花椒精油的提取及应用研究

2020-04-08郭娜李箫乐王香爱

现代食品·下 2020年1期

郭娜李箫乐王香爱

摘要：我国是花椒生产大国，近年来发现花椒精油具有很多特性。本文介绍了国内外研究花椒精油的现状，综述了花椒精油的提取方法以及不同方法的优缺点，概括了花椒精油的用途，提出了花椒精油研究所存在的问题和解决方法。

关键词：花椒精油;提取方法;新型用途

Abstract：Zanyhoxylum bungeanum Maxim is widely distributed in China. In recent years， it has been found that the essential oil of Zanyhoxylum bungeanum Maxim has many characteristics. This paper introduces domestic and overseas research status of Zanthoxylum bungeanum Maxim oil， summarize the extraction methods and the advantages and the disadvantages of different methods， generalize the application of Zanthoxylum bungeanum Maxim oil， and put forward the existing problems and solutions of Zathoxylum oil.

Key words：Essential oil of Zanthoxylum bungeanum Maxim; Extraction method; New-type application

中图分类号：TS224.4

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim）属芸香科植物，在我国分布较广，北起东北南部，南至五岭北坡，西南至西藏东南部。花椒果实的主要成分是花椒精油，由于各地区的土壤、降雨量、光照时间等差异较大，导致不同地区花椒中的精油含量和化学成分有所不同。花椒果实中精油的含量为4%～7%，花椒精油是花椒香气的主要来源，其成分不仅与产地有关，还会因提取方法及条件的不同而有所差异，同时花椒精油还能应用于医药、杀虫剂、农药等的合成。我国从20世纪90年代就已经开始对花椒的提取应用进行研究，目前常见的主要提取方法有水蒸气蒸馏法、浸取法、溶剂浸取法、同时蒸馏萃取法和超临界CO2萃取法等，不同的方法和溶剂都会直接影响花椒精油的提取含量、效率和主要成分。本文主要就我国当前提取花椒精油的方法和应用进行综述。

1 花椒精油的国内外研究现状

世界上花椒的品种大约有250种，在亚洲、美洲、非洲的热带及亚热带地区分布较多，亚洲花椒的主产区主要有中国、韩国、日本等。日本更是培育出了很多花椒新品种，这为提取出优质的花椒精油奠定了良好的基础，这些花椒新品种不仅无刺，而且提取的花椒精油产率较高、香味浓烈、留香时间长。早在20世纪初就有日本学者对花椒精油的成分进行了分析，并成功地发现花椒的辣味来自于精油中所含有的一种名叫辣味醇的物质。而韩国近几年则致力于花椒精油的化学成分方面的研究，韩国学者通过不同的方法从花椒精油中提取出了不同的物质。美国、泰国等国家的科学家对花椒精油的主要成分进行研究，发现了花椒精油的抗菌活性和其特殊的理化性质，并指出花椒精油的主要成分是乙酸香叶酯等。

我国的花椒精油主要被制成调味油而出现在餐桌上。随着科学技术的迅速发展，花椒精油越来越多的用途被人类发现，国内市场对花椒的需求量也与日俱增。我国的花椒种植面积已经超过12万hm2，且呈现出逐年递增的趋势，也逐渐形成了花椒种植产业基地。

2 提取方法

2.1 水蒸气蒸馏法

花椒中的挥发油可同水蒸气一起被蒸馏出来，水蒸气蒸馏法操作简单，利用的原理是与水蒸气相互不溶解的混合物的蒸气压小于各组分的饱和蒸气压。在实验室用此方法对花椒精油进行提取，初步得到的精油提取率为14.25%，精油呈半透明，颜色呈淡黄绿色，清澈油状液体，具有浓郁的芳香味。张怀予等[1]用甘肃的武都大红袍为实验原料，采用水蒸气蒸馏法提取花椒精油，得到最佳工艺条件：蒸馏时间96 min，蒸气量73 mL、料液比值0.11（g∶mL），在此条件下花椒精油的提取率为6.71%。庄世宏[2]采用常规的水蒸气蒸馏法和循环水蒸气蒸馏法，对花椒精油的提取得率进行对比，得出循环水蒸气蒸馏法要比常规水蒸气蒸馏法所得精油高出一倍。水蒸气蒸馏法是最常用的提取精油方法之一，这种方法运用设备简单、操作方便、节省能源，但存在提取得率低等方面的不足。

2.2 溶剂提取法

不同溶剂会对花椒精油的提取率产生不同的影响。宋蓉[3]等分别采用石油醚、乙醚、二氯甲烷和无水乙醇这4种溶剂对花椒精油进行提取，并采用气相质谱联用仪（GC-MS）分析化学成分，得到石油醚和乙醚的提取率相对较高，其中乙醚提取的精油抗菌活性最强，并鉴别出精油中含有大量的乙酮。罗凯[4]等利用溶剂萃取法提取的花椒精油得率达到8.37%，相比于传统水蒸气蒸馏法，有更高的得率。韩同山[5]用4种不同溶剂对花椒精油的提取进行研究，得到用无水乙醇作溶剂，温度在78 ℃，采用回流提取的方法，提取4 h，在此条件下，精油的最高产率可达11.84%。利用溶剂萃取法可提高花椒精油的产率，也可利用所选取的溶剂的极性进行更合适的提取，由于存在较多的溶剂残留会影响花椒精油的风味和成分。

2.3 同时蒸馏萃取法

同时蒸馏萃取法（SDE）的优点是将蒸馏和提取这两步操作合二为一、同时进行，这种方法具有良好的重复性，可有效提高花椒精油微量成分的提取率[6]。

秦军[7]等利用同时蒸馏萃取法萃取2.5 h，將萃取液在1 g无水NaSO4中进行干燥，得率4.1%，然后在其基础上进行微波辅助同时蒸馏萃取法，产率提高到8.9%。龙园园[8]等采用同时蒸馏萃取法，得最佳条件为加水量5.5倍、提取时间3.5 h、乙醚用量41 mL、粉碎度80目时，挥发油的提取率为3.59%。蒸馏萃取法与传统的水蒸气蒸馏法相比，操作更简单，且节约溶剂，同时由于挥发油在溶剂中，避免转移的损失。

2.4 超临界CO2萃取法

近年来，随着研究方法的不断更新，许多新型方法被不断研究和采用，如超临界流体萃取、固相微萃取等也被运用在提取精油的操作技术中。超临界CO2萃取（SFE）是利用温度和压力影响超临界流体的溶解能力，在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其按照极性大小、沸点高低和分子量大小有选择性的把混合成分依次萃取出来，将CO2作为流体非常合适，因其本身具有廉价、安全无有害成分等优点。郭红祥[9]等人进行水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法的对比实验。与水蒸气蒸馏法相比，超临界CO2萃取法花椒精油的萃取率可达10%～13%，且萃取时间远远短于水蒸气蒸馏萃取法，工艺流程简单，自动化程度更高，可节约大量的人力，为企业生产节约经济成本。马寅斐等[10]将溶剂提取法与超临界CO2萃取法相结合，通过正交实验，确定最佳的实验条件为萃取压力30 MPa、萃取温度50 ℃、分离釜压力6 MPa、分离釜温度60 ℃。樊振江等[11]人运用超临界CO2萃取花椒精油，对压力、温度、时间进行探究，得出最优的工艺条件为萃取压力30 MPa、萃取温度40 ℃、萃取时间130 min时，花椒精油得率为10.81%。超临界CO2法操作简单、提取纯度高，但存在仪器设备体积大、价格昂贵、能耗高等缺陷。因此，不能大规模的应用于实际生产，而是多用于科学研究或者生产具有高价值的产品方面。

3 花椒精油的用途

3.1 抗菌作用

吴静[12]采用超临界CO2法对花椒精油的化学成分、体外体内抗菌活性及机理进行研究，表明花椒精油对大肠杆菌有明显的抑制效果，且初步确定其抑制机理是破坏细菌细胞结构的完整性，且对感染大肠杆菌致肠道组织破坏的小鼠进行实验，得到花椒精油对其有明显的改善和保护作用。宋丽雅等[13]对超声、回流、闪式3种提取方法进行比较，选出最佳提取方法，运用牛津杯和倍半稀释法测定了花椒精油的抑菌圈及最小抑菌浓度，还测定了花椒精油对细菌培养液的电导率的影响，最终确定花椒精油对部分细菌有抑制作用，且分析了花椒提取液的抑菌机理，即花椒精油可改变细菌细胞膜的通透性，导致细菌细胞内的细胞质和电解质大量渗出，从而使细菌死亡。

3.2 杀虫作用

松材线虫，属于线型动物门，滑刃目，滑刃科，伞滑刃属动物，是一种常见的松树的寄生虫，能诱发松树线虫病。松树线虫病又称松树萎蔫病、松树枯萎病，是一种毁灭性的的病害，具有传播途径多、发病部位隐蔽、发病速度块、潜伏时间长、治理难度大等特点，是世界检疫性的松树病害。近几十年来，世界范围内都在寻找克制松材线虫的杀虫剂。目前，杀虫剂向低毒、高效、绿色环保的方向发展，现已发现骆驼蓬、黄文江鱼藤、桃花心木等植物的提取物对线虫有较明显的抑制作用。束成杰等[14]对青花椒提取物及精油对线虫的抑制程度进行深入探究，通过研究发现青花椒提取物及精油均对线虫有显著的防治作用。0.025%青花椒精油处理线虫4 h后，线虫达到半数致死率;0.1%则为绝对致死量。张凤倩[15]以秀丽隐杆虫为材料，分别探究了青花椒精油和红花椒精油对线虫活性的抑制作用和抑制机理，发现1.0、1.2、1.4 mg·mL-1和1.8 mg·ml-1的青花椒精油和1、2、3 mg·mL-1和

4 mg·mL-1花椒精油对线虫的生存率和寿命长短有明显的抑制作用，且花椒精油对线虫的运动行为有较大影响，这种影响会随着花椒精油的浓度增大而变得明显。

3.3 药理作用

花椒精油对神经系统具有麻醉和镇静的作用。临床医学已把花椒提取物作为消炎止痛的药物。花椒精油可在局部麻醉的基础上，再一次产生麻醉镇痛效果，且不会产生毒副作用，给患者造成二次伤害。袁娟丽[16]

以小鼠为实验材料，通过小鼠耳廓肿胀法、腹腔毛细血管通透性实验、热板法、扭体法等实验手段，观察和研究了花椒精油抗炎，镇痛的药理作用，初步证实花椒挥发油对于急、慢性炎症都产生明显作用，对于急性剧烈疼痛有显著的抑制作用。

鉴于花椒精油有较强的抗菌消炎的作用，研究人员对花椒精油是否可以抑制癌细胞提出了猜想，也进行了各种各样的实验研究。弭向辉[17]经过对花椒精油抗肿瘤细胞的初步研究发现，花椒精油能有效抑制黑色瘤细胞的活性，这种抑制作用与花椒精油浓度和处理时间有关系。由于我国对花椒精油的提取技术还比较薄弱，无法提取出纯度更高的花椒精油，这对花椒精油的充分利用产生了较大的影响，直接影响了花椒的经济价值，这也是研究人员需重点攻克的问题。

3.4 抗氧化作用

超氧阴离子自由基是机体代谢过程中产生的一种自由基。如果人体内积聚大量的超氧阴离子自由基，这些自由基就会攻击正常的细胞，破坏细胞的结构和功能，进而引发人体的某些疾病，如糖尿病、癌症等，影响生命。要清除体内多余的自由基，需摄入一定量的抗氧化剂。日常生活中，常用的抗氧化剂有维生素C、维生素E、褪黑素等。近年来，有研究人员发现，花椒精油中含有黄酮类、酚类、醛类、鞣质类，生物碱类和多糖类等物质，所以花椒精油是一种天然的抗氧化剂。徐坤等[18]进行了维生素C和花椒精油抗氧化性的对比实验，结果发现，花椒精油与维生素C对超氧自由基有一定的清除作用，在相同浓度下，两者的抗氧化能力相差无几，但实验中所用的花椒精油由于纯度较低，因此抗氧化能力略低于维生素C。要提高清除超氧阴离子自由基的能力，需提高花椒精油的纯度。

4 存在问题及解决方法

我国花椒的种植面积广、品种多、产量高。但是国内对花椒进行深加工的企业屈指可数，花椒产业也处于发展缓慢且产业链较短的时期。花椒精油作为花椒果皮的主要成分，化学成分多样，具有特殊的香味，因此可广泛应用于食品、化妆品、医药等领域。但是我国的花椒精油相关产品还处于比较粗糙的阶段，有高经济价值的产品占比较少。

针对我国花椒研究方面存在的问题，研究人员可把花椒相关产业与当今的新型技術手段相结合，如超临界CO2法提取花椒精油在很大程度上提高了精油的纯度。由于花椒精油的化学成分极其复杂，仅用当前的技术手段进行分析，得到的化学物质就有上百种，为使花椒精油被广泛应用，需进行多学科、多领域交叉研究。与生物科学的相关人员可培育更加优质的花椒品种，为提取品质更好的花椒精油生产所需原料;化学领域的研究人员可改进优化提取精油的技术手段，在未来可克服精油纯度低的问题。

5 结语

目前，我国对于花椒精油的研究还处于初级阶段，对花椒精油的功效了解也比较浅显，制得的精油中含有有机溶剂、纯度低，对花椒精油的广泛应用产生较大的局限性。因此，研究更好提取技术，以发掘花椒精油更多的利用价值，依然是花椒行业应该关注的重点。

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[4]罗凯，朱琳，阚建全.水蒸汽蒸馏、溶剂萃取、同时蒸馏萃取法提取花椒挥发油的效果比较[J].食品科技，2012，37（10）：234-236，240.

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