花椒精油的提取及應用研究

郭娜 李簫樂 王香愛

摘 要：我國是花椒生產(chǎn)大國，近年來發(fā)現(xiàn)花椒精油具有很多特性。本文介紹了國內(nèi)外研究花椒精油的現(xiàn)狀，綜述了花椒精油的提取方法以及不同方法的優(yōu)缺點，概括了花椒精油的用途，提出了花椒精油研究所存在的問題和解決方法。

關鍵詞：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

中圖分類號：TS224.4

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim）屬蕓香科植物，在我國分布較廣，北起東北南部，南至五嶺北坡，西南至西藏東南部。花椒果實的主要成分是花椒精油，由于各地區(qū)的土壤、降雨量、光照時間等差異較大，導致不同地區(qū)花椒中的精油含量和化學成分有所不同?；ń饭麑嵵芯偷暮繛?%～7%，花椒精油是花椒香氣的主要來源，其成分不僅與產(chǎn)地有關，還會因提取方法及條件的不同而有所差異，同時花椒精油還能應用于醫(yī)藥、殺蟲劑、農(nóng)藥等的合成。我國從20世紀90年代就已經(jīng)開始對花椒的提取應用進行研究，目前常見的主要提取方法有水蒸氣蒸餾法、浸取法、溶劑浸取法、同時蒸餾萃取法和超臨界CO2萃取法等，不同的方法和溶劑都會直接影響花椒精油的提取含量、效率和主要成分。本文主要就我國當前提取花椒精油的方法和應用進行綜述。

1 花椒精油的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

世界上花椒的品種大約有250種，在亞洲、美洲、非洲的熱帶及亞熱帶地區(qū)分布較多，亞洲花椒的主產(chǎn)區(qū)主要有中國、韓國、日本等。日本更是培育出了很多花椒新品種，這為提取出優(yōu)質(zhì)的花椒精油奠定了良好的基礎，這些花椒新品種不僅無刺，而且提取的花椒精油產(chǎn)率較高、香味濃烈、留香時間長。早在20世紀初就有日本學者對花椒精油的成分進行了分析，并成功地發(fā)現(xiàn)花椒的辣味來自于精油中所含有的一種名叫辣味醇的物質(zhì)。而韓國近幾年則致力于花椒精油的化學成分方面的研究，韓國學者通過不同的方法從花椒精油中提取出了不同的物質(zhì)。美國、泰國等國家的科學家對花椒精油的主要成分進行研究，發(fā)現(xiàn)了花椒精油的抗菌活性和其特殊的理化性質(zhì)，并指出花椒精油的主要成分是乙酸香葉酯等。

我國的花椒精油主要被制成調(diào)味油而出現(xiàn)在餐桌上。隨著科學技術的迅速發(fā)展，花椒精油越來越多的用途被人類發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)市場對花椒的需求量也與日俱增。我國的花椒種植面積已經(jīng)超過12萬hm2，且呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，也逐漸形成了花椒種植產(chǎn)業(yè)基地。

2 提取方法

2.1 水蒸氣蒸餾法

花椒中的揮發(fā)油可同水蒸氣一起被蒸餾出來，水蒸氣蒸餾法操作簡單，利用的原理是與水蒸氣相互不溶解的混合物的蒸氣壓小于各組分的飽和蒸氣壓。在實驗室用此方法對花椒精油進行提取，初步得到的精油提取率為14.25%，精油呈半透明，顏色呈淡黃綠色，清澈油狀液體，具有濃郁的芳香味。張懷予等[1]用甘肅的武都大紅袍為實驗原料，采用水蒸氣蒸餾法提取花椒精油，得到最佳工藝條件：蒸餾時間96 min，蒸氣量73 mL、料液比值0.11（g∶mL），在此條件下花椒精油的提取率為6.71%。莊世宏[2]采用常規(guī)的水蒸氣蒸餾法和循環(huán)水蒸氣蒸餾法，對花椒精油的提取得率進行對比，得出循環(huán)水蒸氣蒸餾法要比常規(guī)水蒸氣蒸餾法所得精油高出一倍。水蒸氣蒸餾法是最常用的提取精油方法之一，這種方法運用設備簡單、操作方便、節(jié)省能源，但存在提取得率低等方面的不足。

2.2 溶劑提取法

不同溶劑會對花椒精油的提取率產(chǎn)生不同的影響。宋蓉[3]等分別采用石油醚、乙醚、二氯甲烷和無水乙醇這4種溶劑對花椒精油進行提取，并采用氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析化學成分，得到石油醚和乙醚的提取率相對較高，其中乙醚提取的精油抗菌活性最強，并鑒別出精油中含有大量的乙酮。羅凱[4]等利用溶劑萃取法提取的花椒精油得率達到8.37%，相比于傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法，有更高的得率。韓同山[5]用4種不同溶劑對花椒精油的提取進行研究，得到用無水乙醇作溶劑，溫度在78 ℃，采用回流提取的方法，提取4 h，在此條件下，精油的最高產(chǎn)率可達11.84%。利用溶劑萃取法可提高花椒精油的產(chǎn)率，也可利用所選取的溶劑的極性進行更合適的提取，由于存在較多的溶劑殘留會影響花椒精油的風味和成分。

2.3 同時蒸餾萃取法

同時蒸餾萃取法（SDE）的優(yōu)點是將蒸餾和提取這兩步操作合二為一、同時進行，這種方法具有良好的重復性，可有效提高花椒精油微量成分的提取率[6]。

秦軍[7]等利用同時蒸餾萃取法萃取2.5 h，將萃取液在1 g無水NaSO4中進行干燥，得率4.1%，然后在其基礎上進行微波輔助同時蒸餾萃取法，產(chǎn)率提高到8.9%。龍園園[8]等采用同時蒸餾萃取法，得最佳條件為加水量5.5倍、提取時間3.5 h、乙醚用量41 mL、粉碎度80目時，揮發(fā)油的提取率為3.59%。蒸餾萃取法與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法相比，操作更簡單，且節(jié)約溶劑，同時由于揮發(fā)油在溶劑中，避免轉(zhuǎn)移的損失。

2.4 超臨界CO2萃取法

近年來，隨著研究方法的不斷更新，許多新型方法被不斷研究和采用，如超臨界流體萃取、固相微萃取等也被運用在提取精油的操作技術中。超臨界CO2萃取（SFE）是利用溫度和壓力影響超臨界流體的溶解能力，在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其按照極性大小、沸點高低和分子量大小有選擇性的把混合成分依次萃取出來，將CO2作為流體非常合適，因其本身具有廉價、安全無有害成分等優(yōu)點。郭紅祥[9]等人進行水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法的對比實驗。與水蒸氣蒸餾法相比，超臨界CO2萃取法花椒精油的萃取率可達10%～13%，且萃取時間遠遠短于水蒸氣蒸餾萃取法，工藝流程簡單，自動化程度更高，可節(jié)約大量的人力，為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約經(jīng)濟成本。馬寅斐等[10]將溶劑提取法與超臨界CO2萃取法相結(jié)合，通過正交實驗，確定最佳的實驗條件為萃取壓力30 MPa、萃取溫度50 ℃、分離釜壓力6 MPa、分離釜溫度60 ℃。樊振江等[11]人運用超臨界CO2萃取花椒精油，對壓力、溫度、時間進行探究，得出最優(yōu)的工藝條件為萃取壓力30 MPa、萃取溫度40 ℃、萃取時間130 min時，花椒精油得率為10.81%。超臨界CO2法操作簡單、提取純度高，但存在儀器設備體積大、價格昂貴、能耗高等缺陷。因此，不能大規(guī)模的應用于實際生產(chǎn)，而是多用于科學研究或者生產(chǎn)具有高價值的產(chǎn)品方面。

3 花椒精油的用途

3.1 抗菌作用

吳靜[12]采用超臨界CO2法對花椒精油的化學成分、體外體內(nèi)抗菌活性及機理進行研究，表明花椒精油對大腸桿菌有明顯的抑制效果，且初步確定其抑制機理是破壞細菌細胞結(jié)構(gòu)的完整性，且對感染大腸桿菌致腸道組織破壞的小鼠進行實驗，得到花椒精油對其有明顯的改善和保護作用。宋麗雅等[13]對超聲、回流、閃式3種提取方法進行比較，選出最佳提取方法，運用牛津杯和倍半稀釋法測定了花椒精油的抑菌圈及最小抑菌濃度，還測定了花椒精油對細菌培養(yǎng)液的電導率的影響，最終確定花椒精油對部分細菌有抑制作用，且分析了花椒提取液的抑菌機理，即花椒精油可改變細菌細胞膜的通透性，導致細菌細胞內(nèi)的細胞質(zhì)和電解質(zhì)大量滲出，從而使細菌死亡。

3.2 殺蟲作用

松材線蟲，屬于線型動物門，滑刃目，滑刃科，傘滑刃屬動物，是一種常見的松樹的寄生蟲，能誘發(fā)松樹線蟲病。松樹線蟲病又稱松樹萎蔫病、松樹枯萎病，是一種毀滅性的的病害，具有傳播途徑多、發(fā)病部位隱蔽、發(fā)病速度塊、潛伏時間長、治理難度大等特點，是世界檢疫性的松樹病害。近幾十年來，世界范圍內(nèi)都在尋找克制松材線蟲的殺蟲劑。目前，殺蟲劑向低毒、高效、綠色環(huán)保的方向發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)駱駝蓬、黃文江魚藤、桃花心木等植物的提取物對線蟲有較明顯的抑制作用。束成杰等[14]對青花椒提取物及精油對線蟲的抑制程度進行深入探究，通過研究發(fā)現(xiàn)青花椒提取物及精油均對線蟲有顯著的防治作用。0.025%青花椒精油處理線蟲4 h后，線蟲達到半數(shù)致死率;0.1%則為絕對致死量。張鳳倩[15]以秀麗隱桿蟲為材料，分別探究了青花椒精油和紅花椒精油對線蟲活性的抑制作用和抑制機理，發(fā)現(xiàn)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花椒精油對線蟲的生存率和壽命長短有明顯的抑制作用，且花椒精油對線蟲的運動行為有較大影響，這種影響會隨著花椒精油的濃度增大而變得明顯。

3.3 藥理作用

花椒精油對神經(jīng)系統(tǒng)具有麻醉和鎮(zhèn)靜的作用。臨床醫(yī)學已把花椒提取物作為消炎止痛的藥物?；ń肪涂稍诰植柯樽淼幕A上，再一次產(chǎn)生麻醉鎮(zhèn)痛效果，且不會產(chǎn)生毒副作用，給患者造成二次傷害。袁娟麗[16]

以小鼠為實驗材料，通過小鼠耳廓腫脹法、腹腔毛細血管通透性實驗、熱板法、扭體法等實驗手段，觀察和研究了花椒精油抗炎，鎮(zhèn)痛的藥理作用，初步證實花椒揮發(fā)油對于急、慢性炎癥都產(chǎn)生明顯作用，對于急性劇烈疼痛有顯著的抑制作用。

鑒于花椒精油有較強的抗菌消炎的作用，研究人員對花椒精油是否可以抑制癌細胞提出了猜想，也進行了各種各樣的實驗研究。弭向輝[17]經(jīng)過對花椒精油抗腫瘤細胞的初步研究發(fā)現(xiàn)，花椒精油能有效抑制黑色瘤細胞的活性，這種抑制作用與花椒精油濃度和處理時間有關系。由于我國對花椒精油的提取技術還比較薄弱，無法提取出純度更高的花椒精油，這對花椒精油的充分利用產(chǎn)生了較大的影響，直接影響了花椒的經(jīng)濟價值，這也是研究人員需重點攻克的問題。

3.4 抗氧化作用

超氧陰離子自由基是機體代謝過程中產(chǎn)生的一種自由基。如果人體內(nèi)積聚大量的超氧陰離子自由基，這些自由基就會攻擊正常的細胞，破壞細胞的結(jié)構(gòu)和功能，進而引發(fā)人體的某些疾病，如糖尿病、癌癥等，影響生命。要清除體內(nèi)多余的自由基，需攝入一定量的抗氧化劑。日常生活中，常用的抗氧化劑有維生素C、維生素E、褪黑素等。近年來，有研究人員發(fā)現(xiàn)，花椒精油中含有黃酮類、酚類、醛類、鞣質(zhì)類，生物堿類和多糖類等物質(zhì)，所以花椒精油是一種天然的抗氧化劑。徐坤等[18]進行了維生素C和花椒精油抗氧化性的對比實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，花椒精油與維生素C對超氧自由基有一定的清除作用，在相同濃度下，兩者的抗氧化能力相差無幾，但實驗中所用的花椒精油由于純度較低，因此抗氧化能力略低于維生素C。要提高清除超氧陰離子自由基的能力，需提高花椒精油的純度。

4 存在問題及解決方法

我國花椒的種植面積廣、品種多、產(chǎn)量高。但是國內(nèi)對花椒進行深加工的企業(yè)屈指可數(shù)，花椒產(chǎn)業(yè)也處于發(fā)展緩慢且產(chǎn)業(yè)鏈較短的時期?；ń肪妥鳛榛ń饭さ闹饕煞?，化學成分多樣，具有特殊的香味，因此可廣泛應用于食品、化妝品、醫(yī)藥等領域。但是我國的花椒精油相關產(chǎn)品還處于比較粗糙的階段，有高經(jīng)濟價值的產(chǎn)品占比較少。

針對我國花椒研究方面存在的問題，研究人員可把花椒相關產(chǎn)業(yè)與當今的新型技術手段相結(jié)合，如超臨界CO2法提取花椒精油在很大程度上提高了精油的純度。由于花椒精油的化學成分極其復雜，僅用當前的技術手段進行分析，得到的化學物質(zhì)就有上百種，為使花椒精油被廣泛應用，需進行多學科、多領域交叉研究。與生物科學的相關人員可培育更加優(yōu)質(zhì)的花椒品種，為提取品質(zhì)更好的花椒精油生產(chǎn)所需原料;化學領域的研究人員可改進優(yōu)化提取精油的技術手段，在未來可克服精油純度低的問題。

5 結(jié)語

目前，我國對于花椒精油的研究還處于初級階段，對花椒精油的功效了解也比較淺顯，制得的精油中含有有機溶劑、純度低，對花椒精油的廣泛應用產(chǎn)生較大的局限性。因此，研究更好提取技術，以發(fā)掘花椒精油更多的利用價值，依然是花椒行業(yè)應該關注的重點。

參考文獻：

[1]張懷予，王軍節(jié)，陳園凡，等.水蒸氣蒸餾法提取花椒精油及揮發(fā)性成分分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2014，40（7）：166-172.

[2]莊世宏.花椒精油提取及其生物活性測定研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2002.

[3]宋 蓉，賈曉娟，邵彥春.花椒精油的提取、抗菌活性研究及GC-MS分析[J].中國農(nóng)學通報，2014，30（21）：263-270.

[4]羅 凱，朱 琳，闞建全.水蒸汽蒸餾、溶劑萃取、同時蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油的效果比較[J].食品科技，2012，37（10）：234-236，240.

[5]韓同山.從花椒中提取花椒精油的實驗研究[J].紡織高校基礎科學學報，2000（2）：175-178.

[6]胡建平，史碧波.花椒精油的加工工藝[J].中國調(diào)味品，2012，37（9）：85-88.

[7]秦 軍，陳 桐，呂 晴.同時蒸餾萃取氣質(zhì)聯(lián)用法測定花椒揮發(fā)油成分[J].貴州工業(yè)大學學報（自然科學版），2001（6）：4-6，18.

[8]龍園園，楊秀芳，吳 妍，等.同時蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油工藝的優(yōu)化[J].中成藥，2018，40（9）：2076-2079.

[9]郭紅祥，張慧珍，袁 超，等.花椒精油萃取方法比較研究[J].中國農(nóng)學通報，2005（5）：141-142.

[10]馬寅斐，葛邦國，孫 梅，等.花椒精油提取工藝優(yōu)化[J].中國果菜，2016，36（11）：9-12.

[11]樊振江，縱 偉.超臨界CO_2提取花椒精油的研究[J].江蘇調(diào)味副食品，2008（1）：10-12.

[12]吳 靜.花椒精油的提取工藝、化學成分分析與抗菌活性研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2017.

[13]宋麗雅，倪 正，樊琳娜，等.花椒抑菌成分提取方法及抑菌機理研究[J].中國食品學報，2016，16（3）：125-130.

[14]束成杰，張孟麗，趙孔發(fā)，等.青花椒水提物及精油對松材線蟲的防治探究[J].中國野生植物資源，2019，38（2）：11-15.

[15]張鳳倩.青花椒、花椒精油及油樹脂對秀麗隱桿線蟲的殺蟲效果的研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2015.

[16]袁娟麗.花椒揮發(fā)油的抗炎、鎮(zhèn)痛作用[J].中藥材，2010，33（5）：794-797.

[17]弭向輝.花椒揮發(fā)油的提取分離及其抗菌和抗腫瘤作用研究[D].南京：南京師范大學，2004.

[18]徐 坤，孟 曉，孫俊秀，等.花椒油抗氧化活性研究[J].中國調(diào)味品，2010，35（7）：48-51，59.