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Research and Development Situation of Zanthoxylum bungeanum Flavor Component and Products

花椒风味成分研究与产品开发现状


本文章综述了近年来国内外花椒风味物质的化学组分、提取方法、药理作用的最新研究成果与进展,介绍了花椒风味成分的产品开发状况,并进一步展望了花椒研究的前沿与前景。


全 文 :核 农 学 报  2013,27(11):1724 ~ 1728
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2012⁃11⁃05  接受日期:2013⁃05⁃03
作者简介:薛小辉,女,主要从事果蔬加工与功能性食品研究。 E⁃mail:xiaohui870820@ 126. com
通讯作者:蒲彪,男,教授,主要从事农产品加工及功能性食品研究。 E⁃mail: pubiao2002@ 163. com
文章编号:1000⁃8551(2013)11⁃1724⁃05
花椒风味成分研究与产品开发现状
薛小辉  蒲  彪
(四川农业大学食品学院,四川 雅安  625014)
摘  要:本文章综述了近年来国内外花椒风味物质的化学组分、提取方法、药理作用的最新研究成果与进
展,介绍了花椒风味成分的产品开发状况,并进一步展望了花椒研究的前沿与前景。
关键词:花椒; 风味成分;提取方法;药用功能;花椒产品
    花 椒 是 指 芸 香 科 植 物 花 椒 ( Zanthoxylum
bungeanum Maxim L. ) 和 青 椒 ( Zanthoxylum
schinlfolium Sieb et Zucc L. )的总称,是我国特有的一
类香辛料。 花椒属植物在全球约 250 种。 我国约有
50 种,13 个变种,大部分花椒品种仍处于野生状态,在
我国大面积人工栽培的种类主要是青椒(又名竹叶花
椒、青川椒、崖椒、野椒、香椒子)和花椒(又名川椒、秦
椒、蜀椒、大红袍等)。 花椒分布于全国多个省份,北
方以陕西、甘肃、河南、河北、山东等省为主,南方以四
川花椒最为著名。
花椒的风味物质主要是指香味和麻味[1],青花椒
以香味为主,麻味为辅,麻味后劲足,而红花椒则以麻
味为主,香味为辅,麻味纯正。
1  花椒风味成分的组成
1􀆰 1  花椒香气成分
花椒的挥发油是其香气的主要来源,是反应香气
强度的主要指标,也是生产花椒精油时必须检测的原
料的重要经济价值指标。 花椒果皮中挥发油含量占果
皮干重的 1% ~10% ,尤以青川椒中挥发油含量最高,
一般在 7% ~ 9% (干重)。 花椒挥发油含量、香气成
分、各成分相对含量与生长环境、青花椒品种、采收时
间、提取方式、干燥方式等因素有关。
花椒挥发油成分主要含有烯烃类,如 β -芹烯、柠
檬烯[2]、β -桂烯、β -蒎烯(β - pinene)、α -蒎烯、顺
β -罗勒烯(β - oeimene,[E])等;醇类,如芳樟醇、松
油醇(Terpineol)和 4 -拧醇(4 - thujol)等;酮类,如胡
椒酮和薄荷酮等,另外,还有醛类、环氧化合物(如 1,8
-按脑素)和芳烃等。 据有关报道,日本产花椒的挥
发油中,主要含有香茅醛(Citron⁃enal)及 β - 水芹烯
(β - phellandrene);而熊泉波等[3]对不同产地的花椒
挥发油含量及组成进行了研究,发现四川成都产花椒
挥发油含量为 3􀆰 66% ,包括 27 种成分,主要为芳樟醇
(Linalool,35􀆰 95% ),柠棣烯(Limonene,29􀆰 74% ),1,8
-桉树脑(1,8 - oineole,11􀆰 36% )和月桂烯(Myreene,
9􀆰 08% )等。
1􀆰 2  花椒麻味成分
花椒的麻味成分主要来源是花椒中的链状不饱和
脂肪酸酰胺类物质,花椒麻味成分为白色晶体,易溶于
氯仿,加热溶于石油醚,难溶于甲醇和乙醇;结晶在室
温下放置数分钟后立即变成黄色粘胶状物,极性大,易
溶于丙酮和甲醇,难溶于氯仿,不溶于石油醚[4 - 6]。 酰
胺类物质常放于安瓿瓶中充氮低温保存。
花椒呈味的基团是酰胺基团,呈味的原因可能是:
麻味不属于基本味觉,它只是一种痛觉,某些物质会刺
痛味蕾从而产生麻味[7]。 丁耐克[3]的书中提到 20 世
纪 50 年代,Jancsoc 提出辣椒素参与了激活感知痛觉
的神经元的活动。 辣椒素是通过初级传入神经元末梢
和胞膜上特殊的分子受体介导而产生作用的,这一受
体称为 VR1,它是一类表达在感觉神经末梢上的受体,
同时也是一个配体门控的非选择性阳离子( transient
receptor potential channel, TRP channe1 ) 家族,又称
TRPV1 通道,属于瞬时感受器电位通道。 花椒麻味成
分的功能基团是酰胺类物质,酰胺基上氮原子的孤对
电子在 3 个原子上是不定域的,因此,它不容易与其它
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  11 期 花椒风味成分研究与产品开发现状
原子形成普通共价键。 又因氨基氮上连了一个脂烃基
RCH2 - ,脂烃基对氨基氮产生斥电子效应 ( RCH2→
NH),使氮原子上的电子云密度增大;其次酰胺基中的
C = O键与脂肪链上的 C = C键形成共轭,使电子云向
氧原子方向移动,使整个基团电子云密度增高,与质子
结合力强。 电子云的密度增加有利于活性阳离子的进
攻。 这样就会使阳离子作用于受体 VR1 产生麻味。
目前花椒中己发现的酰胺类物质有:花椒素、异花
椒素、双氢花椒素、四氢花椒素、α -山椒素等,其中以
山椒素类为代表。
2  花椒风味成分的功能性研究
花椒除了作为香料外,研究证明其还具有麻醉、兴
奋、抑菌、祛风除湿、杀虫和镇痛等功效。
2􀆰 1  抗菌杀菌作用
高逢敬等[9]研究了不同提取方法得到的青花椒
香气成分对细菌、酵母菌和霉菌的抑制作用,结果表
明:各种方法提取的香气成分除了对绿色木霉和大肠
杆菌没有抑制作用外,对其他菌种均有不同程度的抑
制效果。 Bafi⁃Yeboa 等[10]从美洲花椒的不同部位用
95%的乙醇浸提,针对酿酒酵母 S228C株和 10 种从临
床中分离的致病真菌采用平皿扩散法检测各提取物的
抗真菌活性,结果表明所有的提取物在每碟 600ug 的
时候具有广谱抗真菌活性。
2􀆰 2  驱虫杀虫作用
路纯明等[11]研究了花椒挥发油的各个分离组分
对杂拟谷盗成虫的致死作用,并对杀虫效率高的组分
进行鉴定,研究结果发现花椒挥发油杀虫活性主要成
分为芳樟醇、β -水芹烯和里那醇。 郭红祥等[12]研究
表明花椒挥发油具有对赤拟谷盗和玉米象的杀虫活性
并认为 α -派烯可能是花椒挥发油中具有趋避作用的
主要活性物质之一。 Were 等[13]将花椒属植物的溶剂
萃取物按每天 200mg·kg - 1的剂量喂食小鼠 4d,发现可
以抑制 69%小鼠疟原虫的生长,80%的小鼠存活。
2􀆰 3  抗氧化作用
赵晨等[14]用二苯基苦基肼方法和脂质过氧化方
法检测了花椒挥发油的抗氧化活性,通过和阳性对照
维生素 E和维生素 C的比较,发现花椒挥发油有不同
程度的抗氧化活性。 Yun 等[15]发现椿叶花椒的 50%
乙醇浸提物和水的浸提物都具有较强的抗氧化能力,
包括清除自由基、还原能力和抑制脂质过氧化,并随着
用量的增加抗氧化能力逐渐增加。
2􀆰 4  对心血管系统的影响
试验证明花椒粗提物对冰水应激的心肌损伤有一
定的保护作用,其水提物和醚提物均可使血清单胺氧
化酶(MAO)和血清甘油三酯(TG)含量明显下降,而
水提物对 5′⁃核苷酸酶活性改变不明显,醚提物可明显
使其活性下降[16]。 Cui 等[17]研究发现花椒水提物可
以有效的增加兔子心脏的脉压、cAMP 的搏出量,减少
ANP的分泌,增加心脏的收缩性能,对预防心血管病
具有一定作用。
2􀆰 5  抗癌作用
高浓度的花椒挥发油具有杀灭 Caski 肿瘤细胞的
作用,低浓度的花椒挥发油具有诱导肿瘤细胞凋亡的
作用[18]。 研究发现花椒挥发油可抑制 H22 肝癌细胞
增殖并激发细胞凋亡,但不能通过提高机体的免疫功
能发挥抗肿瘤作用[19]。 高浓度( 4 ~ 16mg·mL - 1) 的
花椒挥发油对人肺癌 A549 细胞株有杀伤作用,低浓
度(1mg·mL - 1) 的花椒挥发油对 A549 有诱导细胞凋
亡的作用[20]。 Silva等[21]按 20mg·kg - 1喂食患有艾式
腹水瘤的小鼠花椒挥发油和 β -丁子香稀 4d,发现能
够大大提高小鼠的存活率。
2􀆰 6  其他作用
花椒有较强的麻醉作用。 试验表明,一定浓度的
花椒挥发油和水溶物对蟾蜍离体坐骨神经冲动的传导
和兴奋性有一定的影响[22]。 Pereira 等[23]研究表明喂
食 62􀆰 5 ~ 250mg·kg - 1的乙醇、己烷和乙酸乙酯的浸提
物都能对福尔马林和辣椒素引起的疼痛具有明显的止
痛作用。 临床上用花椒乙醚提取物或花椒挥发油作为
口腔科的安抚剂,用于口腔疾患的消炎止痛。
花椒的乙醇浸提物中分离出的 3 种脂肪酸酰胺,
β -山椒素、γ -山椒素和羟基 - β -山椒素分别对酰
基转移酶 1 和 2 具有不同程度的抑制作用,有效的调
节人体内胆固醇的含量,避免胆固醇过高[24]。
3  花椒风味物质的提取方法研究
酰胺类物质为一些不易挥发的水溶性成分,用花
椒常用提取工艺不易提取,所以一般的花椒精油或油
树脂较少含有麻味成分,大量的麻味成分留在提取后
的残余物中而浪费。 经过不断的研究与开发,花椒风
味物质的提取方法从传统的水蒸汽蒸馏萃取、有机溶
剂萃取法、同时蒸馏萃取逐步过渡到了超临界 CO2、微
波萃取法和超声辅助萃取[25]。
胡银川等[26]比较乙醇蒸馏萃取和水蒸气蒸馏萃
取发现,水蒸气蒸馏得到的挥发油黄绿色透明油状,成
分复杂含量低,具有花椒的香味少麻味;乙醇蒸馏萃取
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成分复杂,麻味较强。 有机溶剂提取的花椒挥发油其
香气成分基本一样,其中乙醚的萃取效果最好,超声波
提取、微波提取等都可以提高挥发油的得率。 刘丽娟
等[27]在超声波提取的基础上采用循环超声法,以体积
比为 8∶ 2的无水乙醇和石油醚为提取溶剂、原料粒度
40 目、液固比为 10 ∶ 1、提取温度 40℃、提取时间
30min、超声功率 600W, 花椒油树脂的 得 率 为
26􀆰 11% , 较索氏提取和非循环超声辅助提取的得率
分别提高 3􀆰 86%和 8􀆰 40% 。
曹继全等[28]采用高温高压水煮法制取花椒麻味
物质的方法得到的固态结晶其中含有山椒素、茵芋碱、
青椒碱等成分。 刘雄等[29]用不同的溶剂对花椒的风
味物质进行了浸提,发现乙醚是最佳的有机溶剂。
传统的提取方法存在很多问题,如水蒸汽蒸馏法
提取物多为芳香油,其他非挥发性成分含量非常低,但
是提取时间长、温度高,有些成分易挥发或分解,提取
率也较低;有机溶剂萃取具有提取时间长、杂质含量
高、风味成分损失大和溶剂残留等缺点,不适用于食品
工业生产。
与传统的提取工艺相比超临界 CO2 具有萃得率
高、化学成分全面、无溶剂残留等优点。 牟淑杰等[30]
采用超临界 CO2 法,以花椒为原料,通过单因素试验
和正交试验设计,探讨了花椒粉粒度、萃取压力、时间
和温度等因素对花椒油萃取率的影响。 结果表明最佳
工艺参数为:花椒粉粒度为 60 目,萃取压力 30 MPa,
萃取时间 2􀆰 0 h, 萃取温度 40℃,CO2 流量 40L·h - 1。
在此条件下,油脂萃取率可达 7􀆰 68%以上。 刘雄等[29]
通过单因素和正交试验确定了超临界 CO2 萃取花椒
麻味物质的最佳工艺:原材料粒度 60 目,萃取时间
2h,CO2 流量 21kg·h - 1,温度 55℃,压力 36MPa;超临
界 CO2 分离花椒油树脂中麻味物质的最佳工艺为:分
离器Ⅰ分离压力为 12MPa,温度 40℃。 试验表明可以
对麻味成分进行有效的分离。 郭红祥等[31]比较超临
界 CO2 和水蒸气蒸馏制得花椒精油,发现超临界萃取
萃取时间短、萃取率高、精油的外观性状好,可广泛应
用到花椒精油的生产中。
4  花椒风味物质在食品工业上的应用
4􀆰 1  花椒调味油
超临界 CO2萃取等方法制得的花椒精油与食用油
适量混合所制成的具有麻香味的调味油。 花椒油的加
工方法目前主要采用传统的植物油浸提法。
4􀆰 2  花椒精
花椒精是指用将提取的浓缩花椒调味物质原液,
经调配、加工获得的改型调味品,有固体和液体两种类
型。 郭新荣等[32]研制的花椒精原液勾兑成的液体花
椒精每毫升的有效成分相当于 4 ~ 8g 干花椒的浓缩
物,净化后的原液经调配,与糊精混合,干燥加工成固
体花椒精,其 1g 糊精可吸附 0􀆰 75 ~ 1􀆰 5mL 的花椒净
化液,相当于 7􀆰 5 ~ 15g的干花椒的有效浓缩。
4􀆰 3  花椒油树脂
花椒油树脂是用适当的溶剂从天然花椒中提取具
有香气、香味和麻味的浓缩萃取物。 被制成火锅底料
和方便面调料包进入食品市场。 花椒油树脂的问世,
解决了工业生产中花椒颗粒难添加、花椒风味不足等
难题。
4􀆰 4  花椒精油
花椒精油是通过传统的水蒸气蒸馏、溶剂浸提、超
临界 CO2 萃取等方法从花椒提取到的具有芳香气味
的挥发性油状液体。 大量的文献报道了对花椒精油提
取的研究。 花椒精油产品纯正,可直接或稀释后用于
调制产生花椒的特有香气,是食品加工企业和香料行
业理想的调香原料。
4􀆰 5  花椒精油微胶囊
花椒精油微胶囊是用成膜材料将花椒精油或花椒
油树脂微包覆使之形成微小粒子。 微胶囊化技术将液
体香辛料转化为稳定且易流动的可溶性固体粉末的有
效方法,这种粉末易于与固体原料结合,均匀地分散于
成品中。 将花椒精油或油树脂微胶囊化,不但可以保
持花椒的有效成分和原有风味,又可避免霉烂虫蛀,保
存使用方便。 樊振江等[33]以 β -环糊精为壁材,对超
声法制备花椒精油微胶囊进行了研究。 通过正交实验
得微胶囊最佳工艺条件为:超声功率为 200W、包埋温
度为 35℃、包埋时间为 30min、m 精油:mβ - CD 为 1:
5。 在此条件下包埋,微胶囊的包埋率为 80􀆰 1% ,方法
简单可行,是一种制备 β -环糊精花椒精油微胶囊的
较好方法。
4􀆰 6  FD花椒
FD花椒是采用真空冷冻干燥技术对青花椒进行
加工而得的一种花椒制品。 采用冷冻干燥技术加工青
花椒可使其营养损失、组织形态损伤降低到最低限度,
极大限度地保持青花椒原有的色、香、味而且便于运输
和贮藏。 真空冻干设备投资费用较大,设备的操作成
本较高,因而制得的产品成本很高,产品主要出口日
本、韩国等国家。
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5  展望
近年来对花椒进行了很多基础研究,并且取得了
一定的成果。 但是对花椒的研究还仅仅只是个开端,
花椒产业还属于粗放型,存在多为粗级加工产品、技术
含量低、产品老化等问题,对于花椒香气特征性香气及
麻味成分尚缺乏深入研究。
因此我们需要对青花椒风味成分做进一步探索研
究,使花椒的营养、药用和保健作用在较大程度上得到
充分利用。 开发出营养丰富、色香味俱全的花椒加工
新产品,向纵深领域开发花椒资源,推进我国花椒资源
的高效利用产业化进程。 这对于花椒的高附加值加工
及其合理利用具有重要意义。
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Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2013,27(11):1724 ~ 1728
Research and Development Situation of Zanthoxylum bungeanum
Flavor Component and Products
XUE Xiao⁃hui  PU Biao
(College of Food Science, Sichuan University, Ya’an, Sichuan  625014)
Abstract:The process and research development on the chemical constituent,extraction methods and medicinal functions
of the Zanthoxylum bungeanum flavor component in recent years had been described in this paper. Meanwhile, the
status quo and prospects about the Zanthoxylum bungeanum and its flavor component was introduced.
Key words:Zanthoxylum bungeanum; Flavor component; Extraction methods; Medicinal functions; Products
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