花椒羥基-α-山椒素在紫外照射下的降解動力學及其轉化機理研究

嚴雅麗 - 劉福權 - 趙志峰 - 谷學權 - 幸 勇

(1. 四川大學輕紡與食品學院，四川 成都 610065；2. 四川五豐黎紅食品有限公司，四川 雅安 625302) (1. College of Light Industry, Textile and Food Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 2. Sichuan Wufeng Lihong Food Co., Ltd., Ya’an, Sichuan 625302, China)

花椒羥基-α-山椒素在紫外照射下的降解動力學及其轉化機理研究

嚴雅麗1YANYa-li1劉福權1LIUFu-quan1趙志峰1ZHAOZhi-feng1谷學權2GUXue-quan2幸 勇2XINGYong2

(1. 四川大學輕紡與食品學院，四川 成都 610065；2. 四川五豐黎紅食品有限公司，四川 雅安 625302) (1.CollegeofLightIndustry,TextileandFoodEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan610065,China; 2.SichuanWufengLihongFoodCo.,Ltd.,Ya’an,Sichuan625302,China)

為了研究花椒中典型酰胺類物質羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化趨勢及轉化方向，從花椒油中提取、分離、純化得到羥基-α-山椒素，對其進行紫外照射處理，利用HPLC法測定不同照射時間各物質的含量。結果表明，羥基-α-山椒素在紫外照射下迅速減少，8 h后減少了95.9%，濃度與時間滿足一級反應速率方程C=490.68e-0.346 9t，且轉化為其同分異構體羥基-ε-山椒素，使羥基-ε-山椒素含量在3 h后升高至初始含量的8.56倍，而羥基-β-山椒素在照射過程中持續減少，說明紫外照射對花椒及其制品的麻味有很大的影響。

花椒；酰胺類物質；紫外照射；同分異構體轉化；動力學模擬

花椒(Zanthoxylumbungeanum)系蕓香科花椒屬植物，被譽為“八大調味品”之一[1]，是家庭常用的烹飪調料和中藥配料。花椒的麻味主要來源于花椒中的酰胺類物質，不同的酰胺類物質的閾值、人體感覺及味覺強度有差異[2]，且其含量與種類是花椒質量等級分類的重要因素[3]?；ń分絮０奉愇镔|含量與種類的變化將引起其麻味的變化，而該變化與酰胺類物質在不同條件下的穩定性有關?；ń孵０奉愇镔|在常溫光照下不穩定，很容易發生化學變化，紫外可加速其變化[4]。

近年來，有關花椒中典型酰胺類物質的研究成為熱點，但大多關注于物質本身的鑒定與生理活性[5-7]，少數研究涉及了花椒中酰胺類物質貯藏穩定性，而對其保藏過程中酰胺類物質轉化的研究還鮮有報道。Yang[8]發現羥基-α-山椒素水溶液在22～24 ℃中保存4周，降解了50%；當暴露在紫外光下時，80%乙醇溶液中的羥基-α-山椒素4 h完全消失。Ichiro等[9]將羥基-α-山椒素在碘催化下進行紫外照射，制備出了羥基-β-山椒素，說明羥基-α-山椒素在一定條件下可以進行同分異構體的轉化，但未關注其變化過程，無法了解反應的方向與速率。本試驗以花椒中典型的酰胺類物質羥基-α-山椒素為對象，研究其在紫外照射下的穩定性、模擬降解動力學方程，并測定羥基-β-山椒素與羥基-ε-山椒素的含量變化，分析同分異構體之間的相互轉化，進而初步推測羥基-α-山椒素在紫外照射下的轉化機理，為研究花椒及其制品在貯藏過程中的麻味變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

花椒油：四川成都建華食品有限公司；

甲醇、堿性氧化鋁、乙腈、正己烷、無水乙醇：分析純，成都科龍試劑廠。

1.1.2 儀器與設備

恒溫振蕩器：THZ-98AB型，上海一恒科學儀器有限公司；

旋轉蒸發儀：RE52-99型，上海亞榮生化儀器廠；

低速離心機：TDZ5-WS型，長沙湘智離心機儀器有限公司；

循環水式真空泵：SHZ-D型，上海道京儀器有限公司；

超聲機：KH2200B型，昆山禾創超聲儀器有限公司；

紫外燈：ZW40Z20W型，杭州亞光照明燈飾有限公司；

高效液相色譜儀：LC-6AD型，日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 酰胺類物質的提取、分離純化與檢測

(1) 酰胺類物質的提?。簠⒖嘉墨I[10]的方法，稱取花椒油15 g，置于500 mL試劑瓶中，加入225 mL甲醇，于恒溫振蕩器中水浴震蕩提取(40 ℃，2 h，160 r/min)，超聲5 min?；旌弦航涍^離心(4 000 r/min，10 min)后取上清液，用2倍體積的正己烷進行萃取除雜，下層清液過堿性氧化鋁層析柱除去多酚，所得層析液減壓蒸干并計重，所得樣品即為酰胺類物質提取物。

(2) 酰胺類物質的分離純化：取一定量的粗提物用色譜級甲醇溶解后過0.22 μm濾膜，在ODS柱(F29 mm×153 mm，ODS規格50 μm 120A)中洗脫，每50 mL收集洗脫液，得到含羥基-α-山椒素及其同分異構體的洗脫液。

(3) 酰胺類物質的定量檢測：取一定量的洗脫液用色譜級甲醇溶解后過0.22 μm濾膜，用高效液相色譜儀進行測定，色譜條件：MN Nucleodur 1100-5 C18柱；流動相A：水；流動相B：乙腈；流速：0.5 mL/min；柱溫：30 ℃；紫外檢測波長：270 nm；進樣量：20 μL。洗脫程序見表1。

表1 HPLC洗脫程序Table 1 HPLC elution procedure

以各濃度的羥基-α-山椒素標準品在270 nm下吸收峰面積(mAU·min)為縱坐標，濃度(μg/mL)為橫坐標，繪制標準曲線，得到線型回歸方程：y=198 648x，R2=0.998，樣品在60～750 μg/mL時呈較好的線性相關性，因此本試驗可用峰面積表征物質的含量。

1.2.2 紫外連續照射處理

(1) 照射樣品制備：將上述步驟得到的羥基-α-山椒素及其同分異構體洗脫液(80%甲醇溶液)蒸干，用適量乙醇完全溶解，得到100%乙醇溶劑的羥基-α-山椒素溶液。

(2) 紫外照射處理：將羥基-α-山椒素及其同分異構體的乙醇溶液置于透明石英試劑瓶中，試劑瓶置于距離紫外燈15 cm處，紫外燈功率40 W，對樣品進行連續照射，并分別在0，1，2，3，4，5，6，7，8 h時從試劑瓶中取樣，蒸干，并用甲醇溶解，進行HPLC檢測。

2 結果與分析

2.1 酰胺類物質檢測結果

0 h的羥基-α-山椒素乙醇溶液的液相色譜圖見圖1。前期研究[11]中，課題組已經利用液相色譜—質譜聯用儀對花椒的酰胺類物質進行了分析，根據出峰時間、最大吸收峰和質荷比，對比參考文獻[11]可知圖1中的1、2、3號峰分別為羥基-ε-山椒素、羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素，其相對分子量均為263，互為同分異構體。各物質峰面積及純度見表2。依次檢測0～8 h時的樣品，得到酰胺類物質的峰面積與純度。

圖1 羥基-α-山椒素紫外照射前(0 h時)的HPLC圖譜Figure 1 HPLC chromatogram of hydroxy-α-sanshool before UV radiation(0 hour)表2 0 h時3種山椒素的峰面積與純度Table 2 The peak area and purity of three sanshools

峰號化合物名稱峰面積/(mAU·min)純度/%1羥基-ε-山椒素35251202.82羥基-α-山椒素9747224579.03羥基-β-山椒素1696977313.8合計11796713895.6

紫外照射8 h后的羥基-α-山椒素乙醇溶液的液相色譜圖見圖2。由圖2可知，經過8 h的紫外照射，樣品中的3種山椒素峰高大幅降低，含量明顯減少，且各物質變化規律不一致，說明3種物質在紫外照射過程中發生了不同程度的變化。

2.2 酰胺類物質在紫外照射下的變化

2.2.1 羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化 由圖3可知，在紫外照射下，羥基-α-山椒素持續減少，在0～2 h時，減少速率較快，2 h時已減少56.8%；當紫外照射8 h時共減少了95.9%。在羥基-α-山椒素含量減少的同時，其純度也在降低，但兩者趨勢并不完全相同。

圖2 羥基-α-山椒素紫外照射8 h后的HPLC圖譜Figure 2 HPLC chromatogram of hydroxy-α-sanshool after 8 hours UV radiation

圖3 羥基-α-山椒素在紫外照射下含量與純度變化Figure 3 Changes in the content and purity of hydroxy-α- sanshool under UV radiation

對羥基-α-山椒素含量與照射時間作散點圖，并根據一級反應速率方程進行擬合，得到圖4所示趨勢線。該模擬方程式為S=S0e-0.346 9t，S0=97 472 245，R2=0.987，擬合度較好。用標準曲線換算后得到反應速率方程C=490.68e-0.346 9t，其中C表示某時刻樣品中羥基-α-山椒素的濃度(μg/mL)，t表示照射時間(h)。由此方程可推測出在紫外連續照射的不同時刻羥基-α-山椒素的含量及降低速率。

2.2.2 羥基-ε-山椒素在紫外照射下的變化 由圖5可知，在紫外照射1 h時，羥基-ε-山椒素含量迅速增加，并在1～3 h時持續緩慢升高，3 h時達到初始含量的8.56倍。照射4 h時羥基-ε-山椒素含量開始降低，在4～5 h和6～7 h時降低明顯，8 h時含量僅為初始含量的1.54倍。羥基-ε-山椒素初始純度含量較低，僅有2.86%，但在紫外照射2 h后，其純度可達到30%以上，并且在后續照射中其含量不斷降低，其純度變化依然不大。

圖4 羥基-α-山椒素在紫外照射下的變化擬合曲線Figure 4 Fitted curve of changes in the content of hydroxy-α-sanshool under UV radiation

圖5 羥基-ε-山椒素在紫外照射下的含量與純度變化Figure 5 Changes in the content and purity of hydroxy- ε-sanshool under UV radiation

2.2.3 羥基-β-山椒素在紫外照射下的變化 由圖6可知，羥基-β-山椒素在紫外照射過程中，其含量呈下降趨勢，在3 h附近有少量升高，但總體呈下降趨勢。紫外照射5 h時，羥基-β-山椒素含量已降低為初始的50.7%，8 h后僅剩9.3%。

2.2.4 3種山椒素及其總量的變化 由圖7可知，在紫外連續照射下，3種同分異構體總量不斷降低，8 h后僅為初始含量的9.3%。其中，羥基-α-山椒素含量最高，在紫外下，其含量不斷降低，而羥基-ε-山椒素初始含量最低，在前3 h照射中含量相應增高。4 h后，羥基-α-山椒素和羥基-ε-山椒素含量差異逐漸變小，并在之后的照射中呈相似的下降趨勢。羥基-β-山椒素含量處于前兩者之間，在紫外照射后不斷下降，并且1 h后處于三者最低水平。

圖6 羥基-β-山椒素在紫外照射下的含量與純度變化

Figure 6 Changes in the content and purity of hydroxy-β-sanshool under UV radiation

圖7 3種山椒素與總含量的變化Figure 7 Changes in the content of three sanshools and their sum

通過檢測不同紫外照射時間下的羥基-α-山椒素、羥基-ε-山椒素和羥基-β-山椒素的含量與純度變化可知，三者在紫外照射下很不穩定，容易發生反應從而使含量發生變化。根據試驗結果推測反應可能分為2種：① 紫外照射使物質降解，導致其含量不斷降低；② 紫外光使物質之間進行了同分異構體轉化，從而使得羥基-ε-山椒素出現增加?？偟膩碚f，各物質最終都呈現出減少的趨勢，與Yang[8]試驗中80%乙醇溶液中的羥基-α-山椒素在紫外照射4 h后完全消失的結果相似。推測原因可能是這3種山椒素都擁有共軛三烯結構，此處電子云密度較高，在紫外光的照射下激發出電子，發生氧化或裂解反應。而在照射的前3 h，羥基-α-山椒素快速減少的同時羥基-ε-山椒素迅速增多，可能是紫外照射下，羥基-α-山椒素的一個反式雙鍵吸收能量變成了順式結構，從而得到了羥基-ε-山椒素。初始時樣品中羥基-α-山椒素濃度較高，因此不斷向羥基-ε-山椒素轉化，當二者含量大致相等時，兩者之間的轉化達到動態平衡，同時呈相似的被紫外破壞趨勢。Ichiro等[9]用100 mL苯溶500 mg羥基-α-山椒素在碘催化下被汞燈照射1 h，得到120 mg羥基-β-山椒素，而本試驗由羥基-α-山椒素得到的是羥基-ε-山椒素，且羥基-β-山椒素含量持續降低，可能是前者用碘作為催化劑，使轉化反應向羥基-β-山椒素方向進行。

3 結論

本研究對羥基-α-山椒素進行了8 h連續紫外照射，結果表明羥基-α-山椒素在紫外照射下迅速被破壞，2 h后減少50%以上，8 h后基本完全消失，并且轉化為羥基-ε-山椒素使其在3 h內達到原含量的8倍以上，這對花椒及其制品的麻味有很大的影響。為了更加科學地了解紫外對山椒素的影響，需進行進一步的產物分析和同分異構體轉化試驗。

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Degradationkineticsandtransformationmechanismresearchofhydroxy-α-
sanshoolfromZanthoxylumbungeanumexposedtoUVradiation

To study the variation trend of hydroxy-α-sanshool fromZanthoxylumbungeanumexposed to UV radiation and its transformation direction, the hydroxy-α-sanshool, a typical alkylamides ofZanthoxylumbungeanum, was extracted, separated and purified fromZanthoxylumoil and exposed to UV radiation. The alkylamides content was detected by using HPLC after different hours of radiation. The results indicated that hydroxy-α-sanshool under UV radiation decreased rapidly by 95.9% in 8 hours. Furthermore, the concentration and time obeyed the first order reaction rate equationC=490.68e-0.346 9t, meanwhile it transformed into hydroxy-ε-sanshool, which was 8.56 times of its initial content after 3 hours. Moreover, another isomer hydroxy-β-sanshool kept deceasing under UV radiation，which indicated that UV radiation made a big difference on the numb-taste ofZanthoxylumbungeanumand its products.

Zanthoxylumbungeanum; alkylamides; UV radiation; isomers transformation; kinetic simulation

國家自然科學基金項目(編號：21502128)；成都市產業集群協同創新重大項目(編號：2016-XT00-00031-NC)

嚴雅麗，女，四川大學在讀本科生。

趙志峰(1980—)，男，四川大學副教授，博士。

E-mail: zhaozhifeng@scu.edu.cn

2017—08—08

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.09.006