花椒精油研究进展

狄 科，石雪萍，张卫明

(1.南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京210042;2.南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095)

花椒是芸香科(Rutaceae)花椒属(Zanthoxylum L.)植物花椒的果皮。全世界大约有250种，分布于亚洲、美洲、非洲及大洋洲的热带和亚热带地区。目前我国大约有39种，14个变种，但是通常只有生长在我国川陕甘和晋冀鲁豫一带的花椒及花椒原变种、野花椒、川陕花椒、竹叶花椒、青花椒5个种的果皮才具有使用价值［1］。目前我国花椒种植面积已经超过12万hm2，并以每年20% ～30%的速度递增，年产花椒12万 t左右［2］。作为传统调味料和中药，花椒的应用历史源远流长，2002年卫生部确认花椒为药食两用原料。

花椒中含有大量的精油，是花椒的源次生代谢物质，也是花椒香气的主要来源。我国从上世纪80年代开始对花椒精油的提取、成分分析和应用等方面进行研究开发。花椒精油作为食品调味料、化妆品、医药和农药等的基料，有相当广泛的开发利用价值。本文从提取方法、化学组分、功效等方面综述了20年来花椒精油的研究进展。

1 花椒精油的提取方法研究

花椒精油是指一类花椒源次生代谢物质，是花椒体内分子量较小、可随水蒸气蒸出、具有一定气味的挥发性油状液体物质［3］。精油常温下容易挥发，难溶于水，易溶于高浓度乙醇和石油醚等极性小的有机溶剂中。针对以上精油的物理化学性质，并结合花椒本身的特性，对于花椒精油的提取方法既有传统的水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法等，又有新兴的微波辅助提取法、超声辅助提取法、超临界萃取法和顶空固相微萃取法等。

1.1 传统精油提取方法

水蒸气蒸馏法是使用最广泛的一种精油提取方法，其原理是将粉碎后的原料加水浸泡，经煮沸，使精油与水蒸汽一起蒸出，经冷凝后收集。这种蒸馏方法能在比较低的温度下将精油提取出来，并且加工数量大，设备简单，操作简便，适合于就地加工。此法虽然简便，但是提取温度较高，提取时间也比较长，易导致某些成分挥发或者分解。石雪萍等人采用水蒸气蒸馏法与超临界萃取法从花椒中提取花椒挥发油，并用GC－MS方法测定各种提取方法得到挥发油的化学成分及相对含量［4］。结果表明，水蒸气提取挥发油得率仅为3.8%，比用超临界萃取法少了2.1%，前者所得的成分也较后者少，其可能原因是极性较大的水对弱极性的物质萃取较差和水蒸气蒸馏中部分香气成分被高温氧化分解。

利用有机溶剂提取精油时，需要考虑精油的有效组分在溶剂中的溶解度、扩散系数和溶液的黏度等。赵志峰等人采用无水乙醇、乙醚、丙酮和水作溶剂加热回流提取花椒精油，并分析和鉴定了花椒精油中的主要化学成分。实验结果表明，就所得精油化学成分的种类而言，乙醚是最好的提取溶剂［5］。但是有机溶剂提取精油存在有毒溶剂残留等问题，不适宜于提取花椒精油。

1.2 改进的水蒸气蒸馏法

针对传统的水蒸气蒸馏法在提取精油上的不足，不少学者提出了改良的水蒸气蒸馏法。

微波辅助水蒸气蒸馏是一项新的蒸馏提取技术。姜子涛等人利用该项技术提取调味香料清化桂的挥发油，并测定挥发油的化学成分［6］。结果表明，与单纯水蒸气蒸馏法比较发现，微波辅助水蒸气蒸馏即节省时间，又可得到高沸点的含氧化合物组分含量高的挥发油，所得挥发油经济价值较高。

超声辅助水蒸气蒸馏目前还比较少见。张伟等人利用实验室自主研制的超声协同静电场强化水蒸气蒸馏装置从梅片树叶中提取挥发油，得率可达1.18%［7］。此法利用了超声波在液体中传播时的空化效应及产生的微射流、机械振动等多级效应，能破坏原材料细胞壁，使有效物质容易提取。与传统提取方法相比，该法具有提取效率高等优点。

同时蒸馏萃取法是将水蒸气蒸馏和流出液的溶剂萃取两步合二为一，该法获得的是挥发油的有机溶剂溶液，减小了通常蒸馏法提取精油时的挂壁损失及转移损失。温媛媛等人采用同时蒸馏萃取法从山茱萸中提取了挥发油，并对提取出的挥发油进行了定性和定量分析［8］。

1.3 花椒精油提取的新方法

近年来，随着新的分离提取方法的研究和利用，例如超临界流体萃取、亚临界流体萃取和固相微萃取等技术也被单独或者联合应用在花椒精油的提取上。

超临界流体萃取是指用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取可溶组分的传质分离操作。CO2又以其临界压力和温度低、安全无毒、廉价等优点成为超临界流体萃取最合适的流体。此种方法的突出优点是萃取率高，工艺简单，自动化程度高，所得精油品质好，无毒，无溶剂残留。王洪等人进行了二氧化碳超临界流体萃取花椒精油工艺的研究，以期摸索出一条合理的萃取工艺参数［9］。但是超临界流体萃取技术也存在一些问题亟待解决，例如夹带剂的安全问题及所需仪器价格昂贵，不容易推广。

亚临界流体萃取是在密闭、无氧、低压的压力容器内，依据有机物相似相溶的原理，通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程，达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中，再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目的产物分离。亚临界流体萃取具有无毒无害，无污染、提取物的活性高、产量大、可进行工业化大规模生产等优点［10］。郭娟等人采用亚临界水萃取花椒精油，并研究了粒度、提取时间、提取温度对精油提取的影响，花椒精油得率可达5.42%，并且所得的花椒精油具有较好的抗氧化特性［11］。这个结果验证了亚临界流体萃取精油效果好于传统方法。

固相微萃取技术是20世纪90年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术，属于非溶剂型选择性萃取法。其操作过程是将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待平衡后将纤维头取出插入气相色谱汽化室，热解吸涂层上吸附的物质。被萃取物在汽化室内解吸后，靠流动相将其导入色谱柱，完成提取、分离、浓缩。这种技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析［12］。单杨等人采用顶空固相微萃取法萃取温州蜜桔精油挥发性成分，并采用气质联用法鉴定组成成分［13］。

2 花椒精油的化学组分研究

早在20世纪80年代，王立忠等人就对可食用的花椒挥发油进行了初步分析，他们采用气－质联机的方法对学名为 Zanthoxylum bungeanum Maxim.花椒进行了成分分析，鉴定出32个成分，主要成分基本鉴定，其中含氧单萜11个，单萜8个，酯类 3个，含量最高的是松油烯－4－醇［14］。

花椒精油是由多种类型化合物组成的混合物，其化学成分主要由萜烯类化合物［15］、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物4大类组成。但是，不同品种的花椒中所含的精油化学组分不尽相同，即便是同种花椒，由于其生长时的光照时间、降水情况，采果后的干燥时间等的不同，其精油的组成也不相同。与此同时，随着精油提取传统技术的改进和新技术的出现，花椒精油中的化学组分也越来越多地被检测出来。

不同产地的花椒中挥发油的化学组分不相同。马军刚等人采用水蒸气蒸馏法对10种不同产地的花椒进行了挥发油提取及气质联用鉴别，采用归一化法测定了花椒挥发油中的组分的百分含量［16］。结果表明，花椒挥发油中各成分含量有着相当大的差异。这说明不同品种的花椒精油中所含化学组分不相同。

不同提取溶剂所提取的花椒精油组分不相同。赵志峰等人采用无水乙醇、乙醚、丙酮和水作溶剂加热回流提取花椒精油，并分析和鉴定了花椒精油中的主要化学成分［5］。实验结果表明，不同的溶剂提取出来的花椒精油主要成分基本相同，而水提花椒精油不如有机溶剂提取的完全;提取的四川汉源花椒精油中柠檬烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇、β－月桂烯含量普遍较高;用乙醚做溶剂提取的花椒精油在GC图上出现了最多的32个峰。

采用新技术提取的得到花椒精油成分更多。李宇等人采用超临界CO2萃取得到汉源花椒挥发油，用GC－MS分离出了69个峰，鉴定出56种物质。主要成分为芳樟丁酸酯(30.212%)、(1α，3α，4β，6α)－4，7，7－三甲基－双环［4，1，0］庚烷－3－醇(10.940%)和(+)－4－蒈烯(1.826%)等［17］。与赵志峰等人的实验结果相比较，李宇等人分离鉴定出汉源花椒挥发油的化学组分多。这说明，新的提取技术的应用对于鉴定精油化学组分有着十分深远的影响。

3 花椒精油的功效研究

3.1 杀虫作用

早在上世纪90年代，路纯明等人就分离花椒挥发油，测定了各分离组分对杂拟谷盗成虫的致死作用。研究结果表明，β－水芹烯和里那醇有较高的杀虫活性［18］。对比青椒精油、红椒精油、一级麻素和二级麻素这四种花椒提取物对赤拟古盗成虫的触杀、驱避及种群抑制作用，结果表明二级麻素和青椒精油的触杀效果较好［19］。花椒精油中普遍含有的Ascaridole是一种应用广泛的驱虫剂［20］。

花椒精油对仓储害虫米象有很强的熏蒸作用和触杀作用。0.100 mL/L浓度的花椒精油处理18 h，米象的死亡率达到90%;相同时间内，随着处理浓度的增大，对米象触杀作用的校正死亡率呈上升的趋势［21］。郭红祥等人从酶学角度初步研究了花椒挥发油对玉米象虫的制毒机理。研究结果表明，玉米象成虫被花椒挥发油熏蒸处理后，虫体内酯酶和同工酶活性都被抑制［22］。

花椒精油对蚊虫也有较强的毒杀活性。彭映辉等人研究了岭南花椒和竹叶花椒果实精油对白纹伊蚊和致倦库蚊的毒杀和熏杀效果［23－24］。这两种花椒精油对蚊虫均具有显著的杀虫活性，具有开发成高效环保的杀蚊剂的潜力。国外的 Dharmagadda、Kiran、Nathan和 Murugan等人也研究了部分植物精油的挥发性成分在蚊虫防治中有显著的效果［25－28］。

3.2 杀菌作用

花椒精油具有抑菌作用，在民间早已有所应用，如用花椒水浸泡米布袋能防虫抑菌，使大米安全度夏。蒋小龙等人就研究对比了花椒精油和部分单体对7种储粮曲霉和青霉的抑菌效果，0.5 μL/cm3剂量的精油的被测单体即可以抑制霉菌孢子萌发和菌丝生长［29］。采用超临界流体萃取技术提取得到的陕西韩城大红袍花椒精油对黑曲霉菌、米曲霉菌、白色念珠菌和大肠杆菌都有较好的抑菌活性［30］。水稻纹枯病病原为立枯丝杆菌，已经成为我国水稻三大病害之首［31］。立枯丝杆菌的菌丝分泌细胞壁降解酶会引起植物发病［32］。龚佑文等人就研究了花椒精油对水稻纹枯病菌形态和细胞壁降解酶的影响［33］。研究结果表明，精油对水稻纹枯病菌的菌丝生长具有明显的抑制作用，随着精油浓度的提高，对水稻纹枯病菌蛋白质合成和细胞壁降解酶的活性的抑制作用均显著提高。

花椒精油对部分人体致病菌也有一定的抑制作用，不仅能抑制革兰氏阴性菌，也能抑制革兰氏阳性菌，同时对霉菌、真菌也有抑制作用。甘信等人提取大红袍花椒的挥发油测定花椒挥发油的抑菌效果和最小抑菌浓度。研究结果表明，花椒挥发油对实验用的酵母菌、霉菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有明显的抑制作用［34］。桂蜀华等人研究了花椒挥发油对16株皮肤癣菌的体外抗真菌活性。实验证实，花椒挥发油对絮状表皮癣菌、羊毛状小孢子菌等浅表性皮肤癣菌有较强的抑菌作用［35］。花椒挥发油对大肠埃希菌、铜绿假单胞菌和枯草杆菌等也有体外抑制活性［36］。

3.3 抑杀蠕形螨作用

目前国外学者常用甲硝唑和扑灭司林治疗蠕形螨病［37－38］，但是西药容易引起不良反应，且化学合成药物工艺复杂。而植物精油具有绿色、安全、无污染和不良反应小等优点，对治疗人体蠕形螨具有重要意义。蒋丽艳等人研究了花椒挥发油对毛形蠕形螨和皮脂蠕形螨的体外抑杀作用，发现花椒精油对两种人体蠕形螨具有较强的抑杀作用，且对皮脂蠕形螨的抑杀作用明显强于毛囊蠕形螨［39］。袁方曙等人采用单盲、平行对照试验方法，分别对择螨性痤疮、酒渣鼻和脱发患者进行花椒挥发油乳霜剂涂抹，以新肤螨灵霜作为对照，连续涂抹6周后，发现花椒挥发油乳霜剂的治愈率高且无副反应［40］。

3.4 抑制平滑肌收缩作用

袁太宁分别对大鼠子宫平滑肌［41］、小白鼠子宫平滑肌［42］和离体家兔结肠平滑肌［43］进行了花椒挥发油的抑制收缩功能进行了研究。与维拉帕米、氯化钙和催产素进行对照，花椒挥发油对大鼠和小白鼠的子宫平滑肌收缩有较强抑制作用，并且具有剂量依赖性，其作用机制可能是主要通过阻断钙通道，减少外钙内流和内钙释放从而产生抑制作用。与维拉帕米、对乙酰胆碱和氯化钙进行对照，花椒挥发油对离体家兔结肠平滑肌收缩具有较强抑制作用，其作用机制可能主要通过阻断钙通道，减少外钙内流和内钙释放从而产生抑制作用。

3.5 抗肿瘤作用

花椒精油对心血管系统、消化系统、免疫机能、凝血功能、镇痛、镇静、抗炎和杀菌等均具有较强的药理学活性［44］。随着对花椒提纯和药效作用的深入研究，发现花椒还具有抗肿瘤作用。花椒挥发油对嗜铬细胞瘤细胞在体外有杀伤作用，在不同浓度的挥发油作用下，瘤细胞出现不同的损伤状态，并且经MTT和SRB法证实有良好的重复性，说明花椒挥发油有抗嗜铬细胞瘤活性［45］。袁太宁等人研究了花椒挥发油的抗宫颈癌Hela细胞作用及其可能的机制。经对花椒挥发油处理后的 Hela细胞的增值速度、细胞凋亡和细胞周期的测定，可推测花椒挥发油在低浓度时，以诱导细胞凋亡为主要作用，高浓度时则直接杀死细胞。

3.6 抗炎、镇痛作用

花椒挥发油袁娟丽采用小鼠耳廓肿胀法、腹腔毛细血管通透性试验、滤纸性肉芽肿试验、热板法、扭体法进行实验观察。结果表明，花椒挥发油不同剂量灌胃给药，在给药7、14、21 d对二甲苯引起的小鼠耳廓肿胀有显著的抑制作用，花椒挥发油不同剂量灌胃给药3、6 d对醋酸导致的小鼠腹部疼痛均有显著的抑制作用［46］。王朝晖也采用热板法和醋酸扭体法研究了花椒挥发油对小鼠的镇痛作用，效果很好［47］。

3.7 其它功能

花椒挥发油具有较强的抗氧化活性。与维生素E和维生素C相比较，花椒挥发油的抗脂质过氧化活性和清除自由基活性都更强，并且其抗脂质过氧化活性强于其抗自由基活性［48］。据此推测，花椒挥发油可以降低血清过氧化脂质水平，抗脂质过氧化损伤。马建旸等人就研究了花椒挥发油对实验性动脉粥样硬化的影响，发现喂食花椒挥发油的豚鼠血中低密度脂蛋白、低密度脂蛋白/高密度脂蛋白、载脂蛋白B以及丙二醛水平降低，而且肝脏和主动脉组织中总胆固醇和甘油三酯含量以及主动脉粥样斑块面面积均比对照组小［49］。

花椒挥发油具有麻醉作用，我国民间有用于龋齿止痛者，药理研究证实，对局部有麻醉止痛作用。但是花椒挥发油对动物有急性毒性，袁娟丽等人采用一次灌胃、腹腔、肌肉和皮下4种给药途径，得出花椒挥发油对小鼠的致死剂量分别为 2.27、2.03、4.64、5.32 g/kg［50］。致死剂量给予小鼠可见行动迟缓、嗜睡、腹泻、心律和呼吸减慢、四肢抽搐等症状。研究还发现口服和腹腔注射相对毒性更明显。

4 结语

近年来对花椒精油的提取方法、化学组分和功效进行了很多基础研究，取得了一定的成果。从以上对花椒精油的研究可以看出，花椒可以在农业、医药、日化和食品等方面有广泛的开发利用前途。在农业上可以应用于杀灭害虫和抑制病菌，但是花椒精油易挥发会降低其药效期，张华等人对花椒挥发油进行β－环糊精包合，既延长了药效期又改变了用药剂型，使花椒精油被开发成全新剂型的杀虫剂产品成为可能［51］;基于花椒精油的杀菌、抑制平滑肌收缩、抗肿瘤、抗氧化性和麻醉等作用，花椒精油必可在医学方面发挥作用;花椒精油具有抗炎和抑杀螨虫的作用，可以开发成日用化妆品;因为花椒精油具有抗氧化活性并且具有花椒特有的麻香味，并且可以通过控制花椒精油的用量控制食用油的麻度，所以其可以成为高效食品添加剂。

与此同时，作为传统的药食同源植物，对花椒精油的研究还仅仅只是个开端，对于花椒精油的某些化学组分研究尚未清楚，其药理学毒理学特性也有待研究。我国花椒资源相当丰富，对其进行深入的基础和应用研究，对于花椒的深加工特别是高附加值加工对于花椒的合理利用具有深远意义。

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