山苍子油应用研究进展

向育君 王海华 孙远东

(遵义师范学院生物与农业科技学院1，遵义 563006)(湖南科技大学生命科学学院2，湘潭 411201)

山苍子油是指从山苍子果实的果皮中分离出来的植物精油，其主要成分为柠檬醛(60%以上)，可食用。山苍子是我国富产植物资源之一，别名有山鸡椒、木姜子、山胡椒、毕澄茄等， 在我国长江以南的省份分布广泛。我国是山苍子油生产大国，加强山苍子油的应用研究，有利于山苍子油系列新产品的开发，有利于推动山苍子产业的发展。方学军[1]、赵铭钦等[2]曾在2007年对山苍子油的综合利用做过综述，故本文将对2007年及其以后国内外的山苍子油的应用研究进行分类与总结，以便为从事山苍子应用研究的科技工作者提供参考。通过查阅文献，2007年及其以后的山苍子油(皮油)应用研究主要集中在柠檬醛提取、抗菌、驱蚊驱(杀)虫、抗氧化、保鲜、抗癌、制备抗菌材料等方面，以下将分述之。

1 柠檬醛提取

柠檬醛是山苍子油的主要成分，广泛应用于香料和食品等行业，也是合成紫罗兰酮和鸢尾酮等高级香料的主要原料，价格远高于山苍子油。因此，提取高纯度的柠檬醛是山苍子油应用研究的一个重要方面。从山苍子油中提取柠檬醛的方法主要有化学法和蒸馏法两大类。

1.1 化学法

化学法的第一种法方是使用亚硫酸钠和山苍子油中的柠檬醛生成溶于水的磺酸盐，从而将柠檬醛从油相转移到水相，然后在强碱性条件下水解，重新生成柠檬醛。第二种方法是使用饱和亚硫酸氢钠溶液与山苍子油中的柠檬醛生成不溶于水的白色沉淀，然后利用强酸或强碱使沉淀水解，重新得到柠檬醛。在这两种方法中，柠檬醛的收率一般不超过75%，纯度低于95%。使用相转移催化剂能提高第一种方法的收率和纯度。付红军等[3]研究表明，使用随意甲基化β-环糊精(RM-β-CD)为相转移催化剂能使柠檬醛的收率达到86.6%，纯度达到96.5%。改变亚硫酸氢钠与柠檬醛生成的白色沉淀的处置方法能提高第二种方法的收率和纯度，胡尽恒等[4]研究表明，使用正己烷在索氏提取器中抽提白色沉淀，可得到纯度为98%的柠檬醛，收率也从45%提高到了65%。化学法提取柠檬醛设备投资小，但工艺流程长，三废多，故不适用于大规模的工业化生产。

1.2 蒸馏法

蒸馏法提取柠檬醛主要包括水蒸气蒸馏法、减压蒸馏法、分子蒸馏法。

水蒸气蒸馏法[5]由于得不到高纯度的柠檬醛，已被淘汰。目前的研究主要集中在减压蒸馏法和分子蒸馏法。钟昌勇[6]等对减压蒸馏前的山苍子油进行脱水、脱氧、磁化处理，并改进减压分馏塔，不从塔顶收集柠檬醛，在改进的工艺条件下，柠檬醛的纯度最高可达98.2%，收率最高可达91.4%。王贤书等[7-9]利用Aspen Plus模拟软件, 研究了减压下山苍子油汽-液相平衡，并对减压连续精馏分离柠檬醛进行了工艺模拟，在计算机优化的工艺条件下，计算表明柠檬醛纯度最高可达98.10%，收率最高可达93.82%。曾宏[10]等采用正交实验研究多段连续减压精馏提取柠檬醛，研究表明回流比和塔顶温度对产品纯度影响很大，在系统绝对压力为666～2 666 Pa时,阻聚剂和抗氧化剂的添加量不应低于0.3%,在最佳工艺条件下，纯度最高达95%,收率为65%。陈海燕[11]等研究了在塔釜温度低于130 ℃，真空度为3 mm Hg条件下，两次减压精馏的塔顶温度和回流比对产品纯度和收率的影响，结果表明，塔顶温度分别为78～80 ℃(第一次), 85～90 ℃(第二次)，回流比分别为2∶1(第一次)和3∶1(第二次)时,所得柠檬醛的纯度为97.86%，收率为75.23%。贾绍义等[12]的授权发明专利表明，利用磁化与减压精馏工艺，柠檬醛的纯度可达97.3%以上, 总收率可达91.6%以上。从上述研究中可以看出，除了工艺参数外，山苍子油的预处理以及相关助剂的使用有利于提高柠檬醛的纯度和收率，应该加强这方面的研究工作。

相比于减压蒸馏，分子蒸馏技术应用到柠檬醛的提取要晚一些，近年来的研究主要集中在蒸馏工艺参数的优化上。程晶等[13]通过正交实验确定最佳工艺条件为: 蒸馏压力0.18 k、蒸馏温度55 ℃、物料流速15 mL/min,在这样的条件下，柠檬醛的纯度可达98.0%,收率为77.2%。唐成志等[14]研究了三级分子蒸馏中试工艺条件，研究表明在进料速率 25 kg/h、预热温度55 ℃和刮膜转速300 r/min、冷凝面温度为7 ℃的条件下，一、二、三级蒸馏的最佳蒸馏温度分别为55、50、55 ℃，最佳蒸馏压力分别为500、100、12 Pa。在这样的工艺条件下,柠檬醛的纯度可达92.71%, 收率在80%以上。沙勇等[15]研究了分子蒸馏器馏余物收率对柠檬醛分离效果的影响，研究表明当山苍子油中柠檬醛的质量分数为0.803、加热温度328 K、进料流量为10 mL/min、蒸馏压力为230 Pa、刮膜转速为300 r/min时,在馏余物收率为60%时, 拧檬醛的纯度在96%以上, 收率在70%以上。郑秋霞等[16]研究了一次分子蒸馏中温度和压力对分离效果的影响，研究表明当蒸馏温度为45 ℃、蒸馏压力0.2 kPa时，柠檬醛的纯度为95.08%, 收率为80.02%，如果继续进行二次蒸馏，柠檬醛的纯度可达100%。吴世林[17]的发明专利采用两次分子蒸馏法，可以得到纯度为100%的柠檬醛。

和减压蒸馏相比，分子蒸馏提取柠檬醛的操作温度低，蒸发速度快，产品质量稳定，因此，笔者认为分子蒸馏是从山苍子油中提取柠檬醛技术的发展方向。

2 抗菌

研究表明山苍子油具有很强的抗菌作用，近年来国内外学者对其抗菌研究主要集中在对人体、作物、食品保存等有害的真菌或细菌上。

Hu等[18]研究了山苍子油对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌活性及作用机理，研究表明山苍子油对该菌有较好的抗菌活性，最低抑菌浓度和最低杀菌浓度分别为0.5、1.0 mg/mL。研究表明山苍子油对MRSA细胞膜具有破坏作用，可导致细胞内生物大分子泄漏。此外，山苍子油还能抑制MRSA的呼吸代谢，山苍子油的主要成分柠檬醛能与该菌的DNA发生嵌合体反应，影响其活性。 Alharbi等[19]利用原子力显微镜和透射电镜也研究了山苍子油对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌作用得出了类似的结论。Yang等[20]研究表明山苍子油对致龋细菌变形链球菌(S.sobrinus)有良好的抗菌效果，可加入食品中预防龋齿。王小丽等[21]研究表明柠檬醛含量为68.3%的赣南产山苍子油对大肠埃希菌、白假丝酵母菌、金黄色葡萄球菌、新生隐球菌、都柏林假丝酵母菌、克柔假丝酵母菌的最低抑菌浓度分别为1.25、0.63、1.25、1.25、0.63、1.25 μL/mL。付红军[22]、吴均等[23]的研究表明山苍子油对根霉、黑曲霉等真菌的抑制活性强于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌，对黑曲霉的活性抑制最强，对其最小抑菌浓度为3.12 mg/mL，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、根霉的最小抑菌浓度分别为6.25、3.12、3.12 mg/mL。梁青等[24]等研究了山苍子油对日化产品腐败菌萎缩芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、溶血葡萄球菌的抑制作用，研究表明山苍子油对它们的最低抑菌浓度分别为0.09、0.045、0.18 g/L，这也说明山苍子油可以作为天然抗菌剂添加到日化产品中。Liu等[25]研究了山苍子油对副溶血性弧菌、单核细胞增生李斯特菌、植物乳杆菌、异常汉逊酵母的体外抗菌活性，对应的最小杀菌浓度分别为750、750、1 500、375 μg/g，山苍子油对这些致病菌或腐败微生物的抗菌作用表明它可以用于食品的保鲜防腐。郭丹等[26]的研究表明山苍子油对油茶炭疽病菌、水稻稻瘟病菌和西瓜枯萎病菌3种植物病原菌有抑制作用。

山苍子油有较强的抗真菌作用。Li等[27]的研究表明，山苍子油熏蒸能抑制生长在甘草中的黄曲霉的菌丝生长，最低抑菌浓度为0.5 μL/mL，最低杀菌浓度为1 μL/mL，表明山苍子油可用作抗真菌熏蒸剂，能减少黄曲霉毒素的积累。黄云丽等[28]研究表明山苍子油对马拉色菌具有抗菌作用，最小抑菌浓度为(3.13±0.846)mg/mL，对糠秕马拉色菌抑制作用强于合轴马拉色菌和厚皮马拉色菌，山苍子油能够增强伊曲康唑、酮康唑及氟康唑的抗菌作用。郭丹等[29]研究发现山苍子油对3种常见木材真菌绿色木霉、绵腐卧孔菌和彩绒革盖菌有较强的抑制作用，表明山苍子油具有木材防腐作用。梁青等[30]研究表明山苍子油对白假丝酵母的最低抑菌浓度和最小杀菌浓度均为1.25 μL/mL，具有良好的抗白假丝酵母活性，进一步研究表明山苍子油能破坏该菌的细胞壁和细胞膜，使细胞内容物泄漏。Wang[31]等研究了山苍子油对灰霉病的抑制作用，也发现山苍子油能破坏灰霉菌的细胞膜，影响其通透性，这说明山苍子油对细胞膜的损伤是其重要抗菌的抗菌机制之一。万力等[32,33]研究表明山苍子油对申克孢子丝菌具有较好的抗菌活性，最小抑菌浓度范围是156.25～1250 μg/mL，此外，还发现山苍子油对小鼠系统性新生隐球菌感染有治疗作用[34]。董晓娜[35]研究表明山苍子油对白念珠菌具有较好的抗菌作用，可用来治疗白念珠菌阴道炎。曾跃斌等[36]研究了山苍子油对白念珠菌全基因组表达谱的影响，研究表明在山苍子油的作用下，白念珠菌基因组中约有11%的基因产生了差异性表达，这或许也是山苍子油抗真菌的作用机制之一。

山苍子油的抗菌活性主要来源于其主要成分柠檬醛，对细菌和真菌具有广泛的抗菌谱，Muranyi等[37]对此做了较为全面的总结，有兴趣的读者可以参阅该篇文献。

3 驱蚊驱(杀)虫

人们很早就发现山苍子油具有很好的驱蚊驱虫作用，这方面的研究也是山苍子油应用研究的重要方面。

Atirach等[38]研究表明山苍子油对埃及伊蚊具有显著驱除效果。Wu等[39]研究表明山苍子油对白纹伊蚊的20分钟驱避率为73.94%。Jeon 等[40]研究了山苍子油熏蒸对粉尘螨、屋尘螨腐食酪螨的灭杀活性，结果表明它们的半致死浓度分别为1.54、1.83、3.90 μg/cm2，说明山苍子油是一种性能良好的除螨剂。Kumar[41]研究发现山苍子油对绿豆象的熏蒸毒性实验的半数致死浓度为0.27 μL/cm3, 接触性毒性实验的半数致死浓度为0.27 μL/cm2，而且熏蒸不影响豇豆种子的发芽。Rodrigues等[42]研究发现山苍子油对克氏锥虫的无鞭毛体和锥鞭毛体具有杀灭活性，半数致死浓度分别为45.5、87.9 μg /mL。Yang等[43]研究发现发现山苍子油对烟甲虫成虫和书虱有较强的接触毒性。半数致死量值分别为27.33、71.56 μg/cm2，对两种储粮害虫均表现出较强的熏蒸毒性，半数致死浓度值分别为22.97和0.73 mg/L。Chaubey[44]研究了山苍子油对赤拟谷盗的毒性和发育抑制活性，研究表明当质量分数为0.003 215%(滤纸驱避试验)时，山苍子油对赤拟谷盗的趋避效果就很显著。山苍子油对赤拟谷盗的成虫的熏蒸半致死浓度0.97 μL/cm3。Lizandra等[45]研究了不同浓度的山苍子油对曼氏血吸虫尾蚴、幼虫和成虫影响，结果表明山苍子油浓度为200 μg/mL时，细胞毒性显著。Jiang等[46]研究了山苍子油对粉纹夜蛾幼虫的毒性，结果表明其半数致死量为112.5 μg/只。Seon等[47]研究表明山苍子油对日本白蚁有较好的防治作用。ParkI 等[48]研究了山苍子油对松材线虫的杀虫活性，其主要成分柠檬醛对松材线虫的半致死浓度为0.12 mg/mL。

山苍子油在驱蚊驱(杀)虫方面的应用研究是一个相对比较活跃，研究水平较高的领域，也说明山苍子油在这方面的应用受到了广泛的关注，这与更有利于环保的生物农药的开发是密切相关的，国内的研究者应该加强相关产品的配方研究，早日开发出能投放市场的产品。

4 食品保鲜

研究表明山苍子油及其与其他保鲜剂制成的复合保鲜剂能延长食品的储存时间。孟金明等[49]研究了含不同浓度山苍子油的乳清蛋白/壳聚糖复合膜液对枇杷的保鲜作用，研究表明山苍子油含量为6%的复合膜液保鲜效果较好，能显著抑制过氧化物酶、多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶的活性。钟艳梅[50]等用山苍子油(0.3%)与VE(0.1%)、植酸(0.1%)制备复合保鲜剂，研究了其对虾肉的保鲜效果，研究表明该保鲜剂能使虾肉的货架期由原来的3～4 d延长至7～9 d，效果较好。彭湘莲等[51]通过正交实验获得了一种山苍子油复合保鲜剂的最佳配方：VE0.10%、山苍子油0.20%、壳聚糖2.25%，这种保鲜剂可以使新鲜猪肉在4 ℃冰箱中保存11 d后各项指标仍符合二级鲜肉标准。钟艳梅等[52]将山苍子油与可溶性淀粉、单甘酯、海藻酸钠加入蒸馏水中制成涂膜剂，研究表明当山苍子油的浓度为0.08%时，对猪肉的保鲜效果最好。此外，她们还发现山苍子油与VE、VC复配制备的复合型保鲜剂涂膜的保鲜效果更好[53]，正交实验结果表明其最佳配比为VC 0.20%、山苍子油 0.25%、VE0.25%。付红军[54]用熏蒸法研究了山苍子油对青椒的保鲜防腐效果，并研究了0.1%和0.2%的山苍子油溶液对猪肉的保鲜效果。研究表明对于青椒而言，山苍子油可抑制POD (过氧化物酶)活性的上升，诱导PAL (青椒苯丙氨酸解氨酶)活性增加,延缓MDA (丙二醛)含量的增加,促进酚类物质以及细胞壁的木质化、植保素等的合成,推迟膜脂质过氧化,提升青椒抗病性,从而延长青椒的货架期；对于猪肉而言，山苍子油能延缓猪肉中超氧化物歧化酶的活性下降, 抑制膜脂质过氧化从而延长其货架期。旷春桃等[55]发明了一种含有山苍子油、桉叶油、姜黄油的防腐保鲜组合物,并获得了专利。

由于山苍子油具有特殊的气味，大量使用会影响食品的风味，而且浓度过高也会对食材组织造成损害[54]，所以在食品保鲜剂中的用量较低。

5 抗氧化

研究表明山苍子油具有较好的抗氧化性能。Wang等[56]研究发现山苍子油对羟自由基的半抑制浓度为0.19 mg/mL，对超氧化物的半抑制浓度为0.45 mg/mL，山苍子油还能显著抑制亚油酸的过氧化作用。Huang等[57]研究表明山苍子油对酪氨酸酶有较强的抑制作用，半抑制浓度为100 μg/mL，具有较强的抗氧化和减轻紫外线对皮肤的伤害作用，可以作为一种新型的天然美白剂使用。Singh等[58]研究表明当山苍子油的浓度为25 μL/mL时，对2，2’-二苯基-1-吡啶肼(DPPH)自由基的清除率分别为71.2%，表现出良好的抗氧化活性。钟艳梅等[52]研究表明山苍子油能有效清除DPPH自由基、羟自由基和超氧自由基。李芳等[59]研究了液液萃取、水蒸气蒸馏法提取、二氧化碳超临界萃取提取的山苍子油的抗氧化活性，液液萃取和二氧化碳超临界萃取获得的是山苍子核油与皮油的混合物，研究结果表明它们的抗氧化活性要强于水蒸气蒸馏法提取提取的皮油，说明山苍子核油成分(主要为月桂酸)的加入能增强山苍子皮油的抗氧化活性。基于山苍子油的抗氧化性，周晓浩[60]发明了含山苍子油的雪花膏, 该产品对皮肤无刺激性，具有明显的嫩肤养颜、持续补水保湿效果；李湘洲等[61]发明了含山苍子油和姜黄素的防晒品。

山苍子油的抗氧化活性表明其在美容、防晒、抗衰老等产品开发中具有用武之地，加强相关产品的配方和效果研究，有利于提高山苍子油的经济价值。

6 制备抗菌材料

为了充分利用山苍子油的抗菌性能，可以将它制备成抗菌材料，主要包括膜和微胶囊。WANG[62]等制备了含硬叶燕麦淀粉和山苍子油的壳聚糖膜并研究了其物理、抗菌和抗氧化性能。研究表明山苍子油的加入能显著提高膜的抗菌和抗氧化性能，但也会降低膜的拉伸强度、透湿性和吸湿性。Cui等[63]制备了包埋有山苍子精油的蒲公英多糖纳米纤维并研究了其抗菌活性。该研究先用超声法将山苍子油包埋在β-环糊精 的空腔中，然后以天然产物蒲公英多糖为原料，通过静电纺丝将山苍子油包埋到纳米纤维上。研究表明包合物浓度为7.5 mg/mL的纳米纤维具有良好的热稳定性和长效抗菌性能。辛慧等[64]制备了含山苍子油的聚乙烯膜，并研究了其抑菌活性和对大米的保鲜作用，研究表明其对青霉菌、大金黄色葡萄球菌、黄曲霉菌、肠杆菌和灰霉菌的抑制率均大于50%，用它包装大米能有效延缓大米陈化。王丹等[65]制备了, 一种含有乙烯清除剂和以山苍子油-紫苏精油微胶囊为缓释抗菌剂的抗菌保鲜膜。杨艳红等[66,67]研究了山苍子油的β-环糊精微胶囊的制备方法，研究表明喷雾干燥法是较好的一种制备方法，能较好地保护山苍子油。付红军等[68]等研究了以β-环糊精、羟丙基β-环糊精、可溶性淀粉、阿拉伯树胶、黄原胶为壁材，使用喷雾干燥发制备山苍子油微胶囊，研究表明以羟丙基β-环糊精为壁材制备的微胶囊性能最好，在优化工艺条件下，山苍子油的包埋率可达83.8%。吴世林[69]的发明公开了一种以β-环糊精为壁材的山苍子油微胶囊化方法， Wang等[70]用紫外分光光度法研究了β-环糊精、二甲基β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精与山苍子油的包埋作用，研究表明它们与山苍子油的缔合能力是依次增大的，山苍子油在用悬浮法制备的β-环糊精微胶囊中的含量为0.12 g/g。张赛[71]制备了去除了蛋白质和脂肪的糙米多孔淀粉，并研究了用其制备山苍子油微胶囊的工艺条件。研究结果表明，包埋温度55 ℃、包埋时间1 h、芯材质量比为3∶1是较佳工艺参数，其中山苍子油含量是(21.3±0.2)mg/g。彭梦侠[72]发明了一种以海藻酸钠为主要壁材的山苍子油胶囊，用于粮食或衣物的防霉杀虫。周立新等[73]发明了以乙基纤维素、阿拉伯胶、高取代羟丙基纤维素和麦芽糊精为壁材的山苍子油微胶囊，可用于防霉防蛀。李明等[74]发明了以脲醛树脂为壁材的山苍子油微胶囊悬浮剂，可用作生物农药。

不论是含有山苍子油的膜、纤维，还是微胶囊，其本质都是山苍子油的缓释载体，这些材料的研发，有利于山苍子油的应用。

7 抗癌

Seal等[75]研究发现山苍子油蒸汽能使蛋白激酶B(AKT)失活，从而诱使人非小细胞肺癌A549细胞凋亡和细胞周期阻滞，阻断这种癌细胞增殖。钟艳梅等[53]研究了山苍子油对小鼠肝癌细胞Hepa 1c1c7的抗癌活性，发现使抗癌指标醌还原酶活性倍增的质量浓度为15.63～31.25 μg/mL，表明山苍子油有一定的抗癌活性。Ho等[76]研究发现山苍子油对人的肺、肝和口腔癌细胞有细胞毒性作用。以上研究表明山苍子油是一种潜在的抗癌药物，具有很大的研究和应用价值。

8 其他

Chen等[77]研究发现山苍子油具有神经病理学活性，研究表明对小鼠而言，山苍子油能显著延长戊巴比妥诱导的睡眠时间，具有抗焦虑活性和很强的镇痛作用，这些都证明山苍子油对小鼠中枢神经系统有明显的影响。Chen等[78]研究表明山苍子油对骨髓来源的树突状细胞和小鼠具有免疫调节作用，从而在接触过敏、炎性疾病和自身免疫性疾病的治疗中具有一定的应用价值。黄喜根等[79]研究了用山苍子油合成假性紫罗兰酮的实验条件，有利于山苍子油的深加工。

9 结语

山苍子油的主要成分为柠檬醛，除了继续开发柠檬醛新的提取方法和改进现有提取工艺外，还应加强对山苍子油中其它组分的分离研究，提高山苍子油的利用价值。针对山苍子油的抗菌能力、驱蚊驱(杀)虫和抗癌作用，应加强其机理研究，确认不同组分的贡献，开发出针对性更强的产品。此外，近年对于山苍子油用于生物农药，防治植物病虫害的研究较少，这方面的工作有待加强。对于山苍子油在食品保鲜、抗氧化、抗菌材料的研究而言，除了研究其机理，当务之急是加强相关产品配方的研究，尽快将研究成果转化为生产力，这一点也适用于全部山苍子油的应用研究。本文所参考的81篇文献中，有57篇是近五年发表的，这说明山苍子油的应用研究方兴未艾，完全有理由相信，在广大科技工作者的共同努力下，山苍子产业将迎来快速的发展。