花椒精油提取方法、成分分析、生物活性及实际应用研究进展

曲梦锐 刘雨辰 吴浩浩 王东营

摘要：花椒是我国广泛应用的八大调味香料之一，花椒精油是从花椒果皮或籽中提取出来的一种具有芳香气味的浅黄绿色油状液体。其化学成分复杂，通常由萜类、烯类、醛类、酮类、醇类等化学物质组成；药理作用广泛，具有抗氧化、抑菌、镇痛、消炎、驅虫等功效，被广泛应用在食品、医药、化妆品等领域。文章阐述了花椒精油的不同提取方法及其优缺点，分析了花椒精油的化学成分以及生物活性，并通过对国内外研究现状进行分析，具体阐述了花椒精油在果蔬保鲜、肉制品保鲜以及生物医药等领域的应用并对其研究进行了展望，以期为花椒精油的产业化发展提供理论参考。

关键词：花椒；精油；提取方法；生物活性；实际应用

中图分类号：TS264.3      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2024）04-0201-05

Research Progress on Extraction Method， Component Analysis， Bioactivity

and Practical Application of Zanthoxylum bungeanum

Maxim. Essential Oil

QU Meng-rui， LIU Yu-chen， WU Hao-hao， WANG Dong-ying*

（College of Food Science and Engineering， Henan University of Technology，

Zhengzhou 450001， China）

Abstract： Zanthoxylum bungeanum Maxim. is one of the eight flavoring spices widely used in China. Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil is a light yellow-green oily liquid with aromatic smell extracted from the peel or seed of Zanthoxylum bungeanum Maxim.. Its chemical components are complex， usually consisting of terpenes， alkenes， aldehydes， ketones， alcohols and other chemical substances. It has a wide range of pharmacological effects， including antioxidation， antibacterial， analgesic， anti-inflammatory， and insect repellent effects， and is widely used in food， medicine， cosmetics and other fields. In this paper， the different extraction methods of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil and their advantages and disadvantages are elaborated， the chemical components and bioactivity of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil are analyzed， the application of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil in the fields of fruit and vegetable preservation， meat product preservation and biomedicine are expounded specifically through the analysis of the research status at home and abroad， and its research is prospected， in order to provide theoretical references for the industrial development of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil.

Key words： Zanthoxylum bungeanum Maxim.; essential oil; extraction method; bioactivity; practical application

收稿日期：2023-09-26

基金项目：国家自然科学基金项目（32001744）

作者简介：曲梦锐（2000—），女，硕士研究生，研究方向：食用油的分析与检测。

*通信作者：王东营（1985—），男，副教授，博士，研究方向：调味油脂的生产工艺与质量控制。

植物精油（essential oil）又称挥发油，是一类具有生物活性的芳香物质，大多提取于草本植物的花、果实、种子、茎叶等部位。植物精油是一类复杂的小分子次生代谢物，其化学组成复杂，主要包括萜烯类衍生物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含氮化合物、含硫化合物等[1]，表现出抑菌、抗氧化、驱虫等生物活性，因此，植物精油被广泛应用于食品、医疗、化妆品等行业。

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）又名檓、秦椒、蜀椒、川椒或山椒，为多年生芸香科花椒属落叶灌木或小乔木植物[2]。花椒原产于中国，现在东亚和东南亚的亚热带与热带地区均有种植。成熟的花椒果皮呈鲜红色（见图1），气味麻香诱人，其果皮、叶子常在食品烹饪等加工中应用；此外，花椒还是一种常见的药用植物，其性辛散温燥，入脾胃，常用于治疗小儿积食、腹泻、呕吐和各种疼痛（如腹痛、牙痛等）[3—4]。

花椒果皮和籽粒均富含精油，可通过水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法和超临界CO2萃取法等技术从中提取花椒精油[5]。研究表明，花椒精油化学成分复杂，主要由萜类、烯类、醛类、酮类、醇类等物质组成。化学成分决定功能特性，表现出抗氧化、抑菌、杀虫、镇痛、抗炎等生物活性[6-8]，在医药、食品、化妆品等领域均有应用。本文综述了花椒精油的提取方法、成分分析及实际应用等方面的研究进展，以期为花椒精油的工业化生产及实际应用提供理论依据。

1 花椒精油的提取方法

花椒精油在常温下是不溶于水、易溶于有机溶剂的具有挥发性气味的淡黄绿色或无色油状液体。根据其理化特性，目前常采用水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法或有机溶剂萃取法等技术进行提取制备。在实际生产中，应根据不同的试验条件及要求选择适宜的提取方法。

1.1 水蒸气蒸馏法

花椒精油具有易挥发、难溶于水、化学性质较稳定的特点，因此可采用水蒸气蒸馏法提取。其基本原理是利用各组分蒸汽压力的不同将挥发性成分从植物原料中分离出来，此法是精油提取工艺中最常应用的方法之一。该提取方法在实际生产中具有操作方便、设备简单、成本低廉等优点，但同时也存在着能耗较大、提取率较低、耗时长等缺点。张怀予等[9]在单因素试验的基础上，通过响应面优化确定了花椒精油的最佳提取工艺，即在料液比为1∶9（质量和体积比）、蒸汽量 73 mL、蒸馏时间 96 min的条件下，花椒精油提取率达到 6.71%，与理论预测得率 6.64%较接近。邓凯文等[10]通过单因素试验与正交试验设计水蒸气蒸馏法提取花椒精油，研究发现浸泡时间对花椒精油得率的影响基本可以忽略，而短时超声、回流时间对精油提取率有较大影响，因此得出料液比1∶25、回流时间 4 h、超声时间 20 min为最优提取条件，在此条件下花椒挥发油提取率可达 9.74%。

1.2 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法的基本原理是以超临界CO2作为溶剂，在超临界状态下一些物质会有特殊的溶解性，改变压力、温度等条件可以使其被溶解分离出来。这种萃取方法在实际操作中具有能耗低、无毒无害、无污染、可以有效避免有机溶剂残留等优点，但生产成本较高，不适宜工业化大规模生产。张慧等[11]设计了正交试验优化超临界CO2萃取技术提取花椒精油，试验发现萃取温度对精油提取率的影响最大，其次是CO2流量，萃取压力对其影响最小；超临界CO2萃取最佳工艺条件为萃取压力 30 MPa、萃取温度 40 ℃、CO2流量19～20 L/h，在此条件下花椒精油提取率最高，可达 13.4%。Lian等[12]采用三水平Box-Behnken析因设计和响应面对超临界CO2萃取法提取花椒精油的条件进行了优化，在萃取压力 29.28 MPa、萃取温度 41.19 ℃、改性剂添加量10.94%的条件下，精油提取率最高。刘琳琪等[13]采用超临界CO2萃取法与传统的水蒸气蒸馏法提取花椒精油，分析发现超临界CO2萃取法的精油提取率更高，可达12.70%，而且所得挥发油含有更高的花椒油素。

1.3 有机溶剂萃取法

有机溶剂萃取法是以苯、石油醚、乙醚、二氯甲烷、无水乙醇等有机溶剂作为萃取剂，利用相似相溶的原理将原料中的精油萃取出来的方法。此法无需加热、工艺简单、提取率高，但存在有机溶剂残留等问题，不适宜提取可食用的精油。韩同山[14]对比了乙醇、乙醚、丙酮和水4种不同溶剂的花椒精油率提取，试验表明，用乙醇作为溶剂提取花椒精油效果最好，且随着乙醇浓度的增加，花椒精油得率也增加。宋蓉等[15]以不同有机溶剂作为萃取剂提取花椒精油，研究发现不同萃取剂提取的精油在得率和成分上有一定的差异，其中以石油醚和乙醚为溶剂的提取率相对较高，而乙醚提取的精油抗菌活性最强。

以上几种提取技术的优缺点对比见表1。

2 花椒精油的成分分析

对花椒精油的研究以及相关新产品的开发关键是对其化学成分进行分析。由于原材料采收时间、干燥方法、提取方法、使用溶剂的差异等因素，提取的花椒精油在成分和含量上有较大差异[16]。国内外有很多关于花椒精油成分的研究，认为烯烃类化合物、醇类化合物、酮类化合物和酯类化合物等是其主要成分。

Zhao等[17]采用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-嗅觉-质谱（GC-O-MS）和二维气相色谱-嗅觉-质谱（GC×GC-O-MS）对四川汉源花椒的挥发性香气成分进行分析，结果表明，月桂烯、柠檬烯、（E）-β-罗勒烯、β-立方烯、桉树脑、芳樟醇和乙酸芳樟酯是汉源花椒精油的主要芳香活性成分。Wang等[18]采用气相色谱-质谱法对花椒精油成分进行分析，结果表明花椒精油主要化学成分为芳樟醇、柠檬烯和桧烯，其对脂质氧化、蛋白质氧化、微生物生长等具有良好的抑制作用。刘飞等[19]通过气相色谱-质谱联用法（GC-MS）和色谱-质谱自动处理与鉴定系统——AMDIS结合保留指数分析了花椒与青花椒挥发油组成成分，结果发现花椒精油主要含有芳樟醇、乙酸芳樟酯、α-松油醇、4-萜品醇、柠檬烯，而青花椒精油的主要成分为爱草脑、大根香叶烯、D-柠檬烯、芳樟醇、石竹烯；因此，不同品种和产地的花椒精油组分存在一定差異。吴静[20]通过气相色谱-质谱联用仪对花椒精油的主要化学成分进行分析，结果发现，花椒精油中主要含有烃类含氧有机化合物和萜烯类化合物两大类，其中含量较高的5种化合物分别是2，6，9，11-十二烯-1-羧酸甲酯、乙酸-4-萜烯酯、氧化石竹烯、D-柠檬烯、桉叶油醇。Liu等[16]通过提取6个不同品种的花椒精油并对其成分进行分析，结果发现不同品种的花椒精油成分略有差异，其中韩城狮子头（Ⅵ）花椒精油的主要活性成分为樟脑烯、β-月桂烯，丰县美凤椒精油的主要活性成分芳樟醇，秦安（Ⅰ）花椒精油含有大量的柠檬烯，表明不同品种花椒提取的精油在成分上存在明显的差异，因其特征成分不同而具有相应的应用潜力。

3 花椒精油的生物活性研究

近年来，随着人们对植物精油研究的深入，发现精油的化学成分决定其生物活性。花椒精油中含有醇类、酯类、酮类、醛类、酚类、萜烯类等化学成分，具有抗氧化、抑菌、杀虫、驱虫等多种生物活性。

3.1  抗氧化性

目前，众多文献报道了花椒精油具有抗氧化活性，尤其在DPPH自由基清除以及脂质氧化方面表现出较好的效果，并且证实了其抗氧化活性主要取决于所含的活性化合物。赵晨等[21]通过使用花椒精油与 VE 、VC 的阳性对照研究了花椒精油对脂质氧化的抑制作用，结果表明花椒精油中含有的萜类物质可能是抑制脂质氧化的关键成分。Tanoh等[22]通过水蒸气蒸馏法分别提取了花椒叶、树皮、树干、树根中精油，对比发现树根中精油富含麝香草酚和倍半萜类，而树叶、树干和树皮中精油富含单萜类化合物，采用2，2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）自由基清除能力和铁离子还原能力（FRAP）测定精油的抗氧化活性，结果表明，花椒树的不同部位提取的精油均具有一定的抗氧化能力，而从花椒树根中提取的精油具有最高的抗氧化活性。Li等[23]研究了花椒精油对鲢鱼不同肌肉部位脂质稳定性的影响，通过测定肌肉的己醛含量、硫代巴比妥酸反应物值和脂肪氧合酶活性，结果发现花椒精油具有一定的抗氧化活性，可以作为天然来源的抗氧化剂使用。

3.2 抑菌性

大量研究表明，植物精油中含有大量的小分子物质如黄酮类、醛类、酚类、萜烯类等，这些物质对食品中腐败菌和致病菌均具有抑制作用。王峰等[24]通過对比水蒸汽蒸馏法、超临界萃取法和亚临界萃取法3种不同方法提取花椒精油的抗菌性，结果显示3种方法提取的花椒精油对金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、绿脓杆菌的生长均有抑制作用，且差异不大。Li等[25]通过研究花椒精油对接种了硫色镰刀菌的马铃薯块茎生长的影响发现，花椒精油和α-蒎烯均能直接抑制真菌生长，且花椒精油的抑制效果比α-蒎烯更明显。Zhu等[26]研究了花椒精油对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌和大肠杆菌生长情况的影响，结果发现花椒精油对受试菌株的生长和形态结构均产生不利影响，且最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）分别在1.25～5.0 mg/mL和 2.5～20 mg/mL范围内。Lei等[27]研究了花椒精油对大肠杆菌（E.coli）的体外抑制作用，通过体外最小抑菌浓度（MIC）分析、琼脂纸片扩散试验和大肠杆菌生长曲线分析，结果表明花椒精油对大肠杆菌的生长有很好的抑制作用。

3.3 杀虫、驱虫

植物精油对害虫具有驱避、抑制产卵、熏蒸和触杀等生物活性，被广泛用于防治害虫。与化学杀虫剂相比，植物精油对非靶标害虫的毒性小，可以作为化学杀虫剂的替代品[28]。赵雪娜等[29]通过触杀和熏蒸试验筛选出对赤拟谷盗虫卵的孵化抑制和杀虫效果最佳的精油品种，研究发现，随着精油熏蒸浓度的升高，卵的孵化率越来越低；其次，东北青花椒的杀虫效力最佳，结合GC-MS分析发现，东北青花椒精油中芳樟醇含量最高，而江津青花椒、汉源红花椒、韩城红花椒精油中柠檬烯含量较高，但是杀虫效果却次于东北青花椒精油，由此可以看出花椒精油中芳樟醇是杀虫卵的主要成分。Kim等[30]通过浸泡香茅油、花椒油和香草醛组成混合物来制备驱蚊剂，采用GC-MS分析混合物的成分，试验结果表明含有芳樟醇、香叶醛、橙花醛和香草醛物质的混合物在试验箱和室内条件下表现出良好的驱蚊性。Chakira等[31]以乙醇为溶剂分别从胡椒、山苍子、花椒和姜黄中提取4种精油，在实验室和温室条件下评估这些精油和其中的两种主要化合物（芳樟醇和胡椒碱）对水稻害虫的雌性成虫和第三代若虫的排斥性，结果证明4种精油均可作为有效的驱避剂，且起作用的有效成分可能是芳樟醇和胡椒碱。

4 花椒精油的实际应用

近年来，随着人们健康观念的提升以及对绿色天然产品的追求，花椒精油作为花椒的天然提取物，其应用范围越来越广，不仅被应用在食品如果蔬、肉制品等的保鲜方面，在医药、化妆品等领域的应用也有所涉及。

4.1 在果蔬保鲜中的应用

果蔬制品水分、糖含量较高，在日常的采摘、运输、贮藏、销售过程中极易出现腐烂变质的情况，因此在果蔬制品贮运过程中使用一些外源保鲜剂来延长其货架期是不可避免的。随着人们生活水平的提高以及健康观念的变化，人们对于外源保鲜剂的要求也更加严苛，而花椒精油中含有大量的抑菌、抗氧化等活性成分，有作为绿色天然防腐剂的潜在价值。杨波等[32]以β-环糊精为壁材制备了含有植物精油的固体保鲜剂，并考察了其对芒果的保鲜效果，试验结果表明植物精油保鲜剂能够抑制芒果水分流失，延缓果实硬度和VC含量下降等。Zhang等[33]通过静电纺丝技术制备了含有花椒精油的聚乙烯醇/β-环糊精纳米纤维活性包装膜，结果显示，经含花椒精油的活性包装膜包裹处理的草莓和樱桃可以在 10 d的贮藏期内保持新鲜，而其他未经处理的对照组则霉变严重。代亨燕等[34]通过微胶囊技术制备了含有丁香、花椒、大蒜、生姜4种天然香辛料精油的固体保鲜剂，研究了4种类型的保鲜剂对黄瓜贮存过程中腐烂率、失重率、呼吸强度、总糖含量和叶绿素含量变化的影响，结果表明用精油制成的保鲜剂对黄瓜有显著的保鲜效果，其中含丁香精油的保鲜剂保鲜效果最好，花椒次之，大蒜的保鲜效果最差。

4.2 在肉制品保鲜中的应用

肉类制品含有丰富的蛋白质和脂肪，可以提供人体所需的能量以及营养素，是人类膳食结构中必不可少的。然而在贮藏过程中，随着时间的延长以及贮藏条件不当等因素，极易出现脂质氧化酸败、微生物污染等问题。近年来，关于植物精油抑制肉制品中脂肪氧化和微生物生长有大量报道。He等[35]建立了一种超低温贮藏-结冰（SS-IG）的方法，将新鲜三文鱼生鱼片涂上0.3%的花椒精油，并在 （－1±0.2） ℃下储存25 d发现，生鱼片表面形成了基于花椒精油的冰釉层，微生物种群的生长及脂质氧化程度被限制在较低的范围内，表明涂抹花椒精油可以有效地保持生鱼片在贮藏过程中的整体品质。Li等[36]将花椒叶提取物添加到盐腌鲢鱼中，研究花椒叶提取物对其背肌和腹肌的挥发性化合物形成的影响，结果表明添加花椒叶提取物能够降低由氧化形成的挥发性化合物含量，延缓脂质氧化，可以作为天然抗氧化剂和食品添加剂来改善鲢鱼的风味。Wang等[18]通过研究不同浓度的花椒精油对兔肉肉饼理化指标变化的影响，研究发现花椒精油对兔肉的脂质、蛋白质氧化、微生物生长和挥发性盐基氮的生成具有良好的抑制作用，并减缓了兔肉在 12 d贮藏期间色泽和 pH 值的变化。

4.3 在医药领域的应用

花椒是著名的药食同源作物，在食品领域作为调味香辛料被广泛使用，在麻醉、消炎、镇痛等医药领域亦有应用；随着研究的深入，花椒精油作为花椒的天然提取物在医药领域的应用也被不断探索。Sharma等[37]利用组胺气溶胶诱导的豚鼠和卵清蛋白致敏的大白鼠支气管收缩，研究了花椒精油的抗哮喘作用，结果显示花椒精油具有舒张气管松弛和抗哮喘的作用。韩胜男等[38]通过研究花椒精油对宫颈癌HeLa细胞、A549肺癌细胞和白血病K562细胞生长情况的影响，发现花椒精油对这3种肿瘤细胞的生长均表现出一定的抑制作用，表明花椒挥发油具有良好的体外抗肿瘤作用。Zhang等[39—40]研究了花椒果皮精油对葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠实验性结肠炎的保护作用及其机制，结果表明花椒果皮精油可以显著减少促炎介质的产生，减轻由葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠实验性结肠炎的发生。

5 总结和展望

成熟的花椒果皮呈鲜红色，气味麻香诱人，具有良好的食用和药用价值。其精油化学成分复杂，通常由萜类、烯类、醛类、酮类、醇类等化学物质组成；药理作用广泛，具有抗氧化、抑菌、消炎、镇痛、驱虫等生物活性，被广泛应用在食品、医药、化妆品等领域。近年来，国内外众多学者对花椒精油的研究集中在提取方法、成分分析等方面，而关于花椒精油其他生物活性、作用机理、抑菌等方面的研究较少；花椒精油作为天然防腐剂，对食品风味的影响小，可广泛应用于食品抑菌保鲜行业，其保鲜效果甚至優于人工合成的抗氧化剂。因此，今后的研究可以向这方面倾斜，以拓宽花椒精油的应用范围。

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