花椒精油活性成分及其提取方法與生理功能的研究進展

陸龍發(fā)， 任廷遠

(1．貴州玄德生物科技股份有限公司， 貴州 貴陽 550016； 2.貴州大學 釀酒與食品工程學院， 貴州 貴陽 550025)

花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim)是蕓香科(Rrutaceac)花椒屬植物的果皮[1]，是重要的食用調(diào)味品、中藥材和香料，其味辛性溫[2]?；ń吩谖覈魑镌耘嗌蠚v史悠久，西周初期，《詩經(jīng)》中就有關于食用花椒的記載。花椒在全球分布較為廣泛，除亞洲外，美洲、非洲及大洋洲等地區(qū)也有分布，多以熱帶和亞熱帶地區(qū)為主。目前花椒品種有250余種，在我國大約有45個種和13個變種[3]。我國是全球花椒種植第一大國，種植面積大，分布范圍廣，其產(chǎn)地在除東北和內(nèi)蒙古等少數(shù)地區(qū)外，其他省份均有分布[4]。

花椒精油也叫花椒揮發(fā)油，在花椒果皮的化學成分中含量占比很多，是由花椒果殼所提取，分子量較小的一種揮發(fā)性的精油類物質，顏色以淡黃或無色為主，提取過程中可以隨蒸氣蒸出，是花椒的原次生代謝產(chǎn)物。花椒精油對花椒獨特的香氣和麻味具有很大的貢獻[5]，但花椒精油的具體成分與含量會受栽培品種、土壤條件、外部環(huán)境等諸多因素影響。目前，花椒精油在食品、化妝品、生物農(nóng)藥和殺菌等行業(yè)應用范圍越來越廣，其中在食品行業(yè)中的應用最為廣泛。因花椒精油帶有獨特的刺激性味道，可以增加食品的風味，使其在食品行業(yè)的應用越來越受到人們的青睞。另外在工業(yè)方面，利用花椒的殺蟲抑菌作用，還可以用其制作殺蟲滅菌劑。由于花椒精油的廣泛應用，對花椒精油的需求也逐漸增大。從20世紀80年代開始花椒精油受到廣泛關注，對其提取、利用及開發(fā)的研究也日益增多。而對花椒精油方面的綜述性研究報道較少。為此，從花椒精油活性成分、提取方法及生理功能的研究進展進行綜述，以期為花椒精油的系統(tǒng)深入研究提供參考。

1 花椒精油的活性成分

花椒精油的化學成分較為復雜，目前，研究提取到的活性成分主要有烯烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物和酯類化合物。

1.1 烯烴類化合物

麻琳等[6]對紅花椒、青花椒和藤椒的果皮精油進行分析表明，花椒果皮精油的主要成分是檸檬烯、a-蒎烯、β-蒎烯、β-羅勒烯、萜品油烯和β-月桂烯等烯烴類化合物。目前在花椒烯烴類化合物研究方面主要集中在其殺菌和消炎方面，但其純化、功能性研究報道較少。

1.2 醇類化合物

醇類化合物存在于許多天然香氣中，是香氣的主要來源。趙志峰等[7]采用不同溶劑對四川漢源地區(qū)出產(chǎn)的花椒進行精油提取表明，花椒精油中含有芳樟醇。賈春曉等[8]提取的花椒精油的芳香醇含量為18.72%左右。而丁涌波等[9]研究表明，醇類化合物與青椒苦味有相關性。芳香醇類物質在消炎抗過敏方面作用較強[10]，還可以產(chǎn)生刺激促進腺體分泌，在醫(yī)藥領域具有研究和應用價值。

1.3 酮類化合物

丁勇波等[9]對花椒精中苦味成分進行鑒定表明，酮類和醇類化合物是花椒精油中主要的苦味成分，尤其酮類對苦味的作用最大，酮類和醇類物質之間具有一定協(xié)同作用，可以增強相互間的效果，使得表現(xiàn)更為明顯。

1.4 酯類化合物

酯類化合物也是花椒精油的主要組成部分，其中乙酸芳樟酯為主要成分，研究表明，花椒酯類化合物具有鎮(zhèn)靜和解除痙攣的作用[11]。

2 花椒精油的提取方法

2.1 水蒸氣蒸餾法

精油本身具有揮發(fā)性，利用這一特性，通過加熱的方法進行蒸餾然后冷凝收集，就是水蒸氣蒸餾法。加熱可以直接進行，也可以利用水蒸氣完成。在潤濕的物質中，一些揮發(fā)成分會隨之蒸發(fā)出來，進而被獲取。收集到這些物質后對其進行冷凝，就可得到提取的精油。孫曉萍等[12]采用水蒸氣蒸餾法對花椒精油進行提取并對提取物進行含量測定表明，提取的花椒揮發(fā)油含量為8.33%。趙志峰等[13]采用水蒸氣蒸餾法、直接回流法和索氏提取法分別對重慶-江津青紅花椒和成都紅花椒3種花椒提取精油表明，3種方法中，直接回流法提取比水蒸氣蒸餾法提取所得花椒精油效率好。張懷予等[14]采用水蒸氣蒸餾法對原產(chǎn)地為甘肅省武都市的大紅袍花椒的提取工藝優(yōu)化表明，該花椒精油的最佳提取條件為料液比0.11(g∶mL)，蒸氣量73 mL，蒸餾時間96 min，在此條件下花椒精油得率達6.71%。

2.2 溶劑提取法

在不同溶劑中有效成分的溶解程度有所不同，因此可以利用這些物質溶解差異進行提取。趙志峰等[7]選擇無水乙醇、乙醚、丙酮和水4種不同溶劑對四川漢源花椒進行精油提取，4種有機溶劑提取所得花椒精油的化學成分差異顯著，其中有機溶劑法所得樣品均包含水作溶劑提取的花椒精油的主要化學成分，但有機溶劑提取花椒精油與水作溶劑提取的花椒精油在顏色、氣味、狀態(tài)和感官上均存在差異，而有機溶劑之間差異不顯著。采用GC-MS對提取物質進行分析表明，水作溶劑只能提取出花椒中水溶的成分，不如有機溶濟提取的物質豐富。此外，在提取條件相同的情況下，乙醚可以較好的提取出花椒精油中的有效成分。韓同山[15]用無水乙醇提取花椒精油結果顯示，30 g花椒粉與250 mL無水乙醇、溫度78℃，提取4 h獲得的產(chǎn)品較好，產(chǎn)率也相對較高，其花椒精油提取率達11.84%。通過溶劑提取法獲得的花椒精油具有一定優(yōu)勢，保質期長，風味未發(fā)生明顯改變，不含木質纖維，使用便捷，更容易被接受。

2.3 超高壓萃取法

超高壓萃取法是一種在常溫下進行的提取方法，通過施加高壓(100～1 000 MPa)，使萃取劑在萃取過程保持為高壓的環(huán)境中，萃取結束后，通過卸除壓力而獲得的精油產(chǎn)品。超高壓萃取是低溶點、熱敏性物質萃取方法應用最廣泛的方法之一，其特點是效率較高、提取所得物質豐富，品質好。賈春曉等[8]對超高壓萃取法提取花椒精油的工藝優(yōu)化結果表明，其最佳提取條件為固液比為1∶40，壓力300 MPa，時間3 min。該條件下的花椒精油提取率為24.16%。對提取到的花椒精油進行GC-MS分析表明，得到67種花椒精油成分。

2.4 超聲波提取法

超聲波提取法采用超聲波的物理性能，當超聲波作用于原料后，聲波導致植物細胞壁發(fā)生破損，然后通過相應的溶劑來輔助提取。歐陽玉祝等[16]以花椒籽核為原料，采用超聲波提取法對花椒油的提取工藝優(yōu)化，結果表明，其最佳提取條件為95%乙醇為溶劑，液固比為3∶1(mL∶g)，溫度60℃，超聲時間90 min，該提取條件下，花椒油的提取率為71.8%。相對于回流法、溶劑直接提取、索氏提取方法來說，該方法的提取率相對較高，且所需時間較短，對溫度要求不高，更容易滿足生產(chǎn)需要，適用性相對較高，是一種新型的提取方法。

2.5 超臨界CO2法

在超臨界CO2中，一些物質會有特殊的溶解性，而在改變壓力、溫度等條件時，CO2溶解性會發(fā)生變化，從而使相應的物質被分離出來。樊振江等[17]采用超臨界CO2法對花椒精油進行提取，并結合正交試驗確定其最佳提取工藝為萃取壓力30 MPa，40℃，130 min，在該工藝條件下，花椒精油得率為10.81%。陳振德等[18]采用超臨界CO2法對花椒精油進行萃取，其最佳提取條件為萃取壓力32 MPa，溫度40℃，時間1 h。該條件下的花椒精油含量為4.24%。王洪等[19]采用超臨界CO2法提取花椒精油的最佳提取工藝為萃取溫度46℃、壓力22 MPa，萃取時間120 min，該條件下的花椒精油提取率為13.7%。郭紅祥等[20]分別采用超臨界CO2法與水蒸氣蒸餾法提取花椒精油，并對比所獲得的產(chǎn)品，觀察顏色等外觀，分析其中的主要成分，超臨界CO2法的自動化程度和提取率相對較高，且能選擇提取成分。馬寅斐等[21]將超臨界CO2法與溶劑提取法進行結合，并分別對提取方法進行優(yōu)化，獲取最佳工藝參數(shù)為萃取壓力30 MPa，萃取溫度50℃，分離釜1壓力6 MPa，分離釜1溫度 60℃，分離釜2壓力4 MPa，分離釜2溫度35℃，在最優(yōu)工藝下的花椒精油，提取率為7.8%。但該工藝耗能高且提取率低，成本高，如果進行大規(guī)模的生產(chǎn)將會受到限制。

2.6 微波輔助提取法

微波輔助提取法需要使用微波反應器，將各成分放入其中，并使用合適的溶劑提取動植物精油。高經(jīng)梁等[22]采用微波輔助法提取花椒精油，并與溶劑法進行比較，其最優(yōu)提取條件是溫度50℃，料液比1∶10，微波強度600 W，提取時間2 min，該提取條件下的提取率為18.56%，與溶劑法相比，花椒精油的得率提高了9.96%。

3 花椒精油生理作用

3.1 殺蟲

郭紅祥等[23]利用超臨界CO2萃取法提取花椒精油，同時研究花椒精油的殺蟲活性結果表明，花椒精油有明顯的驅蟲效果。路純明等[24]采用常規(guī)水蒸汽蒸餾法，乙醚萃取，無水硫酸鈉脫水的方法得到花椒揮發(fā)油，并研究其對雜擬谷盜的影響結果顯示，花椒揮發(fā)油組分中β-水芹烯能夠殺滅雜擬谷盜的成蟲。聶霄艷等[25]對花椒揮發(fā)油作用進行研究發(fā)現(xiàn)，花椒精油既有驅蟲效果，同時又有觸殺作用；另外，花椒精油對赤擬谷盜驅避和熏蒸效果相對較好，觸殺作用相對較弱，起作用的物質是哪醇和β-水芹烯[26]。CHOOCHOTE等[27]研究表明，花椒精油可有效驅除伊蚊達到1 h，表明花椒精油其可以作為殺蚊劑使用。

3.2 抑菌

麻琳等[6]對產(chǎn)于漢源、江津和峨眉山的3種花椒精油的抑菌性進行對比發(fā)現(xiàn)，3種花椒精油均有抑菌作用，但漢源紅花椒精油的抑菌效果最佳，對金黃色葡萄球菌的MIC為0.31 mg/mL。王珊珊等[28]研究表明，不同溶劑提取的花椒精油對不同供試細菌均有抑制效果，其中，使用乙醚提取的花椒精油抑菌效果最佳。王峰等[29]對比了超臨界萃取、亞臨界萃取和水蒸氣蒸餾法提取的花椒精油的抑菌效果表明，不同方法提取的花椒精油均有抑菌效果，且作用效果區(qū)別不大，對金黃色葡萄球菌、濃綠桿菌和傷寒沙門氏菌均有良好的抑制作用。

3.3 抗腫瘤

弭向輝[30]研究花椒精油的抗腫瘤作用發(fā)現(xiàn)，花椒精油能抑制試驗中使用的黑色素瘤細胞A375的生長。將花椒精油作用于色素瘤細胞，觀察到體積明顯縮小，呈現(xiàn)不規(guī)則生長狀態(tài)，出現(xiàn)了大量細胞破碎的狀況，且花椒精油的抗瘤細胞作用與其濃度和時間相關。袁太寧[31]應用花椒精油處理宮頸癌Hela細胞，之后對其進行觀察，測定增值速度、細胞周期和細胞凋亡情況認為，花椒精油在低濃度狀態(tài)下可誘導細胞凋亡，從而發(fā)揮抗腫瘤作用，而在高濃度時，可以直接殺死細胞。

3.4 抗氧化

研究表明，花椒乙醇提取液具有抗氧化功效，可以有效對抗脂褐素沉積引發(fā)的疾病，對于阿爾茲茨海默癥具有一定預防作用，能夠改善皮膚老年斑癥狀，緩解老年心腦血管疾病病情[32]?；ń窊]發(fā)油的抗氧化作用較強，與維生素E和維生素C進行對比，花椒精油的抗脂質過氧化活性和清除自由基活性都更勝一籌，且抗脂質過氧化作用比清除自由基活性稍強[33]。

3.5 抑制血小板凝集

YANG 等[34]先使兔子的血小板大部分凝集，然后將花椒生物堿加入到已凝集的血小板當中，發(fā)現(xiàn)花椒精油能夠有效抑制血小板凝集這一過程。對其有效成分進行分析發(fā)現(xiàn)，茵芋堿、γ-花椒堿等都具有上述功效，而酚羥基是其中最主要的作用基。許青媛等[35]對花椒進行水提取和醚提取，將粗提物應用于試驗大鼠發(fā)現(xiàn)，花椒粗提物可以抑制試驗動物體內(nèi)血栓形成，同時也會抑制凝血。對比兩種提取物的抑制效果，其中水提物的抑制效果相對更強。可見，花椒提取物具有抑制血小板凝集，活血散瘀的作用。

4 結語

對于花椒精油的提取，目前技術上仍未達到理想狀態(tài)，需要進一步發(fā)展，提高提取率和利用率?？v觀目前國內(nèi)的相關研究，進展相對緩慢，尤其在精油成分及其功效作用方面的研究相對有所欠缺，同時加工技術存在不足，先進程度不夠，所以應用領域有限。近年來學者們不斷努力，在各方面都有所提高，但成果相對有限，需要進一步開發(fā)利用。因此，在以后的研究中，應對花椒精油開展深層次研究，了解其中的成分，并將其應用于更多領域中，發(fā)揮多重功效。