花椒精油化學(xué)成分、提取方法及抑菌活性研究進(jìn)展

王秋亞, 景曉卉

(渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是一種較小型的落葉喬木，屬蕓香科，一般4～5月份為它的開花時(shí)期，8～10月份為它的結(jié)果時(shí)期。其通常分布在亞洲、非洲、美洲和大洋洲的熱帶以及亞熱帶等地區(qū)?，F(xiàn)在全世界的花椒有250余種，而我國目前約有50種。從現(xiàn)在的種植面積和數(shù)量上來看，世界上最大的花椒王國就是中國，其在國內(nèi)北起東北南部，南最遠(yuǎn)到五嶺北坡，東南可至江蘇、浙江等沿海地帶，西南到西藏的東南部，均有分布；從平原到海拔更高的山地，如在青海海拔2500 m的山坡地帶也有種植。目前國內(nèi)比較有名的花椒有四川漢源花椒、云南谷律花椒、河南東崗花椒、陜西鳳縣大紅袍花椒等。

在西周初期，民間詩歌集《詩經(jīng)》中就有記載，我們兩千多年前的祖先就已經(jīng)開始使用花椒了?；ń纷畛跏潜挥米魇称诽砑觿┖驼{(diào)味品，后來人們發(fā)現(xiàn)，其在醫(yī)藥化工上也有很大的使用價(jià)值，如有一定的麻醉作用和殺菌滅蟲作用等?；ń肪褪菑幕ń饭麣ぶ刑崛〕鰜淼?，具有一定的揮發(fā)性的分子量較小的精油類物質(zhì)，它可以由蒸汽蒸出，顏色基本都是淡黃綠色或黃色的，是花椒的源次生代謝產(chǎn)物?；ń肪椭饕挥糜谠谑称分型怀龈黝惷牢妒澄锏男晾蔽?，在醫(yī)藥和工業(yè)方面也可以被用于制麻醉劑、殺蟲滅菌劑等[1]。自20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)在花椒精油的提取、利用及開發(fā)研究方面逐漸展開了研究。近年來，花椒精油的提取、成分的分析和抗菌活性已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)?；ń肪?油的提取方法目前已有很多種，對(duì)其成分的分析研究也有很大進(jìn)展，但總體來說，很多方面還有待開發(fā)，具有較大的發(fā)展空間。本文主要對(duì)花椒精油的化學(xué)成分、提取方法和抑菌活性進(jìn)行了綜述，以促進(jìn)花椒精油的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用和研究。

1 花椒精油的主要化學(xué)成分

現(xiàn)階段，已研究出的可以確定的花椒精油主要成分包含了烯烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物和酯類化合物等多種物質(zhì)。

1.1 烯烴類化合物

花椒精油中含有較多的烯烴類化合物，麻琳等[2]對(duì)青花椒、紅花椒、藤椒的果皮精油進(jìn)行了分析， 研究結(jié)果表明檸檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、β-羅勒烯、萜品油烯等烯烴類化合物是這3種花椒精油的主要成分。檸檬烯，又名苧烯，它屬于無色油狀的單萜類化合物，是一種有近似于檸檬香氣的液體，還具有優(yōu)良的祛痰、止咳和抗菌作用；α-蒎烯是一種合成芳樟醇、萜品醇和一些檀香型香料的原材料，它有著針葉樹、松樹和樹脂樣的氣味，也是生活日用品及工業(yè)上加香的香料，還可用在增塑劑、潤滑劑、萜烯樹脂等物質(zhì)的合成中；β-蒎烯不僅能用于多種香料的生產(chǎn)，而且是β-蒎烯樹脂的合成和維生素E生產(chǎn)的重要原料之一。此外，花椒精油中還具有其他一些較高含量的烯烴類化合物，如有著清淡香脂香氣的β-月桂烯，在揮發(fā)物中起重要作用的單萜類化合物β-羅勒烯，還有主要用作香料原料的萜品油烯等。

1.2 醇類化合物

大部分的天然香氣中都含有醇類化合物，它也是香味的主要來源。趙志峰等[3]對(duì)四川漢源花椒用不同的溶劑進(jìn)行了提取研究，得出了花椒精油中含有一種叫芳樟醇的物質(zhì)[4]，這幾乎是所有的天然植物香料中都包含的物質(zhì)，是目前很常見的一種香料。賈春曉等[5]也測(cè)定出花椒精油中芳樟醇的含量為18.72%。這些醇類化合物大部分具有消炎、抗過敏等良好藥效[6]，還對(duì)腺體具有一定的刺激作用，因此在醫(yī)藥方面有著一定的研究和應(yīng)用價(jià)值。

1.3 酮類化合物

花椒精油中的酮類化合物以香芹酮、崖柏酮為主，還有一些其他的酮類化合物，但含量都較低。丁勇波等對(duì)花椒精油中的苦味成分進(jìn)行了鑒定，確定了花椒精油的苦味成分。他們分析了其中包含的醇類和酮類物質(zhì)，認(rèn)為酮類和醇類都與花椒精油的苦味有著很大的聯(lián)系，其中酮類更為密切，并且它們之間還具有一些相互作用，可以增強(qiáng)這樣的苦味，最后他們根據(jù)結(jié)論推測(cè)，花椒精油中主要是酮類化合物使其具有苦味。

1.4 酯類化合物

花椒精油中還含有大量的酯類化合物，其中含有的乙酸芳樟酯化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，常溫下不會(huì)變色，在皂用香精和高檔香料產(chǎn)品的制造中經(jīng)常會(huì)用到。精油中還有一些其他酯類化合物，比如乙酸松油酯，它是帶有類似檸檬、薰衣草清香，氣味有一些甜的物質(zhì)，其香氣停留時(shí)間相對(duì)較長，是我國頒布的《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》所允許使用的食品香料之一。此外，花椒精油中還含有乙酸異龍腦酯、乙酸香葉酯、乙酸-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)環(huán)己酯等酯類化合物，它們均為花椒香味的主要來源之一。除此之外，這些酯類化合物在醫(yī)學(xué)上還具有鎮(zhèn)靜和止痙攣的治療功效[7]。

2 花椒精油的提取方法

目前花椒精油的提取方法已有多種，常見的不僅有傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法和超聲輔助萃取法，而且還有新發(fā)展及改進(jìn)的水蒸氣蒸餾法、超臨界萃取法等。由這些方法得到的花椒精油的主要成分雖然大致相同，但因提取方法的差異和研究材料的不同，都導(dǎo)致了最終精油的提取效率、化學(xué)成分和其含量具有一定的差異[8，9]。同時(shí)，通過對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，還可以明顯提高花椒精油的產(chǎn)量。

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是利用物質(zhì)所具有的揮發(fā)性，使用直接加熱或通入水蒸氣加熱的方式，將潤濕物質(zhì)中所包含的揮發(fā)性成分蒸餾出來，并用冷凝的方式進(jìn)行收集的方法。孫曉萍等[10]就是采用水蒸氣蒸餾法，從花椒中提取到了其精油成分，經(jīng)測(cè)定，其中花椒精油的含量為8.33%。趙志峰等[11]采用水蒸氣蒸餾法、直接回流法和索氏提取法對(duì)重慶江津青花椒、紅花椒和成都紅花椒等3種花椒中的精油進(jìn)行了提取，提取后的結(jié)果表明花椒精油提取率最高的方法是直接回流法。張懷予等[12]將響應(yīng)面設(shè)計(jì)與水蒸氣蒸餾法結(jié)合起來，對(duì)甘肅省武都市種植的大紅袍花椒的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，再采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)進(jìn)行分析和鑒定，確定了花椒精油的最好的提取條件：料液比值0.11(g/mL)，蒸汽量為73 mL，蒸餾時(shí)間為96 min，花椒精油在此條件下的提取率可達(dá)到6.71%。

2.2 溶劑提取法

溶劑提取法是利用各種有效成分在不同溶劑中的溶解度差異來進(jìn)行提取的方法。趙志峰等以無水乙醇、乙醚、丙酮和水分別作為提取實(shí)驗(yàn)的溶劑，采用溶劑提取法研究了四川漢源的花椒，最后提取得到的花椒精油之間主要在顏色、氣味、狀態(tài)、感官等方面具有一定的差異和相似性。他們通過GC-MS技術(shù)對(duì)該精油的成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)用乙醚、無水乙醇和丙酮這3種物質(zhì)分別作為有機(jī)溶劑時(shí)，提取到的花椒精油主要成分大致相同，而用有機(jī)溶劑提取的花椒精油比以水為溶劑提取到的更為完整。此外，他們將相同條件下的提取結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，乙醚是花椒精油化學(xué)成分提取時(shí)所使用的最佳提取溶劑。韓同山[13]采用回流法，以無水乙醇為溶劑做了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，得出時(shí)間控制在4 h左右的精油提取效果比較好，產(chǎn)率可達(dá)到11.84%。用該工藝提取出來的產(chǎn)品保質(zhì)期較長，不僅能保持花椒原有的風(fēng)味，而且不含木纖維，使用更方便。

2.3 超高壓萃取法

超高壓萃取法又叫超高冷靜壓法，它是指在常溫條件下，將高壓作用于料液中，保持一定的壓力后再迅速將該壓力卸除，從而達(dá)到萃取目的的方法。此法因?yàn)槭钟行У卦龃罅顺煞值氖章?，而被廣泛應(yīng)用于植物和食品有效成分的萃取中。賈春曉等通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了超高壓提取法從花椒中提取精油的提取條件，最后得出用超高壓法提取花椒精油的最優(yōu)工藝條件：壓力為300 MPa，固液比為1∶40，加壓時(shí)間為3 min，在此條件下得到的提取率為24.16%，配合GC-MS聯(lián)用法進(jìn)行分析，確認(rèn)了花椒精油中包含67種成分。

2.4 超聲波提取法

超聲波提取法是利用聲波可破壞植物細(xì)胞壁的原理，用溶劑來輔助提取物質(zhì)的方法。歐陽玉祝等[14]的實(shí)驗(yàn)是將花椒籽核作為原料，通過對(duì)提取介質(zhì)、時(shí)間、溫度等方面因素的考察，研究出了超聲波提取花椒精油的工藝流程。通過實(shí)驗(yàn)獲得的該方法的最佳工藝是在提取介質(zhì)為體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇，液固比為3∶1(mL/g)，溫度為60 ℃的條件下，超聲提取90 min，用該方法制得的花椒油的提取率可達(dá)71.8%，這相較于其他方法提取率高出了很多。超聲提取法優(yōu)點(diǎn)是效率高、時(shí)間短、溫度低且適應(yīng)性廣，是目前一種應(yīng)用價(jià)值比較高的較新型的提取方法，所以常被應(yīng)用于植物有效成分的提取和基因的相關(guān)研究中。

2.5 超臨界CO2法

超臨界CO2萃取法是利用某些物質(zhì)在超臨界二氧化碳中的特殊溶解性，改變它的壓力以及溫度，使超臨界二氧化碳的溶解性產(chǎn)生變化，從而將其從物質(zhì)中萃取出來的方法。樊振江等[15]用超臨界二氧化碳法萃取花椒精油，同時(shí)采用正交試驗(yàn)將花椒精油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，他們得到的最優(yōu)工藝條件為：萃取壓力30 MPa，萃取溫度40 ℃，萃取時(shí)間130 min，最終獲得的花椒精油率為10.81%。陳振德等[16]將GC-MS聯(lián)合技術(shù)對(duì)得到的花椒精油進(jìn)行分離鑒定的方法與超臨界CO2法萃取花椒精油相結(jié)合，獲得該方法花椒精油的最優(yōu)提取條件：壓力為32 MPa，溫度為40 ℃，時(shí)間為1 h。在此條件下，花椒精油含量為4.24%。王洪等[17]也采用該方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了花椒精油的最優(yōu)提取工藝：萃取溫度為46 ℃，萃取壓力為22 MPa，在120 min內(nèi)萃取，經(jīng)驗(yàn)證，其提取率為13.7%。

另外，郭紅祥等[18]對(duì)超臨界萃取法和水蒸汽蒸餾萃取法的提取率、提取時(shí)間、提取精油的主要成分和顏色外觀等方面進(jìn)行了比較，得出超臨界CO2提取法的自動(dòng)化程度較高，提取能力強(qiáng)，并能選擇其提取的成分。馬寅斐等[19]將溶劑提取法與超臨界二氧化碳法相結(jié)合來萃取花椒精油，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了研究，再分別對(duì)使用正己烷萃取和超臨界二氧化碳萃取進(jìn)行了優(yōu)化，其最佳的優(yōu)化工藝參數(shù)分別為：萃取壓力30 MPa， 提取溫度50 ℃，壓力釜I的壓力為6 MPa，壓力釜I的溫度為60 ℃，壓力釜II的壓力為4 MPa，壓力釜II的溫度為35 ℃，精油的提取產(chǎn)率為7.8%。同時(shí)，他們也指出，雖然該工藝能更好地獲得優(yōu)質(zhì)的精油，但它的能耗較高且提取效率較低，使得提取成本略高，嚴(yán)重制約了大規(guī)模的實(shí)際生產(chǎn)。

2.6 微波輔助提取法

微波輔助提取是指將各個(gè)成分放在微波反應(yīng)器中，選擇合適的溶劑，將其從動(dòng)植物或礦物中提取出來的方法。高經(jīng)梁等[20]對(duì)微波在提取花椒精油過程中的輔助作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)花椒精油微波提取的最優(yōu)提取條件為：料液比1∶10，微波強(qiáng)度600 W，50 ℃的溫度下提取2 min，得到的花椒精油的最終提取率為18.56%。與溶劑法相比，該方法精油收率可達(dá)到9.96%；與其他方法相比，該方法的能耗較少，所用時(shí)間短，且提取操作更方便，有效成分的得率較高，是一種較為新式的、具有明顯優(yōu)勢(shì)的提取方法。

3 花椒精油的抑菌活性及應(yīng)用

3.1 花椒精油的抑菌活性

在食品腐敗菌和病原體中具有抑菌作用的化學(xué)成分，如醇類化合物和酮類化合物等也存在于花椒的精油中[21]，它們會(huì)完全抑制金黃色葡萄球菌、炭疽桿菌、枯草桿菌等10 種革蘭氏陽性菌以及變形桿菌、炭疽桿菌、霍亂弧菌等7種革蘭氏陰性菌的活性。

郭紅祥等[22]對(duì)花椒精油中有效成分的殺蟲活性和抗菌活性進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果說明，花椒精油不但具有較強(qiáng)的殺蟲活性，而且具有一定的抑菌作用。莊世宏[23]通過對(duì)花椒精油的抑菌活性進(jìn)行測(cè)試得到，花椒精油對(duì)真菌的抑菌效果不如細(xì)菌的好。當(dāng)以陜西韓城大紅袍花椒作為原料，選用超臨界流體萃取技術(shù)進(jìn)行萃取時(shí)，得到的花椒精油對(duì)黑曲霉、米曲霉、白色念珠菌和大腸桿菌都具有較優(yōu)良的抗菌作用。宋蓉等[24]以產(chǎn)自山東德州的花椒作為原材料，采用索氏提取法提取得到了花椒精油，并對(duì)其進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，當(dāng)使用不同的溶劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的花椒精油的抗菌活性會(huì)有些許不同。其中，用乙醚作為溶劑提取得到的花椒精油抗菌活性相對(duì)最強(qiáng)。宋麗雅等研究了溶液浸提法提取花椒精油的最佳方法，提取出的精油可以抑制多種微生物的生長，其主要是通過改變細(xì)胞膜的通透性，進(jìn)而影響細(xì)胞壁，使其發(fā)揮出抗菌作用。通過對(duì)幾種真菌的研究，得出花椒提取物對(duì)3種菌類的抑制效果為：革蘭氏陽性細(xì)菌最好，其次是真菌，革蘭氏陰性菌效果相對(duì)較差。

3.2 花椒精油抑菌活性的應(yīng)用

民間早已對(duì)花椒精油所含有的抑菌作用進(jìn)行了應(yīng)用，如為防止米生蟲和抑菌，常用花椒水來浸泡米的布袋，該方法能讓大米平安度夏。祝瑞雪等[25]將花椒精油用于食物的防腐，這是出于他們對(duì)漢源花椒精油進(jìn)行的研究，得出當(dāng)質(zhì)量濃度不是很高的情況下，漢源花椒精油對(duì)常見的食品腐敗菌具有比較明顯的抑制作用。龔佑文等[26]研究了花椒精油對(duì)水稻紋枯病菌形態(tài)以及對(duì)細(xì)胞壁降解酶的影響作用，將精油對(duì)水稻紋枯病菌的菌絲生長較明顯的抑制作用用在了滅菌上。

目前花椒精油的抑菌作用不僅運(yùn)用于食品生產(chǎn)和殺蟲劑制備中，而且運(yùn)用在了藥品和化妝品的抑菌防腐中[27]，其效果不比大品牌的專用防腐劑遜色。根據(jù)于信等[28]的報(bào)道，可將花椒揮發(fā)油對(duì)羊毛狀小孢子菌、絮狀表皮癬菌等淺表性皮膚癬菌所具有的較強(qiáng)抑菌作用應(yīng)用于皮膚病的治療中?，F(xiàn)在也有專門用于泡腳的精油，也是以花椒精油作為主要成分，因?yàn)樗哂泻芎玫臍⒕途徑馄诘淖饔?。在化妝品制造方面，花椒精油也發(fā)揮了很大作用，按一定的配方在化妝品中添加花椒精油可達(dá)到抑制革蘭氏陰性菌等常見細(xì)菌的作用。此外，花椒精油在臨床上還被用于制作花椒醑、花椒揮發(fā)油液、花椒注射液等多種制劑。

4 前景展望

目前花椒在我國的種植數(shù)量比較大，面積相對(duì)較廣闊，其具有生長速度快、結(jié)果時(shí)間早、用途多、收益大、栽培管理簡(jiǎn)便、根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)能力強(qiáng)、可保持水土等優(yōu)點(diǎn)[29]。其獨(dú)特的麻味在被應(yīng)用于食品加工生產(chǎn)中，深受廣大群眾的喜愛?；ń肪筒粌H具有殺菌、殺蟲的作用，還具有很多特殊的功效，比如抗腫瘤作用，抑制平滑肌收縮作用、抗氧化活性作用和麻醉作用等，這些作用使其在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等方面都有著很大的利用潛力[30]。但就目前來說，我國在花椒精油研究應(yīng)用方面的相關(guān)技術(shù)仍然不夠先進(jìn)，大部分種植和利用花椒精油的地區(qū)信息通訊便利度較低，研究進(jìn)展緩慢，甚至一些精油成分及作用到現(xiàn)在依舊沒有研究出來。我國對(duì)花椒的利用加工技術(shù)也不夠先進(jìn)，花椒精油的利用率仍然很低，其在醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用更是不夠充分。雖然這幾年以來，國內(nèi)已經(jīng)對(duì)花椒精油的提取方法、化學(xué)組分和功效等各個(gè)方面進(jìn)行了很多的基礎(chǔ)研究，也取得了一定的成果，但總體來說，花椒精油的開發(fā)利用前景依舊十分廣闊。我們相信，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)花椒精油的深入研究一定會(huì)使其更好地應(yīng)用于醫(yī)藥、化工等其他領(lǐng)域，發(fā)揮出花椒精油所具有的多重功效。