đậm vị mà có ngưỡng cảm quan chấp nhận tương đối cao Có thể dùng chiến lược khác để tránh né vấn đề Một lựa chọn dùng loại tinh dầu dạng đóng gói chủ động thay ngun liệu thân sản phẩm Có thể bọc tinh dầu túi hay gói polymer ăn phân hủy sinh học mà thoát bề mặt thực phẩm phần trống gói sản phẩm từ từ, ví dụ trái cây, thịt cá Những túi mà làm thoát tinh dầu dễ bay vào khoảng trống bên gói sản phẩm đơn giản đặt bên gói sản phẩm đóng kín Lợi ích việc kết hợp thành phần tinh dầu dễ bay màng bọc hay túi ăn giảm tốc độ khuếch tán chất khỏi sản phẩm thực phẩm, theo trì hợp chất hoạt tính khoảng trống túi sản phẩm hay bề mặt sản phẩm để kéo dài thời gian sử dụng Một cách để tối thiểu hóa hiệu ứng cảm quan tinh dầu bổ sung vào ma trận sản phẩm thực phẩm bọc tinh dầu thành chất nhũ tương nano (nanoemulsion) Cách tăng độ ổn định thành phần dễ bay hơi, bảo vệ chúng khỏi tương tác với ma trận thực phẩm tăng hoạt tính kháng vi sinh vật nhờ tăng hấp thu nội bào thụ động Cũng giảm nồng độ tinh dầu mà khơng làm giảm hoạt tính kháng vi sinh vật chúng cách dùng chúng kết hợp với hợp chất kháng vi sinh vật khác mà đem đến tác dụng đồng vận Quá trình đồng vận xác định diễn tổ hợp tinh dầu, lĩnh vực có vơ vàn hội để tìm phối hợp kháng vi sinh vật hiệu nghiệm, mà bí để triển khai tinh dầu vào ngành bảo quản thực phẩm mà khơng có hiệu ứng cảm quan đồng thời Đồng vận thành phần tinh dầu Tương tác chất kháng vi sinh vật tổ hợp tạo ba kết quả, hiệu ứng đồng vận, cộng hợp hay đối kháng Đồng vận xuất phối trộn gồm hai hợp chất kháng vi sinh vật có hoạt tính kháng vi sinh vật lớn tổng hoạt tính thành phần đơn lẻ Hiệu ứng cộng gộp diễn kết hợp chất kháng vi sinh vật có tác dụng kết hợp tổng hoạt tính hợp chất đơn lẻ Hiệu ứng đối kháng xuất phối trộn chất kháng vi sinh vật có tác dụng kết hợp so với dùng đơn lẻ chất 32 Tác dụng kết hợp phối trộn phân tích cách dùng phép đo MIC để tính tốn số nồng độ ức chế phân số (FICIndex​) theo công thức lập ra: FICA​ = MIC​A+B​/MIC​A​, FIC​B​ = MIC​B+A​/MIC​B​, FIC​Index​ = FIC​A​ + FIC​B​ Trị số MICA+B​ MIC hợp chất A có mặt hợp chất B, ngược lại với MIC​B+A​ Tính trị số FIC cho chất A B cần xác định MIC thành phần đơn lẻ Theo lý thuyết, FICIndex​ gần biểu thị tương tác cộng gộp, ám đồng vận tức đối kháng Tuy nhiên, định nghĩa bị thay định nghĩa khái quát kết FIC​Index​ hiểu đồng vận FICIndex​