花椒精油化學成分、提取方法及抑菌活性研究進展

王秋亞, 景曉卉

(渭南師范學院 化學與材料學院，陜西 渭南 714099)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是一種較小型的落葉喬木，屬蕓香科，一般4～5月份為它的開花時期，8～10月份為它的結果時期。其通常分布在亞洲、非洲、美洲和大洋洲的熱帶以及亞熱帶等地區。現在全世界的花椒有250余種，而我國目前約有50種。從現在的種植面積和數量上來看，世界上最大的花椒王國就是中國，其在國內北起東北南部，南最遠到五嶺北坡，東南可至江蘇、浙江等沿海地帶，西南到西藏的東南部，均有分布；從平原到海拔更高的山地，如在青海海拔2500 m的山坡地帶也有種植。目前國內比較有名的花椒有四川漢源花椒、云南谷律花椒、河南東崗花椒、陜西鳳縣大紅袍花椒等。

在西周初期，民間詩歌集《詩經》中就有記載，我們兩千多年前的祖先就已經開始使用花椒了。花椒最初是被用作食品添加劑和調味品，后來人們發現，其在醫藥化工上也有很大的使用價值，如有一定的麻醉作用和殺菌滅蟲作用等。花椒精油是從花椒果殼中提取出來的，具有一定的揮發性的分子量較小的精油類物質，它可以由蒸汽蒸出，顏色基本都是淡黃綠色或黃色的，是花椒的源次生代謝產物。花椒精油主要被用于在食品中突出各類美味食物的辛辣味，在醫藥和工業方面也可以被用于制麻醉劑、殺蟲滅菌劑等[1]。自20世紀80年代開始，國內在花椒精油的提取、利用及開發研究方面逐漸展開了研究。近年來，花椒精油的提取、成分的分析和抗菌活性已經成為了研究的熱點。花椒精 油的提取方法目前已有很多種，對其成分的分析研究也有很大進展，但總體來說，很多方面還有待開發，具有較大的發展空間。本文主要對花椒精油的化學成分、提取方法和抑菌活性進行了綜述，以促進花椒精油的進一步開發應用和研究。

1 花椒精油的主要化學成分

現階段，已研究出的可以確定的花椒精油主要成分包含了烯烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物和酯類化合物等多種物質。

1.1 烯烴類化合物

花椒精油中含有較多的烯烴類化合物，麻琳等[2]對青花椒、紅花椒、藤椒的果皮精油進行了分析， 研究結果表明檸檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、β-羅勒烯、萜品油烯等烯烴類化合物是這3種花椒精油的主要成分。檸檬烯，又名苧烯，它屬于無色油狀的單萜類化合物，是一種有近似于檸檬香氣的液體，還具有優良的祛痰、止咳和抗菌作用；α-蒎烯是一種合成芳樟醇、萜品醇和一些檀香型香料的原材料，它有著針葉樹、松樹和樹脂樣的氣味，也是生活日用品及工業上加香的香料，還可用在增塑劑、潤滑劑、萜烯樹脂等物質的合成中；β-蒎烯不僅能用于多種香料的生產，而且是β-蒎烯樹脂的合成和維生素E生產的重要原料之一。此外，花椒精油中還具有其他一些較高含量的烯烴類化合物，如有著清淡香脂香氣的β-月桂烯，在揮發物中起重要作用的單萜類化合物β-羅勒烯，還有主要用作香料原料的萜品油烯等。

1.2 醇類化合物

大部分的天然香氣中都含有醇類化合物，它也是香味的主要來源。趙志峰等[3]對四川漢源花椒用不同的溶劑進行了提取研究，得出了花椒精油中含有一種叫芳樟醇的物質[4]，這幾乎是所有的天然植物香料中都包含的物質，是目前很常見的一種香料。賈春曉等[5]也測定出花椒精油中芳樟醇的含量為18.72%。這些醇類化合物大部分具有消炎、抗過敏等良好藥效[6]，還對腺體具有一定的刺激作用，因此在醫藥方面有著一定的研究和應用價值。

1.3 酮類化合物

花椒精油中的酮類化合物以香芹酮、崖柏酮為主，還有一些其他的酮類化合物，但含量都較低。丁勇波等對花椒精油中的苦味成分進行了鑒定，確定了花椒精油的苦味成分。他們分析了其中包含的醇類和酮類物質，認為酮類和醇類都與花椒精油的苦味有著很大的聯系，其中酮類更為密切，并且它們之間還具有一些相互作用，可以增強這樣的苦味，最后他們根據結論推測，花椒精油中主要是酮類化合物使其具有苦味。

1.4 酯類化合物

花椒精油中還含有大量的酯類化合物，其中含有的乙酸芳樟酯化學性質較穩定，常溫下不會變色，在皂用香精和高檔香料產品的制造中經常會用到。精油中還有一些其他酯類化合物，比如乙酸松油酯，它是帶有類似檸檬、薰衣草清香，氣味有一些甜的物質，其香氣停留時間相對較長，是我國頒布的《食品添加劑使用衛生標準》所允許使用的食品香料之一。此外，花椒精油中還含有乙酸異龍腦酯、乙酸香葉酯、乙酸-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)環己酯等酯類化合物，它們均為花椒香味的主要來源之一。除此之外，這些酯類化合物在醫學上還具有鎮靜和止痙攣的治療功效[7]。

2 花椒精油的提取方法

目前花椒精油的提取方法已有多種，常見的不僅有傳統的水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法和超聲輔助萃取法，而且還有新發展及改進的水蒸氣蒸餾法、超臨界萃取法等。由這些方法得到的花椒精油的主要成分雖然大致相同，但因提取方法的差異和研究材料的不同，都導致了最終精油的提取效率、化學成分和其含量具有一定的差異[8，9]。同時，通過對提取工藝進行優化，還可以明顯提高花椒精油的產量。

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是利用物質所具有的揮發性，使用直接加熱或通入水蒸氣加熱的方式，將潤濕物質中所包含的揮發性成分蒸餾出來，并用冷凝的方式進行收集的方法。孫曉萍等[10]就是采用水蒸氣蒸餾法，從花椒中提取到了其精油成分，經測定，其中花椒精油的含量為8.33%。趙志峰等[11]采用水蒸氣蒸餾法、直接回流法和索氏提取法對重慶江津青花椒、紅花椒和成都紅花椒等3種花椒中的精油進行了提取，提取后的結果表明花椒精油提取率最高的方法是直接回流法。張懷予等[12]將響應面設計與水蒸氣蒸餾法結合起來，對甘肅省武都市種植的大紅袍花椒的提取工藝進行了優化，再采用氣相色譜-質譜(GC-MS)進行分析和鑒定，確定了花椒精油的最好的提取條件：料液比值0.11(g/mL)，蒸汽量為73 mL，蒸餾時間為96 min，花椒精油在此條件下的提取率可達到6.71%。

2.2 溶劑提取法

溶劑提取法是利用各種有效成分在不同溶劑中的溶解度差異來進行提取的方法。趙志峰等以無水乙醇、乙醚、丙酮和水分別作為提取實驗的溶劑，采用溶劑提取法研究了四川漢源的花椒，最后提取得到的花椒精油之間主要在顏色、氣味、狀態、感官等方面具有一定的差異和相似性。他們通過GC-MS技術對該精油的成分進行了分析，發現用乙醚、無水乙醇和丙酮這3種物質分別作為有機溶劑時，提取到的花椒精油主要成分大致相同，而用有機溶劑提取的花椒精油比以水為溶劑提取到的更為完整。此外，他們將相同條件下的提取結果進行了比較，結果表明，乙醚是花椒精油化學成分提取時所使用的最佳提取溶劑。韓同山[13]采用回流法，以無水乙醇為溶劑做了相應實驗，得出時間控制在4 h左右的精油提取效果比較好，產率可達到11.84%。用該工藝提取出來的產品保質期較長，不僅能保持花椒原有的風味，而且不含木纖維，使用更方便。

2.3 超高壓萃取法

超高壓萃取法又叫超高冷靜壓法，它是指在常溫條件下，將高壓作用于料液中，保持一定的壓力后再迅速將該壓力卸除，從而達到萃取目的的方法。此法因為十分有效地增大了成分的收率，而被廣泛應用于植物和食品有效成分的萃取中。賈春曉等通過正交試驗優化了超高壓提取法從花椒中提取精油的提取條件，最后得出用超高壓法提取花椒精油的最優工藝條件：壓力為300 MPa，固液比為1∶40，加壓時間為3 min，在此條件下得到的提取率為24.16%，配合GC-MS聯用法進行分析，確認了花椒精油中包含67種成分。

2.4 超聲波提取法

超聲波提取法是利用聲波可破壞植物細胞壁的原理，用溶劑來輔助提取物質的方法。歐陽玉祝等[14]的實驗是將花椒籽核作為原料，通過對提取介質、時間、溫度等方面因素的考察，研究出了超聲波提取花椒精油的工藝流程。通過實驗獲得的該方法的最佳工藝是在提取介質為體積分數95%的乙醇，液固比為3∶1(mL/g)，溫度為60 ℃的條件下，超聲提取90 min，用該方法制得的花椒油的提取率可達71.8%，這相較于其他方法提取率高出了很多。超聲提取法優點是效率高、時間短、溫度低且適應性廣，是目前一種應用價值比較高的較新型的提取方法，所以常被應用于植物有效成分的提取和基因的相關研究中。

2.5 超臨界CO2法

超臨界CO2萃取法是利用某些物質在超臨界二氧化碳中的特殊溶解性，改變它的壓力以及溫度，使超臨界二氧化碳的溶解性產生變化，從而將其從物質中萃取出來的方法。樊振江等[15]用超臨界二氧化碳法萃取花椒精油，同時采用正交試驗將花椒精油的提取工藝進行優化，他們得到的最優工藝條件為：萃取壓力30 MPa，萃取溫度40 ℃，萃取時間130 min，最終獲得的花椒精油率為10.81%。陳振德等[16]將GC-MS聯合技術對得到的花椒精油進行分離鑒定的方法與超臨界CO2法萃取花椒精油相結合，獲得該方法花椒精油的最優提取條件：壓力為32 MPa，溫度為40 ℃，時間為1 h。在此條件下，花椒精油含量為4.24%。王洪等[17]也采用該方法進行實驗，得到了花椒精油的最優提取工藝：萃取溫度為46 ℃，萃取壓力為22 MPa，在120 min內萃取，經驗證，其提取率為13.7%。

另外，郭紅祥等[18]對超臨界萃取法和水蒸汽蒸餾萃取法的提取率、提取時間、提取精油的主要成分和顏色外觀等方面進行了比較，得出超臨界CO2提取法的自動化程度較高，提取能力強，并能選擇其提取的成分。馬寅斐等[19]將溶劑提取法與超臨界二氧化碳法相結合來萃取花椒精油，并對結果進行了研究，再分別對使用正己烷萃取和超臨界二氧化碳萃取進行了優化，其最佳的優化工藝參數分別為：萃取壓力30 MPa， 提取溫度50 ℃，壓力釜I的壓力為6 MPa，壓力釜I的溫度為60 ℃，壓力釜II的壓力為4 MPa，壓力釜II的溫度為35 ℃，精油的提取產率為7.8%。同時，他們也指出，雖然該工藝能更好地獲得優質的精油，但它的能耗較高且提取效率較低，使得提取成本略高，嚴重制約了大規模的實際生產。

2.6 微波輔助提取法

微波輔助提取是指將各個成分放在微波反應器中，選擇合適的溶劑，將其從動植物或礦物中提取出來的方法。高經梁等[20]對微波在提取花椒精油過程中的輔助作用進行了研究，發現花椒精油微波提取的最優提取條件為：料液比1∶10，微波強度600 W，50 ℃的溫度下提取2 min，得到的花椒精油的最終提取率為18.56%。與溶劑法相比，該方法精油收率可達到9.96%；與其他方法相比，該方法的能耗較少，所用時間短，且提取操作更方便，有效成分的得率較高，是一種較為新式的、具有明顯優勢的提取方法。

3 花椒精油的抑菌活性及應用

3.1 花椒精油的抑菌活性

在食品腐敗菌和病原體中具有抑菌作用的化學成分，如醇類化合物和酮類化合物等也存在于花椒的精油中[21]，它們會完全抑制金黃色葡萄球菌、炭疽桿菌、枯草桿菌等10 種革蘭氏陽性菌以及變形桿菌、炭疽桿菌、霍亂弧菌等7種革蘭氏陰性菌的活性。

郭紅祥等[22]對花椒精油中有效成分的殺蟲活性和抗菌活性進行了研究，其研究結果說明，花椒精油不但具有較強的殺蟲活性，而且具有一定的抑菌作用。莊世宏[23]通過對花椒精油的抑菌活性進行測試得到，花椒精油對真菌的抑菌效果不如細菌的好。當以陜西韓城大紅袍花椒作為原料，選用超臨界流體萃取技術進行萃取時，得到的花椒精油對黑曲霉、米曲霉、白色念珠菌和大腸桿菌都具有較優良的抗菌作用。宋蓉等[24]以產自山東德州的花椒作為原材料，采用索氏提取法提取得到了花椒精油，并對其進行了分析。結果表明，當使用不同的溶劑進行實驗時，得到的花椒精油的抗菌活性會有些許不同。其中，用乙醚作為溶劑提取得到的花椒精油抗菌活性相對最強。宋麗雅等研究了溶液浸提法提取花椒精油的最佳方法，提取出的精油可以抑制多種微生物的生長，其主要是通過改變細胞膜的通透性，進而影響細胞壁，使其發揮出抗菌作用。通過對幾種真菌的研究，得出花椒提取物對3種菌類的抑制效果為：革蘭氏陽性細菌最好，其次是真菌，革蘭氏陰性菌效果相對較差。

3.2 花椒精油抑菌活性的應用

民間早已對花椒精油所含有的抑菌作用進行了應用，如為防止米生蟲和抑菌，常用花椒水來浸泡米的布袋，該方法能讓大米平安度夏。祝瑞雪等[25]將花椒精油用于食物的防腐，這是出于他們對漢源花椒精油進行的研究，得出當質量濃度不是很高的情況下，漢源花椒精油對常見的食品腐敗菌具有比較明顯的抑制作用。龔佑文等[26]研究了花椒精油對水稻紋枯病菌形態以及對細胞壁降解酶的影響作用，將精油對水稻紋枯病菌的菌絲生長較明顯的抑制作用用在了滅菌上。

目前花椒精油的抑菌作用不僅運用于食品生產和殺蟲劑制備中，而且運用在了藥品和化妝品的抑菌防腐中[27]，其效果不比大品牌的專用防腐劑遜色。根據于信等[28]的報道，可將花椒揮發油對羊毛狀小孢子菌、絮狀表皮癬菌等淺表性皮膚癬菌所具有的較強抑菌作用應用于皮膚病的治療中。現在也有專門用于泡腳的精油，也是以花椒精油作為主要成分，因為它具有很好的殺菌和緩解疲勞的作用。在化妝品制造方面，花椒精油也發揮了很大作用，按一定的配方在化妝品中添加花椒精油可達到抑制革蘭氏陰性菌等常見細菌的作用。此外，花椒精油在臨床上還被用于制作花椒醑、花椒揮發油液、花椒注射液等多種制劑。

4 前景展望

目前花椒在我國的種植數量比較大，面積相對較廣闊，其具有生長速度快、結果時間早、用途多、收益大、栽培管理簡便、根系發達、適應能力強、可保持水土等優點[29]。其獨特的麻味在被應用于食品加工生產中，深受廣大群眾的喜愛。花椒精油不僅具有殺菌、殺蟲的作用，還具有很多特殊的功效，比如抗腫瘤作用，抑制平滑肌收縮作用、抗氧化活性作用和麻醉作用等，這些作用使其在食品、醫藥、農業等方面都有著很大的利用潛力[30]。但就目前來說，我國在花椒精油研究應用方面的相關技術仍然不夠先進，大部分種植和利用花椒精油的地區信息通訊便利度較低，研究進展緩慢，甚至一些精油成分及作用到現在依舊沒有研究出來。我國對花椒的利用加工技術也不夠先進，花椒精油的利用率仍然很低，其在醫藥、化工等領域的應用更是不夠充分。雖然這幾年以來，國內已經對花椒精油的提取方法、化學組分和功效等各個方面進行了很多的基礎研究，也取得了一定的成果，但總體來說，花椒精油的開發利用前景依舊十分廣闊。我們相信，隨著科技的進步，對花椒精油的深入研究一定會使其更好地應用于醫藥、化工等其他領域，發揮出花椒精油所具有的多重功效。