不同省份花椒的脂肪酸组成及相似性分析

李亚南，葛国琴，陈江琳，崔传坚，金龙*，侯如燕*

（1.安徽农业大学 茶与食品科技学院，安徽 合肥 230031；2.安徽农业大学 茶树生物学与资源利用国家重点实验室，安徽 合肥 230031；3.洽洽食品股份有限公司，安徽 合肥 230601）

花椒是（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）芸香科植物青椒或花椒的干燥成熟果皮[1-2]，全世界约有250 种，我国约有45 种和14 个变种[3]，按照果实颜色分为红花椒和青花椒。花椒具有特殊的辛、麻、香味[4]，是一种典型的药食同源的植物[5]，位列卫健委公布的既是食品又是药品的中药名单，有治疗肝损伤[6]、抑菌杀虫[7-10]、缓解疼痛、消炎[11-13]、抗氧化、抗癌[14-19]等作用。花椒的活性化学物质丰富，富含挥发油[20]、酰胺类物质[21]、生物碱[22]、香豆素[23]、木脂素[24]和脂肪酸[25]等。目前，脂肪酸分析技术主要有气相色谱法、高效液相色谱法、红外光谱法、质谱法以及薄层层析法[26]。

目前国内外对于花椒的研究主要集中在栽培技术[27]、采后干制、加工技术[28]以及花椒挥发油的含量、化学组成等方面。候丽秀[28]对不同地区青花椒籽和红花椒籽进行油脂萃取，再利用气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）对籽油进行脂肪酸测定。曹蕊等[3]采用索氏抽提法从花椒中提取花椒油，用GC-MS 进行分析并对两种花椒油的脂肪酸组成和相对含量进行比较。张仁凤等[29]采用GC-MS 对6 个不同产地红花椒籽油的脂肪酸组成进行了分析。已有的研究分析了不同产地花椒的脂肪酸种类，表明花椒样品的脂肪酸组成与产地存在一定的相关性。

在我国花椒主要产自四川、陕西等地，产地不同造成市场价格差异。本文选取陕西、山东、四川、甘肃4个省份共32 份花椒，并对脂肪酸成分进行提取，结合气相色谱法对其进行分析。利用37 种脂肪酸甲酯混合标准品确定脂肪酸成分并采用外标法确定各成分的含量。进一步采用方差分析和多重比较分析不同省份花椒脂肪酸组分的显著性差异，进一步探究花椒的脂肪酸含量及其组成差异与产地的相关性，旨在为花椒在食品、医药等领域的进一步应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花椒样品（干制品）：来自陕西韩城8 份，山东泰安、枣庄各4 份，四川汉源2 份、茂汶6 份，甘肃天水3份、陇南4 份、临夏1 份，4 个省份共计32 份样品。所有样品均自行采摘，在未检测分析前均在-20 ℃避光密封保存。

盐酸（分析纯）、焦性没食子酸（C6H6O3、分析纯）：西陇化工股份有限公司；石油醚（沸程30～60 ℃、色谱纯）：无锡市展望化工试剂有限公司；正己烷（C6H14、色谱纯）、氢氧化钠（分析纯）、无水硫酸钠（分析纯）、氯化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；乙醇（纯度95%，色谱纯）：宿州众望健康科技有限公司；甲醇（色谱纯）：安徽高地高纯溶剂有限公司；正庚烷（色谱纯）：上海跃胜贸易有限公司；三氟化硼甲醇溶液（纯度15%，色谱纯）、37 种混合脂肪酸甲酯标准品：上海安谱实验科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

气相色谱仪（Agilent 7890B）：美国安捷伦科技公司；研磨机：浙江苏泊尔有限公司；PL403 电子天平（精确度0.1 mg）：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；恒温水浴锅（40～100 ℃，控温±1 ℃）：上海申贤恒温设备厂；RV-10digitalV 数显型立式旋转蒸发仪：德国艾卡集团。

1.3 试验方法

1.3.1 标准溶液的配制

取出适量脂肪酸甲酯混合标准品移至10mL 容量瓶中，用正庚烷稀释定容成50、100、500、1 000、2 500 mg/L和5 000 mg/L 6 个浓度，贮存于-20 ℃冰箱，过滤膜后装瓶待测。

1.3.2 脂肪酸的提取

在GB 5009.168—2016《食品安全国家标准食品中脂肪酸的测定》[30]的基础上改进了溶剂，以正己烷代替乙醚[31]，对花椒的脂肪酸成分进行提取，减少了测定样品中杂质的产生且在一定程度上提高了试验的安全性和稳定性。

先将花椒样品使用研磨机粉碎，称取均匀试样1.0 g移入到250 mL 平底烧瓶中，加入100 mg 焦性没食子酸，再加入2 mL 95%乙醇和4 mL 水，混匀；加入盐酸溶液10 mL，混匀。将烧瓶放入75 ℃水浴中水解40 min。每隔10 min 振荡一下烧瓶，使黏附在烧瓶壁上的颗粒物混入溶液中。

水解完成后，取出烧瓶冷却至室温。水解后的试样，加入10 mL 95%乙醇，混匀。将烧瓶中的水解液转移到分液漏斗中，用50 mL 正己烷石油醚混合液冲洗烧瓶和塞子，冲洗液并入分液漏斗中，加盖。振摇5 min，静置10 min。将醚层提取液收集到250 mL 烧瓶中。按照以上步骤重复提取水解液3 次，最后用正己烷石油醚混合液冲洗分液漏斗，并收集250 mL 烧瓶中。

旋转蒸发浓缩至干，残留物为脂肪提取物。在脂肪提取物中加入2%氢氧化钠甲醇溶液8 mL，连接回流冷凝器，（80±1）℃水浴上回流，直至油滴消失。从回流冷凝器上端加入7 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，在（80±1）℃水浴中继续回流2 min。用少量水冲洗回流冷凝器。停止加热，从水浴上取下烧瓶，迅速冷却至室温。准确加入20 mL 正庚烷，振摇2 min，再加入饱和氯化钠水溶液，静置分层。吸取上层正庚烷提取溶液5 mL至25 mL 试管中，加入大约4 g 无水硫酸钠，振摇1 min静置5 min，吸取上层溶液到进样瓶中待测定。

1.3.3 色谱柱及程序升温条件

HP-88 毛细管柱（100 m×0.25 mm×0.20 μm）；进样口温度：270 ℃；FID 检测器温度：280 ℃；程序升温：起始温度100 ℃，保持13 min，以10 ℃/min 升至180 ℃，保持6 min，再以1 ℃/min 升至200 ℃，保持20 min，再以4 ℃/min 升至230 ℃，保持10.5 min；载气为高纯度氮气（N299.999%）；分流比20∶1；进样体积1.0 μL。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 进行花椒脂肪酸数据处理分析并制作37 种混合脂肪酸甲酯溶液的标准曲线；脂肪酸含量柱形图采用GraphPad Prism 7.00 软件完成；单因素方差分析采用GraphPad Prism 7.00 和IBM SPSS Statistics 22.0 软件完成；层次聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）和相关性分析采用Matlab 软件完成；热图采用HemI 软件完成。

2 结果与分析

2.1 脂肪酸的GC 检测

按照1.3.3 中的方法对6 个浓度梯度的37 种脂肪酸甲酯混合标准品进行GC 检测，以5 000 mg/L 浓度的色谱图为代表，如图1a 所示。按照1.3.2 中的方法提取32 个不同产地的花椒脂肪酸成分并进行GC 检测，每个样品重复3 次，随机以茂汶、陇南、泰安、韩城4 处的色谱图分别作为四川、甘肃、山东、陕西4 省花椒样品色谱图，如图1b～图1e 所示。

图1 37 种混合脂肪酸甲酯标准品和花椒中脂肪酸甲酯组分的气相色谱图Fig.1 Gas chromatography profiles of mixed methyl fatty acid for 37 standard and Zanthoxylum bungeanum

从色谱图中可以看出，4 省花椒样品所含主要脂肪酸组分出峰时间大致相同，但峰高有所不同。

2.2 脂肪酸的定性定量结果

不同省份花椒脂肪酸含量见表1。

表1 不同省份花椒脂肪酸含量Table 1 Fatty acid content of Zanthoxylum bungeanum from different provinces

采用外标法，通过6 个浓度梯度标准溶液的浓度C与标准品峰面积A 之间的关系，绘制标准曲线A=kC＋B[32-33]。37 种脂肪酸在50～5 000 mg/L 线性范围内，相关系数R2在0.99～0.999 9 之间，线性关系良好。通过GC检测与定性分析，共鉴定出16 种脂肪酸，其中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸均有8 种。4 省份共有的脂肪酸有12 种，其中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸均有6 种。

四川和山东花椒样品均检测出15 种脂肪酸，在4 省中种类最多。四川花椒样品饱和脂肪酸有8 种，不饱和脂肪酸有7 种，顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸未检出；山东花椒样品饱和脂肪酸有7 种，不饱和脂肪酸有8 种，十七碳酸未检出；陕西花椒样品共检测出14 种脂肪酸，其中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸均有7 种，顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸和二十二碳酸未检出；甘肃花椒样品共检测出13 种脂肪酸，在4 省中种类最少，其中饱和脂肪酸有7 种，不饱和脂肪酸有6 种，十七碳酸、顺-10-十七碳一烯酸和顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸未检出。顺-11-二十碳一烯酸（花生烯酸）、顺-9-十八碳一烯酸（油酸）、顺-顺-9，12-十八碳二烯酸（亚油酸）、十六碳酸（棕榈酸）和顺-9-十六碳一烯酸（棕榈油酸）5 种脂肪酸的含量明显高于其他脂肪酸，而甘肃省样品顺-9-十六碳一烯酸（棕榈油酸）的含量明显低于其他3 省份。陕西、山东和四川花椒样品所含脂肪酸含量最高的均为顺-11-二十碳一烯酸（花生烯酸），而甘肃花椒样品含量最高的为顺-9-十八碳一烯酸（油酸）。

在表1 中共有8 组脂肪酸含量数据的标准差略大于均值，说明这些数据较离散并存在异常值。不同产地虽在行政区域上隶属于同一省份，但地理位置有时相差甚远，甚至毗邻其他省份，推测可能是造成数据存在异常值的原因，但大部分的结果在统计学上是合理的。

2.3 不同省份花椒脂肪酸的显著性差异分析

在统计学中，差异显著性检验是用于检测试验组之间是否有差异及差异是否显著的方法，方差分析用于两个及两个以上样本均数差别的显著性检验。将4 个省份32 份花椒样品每份做3 个平行，共96 个样本通过GC 检测与定性定量分析，利用脂肪酸的种类和含量数据进行单因素方差分析，以产地为因子，以脂肪酸含量为因变量，结果见图2。多重比较检验见表2。

图2 4 个省份花椒脂肪酸含量Fig.2 Fatty acid content of Zanthoxylum bungeanum from four provinces

表2 多重比较检验Table 2 Multiple comparisons test

续表2 多重比较检验Continue table 2 Multiple comparisons test

由图2 可知，在方差分析多重比较结果中，己酸、顺-10-十七碳一烯酸、顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸和顺-5，8，11，14，17-二十碳五烯酸共4 种脂肪酸在陕西、山东、四川和甘肃4 省份花椒样品中无显著性差异，其余12 种脂肪酸均有不同程度的显著性差异（见表2），可以作为花椒产地鉴别的有效指标。通过使用IBM SPSS Statistics 22.0 分析来自陕西、山东、四川和甘肃省花椒样品之间脂肪酸数据的显著性差异，进行进一步的验证，统计显著性结果与GraphPad Prism 7.00 一致。

对4 省份共32 份花椒样品脂肪酸进行层次聚类分析，结果见图3。

图3 4 个省份不同花椒聚类图Fig.3 Dendrogram of Zanthoxylum bungeanum from four provinces

层次聚类分析图以更加简单、直观的方式反映各省份花椒样品脂肪酸种类和含量的差异。结果表明，陕西和山东、四川和甘肃的部分样品有交叉。

基于花椒样品的脂肪酸组分建立热图，结果见图4a。

图4 4 个省份热图和相关性热图分析Fig.4 Heat map and correlation heat map analysis of Zanthoxylum bungeanum from four provinces

在相关性热图分析中，相关系数r 是研究变量之间线性相关程度的指标，当公式中X（产地）和Y（脂肪酸含量）的相关程度最高时，r 接近1，颜色为红色。相关性热图分析见图4b。

由图4a 可知，陕西、山东、四川和甘肃4 个省份的样品中顺-9-十六碳一烯酸、十八碳酸和顺-顺-顺-6，9，12-十八碳三烯酸3 种脂肪酸的变化趋势相近；顺-10-十七碳一烯酸、顺-9-十八碳一烯酸、顺-顺-9，12-十八碳二烯酸、顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸、顺-11-二十碳一烯酸和顺-5，8，11，14，17-二十碳五烯酸6 种脂肪酸的变化趋势相近；二十一碳酸、二十二碳酸、二十三碳酸3 种脂肪酸的变化趋势相近。

由图4b 可知，4 个省份的花椒样品中顺-9-十八碳一烯酸、顺-顺-9，12-十八碳二烯酸、顺-顺-顺-9，12，15-十八碳三烯酸、顺-11-二十碳一烯酸、顺-5，8，11，14，17-二十碳五烯酸共5 种脂肪酸的含量呈正相关，相关性程度较高。

3 结论

陕西、山东、四川和甘肃4 个省份的花椒样品共鉴定出16 种脂肪酸，其中共有脂肪酸12 种。四川和山东样品均检测出15 种脂肪酸；陕西共检测出14 种脂肪酸；甘肃共检测出13 种脂肪酸，在4 省中种类最少。方差分析和多重比较结果表明，不同省份花椒的脂肪酸种类大致相同，但其中12 种脂肪酸含量有不同程度的显著性差异。

植物源性食品中脂肪酸组成和含量与其生长地域密切相关，但各项脂肪酸指标易受气候、土壤等因素的影响，尽管产地不同，但纬度、气候等因素相近可能造成脂肪酸指标的相似性。基于不同省份花椒脂肪酸种类和含量进行比较和分析，层级聚类分析表明陕西和山东省、四川和甘肃省的部分花椒样品在脂肪酸种类和含量方面具有相似性；进一步建立热图并进行相关性分析，结果表明陕西、山东、四川和甘肃4 个省份的花椒样品中共有5 种脂肪酸的含量相关性程度较高，而变化趋势相近的脂肪酸成分有所差异。