花椒羥基-α-山椒素在紫外照射下的降解動(dòng)力學(xué)及其轉(zhuǎn)化機(jī)理研究

嚴(yán)雅麗 - 劉福權(quán) - 趙志峰 - 谷學(xué)權(quán) - 幸 勇

(1. 四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院，四川 成都 610065；2. 四川五豐黎紅食品有限公司，四川 雅安 625302) (1. College of Light Industry, Textile and Food Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 2. Sichuan Wufeng Lihong Food Co., Ltd., Ya’an, Sichuan 625302, China)

花椒羥基-α-山椒素在紫外照射下的降解動(dòng)力學(xué)及其轉(zhuǎn)化機(jī)理研究

嚴(yán)雅麗1YANYa-li1劉福權(quán)1LIUFu-quan1趙志峰1ZHAOZhi-feng1谷學(xué)權(quán)2GUXue-quan2幸 勇2XINGYong2

(1. 四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院，四川 成都 610065；2. 四川五豐黎紅食品有限公司，四川 雅安 625302) (1.CollegeofLightIndustry,TextileandFoodEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan610065,China; 2.SichuanWufengLihongFoodCo.,Ltd.,Ya’an,Sichuan625302,China)

為了研究花椒中典型酰胺類(lèi)物質(zhì)羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化趨勢(shì)及轉(zhuǎn)化方向，從花椒油中提取、分離、純化得到羥基-α-山椒素，對(duì)其進(jìn)行紫外照射處理，利用HPLC法測(cè)定不同照射時(shí)間各物質(zhì)的含量。結(jié)果表明，羥基-α-山椒素在紫外照射下迅速減少，8 h后減少了95.9%，濃度與時(shí)間滿足一級(jí)反應(yīng)速率方程C=490.68e-0.346 9t，且轉(zhuǎn)化為其同分異構(gòu)體羥基-ε-山椒素，使羥基-ε-山椒素含量在3 h后升高至初始含量的8.56倍，而羥基-β-山椒素在照射過(guò)程中持續(xù)減少，說(shuō)明紫外照射對(duì)花椒及其制品的麻味有很大的影響。

花椒；酰胺類(lèi)物質(zhì)；紫外照射；同分異構(gòu)體轉(zhuǎn)化；動(dòng)力學(xué)模擬

花椒(Zanthoxylumbungeanum)系蕓香科花椒屬植物，被譽(yù)為“八大調(diào)味品”之一[1]，是家庭常用的烹飪調(diào)料和中藥配料。花椒的麻味主要來(lái)源于花椒中的酰胺類(lèi)物質(zhì)，不同的酰胺類(lèi)物質(zhì)的閾值、人體感覺(jué)及味覺(jué)強(qiáng)度有差異[2]，且其含量與種類(lèi)是花椒質(zhì)量等級(jí)分類(lèi)的重要因素[3]?；ń分絮０奉?lèi)物質(zhì)含量與種類(lèi)的變化將引起其麻味的變化，而該變化與酰胺類(lèi)物質(zhì)在不同條件下的穩(wěn)定性有關(guān)。花椒酰胺類(lèi)物質(zhì)在常溫光照下不穩(wěn)定，很容易發(fā)生化學(xué)變化，紫外可加速其變化[4]。

近年來(lái)，有關(guān)花椒中典型酰胺類(lèi)物質(zhì)的研究成為熱點(diǎn)，但大多關(guān)注于物質(zhì)本身的鑒定與生理活性[5-7]，少數(shù)研究涉及了花椒中酰胺類(lèi)物質(zhì)貯藏穩(wěn)定性，而對(duì)其保藏過(guò)程中酰胺類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究還鮮有報(bào)道。Yang[8]發(fā)現(xiàn)羥基-α-山椒素水溶液在22～24 ℃中保存4周，降解了50%；當(dāng)暴露在紫外光下時(shí)，80%乙醇溶液中的羥基-α-山椒素4 h完全消失。Ichiro等[9]將羥基-α-山椒素在碘催化下進(jìn)行紫外照射，制備出了羥基-β-山椒素，說(shuō)明羥基-α-山椒素在一定條件下可以進(jìn)行同分異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化，但未關(guān)注其變化過(guò)程，無(wú)法了解反應(yīng)的方向與速率。本試驗(yàn)以花椒中典型的酰胺類(lèi)物質(zhì)羥基-α-山椒素為對(duì)象，研究其在紫外照射下的穩(wěn)定性、模擬降解動(dòng)力學(xué)方程，并測(cè)定羥基-β-山椒素與羥基-ε-山椒素的含量變化，分析同分異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)而初步推測(cè)羥基-α-山椒素在紫外照射下的轉(zhuǎn)化機(jī)理，為研究花椒及其制品在貯藏過(guò)程中的麻味變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

花椒油：四川成都建華食品有限公司；

甲醇、堿性氧化鋁、乙腈、正己烷、無(wú)水乙醇：分析純，成都科龍?jiān)噭S。

1.1.2 儀器與設(shè)備

恒溫振蕩器：THZ-98AB型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE52-99型，上海亞榮生化儀器廠；

低速離心機(jī)：TDZ5-WS型，長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司；

循環(huán)水式真空泵：SHZ-D型，上海道京儀器有限公司；

超聲機(jī)：KH2200B型，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；

紫外燈：ZW40Z20W型，杭州亞光照明燈飾有限公司；

高效液相色譜儀：LC-6AD型，日本島津公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 酰胺類(lèi)物質(zhì)的提取、分離純化與檢測(cè)

(1) 酰胺類(lèi)物質(zhì)的提?。簠⒖嘉墨I(xiàn)[10]的方法，稱(chēng)取花椒油15 g，置于500 mL試劑瓶中，加入225 mL甲醇，于恒溫振蕩器中水浴震蕩提取(40 ℃，2 h，160 r/min)，超聲5 min?；旌弦航?jīng)過(guò)離心(4 000 r/min，10 min)后取上清液，用2倍體積的正己烷進(jìn)行萃取除雜，下層清液過(guò)堿性氧化鋁層析柱除去多酚，所得層析液減壓蒸干并計(jì)重，所得樣品即為酰胺類(lèi)物質(zhì)提取物。

(2) 酰胺類(lèi)物質(zhì)的分離純化：取一定量的粗提物用色譜級(jí)甲醇溶解后過(guò)0.22 μm濾膜，在ODS柱(F29 mm×153 mm，ODS規(guī)格50 μm 120A)中洗脫，每50 mL收集洗脫液，得到含羥基-α-山椒素及其同分異構(gòu)體的洗脫液。

(3) 酰胺類(lèi)物質(zhì)的定量檢測(cè)：取一定量的洗脫液用色譜級(jí)甲醇溶解后過(guò)0.22 μm濾膜，用高效液相色譜儀進(jìn)行測(cè)定，色譜條件：MN Nucleodur 1100-5 C18柱；流動(dòng)相A：水；流動(dòng)相B：乙腈；流速：0.5 mL/min；柱溫：30 ℃；紫外檢測(cè)波長(zhǎng)：270 nm；進(jìn)樣量：20 μL。洗脫程序見(jiàn)表1。

表1 HPLC洗脫程序Table 1 HPLC elution procedure

以各濃度的羥基-α-山椒素標(biāo)準(zhǔn)品在270 nm下吸收峰面積(mAU·min)為縱坐標(biāo)，濃度(μg/mL)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線型回歸方程：y=198 648x，R2=0.998，樣品在60～750 μg/mL時(shí)呈較好的線性相關(guān)性，因此本試驗(yàn)可用峰面積表征物質(zhì)的含量。

1.2.2 紫外連續(xù)照射處理

(1) 照射樣品制備：將上述步驟得到的羥基-α-山椒素及其同分異構(gòu)體洗脫液(80%甲醇溶液)蒸干，用適量乙醇完全溶解，得到100%乙醇溶劑的羥基-α-山椒素溶液。

(2) 紫外照射處理：將羥基-α-山椒素及其同分異構(gòu)體的乙醇溶液置于透明石英試劑瓶中，試劑瓶置于距離紫外燈15 cm處，紫外燈功率40 W，對(duì)樣品進(jìn)行連續(xù)照射，并分別在0，1，2，3，4，5，6，7，8 h時(shí)從試劑瓶中取樣，蒸干，并用甲醇溶解，進(jìn)行HPLC檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 酰胺類(lèi)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

0 h的羥基-α-山椒素乙醇溶液的液相色譜圖見(jiàn)圖1。前期研究[11]中，課題組已經(jīng)利用液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)花椒的酰胺類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行了分析，根據(jù)出峰時(shí)間、最大吸收峰和質(zhì)荷比，對(duì)比參考文獻(xiàn)[11]可知圖1中的1、2、3號(hào)峰分別為羥基-ε-山椒素、羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素，其相對(duì)分子量均為263，互為同分異構(gòu)體。各物質(zhì)峰面積及純度見(jiàn)表2。依次檢測(cè)0～8 h時(shí)的樣品，得到酰胺類(lèi)物質(zhì)的峰面積與純度。

圖1 羥基-α-山椒素紫外照射前(0 h時(shí))的HPLC圖譜Figure 1 HPLC chromatogram of hydroxy-α-sanshool before UV radiation(0 hour)表2 0 h時(shí)3種山椒素的峰面積與純度Table 2 The peak area and purity of three sanshools

峰號(hào)化合物名稱(chēng)峰面積/(mAU·min)純度/%1羥基-ε-山椒素35251202.82羥基-α-山椒素9747224579.03羥基-β-山椒素1696977313.8合計(jì)11796713895.6

紫外照射8 h后的羥基-α-山椒素乙醇溶液的液相色譜圖見(jiàn)圖2。由圖2可知，經(jīng)過(guò)8 h的紫外照射，樣品中的3種山椒素峰高大幅降低，含量明顯減少，且各物質(zhì)變化規(guī)律不一致，說(shuō)明3種物質(zhì)在紫外照射過(guò)程中發(fā)生了不同程度的變化。

2.2 酰胺類(lèi)物質(zhì)在紫外照射下的變化

2.2.1 羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化 由圖3可知，在紫外照射下，羥基-α-山椒素持續(xù)減少，在0～2 h時(shí)，減少速率較快，2 h時(shí)已減少56.8%；當(dāng)紫外照射8 h時(shí)共減少了95.9%。在羥基-α-山椒素含量減少的同時(shí)，其純度也在降低，但兩者趨勢(shì)并不完全相同。

圖2 羥基-α-山椒素紫外照射8 h后的HPLC圖譜Figure 2 HPLC chromatogram of hydroxy-α-sanshool after 8 hours UV radiation

圖3 羥基-α-山椒素在紫外照射下含量與純度變化Figure 3 Changes in the content and purity of hydroxy-α- sanshool under UV radiation

對(duì)羥基-α-山椒素含量與照射時(shí)間作散點(diǎn)圖，并根據(jù)一級(jí)反應(yīng)速率方程進(jìn)行擬合，得到圖4所示趨勢(shì)線。該模擬方程式為S=S0e-0.346 9t，S0=97 472 245，R2=0.987，擬合度較好。用標(biāo)準(zhǔn)曲線換算后得到反應(yīng)速率方程C=490.68e-0.346 9t，其中C表示某時(shí)刻樣品中羥基-α-山椒素的濃度(μg/mL)，t表示照射時(shí)間(h)。由此方程可推測(cè)出在紫外連續(xù)照射的不同時(shí)刻羥基-α-山椒素的含量及降低速率。

2.2.2 羥基-ε-山椒素在紫外照射下的變化 由圖5可知，在紫外照射1 h時(shí)，羥基-ε-山椒素含量迅速增加，并在1～3 h時(shí)持續(xù)緩慢升高，3 h時(shí)達(dá)到初始含量的8.56倍。照射4 h時(shí)羥基-ε-山椒素含量開(kāi)始降低，在4～5 h和6～7 h時(shí)降低明顯，8 h時(shí)含量?jī)H為初始含量的1.54倍。羥基-ε-山椒素初始純度含量較低，僅有2.86%，但在紫外照射2 h后，其純度可達(dá)到30%以上，并且在后續(xù)照射中其含量不斷降低，其純度變化依然不大。

圖4 羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化擬合曲線Figure 4 Fitted curve of changes in the content of hydroxy-α-sanshool under UV radiation

圖5 羥基-ε-山椒素在紫外照射下的含量與純度變化Figure 5 Changes in the content and purity of hydroxy- ε-sanshool under UV radiation

2.2.3 羥基-β-山椒素在紫外照射下的變化 由圖6可知，羥基-β-山椒素在紫外照射過(guò)程中，其含量呈下降趨勢(shì)，在3 h附近有少量升高，但總體呈下降趨勢(shì)。紫外照射5 h時(shí)，羥基-β-山椒素含量已降低為初始的50.7%，8 h后僅剩9.3%。

2.2.4 3種山椒素及其總量的變化 由圖7可知，在紫外連續(xù)照射下，3種同分異構(gòu)體總量不斷降低，8 h后僅為初始含量的9.3%。其中，羥基-α-山椒素含量最高，在紫外下，其含量不斷降低，而羥基-ε-山椒素初始含量最低，在前3 h照射中含量相應(yīng)增高。4 h后，羥基-α-山椒素和羥基-ε-山椒素含量差異逐漸變小，并在之后的照射中呈相似的下降趨勢(shì)。羥基-β-山椒素含量處于前兩者之間，在紫外照射后不斷下降，并且1 h后處于三者最低水平。

圖6 羥基-β-山椒素在紫外照射下的含量與純度變化

Figure 6 Changes in the content and purity of hydroxy-β-sanshool under UV radiation

圖7 3種山椒素與總含量的變化Figure 7 Changes in the content of three sanshools and their sum

通過(guò)檢測(cè)不同紫外照射時(shí)間下的羥基-α-山椒素、羥基-ε-山椒素和羥基-β-山椒素的含量與純度變化可知，三者在紫外照射下很不穩(wěn)定，容易發(fā)生反應(yīng)從而使含量發(fā)生變化。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推測(cè)反應(yīng)可能分為2種：① 紫外照射使物質(zhì)降解，導(dǎo)致其含量不斷降低；② 紫外光使物質(zhì)之間進(jìn)行了同分異構(gòu)體轉(zhuǎn)化，從而使得羥基-ε-山椒素出現(xiàn)增加。總的來(lái)說(shuō)，各物質(zhì)最終都呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，與Yang[8]試驗(yàn)中80%乙醇溶液中的羥基-α-山椒素在紫外照射4 h后完全消失的結(jié)果相似。推測(cè)原因可能是這3種山椒素都擁有共軛三烯結(jié)構(gòu)，此處電子云密度較高，在紫外光的照射下激發(fā)出電子，發(fā)生氧化或裂解反應(yīng)。而在照射的前3 h，羥基-α-山椒素快速減少的同時(shí)羥基-ε-山椒素迅速增多，可能是紫外照射下，羥基-α-山椒素的一個(gè)反式雙鍵吸收能量變成了順式結(jié)構(gòu)，從而得到了羥基-ε-山椒素。初始時(shí)樣品中羥基-α-山椒素濃度較高，因此不斷向羥基-ε-山椒素轉(zhuǎn)化，當(dāng)二者含量大致相等時(shí)，兩者之間的轉(zhuǎn)化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)呈相似的被紫外破壞趨勢(shì)。Ichiro等[9]用100 mL苯溶500 mg羥基-α-山椒素在碘催化下被汞燈照射1 h，得到120 mg羥基-β-山椒素，而本試驗(yàn)由羥基-α-山椒素得到的是羥基-ε-山椒素，且羥基-β-山椒素含量持續(xù)降低，可能是前者用碘作為催化劑，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)向羥基-β-山椒素方向進(jìn)行。

3 結(jié)論

本研究對(duì)羥基-α-山椒素進(jìn)行了8 h連續(xù)紫外照射，結(jié)果表明羥基-α-山椒素在紫外照射下迅速被破壞，2 h后減少50%以上，8 h后基本完全消失，并且轉(zhuǎn)化為羥基-ε-山椒素使其在3 h內(nèi)達(dá)到原含量的8倍以上，這對(duì)花椒及其制品的麻味有很大的影響。為了更加科學(xué)地了解紫外對(duì)山椒素的影響，需進(jìn)行進(jìn)一步的產(chǎn)物分析和同分異構(gòu)體轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。

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Degradationkineticsandtransformationmechanismresearchofhydroxy-α-
sanshoolfromZanthoxylumbungeanumexposedtoUVradiation

To study the variation trend of hydroxy-α-sanshool fromZanthoxylumbungeanumexposed to UV radiation and its transformation direction, the hydroxy-α-sanshool, a typical alkylamides ofZanthoxylumbungeanum, was extracted, separated and purified fromZanthoxylumoil and exposed to UV radiation. The alkylamides content was detected by using HPLC after different hours of radiation. The results indicated that hydroxy-α-sanshool under UV radiation decreased rapidly by 95.9% in 8 hours. Furthermore, the concentration and time obeyed the first order reaction rate equationC=490.68e-0.346 9t, meanwhile it transformed into hydroxy-ε-sanshool, which was 8.56 times of its initial content after 3 hours. Moreover, another isomer hydroxy-β-sanshool kept deceasing under UV radiation，which indicated that UV radiation made a big difference on the numb-taste ofZanthoxylumbungeanumand its products.

Zanthoxylumbungeanum; alkylamides; UV radiation; isomers transformation; kinetic simulation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：21502128)；成都市產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新重大項(xiàng)目(編號(hào)：2016-XT00-00031-NC)

嚴(yán)雅麗，女，四川大學(xué)在讀本科生。

趙志峰(1980—)，男，四川大學(xué)副教授，博士。

E-mail: zhaozhifeng@scu.edu.cn

2017—08—08

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.09.006