武陵青花椒壳挥发油成分及脂肪酸分析

唐玉莲，林红卫，陈迪钊，张 文

(怀化学院化学与化学工程系，湖南怀化418008)

武陵青花椒壳挥发油成分及脂肪酸分析

唐玉莲，林红卫，陈迪钊，张 文

(怀化学院化学与化学工程系，湖南怀化418008)

分别采用水蒸气蒸馏法和同时蒸馏萃取法提取武陵青花椒壳中的挥发油成分，提取率分别为6.4%和8.5%。再用气相色谱－质谱法(GC－MS)对挥发油成分进行分析，用峰面积归一化法确定各组分的相对含量。两种方法均鉴定出43种化合物，其中水蒸气蒸馏法以β－芳樟醇(66.91%)、反式－橙花叔醇(6.28%)、D－柠檬烯(5.24%)、4－萜烯醇(2.6%)为主，同时蒸馏萃取法以β－芳樟醇(64.32%)、D－柠檬烯(5.97%)、反式－橙花叔醇(4.17%)、反式－9－十八烯酸(3.09%)为主。同时对挥发油进行甲酯化，然后用GC－MS对挥发油中含有的脂肪酸进行了分析，共分离鉴定出6种脂肪酸。结果表明:两种方法提取的挥发油的组成及含量存在差异，挥发油中主要为不饱和脂肪酸。水蒸气蒸馏法对无极性和弱极性的萜烯和萜醇类化合物提取效果较好，而同时蒸馏萃取法适于各种极性化合物，对极性稍强的脂肪酸和酯类有较好的提取效果。

青花椒，挥发油，脂肪酸，气相色谱－质谱法(GC－MS)

青花椒(Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.)为芸香科落叶灌木或小乔木蜀椒的果实，又名香椒子、崖椒、野椒、青椒和狗椒等，因其果实成熟后为青色而得名，被誉为“八大调味品”之一［1］。已有的研究发现，花椒的活性化学成分较多，主要包括挥发油［2－7］、酰胺类物质［8－9］、生物碱［10］、此外还含有香豆素、木脂素和脂肪酸等［11－14］。花椒的呈香物质主要是挥发油，花椒挥发油又称花椒精油，是一类植物源次生代谢物质，是植物体内分子量较小，可随水蒸气蒸馏蒸出，具有一定气味的挥发性油状液体物质，主要采用水蒸气蒸馏法提取。国内外对于花椒的研究，尤其是青花椒的研究较少，主要集中在栽培技术、采后干制和加工技术方面的研究。研究表明，不同地区和品种的花椒，其挥发油的主要化学成分种类和含量有很大差异。湖南武陵山区保靖县是种植青花椒的基地，利用本基地种植的青花椒可以开发保健、医药、食用、调味、饲料等几个方向的产品，主要包括花椒亚麻酸系列产品、花椒精系列产品和饲料添加剂或其他产品。研究武陵青花椒挥发油的含量及化学组成，有助于改进青花椒产品质量，能够为开拓武陵青花椒在食品、医药卫生和化工制造等方面的应用提供理论依据。本工作拟采用同时蒸馏萃取和水蒸气蒸馏法提取挥发油，应用气相色谱－质谱(GCMS)分析其化学成分，比较两种方法所提取挥发油的成分差异，同时采用甲酯化对挥发油中含有的脂肪酸进行分析，为这一药用资源的研究开发提供实验科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

武陵青花椒 保靖土司王花椒科技开发有限公司;正己烷、二氯甲烷、无水硫酸钠、浓硫酸、氢氧化钾、甲醇 分析纯;水 二重蒸馏水。

QP－2010 GC－MS型气相色谱－质谱联用仪 日本岛津公司;同时蒸馏萃取装置 安徽东冠器械设备有限公司;小型中药粉碎机ZN－08 北京兴时利和科技发展有限公司;分析天平 梅特勒－托利多国际贸易(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挥发油提取方法 同时蒸馏萃取提取法(SDE):称取花椒壳粉末25.0g置于1L烧瓶中，加入蒸馏水350mL浸泡过夜，另取100mL烧瓶，加入40mL二氯甲烷，同时蒸馏萃取3h，将萃取液分层，加无水硫酸钠干燥过夜，真空干燥挥发溶剂，得青绿色油状物，得率为8.5%。

水蒸气蒸馏提取法(SD):称取花椒壳粉末25.0g，加入蒸馏水350mL浸泡过夜，采用挥发油提取器提取 6h，加入 1mL正己烷收集挥发油，得率为6.4%。

1.2.2 挥发油成分GC－MS分析条件 采用GC－MS对两种方法提取的青花椒壳挥发性成分进行分析，经过多次重复实验，得到GC－MS分析的最佳实验条件。

色谱条件:色谱柱:DB－5MS石英毛细管柱(30m ×0.25mm×0.25μm);载气:氦气，0.8mL·min－1;进样口温度:250℃;程序升温:初始温度40℃保持2min，以5℃·min－1的升温速率升至80℃保持2min，再以5℃·min－1升温速率升至240℃保持10min;分流模式进样，分流比:10∶1;进样量:1μL。

质谱条件:电子轰击EI离子源，电子能量70eV;离子源温度:200℃;接口温度:250℃;溶剂延迟2.5min;扫描间隔:0.5s;质量扫描范围 m/z:50～550amu;扫描方式:Scan;质谱库:NIST05标准谱库。

1.2.3 花椒精油中脂肪酸分析方法 取100μL花椒精油，加0.4mol·L－1氢氧化钠甲醇溶液1mL，于70℃水浴中加热30min，冷却至室温，加入5%的硫酸甲醇溶液1mL，于70℃水浴中加热30min，冷却至室温，加入2mL正己烷分两次萃取，合并两次萃取液得约2mL提取物，利用GC－MS进行测定，分析条件如下。

色谱条件:DB－23MS(30m×0.25mm×0.25μm)色谱柱;载气:氦气，1.0mL·min－1;进样口温度: 250℃;程序升温:初始温度70℃，以20℃·min－1的升温速率升至150℃，再以6℃·min－1升温速率升至180℃，然后以20℃·min－1的升温速率升至220℃;分流模式进样，分流比:10∶1;进样量:1μL。

质谱条件:电子轰击EI离子源，电子能量70eV;离子源温度:200℃;接口温度:250℃;溶剂延迟2.5min;扫描间隔:0.5s;质量扫描范围 m/z:50～550amu;扫描方式:Scan;质谱库:NIST05标准谱库。

2 结果与讨论

2.1 花椒挥发油化学成分分析

按1.2.2实验条件对青花椒壳挥发油挥发性成分进行GC－MS分析，图1和图2分别为同时蒸馏萃取和水蒸气蒸馏法提取挥发油的总离子流图，经仪器所配置的NIST05.LIB和NIST05s.LIB谱库进行检索，青花椒精油中挥发性成分的相对含量经数据处理系统按峰面积归一化法计算得出，结果见表1。由总离子流图可知，同时蒸馏萃取精油中挥发性成分出峰相对分散，而水蒸气蒸馏萃取精油中挥发性成分出峰相对集中，可能是同时蒸馏萃取法将蒸馏－萃取两步合二为一，可把mg·L－1级的挥发性有机成分从脂质或水质介质中浓缩数千倍，从而消除分析测定时脂质的干扰。

图1 SDE青花椒精油总离子流图Fig.1 The total ion chromatogram of essential oil of Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.with SDE

图2 SD青花椒精油总离子流图Fig.2 The total ion chromatogram of essential oil of Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.with SD

由表1可知，青花椒挥发油总共检出67种成分(匹配度大于90%)，这些成分主要为醇类、烯类、酮类、酸类、酯类、芳香族化合物、烷烃类，其中醇类19种，烯类18种，醛酮类5种，酸类5种，酯类9种，芳香族化合物5种，烷烃类5种，还有酰氯化物。所有成分中含量较高的有β－芳樟醇、橙花叔醇、D－柠檬烯、反式－9－十八烯酸、β－水芹烯、4－萜烯醇、石竹烯。

从同时蒸馏萃取法提取的挥发油中共鉴定出43种挥发性成分，鉴定出的化合物组分占挥发油总量的92.86%。成分含量较高的有 β－芳樟醇(64.32%)、D－柠檬烯(5.97%)、反式－橙花叔醇(4.17%)、反式－9－十八烯酸(3.09%)、β－水芹烯(2.42%)等。以醇类，单萜及倍半萜类为主，其中烯类13种(15.98%)，醇类9种(71.01%)，酯类8种(3.5%)，酸类5种(6.11%)，芳香族化合物4种(2.39%)，烷烃类2种(0.5%)，酮类1种(0.29%)以及油酸酰氯(0.12%)，其中油酸酰氯为首次从花椒中得到。

从水蒸气蒸馏法提取的挥发油中共鉴定出43种挥发性成分，鉴定出的化合物组分占挥发油总量的93.52%。成分含量较高的有 β－芳樟醇(66.91%)、反式－橙花叔醇(6.28%)、D－柠檬烯(5.24%)、4－萜烯醇(2.6%)、石竹烯(2.1%)等。以醇类，单萜及倍半萜类为主，其中醇类 15种(80.3%)，烯类13种(14.6%)，酮类4种(0.81%)，烷烃类4种(1.23%)，酸类3种(0.48%)，酯类2种(0.97%)，以及芳香族化合物2种(0.61%)。

表1 青花椒壳挥发油化学成分分析结果Table 1 The analytical results of chemical components of volatile oil from pericarps of Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.

续表

表2 青花椒精油中脂肪酸的GC－MS鉴定结果Table 2 The GC－MS identification result of fatty acid of essential oil from pericarps of Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.

2.2 两种提取方法所得精油的化学成分比较

表1结果表明，武陵青花椒挥发油的挥发性成分以醇类和烯类为主，醇类中含量较高的为β－芳樟醇，其含量占到已鉴定化合物总量的50%以上，烯类中含量较高的为D－柠檬烯。两种方法所提取挥发油的主要化学成分相似，但其含量及组成不同，同时蒸馏萃取法提取的精油中酯类及酸类物质较多，酮类及烷烃物质较少，而水蒸气蒸馏法提取的精油中酮类及烷烃类物质较多。由此可以看出，同时蒸馏萃取法更适于提取极性较大的物质，如含酯类及酸类较多的挥发油，而水蒸气蒸馏法更适于提取极性较小的物质，如含烷烃及酮类较多的挥发油。有机物分子的极性通常根据分子偶极矩的大小来区分极性的强弱。

2.3 花椒精油脂肪酸成分分析

按1.2.3实验条件对青花椒精油中脂肪酸进行GC－MS分析，经仪器所配置的 NIST05.LIB和NIST05s.LIB谱库进行检索，青花椒精油中挥发性成分的相对含量经数据处理系统按峰面积归一化法计算得出，结果见表2。

由表2可知，从青花椒精油中共鉴定出6种脂肪酸，占挥发油总量的9.17%，含量最高的为油酸3.68%，其次为棕榈酸3.06%，除棕榈酸和硬脂酸外，其余4种都为不饱和脂肪酸，而郭红祥［15］报道的从花椒水蒸气蒸馏法萃取物中鉴定出5种脂肪酸，分别为月桂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸。

3 结论

采用同时蒸馏萃取法和水蒸气蒸馏法分别提取武陵青花椒中的挥发油，得率分别为8.5%和6.4%，其中同时蒸馏萃取法得率要高于水蒸气蒸馏法。不同方法提取的挥发油的化学成分组成及含量有差异，针对目标产物选择合适的提取方法，水蒸气蒸馏法对无极性和弱极性的各种萜烯、萜醇类化合物提取效果好，而同时蒸馏萃取法适于提取极性强的化合物，如脂肪酸和酯类。水蒸气蒸馏法提取的挥发油主要成分为单萜、倍半萜、醇类、酮类及烷烃类，同时蒸馏萃取法提取的挥发油主要成分为醇类、烯类、酸类及酯类。

采用甲酯化结合GC－MS对青花椒精油中的脂肪酸进行分析，结果表明，青花椒精油中脂肪酸含量较高，大部分为不饱和脂肪酸。因此，本工作的研究结果可为武陵青花椒的开发利用提供理论指导。

［1］中华人民共和国卫生药典委员会.中华人民共和国药典［M］.北京:中国医药科技出版社，2010:149.

［2］张家琪，王华明.四川汉源花椒化学成分的研究［J］.分析测试学报，2001(S20):254－255.

［3］贾利蓉，赵志峰，雷绍荣，等.汉源青花椒挥发油的成分分析［J］.食品与机械，2008，24(3):105－108.

［4］莫彬彬，万固存，刘毅，等.超临界CO2萃取九叶青花椒和大红袍花椒挥发油的化学成分分析及香气比较［J］.中国调味品，2009，34(3):102－105.

［5］石雪萍，张卫明.红花椒和青花椒的挥发性化学成分比较研究［J］.中国调味品，2010，35(2):102－106.

［6］杨荀芳，秦军，田瑶珠.青花椒挥发油化学成分的研究［J］.贵州化工，2010，35(3):31－33.

［7］Rout P K，Naik S N，Rao Y R，et al.Extraction and composition of volatiles from Zanthoxylum rhesta:Comparison of subcritical CO2and traditional processes［J］.J of Supercritical Fluids，2007，42:334－341.

［8］丁耐克.食品风味化学［M］.北京:中国轻工业出版社，1996:77－89.

［9］刘克武，杨守忠，赵欣平，等.生姜辛辣化学成分的调味机理及应用［J］.中国调味品，2000(6):6－9.

［10］李晓蒙，李贞，郑庆安.竹叶花椒化学成分研究［J］.天然产物研究与开发，1996，8(4):24－27.

［11］佟如新，王普名，王淑春，等.青花椒中活性成分香柑内酯的止血作用研究［J］.中国中医药信息杂志，1998，5(11): 14－15.

［12］吴素蕊，阚建全，刘春芬.花椒的活性成分与应用研究［J］.中国食品添加剂，2004(2):75－78.

［13］袁娟丽，王四旺.花椒的化学成分及其药效学研究［J］.现代生物医学进展，2010，10(3):552－554.

［14］姚佳，蒲彪.青花椒的研究进展［J］.中国调味品，2010，35 (6):35－39.

［15］郭红祥，张慧珍，袁超，等.花椒精油萃取方法比较研究［J］.中国农学通报，2005，21(5):141－142.

Analysis of chemical components of volatile oil and fatty acid from pericarps of Wuling Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.

TANG Yu－lian，LIN Hong－wei，CHEN Di－zhao，ZHANG Wen
(Chemistry and Chemical Engineering Department，Huaihua University，Huaihua 418008，China)

Two different extraction methods(steam distillation SD and simultaneous distillation and solvent extraction SDE)were used to extract volatile oil from pericarps of Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.The volatile oil contents were respectively 6.4%(SD)and 8.5%(SDE).Then GC－MS was used to analysis of volatile oil，and peak area normalization method was used to determine the relative content of the component.43 compounds were identified by GC－MS for each method.In these compounds，the main components extracted by SD method were beta－Linalool(66.91%)，+/－trans－Nerolidol(6.28%)，D－Limonene(5.24%)and 4－Terpenol(2.6%).And main components extracted by SDE method were beta.－Linalool(64.32%)，D－Limonene(5.97%)，+/－trans－Nerolidol (4.17%)，and(E)－9－Octadecenoic acid(3.09%).Moreover，the volatile oil was methoxy－carbonylated by carbinol and analyzed by GC－MS，and six fatty acids were identified.The results showed that the compositions and contents of volatile oil were different using different extraction methods，and the fatty acids in volatile oil were mainly unsaturated fatty acids.Among the two methods，the SD method was effective for extracting non－polar and weakly polar terpenes and terpenoid compounds，while the SDE method was suitable for the extraction of all kinds of polar compounds，such as fatty acids and esters.

Zanthoxylum schinifolium Sieb.Et Zucc.;volatile oil;fatty acids;GC－MS

TS207.3

A

1002－0306(2012)10－0074－05

2011－08－29

唐玉莲(1982－)，女，硕士，讲师，研究方向:中药现代化及药物分析研究。

民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室资助项目(HHUW2011－65)。