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本研究通过溶剂辅助风味蒸发（SAFE）技术将百里香精油（Thymus vulgaris L.）高效分离为挥发性与非挥发性组分，并制备成稳定乳液。研究证实，非挥发性组分富含酚类物质（如百里香酚与香芹酚），对两种化学型禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）的孢子萌发抑制能力最强，展现出最低的EC50值，并通过破坏细胞膜完整性发挥关键抑菌作用。所有乳液均能显著降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）及其乙酰化衍生物（15-AcDON、3-AcDON）的产量，使其符合FDA限量标准。此外，研究揭示了精油组分对毒素合成关键基因（Tri3， Tri4， Tri5）表达的差异性调控机制。本工作为开发高效、低风味影响的天然抗真菌及霉菌毒素控制策略提供了新视角。
研究背景与目标
真菌腐败及其产生的霉菌毒素是导致食品浪费和安全隐患的关键因素。其中，由禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）及其乙酰化衍生物毒性强、污染广。植物精油（EOs）因其天然、可降解及“普遍认为安全”（GRAS）的特性，成为有潜力的抗真菌剂。然而，其强烈风味限制了在食品中的应用。本研究旨在探索利用溶剂辅助风味蒸发（SAFE）技术将百里香精油（Thymus vulgaris L.）分离为挥发性与非挥发性组分，评估其抗真菌和抑制霉菌毒素的效能，并阐明其作用机制，以期获得活性更强、风味影响更小的组分。
SAFE技术分离与组分表征
研究采用SAFE装置，在50°C、高真空（10−3至10−4Pa）条件下，将百里香精油成功分离为挥发性与非挥发性两种组分，总回收率达98.6%。气相色谱-质谱（GC-MS）分析显示，两种组分的化学成分差异显著。挥发性组分富集了低沸点化合物，如γ-松油烯（相对含量29.67%）、对伞花烃（24.99%）和α-蒎烯（7.94%）。而非挥发性组分则富含沸点较高的酚类和含氧萜类，特别是百里香酚（42.62%）和香芹酚（6.77%）。这种差异化的富集证实了SAFE技术基于组分挥发性进行分离的有效性。
乳液制备与稳定性
为解决精油水溶性差和稳定性问题，研究将完整精油及其两个组分分别制成水包油（O/W）乳液。动态光散射分析表明，所有新鲜制备的乳液粒径在100至600纳米之间，其中挥发性组分乳液的粒径最小。在室温下储存63天后，所有乳液均保持良好的物理稳定性，未出现相分离或破乳现象，粒径和粒径分布（PSD）变化微小，表明乳液体系适合长期应用。
抗真菌效能评估
通过测定孢子萌发抑制率（SGI）并计算半数有效浓度（EC50），评估了三种乳液对两种禾谷镰刀菌菌株（10-124-1和10-125-1）的抗真菌活性。结果表明，非挥发性组分乳液的抗真菌活性最强，对两个菌株的EC50值最低，分别为0.54 µg mL−1和0.74 µg mL−1。完整精油次之，而挥发性组分所需的EC50浓度最高。这主要归因于非挥发性组分中高含量的百里香酚和香芹酚，其苯环和羟基结构能更有效地破坏真菌细胞结构。
抗真菌作用机制探究
通过多种显微技术揭示了精油组分的作用模式。扫描电镜（SEM）观察显示，经非挥发性组分和完整精油处理的孢子出现明显的皱缩、表面粗糙和结构塌陷，而挥发性组分处理引起的形态变化较轻。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）结合荧光染色（FDA/PI）进一步证实，非挥发性组分和完整精油能严重破坏孢子细胞膜完整性，导致细胞内含物泄漏和细胞死亡。挥发性组分则主要引起局部（如隔膜处）的膜损伤。总脂质含量分析结果显示，非挥发性组分处理显著降低了菌株10-124-1的膜脂含量，这与细胞膜完整性受损的观察结果一致。综合表明，精油组分，尤其是非挥发性组分，主要通过破坏细胞膜结构来发挥抗真菌作用。
抑制霉菌毒素效能
在单端孢霉烯族毒素生物合成诱导（TBI）培养基中评估了精油乳液在EC50浓度下对霉菌毒素产生的抑制作用。所有处理均能极显著地降低DON及其乙酰化衍生物的产量。对于菌株10-124-1，DON含量从4.5 µg mL−1降至0.11 µg mL−1，15-AcDON则降至检测不到（ND）的水平。对于菌株10-125-1，DON从3.4 µg mL−1降至0.15 µg mL−1，3-AcDON同样降至ND。所有处理后的DON含量均低于美国食品药品监督管理局（FDA）对成品小麦产品的建议限值（1 ppm），表明其在控制毒素污染方面具有实用潜力。
对毒素合成基因表达的调控
为探究毒素抑制的分子机制，研究检测了精油处理对DON生物合成途径中关键Tri基因（Tri3, Tri4, Tri5）表达的影响。在0.1 µg mL−1浓度下，完整精油和非挥发性组分处理显著上调了两个菌株中所有三个Tri基因的表达，尤其是Tri4和Tri5基因。而挥发性组分的影响则较小且具有菌株特异性：在菌株10-124-1中轻微下调了Tri3和Tri5，在菌株10-125-1中则轻微上调了Tri4和Tri5。这种基因表达的上调现象可能与液体培养条件及特定的胁迫反应有关，尽管基因表达上调，但最终的毒素产量却显著降低，表明精油可能通过复杂的转录后或代谢调控网络来抑制毒素合成，其具体机制有待进一步研究。
结论
本研究成功利用SAFE技术将百里香精油分离为化学组成截然不同的挥发性与非挥发性组分。非挥发性组分因富含百里香酚和香芹酚，展现出最强的抗真菌活性，其作用核心是破坏真菌细胞膜完整性。所有精油乳液均能有效将禾谷镰刀菌产生的DON毒素控制在安全标准以内，并对乙酰化衍生物产生近乎完全的抑制。此外，研究首次揭示了百里香精油及其非挥发性组分能显著上调Tri毒素合成基因的表达，但这一转录水平的变化与最终的毒素抑制表型并不直接矛盾，暗示了可能存在更复杂的调控网络。该工作不仅验证了SAFE分馏技术在增强精油特定生物活性方面的可行性，更重要的是，为食品工业提供了一种通过富集非挥发性组分来实现高效抗真菌和霉菌毒素控制，同时最大限度减少不良风味影响的可持续性策略。
