武都‘大紅袍’花椒品質(zhì)研究

霍歸國(guó)，梁婷玉，史金涵，田文靜，黃群惠，馬 群，陳學(xué)林，張 繼,3

（1西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州730070；2甘肅省特色植物有效成分制品工程技術(shù)研究中心，蘭州730070；3西北師范大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，蘭州730070）

0 引言

隴南市武都區(qū)位于甘肅省東南部，地處岷山山系與秦嶺山地的結(jié)合部，屬北亞熱帶半濕潤(rùn)氣候，年均氣溫14.9℃，年均相對(duì)濕度58%，降水主要集中在5—9月，降雨量可占全年降雨量的80%[1]。隴南地區(qū)自明清以來(lái)就是甘肅花椒的主要產(chǎn)區(qū)，現(xiàn)今更成為隴南地區(qū)的特色產(chǎn)業(yè)[2]。武都栽培的花椒品種較多，‘大紅袍’及其變異品種是當(dāng)?shù)氐闹饕耘嗥贩N，在隴南全境均有分布[3]?；ń?Zanthoxylum bungeanum)為蕓香科花椒屬小落葉喬木，一般4—5月開花、8—10月結(jié)果。全世界花椒約有250種，其中大部分種植于亞洲，中國(guó)約有45種和13個(gè)變種[4-5]?；ń愤m應(yīng)于生長(zhǎng)在溫暖濕潤(rùn)及土層深厚的肥沃沙壤土中，耐寒、耐旱、喜陽(yáng)光，但不耐澇，短期積水可致死亡[6]?；ń分泻袚]發(fā)性精油、生物堿、木質(zhì)素、黃酮類化合物、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、乙酸芳樟酯、芳樟醇、D-檸檬烯和香豆素等多種營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)[7-9]，其在止痛、消癢、祛濕等方面功效顯著[10-12]?；ń芬脖环Q為“十三香”之首，是“八大味”之一，葉與根均可入藥。2005年版《中國(guó)藥典》將花椒收載，在藥用花椒中將‘大紅袍’花椒列為原生起源植物中的一種[13]。武都‘大紅袍’花椒不僅是甘肅隴南地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)，而且在食用、藥用和保健等諸多方面發(fā)揮著十分顯著的作用和功效，對(duì)武都‘大紅袍’花椒品質(zhì)進(jìn)行較為全面的分析和評(píng)價(jià)，對(duì)于其作為甘肅省特色優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品的推廣和開發(fā)利用均具有重要意義。

近年來(lái)，對(duì)于花椒的研究主要涉及栽培、管理和育種等方面[1,6]。同時(shí)，有關(guān)其成分分析、抑菌和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡等方面的研究也逐漸火熱起來(lái)[5,7,9]，但是還未見其在雜質(zhì)、金屬元素、揮發(fā)油以及氣候等綜合方面的報(bào)道。本研究對(duì)武都‘大紅袍’花椒的感官、灰分、雜質(zhì)、水分、金屬含量、揮發(fā)油、特征成分以及適生條件等方面進(jìn)行測(cè)定分析和討論，旨在對(duì)武都‘大紅袍’花椒的品質(zhì)做出較為全面的分析和評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019年11月—2020年9月在西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和西北師范大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院進(jìn)行。

1.2 材料

1.2.1 樣品試劑 樣品共12批，由武都花椒中心提供，來(lái)源于甘肅省隴南市武都區(qū)的3個(gè)花椒主產(chǎn)片區(qū)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)12個(gè)村，編號(hào)為S1～ S12。甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城的‘大紅袍’花椒購(gòu)自各地農(nóng)戶。硝酸、高氯酸、氫氟酸、甲苯，成都市迎輝化工有限公司；無(wú)水硫酸鈉、丙酮，無(wú)錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司；蒸餾水；鐵、鋅、銅、鉛、鎘等標(biāo)準(zhǔn)液購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

1.2.2 主要儀器 水蒸氣蒸餾裝置（自制）；奧林巴斯顯微鏡SZX2-FOF（日本）；微波消煮儀，華港通科技（北京）有限公司；水浴鍋，浙江賽德儀器設(shè)備有限公司；Thermo PolarisQ GC-MS（美國(guó)）；FA2104電子天平，上海良平儀器儀表有限公司；WFX-210原子吸收分光光度計(jì)，北京北分瑞利分析儀器（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；水分測(cè)定儀裝置，北京恒奧德科技有限公司；坩堝；DB-207電熱鼓風(fēng)干燥箱，成都電烘箱廠；馬弗爐，深圳市中達(dá)電爐廠。

1.3 方法

1.3.1 感官特征 感官特征的評(píng)價(jià)主要依據(jù)花椒的外觀色澤和其氣味的濃郁程度，通過(guò)顯微鏡觀察、搜集文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)查，從形態(tài)、色澤、氣味和風(fēng)味等各方面對(duì)武都‘大紅袍’花椒進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1.3.2 理化特征 從雜質(zhì)、水分和總灰分等指標(biāo)對(duì)武都‘大紅袍’進(jìn)行測(cè)定分析，內(nèi)容依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 15691—2008[14]。利用火焰原子吸收色譜對(duì)武都花椒的鎘、鉛、鉻、銅、鎳、鐵和鋅等金屬元素總量進(jìn)行測(cè)定分析，并將所得到的部分結(jié)果與國(guó)標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，判斷其是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。將樣品在50℃下烘5 h，表面完全干燥后放入研缽研磨成粉并過(guò)80目篩。稱量0.5 g干燥樣品粉末并加入2 mL雙蒸水，然后在通風(fēng)櫥加酸，分別加入7 mL HNO3、3 mL HClO4和10 mL HF，每加一次酸都要搖勻一次。加酸完畢后放入微波消煮儀消煮，消煮完的樣品在通風(fēng)櫥處水浴鍋中加熱趕酸，搖勻之后澄澈透明的樣品在趕酸至約1 mL的時(shí)候再加5 mL HNO3，搖勻，趕至1 mL即可；消煮后渾濁的樣品在趕酸至2 mL的時(shí)候加入5 mL HNO3，再加2 mL HF，搖勻，趕至1 mL，若還是渾濁，重復(fù)以上步驟，直至樣品澄澈透明為止。最后將趕好酸的樣品轉(zhuǎn)移至比色管中，利用火焰原子吸收光譜法測(cè)定樣品中鎘、鉛、鉻、銅、鎳、鐵和鋅等金屬元素含量，測(cè)試條件如表1所示。

表1 原子吸收光譜儀工作條件

1.3.3 揮發(fā)油特征 采用傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法對(duì)甘肅武都、甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城‘大紅袍’花椒的揮發(fā)油進(jìn)行提取，料液比為1:5（100 g花椒:500 g水），蒸餾時(shí)間為6 h，獲得揮發(fā)油后計(jì)算其得率并進(jìn)行比較；之后加入適量無(wú)水硫酸鈉去除樣品中的水分并用0.22 μm濾膜過(guò)濾，2倍體積丙酮稀釋后等體積混勻，4℃保存待測(cè)。利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)對(duì)甘肅武都、甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城的‘大紅袍’花椒揮發(fā)油進(jìn)行成分分析檢測(cè)，并將特征成分進(jìn)行比較。

采用石英毛細(xì)管柱HP-5MS，30 m×0.25 mm，膜厚0.25 μm；載氣He；柱流量1 mL/min。EI源；電離電壓70 eV；離子源溫度250℃；掃描范圍50～ 650 amu；進(jìn)樣量2 μL；分流比為20:1。以40℃為初始溫度，保留1 min，然后以4℃/min升溫至200℃，保留5 min，再以8℃/min升至250℃，保留1 min。

1.4 氣候資料

甘肅武都、甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城4個(gè)地區(qū)的海拔、降水、溫度和日照時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)均來(lái)源于各地區(qū)氣象局，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2019年1—12月。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理采用Excel 2019、SPSS 13.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官特征

武都‘大紅袍’花椒麻味醇正，香氣濃郁，無(wú)腥膻等其他異味。干制后經(jīng)顯微鏡觀察，如圖1所示，武都‘大紅袍’花椒外果皮呈深紅色，內(nèi)果皮黃色，果皮開裂后呈梅花狀，果皮較厚，顆粒均勻，無(wú)霉變和腐爛現(xiàn)象，無(wú)異味?？傮w感官特征定性為“色紅油重、粒大飽滿、麻味醇正、香氣濃郁”[1,15-17]。

圖1 武都‘大紅袍’花椒的形態(tài)圖

2.2 理化特征

2.2.1 雜質(zhì)、水分和灰分含量 通常來(lái)說(shuō)，花椒中雜質(zhì)、水分和灰分的含量是對(duì)花椒進(jìn)行評(píng)定的重要理化依據(jù)。雜質(zhì)中一般含有塵土、果柄、枝葉等，會(huì)嚴(yán)重影響花椒的品相，水分含量則影響著花椒的儲(chǔ)存，總灰分是揭示花椒中無(wú)機(jī)成分含量的一項(xiàng)重要指標(biāo)[18]。表2結(jié)果表明，花椒中平均雜質(zhì)、水分和灰分分別為(0.48±0.06)、(4.87±0.09)和(4.56±0.24)g/100 g?？傮w來(lái)說(shuō)，武都‘大紅袍’花椒中的雜質(zhì)、水分和灰分等理化指標(biāo)均處于較低水平，理化特征優(yōu)良。

表2 武都‘大紅袍’花椒雜質(zhì)、水分和灰分等含量 g/100 g

2.2.2 金屬元素含量 花椒易被土壤中的重金屬富集，其重金屬含量超標(biāo)現(xiàn)象十分常見，因此在一定程度上已成為一種使用安全隱患，影響了其使用的安全性[18]。由表3可以看出，在武都花椒中，均未檢測(cè)出鉻和鎳等金屬元素。在所有花椒中均檢出了鋅、鐵、銅等人體所必需的微量金屬元素[19]，其中鋅的含量最高，平均含量為(20.30±7.58)mg/kg，其次為鐵和銅，平均含量分別為(18.34±12.64)和(7.25±3.87)mg/kg。近年來(lái)，多地花椒中重金屬鉛含量超標(biāo)[18]，而武都‘大紅袍’花椒的平均鉛含量?jī)H為(0.18±0.03)mg/kg，遠(yuǎn)低于1.86 mg/kg的花椒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[20]。僅在4個(gè)村的花椒中檢測(cè)到了極微量的鎘，均為0.012 mg/kg，也未超過(guò)0.5 mg/kg的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明武都‘大紅袍’花椒中富含鋅、鐵、銅等人體所需金屬元素，而有害金屬鎘和鉛等含量很低，食用安全系數(shù)高。

表3 武都‘大紅袍’花椒金屬元素含量 mg/kg

2.3 揮發(fā)油特征

2.3.1 揮發(fā)油得率 花椒揮發(fā)油是花椒中重要的功能活性物質(zhì)，有研究表明武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等多種細(xì)菌均具有良好的抑制作用[21]，因此，其含量是評(píng)判花椒品質(zhì)的重要依據(jù)之一，而日照時(shí)數(shù)、海拔和坡向等為影響花椒品質(zhì)的重要因素[22]。表4是武都花椒不同產(chǎn)地環(huán)境狀況及其揮發(fā)油得率，從中可以看出，日照時(shí)數(shù)相對(duì)較長(zhǎng)和較高海拔產(chǎn)區(qū)的花椒揮發(fā)油得率略高于日照時(shí)數(shù)相對(duì)較短和較低海拔產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)區(qū)花椒揮發(fā)油得率。此外，S1、S3和S8等處于陽(yáng)面產(chǎn)區(qū)的花椒揮發(fā)油含量相對(duì)較高，而處于陰面種植區(qū)域的花椒揮發(fā)油得率略低。因此，武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油含量可能與當(dāng)?shù)氐暮０?、日照、坡向等因素密切相關(guān)。在一定程度上，隨著海拔升高，溫度降低，花椒生長(zhǎng)進(jìn)程延長(zhǎng)，從而有利于醇溶提取物、氨基酸、揮發(fā)油等物質(zhì)的積累[23]。表5列舉出了不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒揮發(fā)油的得率，其中武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油得率為6.09 g/100 g，高于甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城等地‘大紅袍’花椒的揮發(fā)油得率。

表4 武都‘大紅袍’花椒不同產(chǎn)地地理狀況及揮發(fā)油得率

表5 不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒揮發(fā)油得率比較

2.3.2 揮發(fā)油成分 表6為武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油化學(xué)成分，在武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油中，共有16種主要化學(xué)成分被測(cè)定出來(lái)，占揮發(fā)油總含量的93.67%，其中主要包括烯萜類(69.99%)、醇類(17.92%)和酯類(5.76%)。在所有的化學(xué)成分中，D-檸檬烯(25.69%)為含量最高的特征成分，這與脫聰聰?shù)萚21]研究結(jié)果一致，其次含量較高的物質(zhì)還有芳樟醇(17.41%)和α-月桂烯(10.45%)等。有研究表明，D-檸檬烯、芳樟醇、α-月桂烯和羅勒烯等物質(zhì)是‘大紅袍’花椒中的主要特征成分，是‘大紅袍’花椒天然風(fēng)味的根本來(lái)源[24]。表7列出了不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒揮發(fā)油特征成分的含量，結(jié)果表明，武都‘大紅袍’花椒中D-檸檬烯、芳樟醇、α-月桂烯和羅勒烯4種主要特征成分的含量均能夠占到總含量的10%以上，除了D-檸檬烯含量略低于甘肅秦安以外，其余3種特征成分含量均高于甘肅秦安、四川漢源和陜西韓城等地區(qū)，因此能夠使得其芳香馥郁、氣息氤氳，這與邊甜甜等[25]研究結(jié)果類似。

表6 武都‘大紅袍’花椒揮發(fā)油化學(xué)成分

表7 不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒揮發(fā)油特征成分含量比較 %

2.4 不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒適生條件比較

不同的地理氣候條件對(duì)花椒的生長(zhǎng)發(fā)育及其品質(zhì)和產(chǎn)量均會(huì)產(chǎn)生一定的影響，例如海拔、氣溫、日照和降水等[26]。武都屬南北氣候過(guò)渡區(qū)，氣候溫暖，日照充足，適宜發(fā)展多種果樹和經(jīng)濟(jì)作物。武都‘大紅袍’花椒的揮發(fā)油含量和多種特征成分含量高于鄰近產(chǎn)地，這在很大程度上可能與其所處的地理環(huán)境以及獨(dú)特的氣候狀況密切相關(guān)。表8列出了陜甘川等不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒的生長(zhǎng)環(huán)境條件。在4個(gè)產(chǎn)地中，甘肅武都地區(qū)海拔適中，年均氣溫最高，年日照時(shí)數(shù)處于中等水平，而年均降水相對(duì)其他3個(gè)產(chǎn)地來(lái)說(shuō)較低。有研究表明，海拔在900～ 1200 m的河谷、平川和淺山緩坡地帶是武都花椒種植最適應(yīng)氣候帶，海拔過(guò)高或過(guò)低均不適宜種植花椒[17]。此外，花椒喜熱，不耐嚴(yán)寒，在一定的溫度范圍內(nèi)，較高的溫度有利于色澤，油腺和香氣的積累。花椒為陽(yáng)性樹種，其生長(zhǎng)一般要求年日照時(shí)數(shù)不得少于1800 h?；ń房购的芰^強(qiáng)，水分過(guò)多時(shí)易發(fā)生病蟲害，反而會(huì)影響其生長(zhǎng)和產(chǎn)品質(zhì)量[22]。因此，武都‘大紅袍’可能由于其所處海拔適中、氣溫較高和降水相對(duì)較少的獨(dú)特地理氣候環(huán)境而成為‘大紅袍’花椒中質(zhì)量最佳、口碑最好的產(chǎn)品。

表8 不同產(chǎn)地‘大紅袍’花椒生長(zhǎng)條件比較

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，武都‘大紅袍’花椒感官純正，花椒中雜質(zhì)、水分、灰分和有害金屬等理化指標(biāo)均處于較低水平，鋅、鐵、銅等人體所需金屬元素含量較高，理化特征優(yōu)良。武都‘大紅袍’花椒富含揮發(fā)油，其得率均高于鄰近產(chǎn)地。除特征成分D-檸檬烯含量略低于甘肅秦安外，芳樟醇、α-月桂烯和羅勒烯等特征成分含量均在鄰近產(chǎn)地以上。武都地區(qū)氣候溫暖，光照充足，海拔適中，適宜‘大紅袍’花椒的栽培生長(zhǎng)，所產(chǎn)花椒優(yōu)質(zhì)獨(dú)特。

本研究通過(guò)對(duì)武都3個(gè)花椒主產(chǎn)片區(qū)‘大紅袍’花椒感官特征、理化特征和揮發(fā)油特征的檢測(cè)評(píng)價(jià)，結(jié)合其氣候、降雨等適生條件與其他不同產(chǎn)地之間的相互比較，發(fā)現(xiàn)了武都‘大紅袍’花椒作為甘肅省特色優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)值所在，為今后武都‘大紅袍’花椒知名度的提升，以及更進(jìn)一步的栽培育種、產(chǎn)業(yè)制造和加工研發(fā)等方面提供了初步的理論依據(jù)。但在研究中對(duì)于武都‘大紅袍’花椒感官特征等方面的研究仍然存在著缺陷和不足，基本停留在文獻(xiàn)的搜集和人工對(duì)色澤以及氣味的感知，在今后的研究中需要更為先進(jìn)科學(xué)方法的輔助。