花椒的成分研究及检测技术进展

王悦秋，梁大伟

(雅安职业技术学院 药学与检验系，四川 雅安 625000)

花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim)属芸香科，全世界约有250种，我国约有45种，13个变种，主要分布在河南、山东、四川、重庆等地。花椒既是人们日常生活常用的调味料，被誉为我国传统的"八大调味品"之一，又是一种传统中药材，具有温中散寒、除湿、杀虫等作用。目前，按照中华人民共和国林业行业标准(LY/T1652-2005)，将花椒质量等级标准进行分级，包括感官评价、理化指标等，其中感官评价包括色泽、气味、味道和果形颗粒等，理化指标包含挥发油含量、水分和固体杂质等，并无麻味物质及其他特征指标的测定方法[1]。本文综述了近年花椒化学成分及检测技术的研究进展和成果，为建立花椒质量标准体系和合理开发利用花椒资源提供了一定参考依据。

1 花椒的化学成分

花椒的化学成分较复杂，主要有生物碱、挥发油、脂肪酸、香豆素和酰胺等，其他成分还包括黄酮苷、甾醇和三萜类。但挥发油、生物碱、酰胺这三类主要物质作为花椒的重要生理活性成分，在一定程度上决定了花椒的属性、品质等，一直以来都是研究的热点。

1.1 挥发油

花椒的香气主要来自于花椒中富含的挥发油，挥发油的含量是判断花椒等级的主要理化指标之一[2]。从结构特征上，该类挥发油的主要成分有烯烃类、酮类、醇类、酯类和环氧类等类型的小分子物质[3-4]。花椒挥发油的化学成分及含量会受到花椒品种、产地、气候等很多因素的影响。陈光静[5]等对甘肃、陕西、四川三省8个不同产地红花椒挥发油的组成进行了分析，研究发现不同产地红花椒挥发油差异较大， 样品间挥发油组分不同，相同组分间其含量差异也较大；共有组分含量间存在较大差异，非共有组分的含量都比较低，非共有组分中含量占总含量百分比大于1%的较少，其中共有组分中的主要成分是月桂烯、柠檬烯和桉树醇。吴素玲[6]等研究发现花椒挥发油经过放置以后，其成分会有所变化，花椒破碎后放置的时问越长，其挥发油成分中D-柠檬烯、β-水芹烯等烯类成分比例明显减少，致使芳樟醇比例不断升高，放置3个月后提取的挥发油中某些烯类成分已消失，如：β-水芹烯含量降至0.12%，D-柠檬烯含量降至0.42%，而芳樟醇含量上升至81.88%，该研究进一步说明花椒挥发油的成分随着时间的推移会发生变化，结构相对不稳定的小分子烯烃类物质逐渐衍生为相对稳定的醇类。

1.2 生物碱

生物碱是指天然的含氮有机化合物(不含氨基酸、蛋白质、核苷等开链的简单脂肪胺)，它的氮原子常在环上，大多具有复杂的环状结构和较好的生理活性[7]。花椒属植物中普遍含有生物碱成分，按其母核结构特征，主要有喹啉衍生物类、异喹啉生物类、苯并菲啶衍生物类[8]。目前，从花椒属中已分离出大量确定结构的生物碱，其中青花椒碱是第一个从花椒属植物中发现的4-喹啉酮类生物碱[9]。关荣琴[10]等对四川茂汶花椒、陕西韩城花椒、云南青花椒中的生物碱含量进行测定，并对其光谱学特性进行分析，发现青花椒和红花椒两个不同品种之间生物碱种类有差异；不同产地的相同品种，其主要成分相同，含量略有差异，说明生物碱含量受气候条件、土壤水分和光照强度等影响而存在差异。

1.3 酰胺类物质

酰胺类物质是花椒重要的活性成分之一，是花椒呈麻味的主要成分，花椒属植物中的酰胺类结构大多为链状不饱和脂肪酰胺，以山椒素为代表，具有强烈的刺激性[11]。理化性质方面，花椒酰胺类物质多为白色结晶体，易溶于氯仿，加热时溶于石油醚，难溶于甲醇和乙醇；结晶体在室温下放置数分钟后会变成黄色黏胶状，极性大，易溶于甲醇和丙酮，难溶于氯仿，不溶于石油醚。因此，花椒酰胺类物质常置于安瓿瓶中，并充氮气保护，低温下保存[12-14]。李菲菲[15]等对来自不同产地14种花椒中的酰胺类物质含量进行了测定，研究发现花椒中的酰胺类物质的含量与产地、气候和海拔有着密切联系，结果表明高山区红花椒的总酰胺含量>竹叶花椒>低山区红花椒。李霄洁[15]等以汉源红花椒为原料，分析了汉源产红花椒叶和果皮中酰胺类物质的组成成分，发现两者中的酰胺类物质成分基本是相同的，都含有羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、羟基-γ-山椒素等酰胺类物质，虽然花椒叶中的酰胺类物质含量比花椒果皮中较少，但仍可以提供麻味物质。因此，花椒叶可以作为新型食品资源和调味料。

2 花椒成分的检测技术

随着近年来物理学、计算机科学、生物学及精密仪器制造等学科技术的快速发展，越来越多的现代分析测试技术应用到花椒成分的检测中，目前常见的定量检测方法主要有紫外分光光度法(UV)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-质谱联用检测法(GC-MS)、近红外光谱检测法(NIR)及电位滴定法、薄层层析检测法(TLC)等。

2.1 高效液相色谱法(HPLC)

高效液相色谱法常被应用于花椒中酰胺类物质的检测。因不同花椒品种的不饱和脂肪酰胺种类不相同，且花椒麻味物质标准品很难制备，容易氧化，不能暴露在空气中，所以目前国内还没有市售的相关花椒麻味物质标准品。但建立花椒中酰胺类物质含量测定的高效液相色谱法首要条件就是要有其标准品，因此，目前文献报道的花椒酰胺的高效液相色谱检测法多采用硅胶柱层析、制备型高效液相色谱等分离方法系统分离纯化花椒及其提取物中酰胺类物质，作为其标准品使用[16-19]。王洪伟[20]等应用气相色谱法、高效液相色谱法、分光光度计法对花椒麻味物质的含量进行定量检测分析，并比较了三种检测方法的技术指标以及在实际检测中的效果，结果表明高效液相色谱检测法在精确度、准确度、检测限等方面优于其它两种检测方法。

高效液相色谱法还被应用于花椒挥发油中花椒油素的含量测定，以及生物碱成分如白屈菜红碱、茵芋碱的含量检测，但操作多较为繁琐、检测条件要求相对严格。

2.2 气相色谱-质谱联用(GC-MS)

目前气相色谱-质谱联用技术较为广泛地应用于花椒挥发油成分组成和含量检测中。与单独使用气相色谱法相比较，气相色谱-质谱联用技术不仅能对花椒挥发油成分进行测定，还能对挥发油组成成分进行定性检测。因此很多学者将气相色谱-质谱联用技术应用于不同品种、不同产地以及不同提取方法等的花椒挥发油定性、定量分析，这为提高花椒质量标准的技术水平提供了理论基础。如李江涛[21]等采用常压水蒸气蒸馏法提取花椒中的挥发油，并采用气相色谱-质谱联用仪分析了挥发油的化学成分及其含量，结果分离出了100余种化合物，共鉴定出52种， 占挥发油总量的61.47%，其中绝大多数为萜类化合物及其衍生物，其中萜烯醇含量高达20.03%，桉油精为5.57%，胡椒酮为4.6%。吴素玲[6]等采用气相色谱-质谱联用技术考查了前处理方法及提取方法对重庆江津青花椒挥发油成分的影响研究，结果表明原料破碎前后主要化学成分变化不大，但烯类成分较容易被提取出来。此外，传统水蒸汽蒸馏法(HD法)、微波辅助水蒸气蒸馏法(MAHD法)和无溶剂微波提取法(SFME法)三种提取方法对花椒精油的主要化学成分影响不大。

气相色谱-质谱联用技术还应用到花椒酰胺类物质的检测[22-23]，但样品需经过复杂的前期处理，以去除花椒挥发油的干扰。此外，该仪器较昂贵，检测成本相对较高，一定程度上限制其在该类产品成分检测上的使用。

2.3 近红外光谱法(NIR)

近红外光谱分析是指波长介于可见光区与中红外光区之间的电磁波，是一种快速检测物质化学组分含量的一种现代光谱技术，具有分析过程绿色化(无需使用化学试剂)、快速、无破坏性以及多组分分析等特点，已广泛应用于医药、食品、农业与石化行业中，尤其是在线检测和现场检测方面，近红外光谱分析技术具有很大的发展潜力和应用空间[24]。

徐云[24]等首次提出了建立基于单籽粒红花椒的近红外光谱定量分析模型，用于花椒的挥发油含量检测。实验选择了重庆地区收集的红花椒样品74份，采用全谱分析，集合异常样品剔除方法及模型优化方法，建立了74份红花椒挥发油的近红外模型。实验表明所建立的单籽粒花椒挥发油的近红外定标模型具有较好的稳定性和预测能力。该方法为花椒的无损、快速检测提供了一种可能的途径。吴习宇[25]等将花椒复杂的化学组分作为整体研究对象，采用近红外光谱分析技术建立花椒的图谱库，同时结合模式识别方法对不同产地的花椒样品进行模式识别研究，建立了一种快速、简单、准确的花椒产地鉴别方法，为保证名品花椒、产地优选提出一种新的方法。

近红外光谱分析技术除了应用于花椒挥发油含量检测外，近年来也被应用于花椒麻味物质[26]、生物碱成分[27]的检测，为快速检测花椒组成成分提供了可行性方案。该技术通过多种数据预处理和模型优化方法，建立花椒组分的近红外光谱定量模型，对花椒中挥发油、麻味物质等进行含量测定，与传统方法相比大大缩短了测定时间，实现无损检测。可以提高花椒收购、深加工、销售等环节中的工作效率，为花椒产地的识别及追溯提供技术支持，具有实际应用和推广价值。

2.4 其他方法

除了上述文献报导较多的检测技术外，紫外可见分光光度、酸性染料比色法及甲醛快速滴定法等也应用于花椒成分分析中。如付陈梅[28]等研究了紫外分光光度计法测定花椒油中酰胺类物质含量的最佳工艺条件，结果表明采用甲醇萃取花椒油中的酰胺类物质，萃取时间为4 h，萃取温度为40℃，具有良好的回收率和重复性。石雪萍[29]等采用酸性染料比色法，以白屈菜红碱为对照品，在pH值=7.6的条件下，以溴甲酚绿为指示剂，通过氯仿萃取，在425 nm波长处测定氯仿层吸收度，测定花椒中总生物碱含量，结果表明该方法操作简便、准确，可用于花椒的质量控制。李菲菲[15]等建立花椒麻味物质(酰胺类)总含量的快速检测技术，即甲醛滴定法，与常规的花椒麻味物质测定方法相比较，该方法虽灵敏度不高，但检测成本较低廉，操作简单、快捷，且能够相对准确检测出花椒所含的总酰胺含量，具有一定的普适性。

3 结论

花椒由于本身组成成分极其复杂，其成分又因为产地、品种等不同存在很较大的差异，目前除其中的挥发油外，并无其他特征成分的的标准测定方法。因此，为了促进花椒的精深加工、稳定花椒制品品质和拓展其应用领域，科研工作者应积极结合现代分析技术，基于普适性等原则，建立特征成分的可操作性强的检测方法，特别是建立某些特征成分指标的快速检测法，同时对不同产地、不同品种花椒的特征成分建立数据库，从而建立花椒及其制品有效的质量评价体系及质量标准。