花椒的成分研究及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

王悅秋，梁大偉

(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)與檢驗(yàn)系，四川 雅安 625000)

花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim)屬蕓香科，全世界約有250種，我國(guó)約有45種，13個(gè)變種，主要分布在河南、山東、四川、重慶等地。花椒既是人們?nèi)粘Ｉ畛Ｓ玫恼{(diào)味料，被譽(yù)為我國(guó)傳統(tǒng)的"八大調(diào)味品"之一，又是一種傳統(tǒng)中藥材，具有溫中散寒、除濕、殺蟲等作用。目前，按照中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T1652-2005)，將花椒質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，包括感官評(píng)價(jià)、理化指標(biāo)等，其中感官評(píng)價(jià)包括色澤、氣味、味道和果形顆粒等，理化指標(biāo)包含揮發(fā)油含量、水分和固體雜質(zhì)等，并無麻味物質(zhì)及其他特征指標(biāo)的測(cè)定方法[1]。本文綜述了近年花椒化學(xué)成分及檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展和成果，為建立花椒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系和合理開發(fā)利用花椒資源提供了一定參考依據(jù)。

1 花椒的化學(xué)成分

花椒的化學(xué)成分較復(fù)雜，主要有生物堿、揮發(fā)油、脂肪酸、香豆素和酰胺等，其他成分還包括黃酮苷、甾醇和三萜類。但揮發(fā)油、生物堿、酰胺這三類主要物質(zhì)作為花椒的重要生理活性成分，在一定程度上決定了花椒的屬性、品質(zhì)等，一直以來都是研究的熱點(diǎn)。

1.1 揮發(fā)油

花椒的香氣主要來自于花椒中富含的揮發(fā)油，揮發(fā)油的含量是判斷花椒等級(jí)的主要理化指標(biāo)之一[2]。從結(jié)構(gòu)特征上，該類揮發(fā)油的主要成分有烯烴類、酮類、醇類、酯類和環(huán)氧類等類型的小分子物質(zhì)[3-4]。花椒揮發(fā)油的化學(xué)成分及含量會(huì)受到花椒品種、產(chǎn)地、氣候等很多因素的影響。陳光靜[5]等對(duì)甘肅、陜西、四川三省8個(gè)不同產(chǎn)地紅花椒揮發(fā)油的組成進(jìn)行了分析，研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地紅花椒揮發(fā)油差異較大， 樣品間揮發(fā)油組分不同，相同組分間其含量差異也較大；共有組分含量間存在較大差異，非共有組分的含量都比較低，非共有組分中含量占總含量百分比大于1%的較少，其中共有組分中的主要成分是月桂烯、檸檬烯和桉樹醇。吳素玲[6]等研究發(fā)現(xiàn)花椒揮發(fā)油經(jīng)過放置以后，其成分會(huì)有所變化，花椒破碎后放置的時(shí)問越長(zhǎng)，其揮發(fā)油成分中D-檸檬烯、β-水芹烯等烯類成分比例明顯減少，致使芳樟醇比例不斷升高，放置3個(gè)月后提取的揮發(fā)油中某些烯類成分已消失，如：β-水芹烯含量降至0.12%，D-檸檬烯含量降至0.42%，而芳樟醇含量上升至81.88%，該研究進(jìn)一步說明花椒揮發(fā)油的成分隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定的小分子烯烴類物質(zhì)逐漸衍生為相對(duì)穩(wěn)定的醇類。

1.2 生物堿

生物堿是指天然的含氮有機(jī)化合物(不含氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷等開鏈的簡(jiǎn)單脂肪胺)，它的氮原子常在環(huán)上，大多具有復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和較好的生理活性[7]。花椒屬植物中普遍含有生物堿成分，按其母核結(jié)構(gòu)特征，主要有喹啉衍生物類、異喹啉生物類、苯并菲啶衍生物類[8]。目前，從花椒屬中已分離出大量確定結(jié)構(gòu)的生物堿，其中青花椒堿是第一個(gè)從花椒屬植物中發(fā)現(xiàn)的4-喹啉酮類生物堿[9]。關(guān)榮琴[10]等對(duì)四川茂汶花椒、陜西韓城花椒、云南青花椒中的生物堿含量進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)其光譜學(xué)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)青花椒和紅花椒兩個(gè)不同品種之間生物堿種類有差異；不同產(chǎn)地的相同品種，其主要成分相同，含量略有差異，說明生物堿含量受氣候條件、土壤水分和光照強(qiáng)度等影響而存在差異。

1.3 酰胺類物質(zhì)

酰胺類物質(zhì)是花椒重要的活性成分之一，是花椒呈麻味的主要成分，花椒屬植物中的酰胺類結(jié)構(gòu)大多為鏈狀不飽和脂肪酰胺，以山椒素為代表，具有強(qiáng)烈的刺激性[11]。理化性質(zhì)方面，花椒酰胺類物質(zhì)多為白色結(jié)晶體，易溶于氯仿，加熱時(shí)溶于石油醚，難溶于甲醇和乙醇；結(jié)晶體在室溫下放置數(shù)分鐘后會(huì)變成黃色黏膠狀，極性大，易溶于甲醇和丙酮，難溶于氯仿，不溶于石油醚。因此，花椒酰胺類物質(zhì)常置于安瓿瓶中，并充氮?dú)獗Ｗo(hù)，低溫下保存[12-14]。李菲菲[15]等對(duì)來自不同產(chǎn)地14種花椒中的酰胺類物質(zhì)含量進(jìn)行了測(cè)定，研究發(fā)現(xiàn)花椒中的酰胺類物質(zhì)的含量與產(chǎn)地、氣候和海拔有著密切聯(lián)系，結(jié)果表明高山區(qū)紅花椒的總酰胺含量>竹葉花椒>低山區(qū)紅花椒。李霄潔[15]等以漢源紅花椒為原料，分析了漢源產(chǎn)紅花椒葉和果皮中酰胺類物質(zhì)的組成成分，發(fā)現(xiàn)兩者中的酰胺類物質(zhì)成分基本是相同的，都含有羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素、羥基-γ-山椒素等酰胺類物質(zhì)，雖然花椒葉中的酰胺類物質(zhì)含量比花椒果皮中較少，但仍可以提供麻味物質(zhì)。因此，花椒葉可以作為新型食品資源和調(diào)味料。

2 花椒成分的檢測(cè)技術(shù)

隨著近年來物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)及精密儀器制造等學(xué)科技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到花椒成分的檢測(cè)中，目前常見的定量檢測(cè)方法主要有紫外分光光度法(UV)、高效液相色譜法(HPLC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)法(GC-MS)、近紅外光譜檢測(cè)法(NIR)及電位滴定法、薄層層析檢測(cè)法(TLC)等。

2.1 高效液相色譜法(HPLC)

高效液相色譜法常被應(yīng)用于花椒中酰胺類物質(zhì)的檢測(cè)。因不同花椒品種的不飽和脂肪酰胺種類不相同，且花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品很難制備，容易氧化，不能暴露在空氣中，所以目前國(guó)內(nèi)還沒有市售的相關(guān)花椒麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品。但建立花椒中酰胺類物質(zhì)含量測(cè)定的高效液相色譜法首要條件就是要有其標(biāo)準(zhǔn)品，因此，目前文獻(xiàn)報(bào)道的花椒酰胺的高效液相色譜檢測(cè)法多采用硅膠柱層析、制備型高效液相色譜等分離方法系統(tǒng)分離純化花椒及其提取物中酰胺類物質(zhì)，作為其標(biāo)準(zhǔn)品使用[16-19]。王洪偉[20]等應(yīng)用氣相色譜法、高效液相色譜法、分光光度計(jì)法對(duì)花椒麻味物質(zhì)的含量進(jìn)行定量檢測(cè)分析，并比較了三種檢測(cè)方法的技術(shù)指標(biāo)以及在實(shí)際檢測(cè)中的效果，結(jié)果表明高效液相色譜檢測(cè)法在精確度、準(zhǔn)確度、檢測(cè)限等方面優(yōu)于其它兩種檢測(cè)方法。

高效液相色譜法還被應(yīng)用于花椒揮發(fā)油中花椒油素的含量測(cè)定，以及生物堿成分如白屈菜紅堿、茵芋堿的含量檢測(cè)，但操作多較為繁瑣、檢測(cè)條件要求相對(duì)嚴(yán)格。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)

目前氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)較為廣泛地應(yīng)用于花椒揮發(fā)油成分組成和含量檢測(cè)中。與單獨(dú)使用氣相色譜法相比較，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)不僅能對(duì)花椒揮發(fā)油成分進(jìn)行測(cè)定，還能對(duì)揮發(fā)油組成成分進(jìn)行定性檢測(cè)。因此很多學(xué)者將氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于不同品種、不同產(chǎn)地以及不同提取方法等的花椒揮發(fā)油定性、定量分析，這為提高花椒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平提供了理論基礎(chǔ)。如李江濤[21]等采用常壓水蒸氣蒸餾法提取花椒中的揮發(fā)油，并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析了揮發(fā)油的化學(xué)成分及其含量，結(jié)果分離出了100余種化合物，共鑒定出52種， 占揮發(fā)油總量的61.47%，其中絕大多數(shù)為萜類化合物及其衍生物，其中萜烯醇含量高達(dá)20.03%，桉油精為5.57%，胡椒酮為4.6%。吳素玲[6]等采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)考查了前處理方法及提取方法對(duì)重慶江津青花椒揮發(fā)油成分的影響研究，結(jié)果表明原料破碎前后主要化學(xué)成分變化不大，但烯類成分較容易被提取出來。此外，傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法(HD法)、微波輔助水蒸氣蒸餾法(MAHD法)和無溶劑微波提取法(SFME法)三種提取方法對(duì)花椒精油的主要化學(xué)成分影響不大。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)還應(yīng)用到花椒酰胺類物質(zhì)的檢測(cè)[22-23]，但樣品需經(jīng)過復(fù)雜的前期處理，以去除花椒揮發(fā)油的干擾。此外，該儀器較昂貴，檢測(cè)成本相對(duì)較高，一定程度上限制其在該類產(chǎn)品成分檢測(cè)上的使用。

2.3 近紅外光譜法(NIR)

近紅外光譜分析是指波長(zhǎng)介于可見光區(qū)與中紅外光區(qū)之間的電磁波，是一種快速檢測(cè)物質(zhì)化學(xué)組分含量的一種現(xiàn)代光譜技術(shù)，具有分析過程綠色化(無需使用化學(xué)試劑)、快速、無破壞性以及多組分分析等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)與石化行業(yè)中，尤其是在線檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方面，近紅外光譜分析技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用空間[24]。

徐云[24]等首次提出了建立基于單籽粒紅花椒的近紅外光譜定量分析模型，用于花椒的揮發(fā)油含量檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)選擇了重慶地區(qū)收集的紅花椒樣品74份，采用全譜分析，集合異常樣品剔除方法及模型優(yōu)化方法，建立了74份紅花椒揮發(fā)油的近紅外模型。實(shí)驗(yàn)表明所建立的單籽?；ń窊]發(fā)油的近紅外定標(biāo)模型具有較好的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)能力。該方法為花椒的無損、快速檢測(cè)提供了一種可能的途徑。吳習(xí)宇[25]等將花椒復(fù)雜的化學(xué)組分作為整體研究對(duì)象，采用近紅外光譜分析技術(shù)建立花椒的圖譜庫，同時(shí)結(jié)合模式識(shí)別方法對(duì)不同產(chǎn)地的花椒樣品進(jìn)行模式識(shí)別研究，建立了一種快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的花椒產(chǎn)地鑒別方法，為保證名品花椒、產(chǎn)地優(yōu)選提出一種新的方法。

近紅外光譜分析技術(shù)除了應(yīng)用于花椒揮發(fā)油含量檢測(cè)外，近年來也被應(yīng)用于花椒麻味物質(zhì)[26]、生物堿成分[27]的檢測(cè)，為快速檢測(cè)花椒組成成分提供了可行性方案。該技術(shù)通過多種數(shù)據(jù)預(yù)處理和模型優(yōu)化方法，建立花椒組分的近紅外光譜定量模型，對(duì)花椒中揮發(fā)油、麻味物質(zhì)等進(jìn)行含量測(cè)定，與傳統(tǒng)方法相比大大縮短了測(cè)定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)?？梢蕴岣呋ń肥召彙⑸罴庸?、銷售等環(huán)節(jié)中的工作效率，為花椒產(chǎn)地的識(shí)別及追溯提供技術(shù)支持，具有實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

2.4 其他方法

除了上述文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)較多的檢測(cè)技術(shù)外，紫外可見分光光度、酸性染料比色法及甲醛快速滴定法等也應(yīng)用于花椒成分分析中。如付陳梅[28]等研究了紫外分光光度計(jì)法測(cè)定花椒油中酰胺類物質(zhì)含量的最佳工藝條件，結(jié)果表明采用甲醇萃取花椒油中的酰胺類物質(zhì)，萃取時(shí)間為4 h，萃取溫度為40℃，具有良好的回收率和重復(fù)性。石雪萍[29]等采用酸性染料比色法，以白屈菜紅堿為對(duì)照品，在pH值=7.6的條件下，以溴甲酚綠為指示劑，通過氯仿萃取，在425 nm波長(zhǎng)處測(cè)定氯仿層吸收度，測(cè)定花椒中總生物堿含量，結(jié)果表明該方法操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，可用于花椒的質(zhì)量控制。李菲菲[15]等建立花椒麻味物質(zhì)(酰胺類)總含量的快速檢測(cè)技術(shù)，即甲醛滴定法，與常規(guī)的花椒麻味物質(zhì)測(cè)定方法相比較，該方法雖靈敏度不高，但檢測(cè)成本較低廉，操作簡(jiǎn)單、快捷，且能夠相對(duì)準(zhǔn)確檢測(cè)出花椒所含的總酰胺含量，具有一定的普適性。

3 結(jié)論

花椒由于本身組成成分極其復(fù)雜，其成分又因?yàn)楫a(chǎn)地、品種等不同存在很較大的差異，目前除其中的揮發(fā)油外，并無其他特征成分的的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法。因此，為了促進(jìn)花椒的精深加工、穩(wěn)定花椒制品品質(zhì)和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，科研工作者應(yīng)積極結(jié)合現(xiàn)代分析技術(shù)，基于普適性等原則，建立特征成分的可操作性強(qiáng)的檢測(cè)方法，特別是建立某些特征成分指標(biāo)的快速檢測(cè)法，同時(shí)對(duì)不同產(chǎn)地、不同品種花椒的特征成分建立數(shù)據(jù)庫，從而建立花椒及其制品有效的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。