花椒精油的萃取及生物活性成分應(yīng)用研究進展

宮旭胤 馬學(xué)軍 景照明 康芳娥 金茜

摘要：花椒精油是從花椒果殼、葉等部位所提取的植物精油，其獨特的香氣和麻味以及多種生物活性物質(zhì)除了傳統(tǒng)的調(diào)味用途外，還具有滅菌、殺蟲、保鮮、藥理等多種作用。為了給畜牧健康養(yǎng)殖、安全保鮮及花椒精油的進一步開發(fā)利用提供更多思路和支撐。通過查閱相關(guān)文獻，歸納總結(jié)了花椒精油的主要成分、提取方式、微膠囊制備工藝以及生物活性抗菌、保鮮、藥理等研究現(xiàn)狀。花椒精油優(yōu)秀的廣譜抗菌效應(yīng)和保鮮作用結(jié)合花椒精油微膠囊制備工藝可以更好地保留其生物活性，不僅可廣泛地應(yīng)用于食品調(diào)味、果蔬保鮮等方面，在我國畜牧業(yè)向全面無抗養(yǎng)殖發(fā)展的背景下，作為優(yōu)良的植物來源保鮮劑和替代抗生素添加劑，在畜牧業(yè)殺蟲滅菌、健康養(yǎng)殖、肉產(chǎn)品貨架期保鮮等環(huán)節(jié)也有著廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：花椒；花椒精油；生物活性；萃取

中圖分類號：S-1? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）06-0501-05

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.06.003

Research Progress on the Extraction of Essential oil from Zanthoxylum bungeanum Maxim and Application of Its Bioactive Components

GONG Xuyin 1， MA Xuejun 1， JING Zhaoming 2， KANG Fange 2， JIN Qian 1

（1. Institute of Animal Husbandry， Pasture and Green Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Animal Husbandry and Veterinary Station inWenshu Township， Jiayuguan， Jiayuguan Gansu 735100， China）

Abstract： Zanthoxylum bungeanum essential oil is a plant essential oil extracted from the shell， leaves， and other parts of Zanthoxylum bungeanum. Its unique aroma， numbing taste， and various bioactive compounds not only play an important role in traditional seasoning， but also have various functions such as sterilization， pest control， preservation， and pharmacology. In order to provide references for green animal husbandry， product fresh-keeping， deep processing technology and comprehensive utilization of Zanthoxylum bungeanum essential oil， this paper summarizes the research status of the chemical components， extraction method， microcapsule preparation process， effects of antibacterial， fresh-keeping and pharmacology of Zanthoxylum bungeanum essential oil.The excellent broad-spectrum antibacterial and fresh-keeping effects of Zanthoxylum bungeanum essential oil， combined with the microcapsule preparation process， could better preserve its biological activity， which could not only be widely used in cooking seasoning， fruit and vegetable preservation， but also be used as an excellent plant source preservative and alternative antibiotic additive in the context of China's animal husbandry development towards comprehensive antibiotic- free era. It also has broad application prospects in pest killing， sterilization， green rearing of animals and the extension of shelf life and preservation of meat products in animal husbandry industry as well.

Key words： Zanthoxylum bungeanum Maxim; Zanthoxylum bungeanum essential oil; Biological activity; Extraction

花椒屬蕓香科，是重要的食用調(diào)味品、中藥材和香料［1 ］?；ń菲鹪从谥袊?，據(jù)史料記載，我國從春秋戰(zhàn)國時期就開始食用花椒，花椒在中國的栽培和使用歷史已經(jīng)接近3 000年，其在亞洲，美洲、非洲及大洋洲等全球范圍內(nèi)均有廣泛分布。中國一直以來是花椒種植第一大國，除東北、內(nèi)蒙古等少數(shù)地區(qū)的其他省份均有種植，分布范圍廣、種植面積大。目前花椒品種有250余種，在中國約有45個種和13個變種，種植的主要代表品種有大紅袍、藤椒、九葉青等［1 ］。

花椒的粗脂肪含量較高，鮮花椒皮與花椒籽的脂肪含量約為10.8%和25.3%［2 ］，花椒精油是從花椒果殼及花椒葉等部位所提取的植物精油，擁有花椒獨特的香氣和麻味以及花椒的生物活性物質(zhì)。由于長期以來畜牧業(yè)舍飼養(yǎng)殖中濫用抗生素，一度導(dǎo)致下游產(chǎn)品流入餐桌，影響人類健康。我國于2020年7月起在養(yǎng)殖行業(yè)中全面禁用抗生素，因此尋找優(yōu)良的抗生素替代產(chǎn)品成為畜牧養(yǎng)殖中的關(guān)鍵問題?；ń肪椭泻蟹颊链肌⑸飰A、酰胺等多種活性物質(zhì)，具有抗菌、殺蟲、肉類保鮮、抗氧化等作用。徐紅艷［3 ］發(fā)現(xiàn)，以花椒精油為主要成分制成的復(fù)配香辛料精油對藏羊肉表面進行涂抹處理，發(fā)現(xiàn)復(fù)配香辛料精油處理明顯減緩了藏羊肉腐敗變質(zhì)，延長藏羊肉的保鮮期。張明良等［4 ］發(fā)現(xiàn)，小尾寒羊日糧中添加花椒精油可提高其生產(chǎn)性能并促進其胃腸道組織結(jié)構(gòu)發(fā)育等?？梢娀ń分参锞偷幕钚猿煞衷谛竽翗I(yè)殺蟲滅菌、無抗養(yǎng)殖，健康養(yǎng)殖，貨架期保鮮等環(huán)節(jié)均能發(fā)揮作用。因此，我們通過查閱相關(guān)文獻，歸納總結(jié)了花椒精油的主要成分、提取方式、聚合物包埋形成微膠囊方法、生物活性抗菌保鮮藥理等方面的研究現(xiàn)狀，以期為畜牧健康養(yǎng)殖、安全保鮮及花椒精油的進一步開發(fā)利用提供更多思路和支撐。

1? ?花椒精油的主要成分

花椒的主要活性成分包括烯烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物、酯類化合物等，主要香味物質(zhì)為水芹烯、芳樟醇、檸檬烯等，主要麻味物質(zhì)為羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素、羥基-γ-山椒素［5 ］。不同部位花椒精油的主要成分不同，花椒果精油的主要成分是4-萜烯醇、桉葉油醇、芳樟醇、月桂烯、（+）-檸檬烯，花椒葉精油的主要成分是棕櫚酸、植物醇，花椒果和花椒葉精油差異標識化合物的主要成分是α-蒎烯、芳樟醇、棕櫚酸、（+）-檸檬烯、4-萜烯醇、植物醇、棕櫚酸、β-石竹烯和乙酸松油酯［6 ］。芳樟醇、乙酸芳樟酯、檸檬烯是不同產(chǎn)地花椒精油共有主要成分，但不同產(chǎn)地的花椒精油的具體成分及其含量都有較大差別，這與花椒的品種、生長土壤、外部環(huán)境等因素有關(guān)。產(chǎn)地為重慶的青花椒精油主要成分是芳樟醇、檜烯、β-月桂烯、α-蒎烯、苧烯、α-側(cè)柏酮、α-側(cè)柏烯、4-松油醇、β-蒎烯、香葉醇、α-異松油烯、α-松油醇、橙花叔醇、乙酸芳樟酯、欖香醇、β-側(cè)柏酮［7 ］，產(chǎn)地為河南的花椒精油主要成分是乙酸芳樟酯（24.10%）、芳樟醇（18.72%）、反式-茴香腦（6.87%）、棕櫚酸（5.65% ）、1S-a-1蒎烯（5.60%）［8 ］，產(chǎn)地為甘肅隴南的大紅袍花椒精油主要成分是（+）-檸檬烯（14.130%）、乙酸芳樟酯（11.463%）、芳樟醇（10.168%）［9 ］，產(chǎn)地為甘肅天水的花椒精油主要成分是芳樟醇（15.05%）、雙戊烯（11.79%）、乙酸芳樟酯（11.17%）、β-蒎烯（9.33%）、（-）-4-萜品醇（6.04%）、桉葉油醇（4.62%）［10 ］，產(chǎn)地為陜西韓城的大紅袍花椒精油主要成分是（+）-檸檬烯（13.710%）、桉油精（10.539%）、β-月桂烯（8.810%）［9 ］，產(chǎn)地為四川的花椒精油主要成分是2，6，9，11-十二烯-1-羧酸甲酯（12.428%）、乙酸-4-萜烯酯（11.249%）、氧化石竹烯（8.768%）、D-檸檬烯（7.902%）、桉葉油醇（5.935%）［11 ］，產(chǎn)地為四川漢源紅的花椒花椒精油主要成分是芳樟醇（22.121%）、 （+）-檸檬烯（19.044%）、乙酸芳樟酯（15.442%）［9 ］，產(chǎn)地為四川茂汶的大紅袍花椒精油主要成分是（+）-檸檬烯（16.831%）、乙酸芳樟酯（14.017%）、芳樟醇（11.694%）［9 ］，產(chǎn)地為山西太原的花椒精油主要成分是1-（2-羥基-4，6-甲氧基苯基）-乙基酮（41.060%）、3-甲基-6-（1-甲基乙基）-2-環(huán)己烯-1-酮（3.950%）、 4-亞甲基-1-（1-甲基乙基）-環(huán)己烯（3.650%）、 β-水芹烯（2.680%）［12 ］，產(chǎn)地為山東沂蒙的花椒精油主要成分是β-水芹烯、對-薄荷烯-1-醇-4、冬青油烯、4-羥基-3 5-二甲氧基苯乙酮、洋薄荷酮、β-月桂烯、α-蒎烯、γ-萜品烯、α-萜品烯和沉香醇［13 ］。

2? ?花椒精油的提取方式

目前，花椒精油的提取工藝包括水蒸氣蒸餾法、有機溶劑常規(guī)浸提法、超臨界萃取法、亞臨界萃取法和微波輔助萃取法等。水蒸氣蒸餾法是傳統(tǒng)的提取方法，通過蒸餾獲得花椒精油，但加熱過程可能會使一些成分氧化。有機溶劑浸提法可提取出水蒸氣蒸餾法不能獲得的麻辣成分，但香料的穩(wěn)定性較差。超臨界CO2萃取法結(jié)合了溶劑提取法和蒸餾法的優(yōu)點，萃取能力強，且萃取得到的花椒精油不含有機溶劑殘留。微波輔助萃取法通過微波輔助處理可提高得油率。

2.1? 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是花椒精油提取常用傳統(tǒng)方法，通過蒸餾蒸汽冷凝后，經(jīng)油水分離得到花椒精油。其優(yōu)點是花椒的香氣成分不會因水解而受損，但加熱過程可能使一些成分發(fā)生氧化?？苁|蕓［14 ］ 在花椒成分分析中發(fā)現(xiàn)，蒸餾時間、浸泡時間、加水量、提取溫度是影響水蒸氣蒸餾法提取花椒精油的4個主要因素，影響因素的順序為蒸餾時間>浸泡時間 > 加水量 > 提取溫度，并進一步優(yōu)化獲得了花椒精油蒸餾法優(yōu)化工藝，該優(yōu)化工藝為花椒粉浸泡時間6 h、超聲時間9 h、提取溫度100 ℃和4倍加水量，該條件下提取率為1.42%［14 ］。

2.2? ?溶劑提取法

浸提法是采用有機溶劑來提取花椒精油，可浸提出水蒸氣蒸餾法不能獲得的山椒酰胺、山椒辣素等麻辣成分。但是常規(guī)浸提法提取的花椒精油中香料的穩(wěn)定性較差，揮溶時損失會比較大，目前在研究和生產(chǎn)應(yīng)用中較為少見。韓同山［15 ］以無水乙醇作溶劑，采用回流法提取，優(yōu)化常規(guī)浸提工藝為溫度約78 ℃、4 h可達到最佳提取效果、最高萃取率為11.84%。賈春曉等［8 ］同樣采用無水乙醇作為溶劑，采用超高壓萃取，優(yōu)化工藝為壓力3 000 kg/cm2、料液比1∶40、保壓時間３min，此條件下的萃取率為24.10%。

2.3? ?超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法產(chǎn)生于20世紀80年代，是利用處于臨界溫度和臨界壓力之上的超臨界流體CO2作為萃取劑，從液體或固體中萃取分離特定成分的新型分離技術(shù)。超臨界CO2萃取裝置萃取花椒精油的流程為：CO2鋼瓶-加壓液化系統(tǒng)-萃取釜-解析釜。該萃取法結(jié)合了溶劑提取法和蒸餾法優(yōu)點，萃取能力較強，既能得到水蒸氣蒸餾法所不能得到的成分，又因為操作溫度低不易氧化有效成分；且通過超臨界萃取法萃取的花椒精油不會有有機溶劑殘留，可直接用于食品工業(yè)［16 ］。相關(guān)工藝的研究也較多，周敏等［17 ］ 的優(yōu)化工藝為萃取壓力300 kg/cm2、溫度40 ℃、時間130 min，萃取率為10.81%；吳靜［11 ］ 的優(yōu)化工藝為花椒粉目數(shù)60、萃取壓力263 kg/cm2、時間151.8 min、溫度50 ℃、CO2流量21 L/h，此條件下的萃取率為11.15%。

2.4? ?微波輔助萃取法

微波輔助萃取法是在水蒸氣蒸餾法蒸餾前及溶劑提取法的常規(guī)萃取環(huán)節(jié)增加微波輔助處理環(huán)節(jié)，微波輔助處理后能夠促進花椒精油的析出，提高得油率。黃志遠等［18 ］以無水乙醇為溶劑，在常規(guī)提取法中加入微波輔助處理環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)得油率增加了9.96%。此萃取法的最佳工藝條件為液料比10.3∶1、微波功率502 Ｗ、微波處理時間6 min、提取溫度60 ℃，在此條件下萃取率預(yù)計能達到7.96%。

3? ?花椒精油微膠囊制備

花椒精油是一種揮發(fā)性油，在光、熱、氧等條件下化學(xué)性質(zhì)不太穩(wěn)定，所以在運輸、保存、使用方面受到一定限制［19 ］。利用高分子聚合物包埋花椒精油形成微膠囊，可以提高花椒精油的穩(wěn)定性。制作花椒精油微膠囊的壁材有明膠-多糖、海藻酸鈉、阿拉伯膠、生香釀酒活性干酵母、羥丙基-β-環(huán)糊精、大豆分離蛋白，制備干燥方法包括冷凍干燥、噴霧干燥、真空干燥等，根據(jù)制備壁材不同，制備方法也各異。制備壁材為明膠-多糖的方法為復(fù)凝聚法、冷凍干燥法，制備工藝為明膠與銀杏多糖5∶2，芯材壁材比1∶8，pH 4.3，乳化劑為3%蔗糖酯，固化劑為12%谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶［19 ］。制備壁材為海藻酸鈉的方法為噴霧干燥法，制備工藝為首先制備質(zhì)量分數(shù)為1.5%的海藻酸鈉壁材溶液和體積分數(shù)0.25%的花椒精油，磁力攪拌器3 h，10 000 rpm條件下均質(zhì)，噴霧干燥機進口溫度180 ℃、風(fēng)機頻率50 Hz、蠕動泵轉(zhuǎn)速15 r/min、通針間隔時間5 s的條件下噴霧干燥［20 ］。制備壁材為阿拉伯膠、麥芽糊精、大豆蛋白（1∶2∶2）的方法為噴霧干燥法，制備工藝為芯材壁材比1∶4，均質(zhì)3次（7 000 r/min、6 min，10 000 r/min、6 min，10 000 r/min、9 min），進風(fēng)溫度175 ℃［21 ］。制備壁材為生香釀酒活性干酵母的方法為真空干燥法。制備工藝為干酵母和蒸餾水比例為1∶8，加入花椒精油，8 000 r/min高速分散均質(zhì)10 s，100 r/min水浴恒溫振蕩，花椒精油通過滲透擴散作用進入酵母細胞內(nèi)，形成微膠囊；600 r/min離心10 min，離心沉淀物真空抽濾并用無水乙醇沖洗2～3次，60 ℃真空干燥12 h獲得花椒精油微膠囊［22 ］。制備壁材為羥丙基- β-環(huán)糊精、大豆分離蛋白的方法為冷凍干燥法，制備工藝為花椒精油濃度1.8%，壁芯比為7，加水量與壁材比為16，均質(zhì)時間50 s；按工藝條件制備的花椒精油微膠囊包埋率為（96.35±0.94）% ［23 ］。

4? ?花椒精油的生物活性研究與應(yīng)用

4.1? ?殺蟲抑菌

我國很早在生活實踐中就有了花椒殺蟲的應(yīng)用，現(xiàn)代花椒精油活性研究發(fā)現(xiàn)其富含多種活性成分具有殺蟲抑菌作用。研究表明，花椒精油對玉米象成蟲、幼蟲、卵、白紋伊蚊、蛔蟲具有顯著的致死、熏殺作用［24 - 25 ］；對疥螨、赤擬谷盜有較強的觸殺作用［26 ］?；ń肪蛯ChE、CarE兩種小菜蛾有很強的抑制作用，抑制率可達23.94%、37.07%［27 ］；能降低松材線蟲的運動行為能力，在使用4 h后完全殺滅松材線蟲［28 ］；對菜豆象熏蒸處理24 h后，可達到100%校正死亡率［29 ］；500 mg/L濃度的花椒精油可驅(qū)避黑腹果蠅，驅(qū)避率為73.33%［30 ］。目前對花椒精油的抑菌抗菌活性的研究也較為深入，花椒精油具有廣譜抑菌作用，抑菌譜寬，活性顯著。其對多種致病細菌及真菌均有不同程度的抑制效果。在離體培養(yǎng)試驗中花椒精油對常見致病菌種金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、表皮葡萄球菌、白色葡萄球菌、傷寒桿菌、枯草芽孢桿菌、傷寒沙門氏菌、綠膿桿菌的生長均表現(xiàn)不同程度的抑活性［31 - 32 ］。對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌的MIC（最低抑菌濃度）值分別為1.25、2.50、2.50 mg/mL［33 ］。還對常見的黃曲霉、黑曲霉、啤酒酵母都有顯著的抑菌作用，MIC分別為3.125、12.5、12.5 g/L［34 - 35 ］ 。張正周等［36 ］在花椒精油對‘紅提葡萄致病菌離體抑菌試驗研究中發(fā)現(xiàn)花椒精油對‘紅提葡萄3種致病菌青霉菌、黑根霉菌、黑曲霉菌表現(xiàn)出良好的抑菌作用，抑菌MIC分別為78 μL/L、78 μL/L、≤39 μL/L，抑菌MBC（最低殺菌濃度）均為78 μL/L。王聰?shù)龋?7 ］離體抑菌研究結(jié)果表明，花椒精油對引起蘋果梨主要采后病害的青霉病、黑斑病的致病菌P. Expansum（擴展青霉）及A. Alternata（鏈格孢）有抑制作用。

4.2? ?保鮮作用

肉類及果蔬的加工、運輸、貯藏過程中，易發(fā)生腐敗變質(zhì)影響食品安全，通常需要加防腐劑?；ń肪图染哂锌咕饔?，又有調(diào)味作用，且安全性高，目前成了保鮮劑研發(fā)的熱點之一?；ń肪蛯ωi肉制品中微生物生長繁殖具有很強的抑制效果，且含量越高對豬肉的保鮮效果越好［35 ］。徐紅艷［3 ］發(fā)現(xiàn)，藏羊肉以花椒精油為主要成分制成的復(fù)配香辛料處理后，提高了藏羊肉表面疏水性，減緩了脂質(zhì)氧化速率及SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性的下降速率，明顯減緩了藏羊肉腐敗變質(zhì)，延長了保鮮期。蔡華珍等［38 ］研究還發(fā)現(xiàn)，含有花椒精油的復(fù)配精油能使調(diào)理雞肉串在4 ℃下保鮮達20 d，25 ℃下保鮮16～18 h。在蔬果的保鮮中花椒精油也發(fā)揮著重要作用，花椒精油的檸檬烯、α-蒎烯等主要成分能抑制蘋果的黑斑病、青霉病，延緩貯藏后期蘋果梨果實脆度和硬度的下降及后期果實膠黏性和黏著性的升高［37， 39 ］。張紅梅［20 ］將花椒精油微膠囊用于葡萄的采后處理，發(fā)現(xiàn)可抑制葡萄采后主要腐敗菌青霉屬、根霉屬及梅奇酵母屬的生長，顯著降低腐爛率，抑制總酚和類黃酮含量的下降，顯著保持葡萄良好的感官品質(zhì)。楊波等［40 ］研究發(fā)現(xiàn)，花椒精油保鮮劑會有效抑制芒果采后炭疽病、蒂腐病病原菌的侵染，同時能夠抑制果實水分流失，控制硬度和Vc含量的下降，對芒果均有一定的保鮮作用，且不會對其原有風(fēng)味產(chǎn)生不良影響。

5? ?展望

國內(nèi)外對花椒精油的化學(xué)組成、生物活性分析、萃取工藝等已進行了較為系統(tǒng)和深入的探究。而花椒又有著種植范圍廣、產(chǎn)量大、原材料成本低、植物來源安全性高等特點，因此拓寬花椒精油的應(yīng)用領(lǐng)域和用途，成了當(dāng)下花椒精油應(yīng)用研究的熱點?；ń肪蛢?yōu)秀的廣譜抗菌效應(yīng)和保鮮作用結(jié)合花椒精油微膠囊制備工藝可以更好地保留其生物活性。不僅可廣泛地應(yīng)用于食品調(diào)味、果蔬保鮮等方面，在我國畜牧業(yè)向全面無抗養(yǎng)殖發(fā)展的背景下，作為優(yōu)良的植物來源保鮮劑和替代抗生素添加劑，在畜牧業(yè)殺蟲滅菌、健康養(yǎng)殖、肉產(chǎn)品貨架期保鮮等環(huán)節(jié)也有著廣闊的應(yīng)用前景和深入研究的意義。

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收稿日期：2023 - 04 - 24

基金項目：國家絨毛用羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家任務(wù)（cars-39-18）；嘉峪關(guān)市重點研發(fā)計劃項目（21-22）。

作者簡介：宮旭胤（1983 — ），男，甘肅武威人，副研究員，碩士，研究方向為動物遺傳育種與繁殖。Email： ngxy@gsagr.ac.cn。

通信作者：金? ?茜（1987 — ），女，甘肅蘭州人，碩士，研究方向為草地營養(yǎng)。Email： 2786723553@qq.com。