花椒精油的提取及应用研究进展.pdf
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1、D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 0-9 9 7 3.2 0 2 3.0 9.0 3 5引文格式:舒娟,张雪研,宋爽,等.花椒精油的提取及应用研究进展J.中国调味品,2 0 2 3,4 8(9):2 0 3-2 0 7.S HU J,Z HAN G X Y,S ONG S,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s o n e x t r a c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m e s s e n
2、t i a l o i lJ.C h i n a C o n d i m e n t,2 0 2 3,4 8(9):2 0 3-2 0 7.花椒精油的提取及应用研究进展舒娟,张雪研,宋爽,范江平*(云南农业大学 食品科学技术学院,昆明 6 5 0 2 0 1)摘要:花椒作为“药食两用”的重要资源,一直受到人们的青睐。自古以来,花椒作为传统的调味料,在食品行业和家庭烹饪中得到了广泛的应用。近年来,又被用作药品和食品防腐剂。大量的研究显示,各种调味香料已经被用来对抗致病菌,并且可以起到延长食品保质期的作用,花椒因来源广泛、成本低廉、作用多样等特点引起了不少研究者的关注,花椒的研究热度不断攀升,其中
3、精油具有极高的开发和利用价值,因而成为众多行业研究的热点,花椒市场大有可为。文章系统地综述了花椒精油的提取及其产品的应用和研究进展,发现制约花椒精油发展的瓶颈主要是其不稳定性,因此,如何进一步提高精油的稳定性,探究其稳定性能和作用效果,仍是今后进一步深入研究的重要方向。关键词:花椒;调味料;花椒精油;提取;产品应用中图分类号:T S 2 6 4.3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0-9 9 7 3(2 0 2 3)0 9-0 2 0 3-0 5R e s e a r c h P r o g r e s s o n E x t r a c t i o n a n d A p p l i
4、c a t i o n o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m E s s e n t i a l O i lS HU J u a n,Z HANG X u e-y a n,S ONG S h u a n g,F AN J i a n g-p i n g*(C o l l e g e o f F o o d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Y u n n a n A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,K u n m i n g 6 5 0 2 0 1
5、,C h i n a)A b s t r a c t:Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m,a s a n i m p o r t a n t r e s o u r c e f o r b o t h m e d i c i n e a n d f o o d,h a s a l w a y s b e e n f a v o r e d b y p e o p l e.S i n c e a n c i e n t t i m e s,Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m h a s b e e n w i
6、 d e l y u s e d a s a t r a d i t i o n a l s e a s o n i n g i n t h e f o o d i n d u s t r y a n d h o m e c o o k i n g.I n r e c e n t y e a r s,i t h a s a l s o b e e n u s e d a s m e d i c i n e a n d f o o d p r e s e r v a t i v e.A l a r g e n u m b e r o f s t u d i e s h a v e s h o w
7、 n t h a t v a r i o u s s e a s o n i n g s h a v e b e e n u s e d t o f i g h t a g a i n s t p a t h o g e n i c b a c t e r i a,a n d c a n e x t e n d t h e s h e l f l i f e o f f o o d.Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m h a s a t t r a c t e d m a n y r e s e a r c h e r s a t t e n t i
8、 o n d u e t o i t s w i d e s o u r c e,l o w c o s t,d i v e r s e f u n c t i o n s a n d o t h e r c h a r a c t e r i s t i c s.T h e r e s e a r c h h e a t o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m i s c o n s t a n t l y r i s i n g,a n d t h e e s s e n t i a l o i l h a s e x t r e m e l
9、 y h i g h d e v e l o p m e n t a n d u t i l i z a t i o n v a l u e.T h e r e f o r e,i t h a s b e c o m e a r e s e a r c h h o t s p o t i n m a n y i n d u s t r i e s,a n d t h e m a r k e t o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m i s p r o m i s i n g.I n t h i s p a p e r,t h e e x t r
10、 a c t i o n o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m e s s e n t i a l o i l a n d t h e a p p l i c a t i o n a n d r e s e a r c h p r o g r e s s o f i t s p r o d u c t s a r e s y s t e m a t i c a l l y r e v i e w e d.I t i s f o u n d t h a t t h e b o t t l e n e c k r e s t r i c t i n
11、 g t h e d e v e l o p m e n t o f Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m e s s e n t i a l o i l i s m a i n l y i t s i n s t a b i l i t y.T h e r e f o r e,h o w t o f u r t h e r i m p r o v e t h e s t a b i l i t y o f e s s e n t i a l o i l a n d e x p l o r e i t s s t a b i l i t y a n d
12、 e f f e c t i s s t i l l a n i m p o r t a n t d i r e c t i o n f o r f u r t h e r i n-d e p t h r e s e a r c h i n t h e f u t u r e.K e y w o r d s:Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m;s e a s o n i n g;Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m e s s e n t i a l o i l;e x t r a c t i o n;p r
13、 o d u c t a p p l i c a t i o n收稿日期:2 0 2 3-0 3-1 7基金项目:云南省重大科技专项计划项目(2 0 2 0 0 2 AA 1 0 0 0 0 5 3)作者简介:舒娟(1 9 9 9-),女,硕士研究生,研究方向:食品生物技术。*通信作者:范江平(1 9 7 2-),男,教授,博士,研究方向:食品科学与功能性食品。花椒(Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m M a x i m.)素有秦椒、蜀椒、山椒等别称,为芸香科,属灌木或小乔木,是兼具调味、药用、生态价值为一体的经济树种,具有极高的实用和经济价值1。花
14、椒具有温中散寒、抗炎、抗302第4 8卷 第9期2 0 2 3年9月 中 国 调 味 品C h i n a C o n d i m e n t专论综述 肿瘤、抑菌、杀虫等功效,可用于治疗咳嗽气逆、风寒湿痹、抗溃疡、抗痢疾等病症2-3。我国作为花椒生产大国,其栽培面积和地域分布十分广泛,花椒在我国2 0多个省份均有栽培。近年来,全国花椒产业迅猛发展,已形成陕西韩城、凤县,山东泰安、莱芜,四川金阳、汉源、茂县,重庆江津,云南昭通,贵州等最地道的花椒著名产业带4。花椒精油,又称花椒挥发油(Z a n t h o x y l u m b u n g e a n u m e s s e n t i a
15、l o i l,Z B E O),是提取于花椒的一类具有芳香气味、极易挥发、可随水蒸气蒸馏且与水不相混溶的油状液体的总称,其颜色以无色、浅黄色或黄绿色为主,是花椒的原次生代谢产物5。Z B E O兼具多种特性,如抗菌消炎、杀虫、抗氧化和抑制肿瘤细胞活性等,在食品添加剂、化妆品、医药、农药等领域得到广泛应用。Z B E O的成分与含量受品种、环境条件、收获时间、提取方法等诸多因素的影响,其活性成分也较复杂,根据文献报道提取到的活性成分主要有烯烃类、醇类、酮类以及酯类化合物。近些年,对Z B E O的提取、成分分析、生物活性的研究方面取得了长足的进步,但对精油发挥生物活性作用的具体靶向因子的研究不
16、够全面和深入,且精油在发挥生物活性作用过程中是具体某一成分占主导还是各成分协同作用没有得到明确的解答。目前制约Z B E O开发应用的主要原因还是其不稳定性(水溶性低、挥发性高、易氧化分解)。不少学者针对Z B E O不稳定从而限制其广泛应用的问题进行了研究,已初见成效。1 花椒精油的提取方法目前,在Z B E O的提取上发展较成熟,主要有水蒸气蒸馏、溶剂浸提等传统提取方法,也有现代新发展和改进的一些方法,如同时蒸馏萃取法、超临界C O2萃取法、外加电场及酶法辅助提取法等。用上述方法提取的Z B E O,尽管其主要成分基本一致,但由于提取工艺和原料的不同,其提取效率、化学成分及含量也存在着一定
17、的差别。不同提取方法的优点与局限见表1。表1 不同提取方法的优点与局限T a b l e 1 A d v a n t a g e s a n d l i m i t a t i o n s o f d i f f e r e n t e x t r a c t i o n m e t h o d s提取方法优点局限水蒸气蒸馏法成本 低 廉,设 备 和 操 作 简便,不被蒸汽破坏得率低,耗时长,热敏性物质损失溶剂提取法价格低廉,来源广泛,毒性低,避免破坏热敏性物质溶剂残留,耗时较长,试剂用量大,不环保超高压萃取法提取时间短,能耗低,杂质少,绿色环保,破坏性小操作繁琐,设备要求高超临界C O2萃取
18、法提取效率高,提取时间短,避免 溶 剂 的 使 用,温 度 适中,精油纯度高,减少提取次数仪器 设 备 投 资 大,能 耗 高,C O2气体不能 实 现 有 效 回收利用,不能用于工业大规模生产续 表提取方法优点局限同时蒸馏萃取法简化实验步骤,节约溶剂使用,减少样品损失操作温度高,精油香气成分有失真现象微波辅助提取法溶剂 消 耗 低,废 物 产 生 量小,提取时间缩短,减少溶剂释 放,技 术 结 合 弥 补 局限性物料加热不均匀,存在微波泄露问题,设备维护成本高超声波辅助提取法耗时短,能耗低,提高传质效率,可与其他技术结合,适用于热敏性和不稳定化合物超声波装置的安全性难以保证,受超声波衰减因素
19、制约酶法辅助提取法高效提取,工艺简单,能耗低,有效成分破坏少,经济安全受外界条件(温 度、p H值)影响较大1.1 传统提取方法Z B E O传统的提取方法主要有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法。溶剂种类的不同对Z B E O的浸出率有一定的影响。溶剂提取法中使用的溶剂主要有无水乙醇、乙醚、石油醚、正己烷、水及丙酮,其中无水乙醇和乙醚提取效果较优曾有报道。此方法通常选用对所需组分溶解性高、对不需要溶解组分溶解度较低的溶剂来实现对目标组分的分离提取。罗凯等6采用溶剂浸提法,提取出的Z B E O得率可达8.3 7%,总的挥发油损耗较小,但仅有1 7个品种,此工艺对Z B E O的种类损失较大。宋蓉等7用
20、4种不同的溶剂从花椒中分离出Z B E O,不同溶剂萃取的精油在各方面存在一定差异,且对受试菌的抑制程度也不同,其中以乙醚萃取的精油对7种不同的细菌抑制效果明显。采用溶剂萃取可以增加Z B E O的得率,也可以实现选用最佳溶剂进行最有效的萃取,但溶剂残留量过大会对Z B E O的香气及组成造成一定的影响,且后续需要进行分离纯化。水蒸气蒸馏法是一种将含挥发性组分的植物原料同水共蒸,同时将挥发性组分和水蒸气一起馏出,再通过浓缩分离出挥发性组分的一种分离方法。适用于从水中萃取具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、在水中稳定、不易溶解或不溶解的植物活性组分。水蒸气蒸馏法是目前应用最广泛的一种提取植物性
21、天然香料的工艺,其工艺、设备和操作均较成熟。罗怡华等8通过工艺优化得到水蒸气蒸馏的最佳提取工艺:花椒粉碎粒度为4 0目,料液比为11 0(m g/m L),提取时间为3.0 h。王娟等9通过水蒸气蒸馏法提取汉源、金阳两地青花椒,同时提取汉源和武都两地红花椒的挥发油作对比,发现水蒸气蒸馏法提取的青花椒出油率约为5.0 8%5.4 7%,红花椒出油率约为1.1 4%1.5 2%。1.2 现代提取方法Z B E O现代的提取方法主要有超临界C O2萃取法、超高压萃取法、同时蒸馏萃取法及微波辅助提取法等。利用C O2的超临界流体萃取方法已开始广泛应402专论综述 第4 8卷 第9期2 0 2 3年9月
22、 中 国 调 味 品C h i n a C o n d i m e n t用于植物精油的提取和分离,与传统提取方法相比,它能够提高提取效率、缩短提取时间且挥发性化合物不会因热处理而发生变化,但设备投资大、能耗高等缺陷限制了其在实际生产中的应用,它更多地用于科学研究和生产高附加值产品。吴静3利用超临界C O2萃取法提取Z B E O,得到优化的提取工艺为压力2 6.3 M P a、时间2.5 3 h、温度5 0、C O2流量2 1 L/h、粉碎目数6 0目,此时Z B E O得率为1 1.1 5%。刘琳琪等1 0研究发现,在4 2、3 0 MP a下,经超临界C O2萃取1 8 0 m i n,
23、其得率可达1 2.7 0%,比水蒸气蒸馏法高2.2 7倍。马钤等1 1选用亚临界提取技术提取Z B E O,最终得到的最佳萃取工艺为萃取3次、萃取温度4 0、萃取时间4 0 m i n、料液比1 2(g/m L),此时Z B E O得率为1 5.1 1%,为水蒸气蒸馏萃取精油得率的3.7倍。超高压萃取法是一种在常温下进行的萃取过程,通过给予1 0 01 0 0 0 MP a高压实现萃取剂在萃取过程中始终保持高压,然后在萃取后释放压力,从而获得精油产品。超高压萃取技术是目前最常用的低溶点、热敏性物质的提取方法,在食品工业中得到了广泛的应用。贾春晓等1 2以河南花椒为原料,无水乙醇(分析纯)作为萃
24、取剂,工艺优化结果表明,超高压浸出工艺以压力3 0 0 MP a、料液比14 0、保压时间3 m i n为条件,萃取率可达到2 4.1 6%。同时蒸馏萃取法将水蒸气蒸馏和溶剂萃取两步相结合,相比于传统的水蒸气蒸馏法,提高了提取效率。罗凯等1 3优化提取工艺后,发现选择乙醚作提取溶剂,提取率可达到8.2%,色谱峰信息较多且溶剂毒性较小;原料粉碎至4 0目时,挥发油得率可达到9.4%;提取时间为3 h时,挥发油的提取率接近9.5%;以超声波辅助处理5 m i n,提取率接近1 2%,色谱峰信息也较多。龙园园等1 4采用同时蒸馏萃取法,当加水量为5.5倍、提取时间为3.5 h、乙醚用量为4 1 m
25、L、粉碎粒度为8 0目时,挥发油的提取率为3.5 9%。通过外加电场(超声、微波)或酶处理可以有效提高Z B E O的得率,外加电场辅助萃取已被广泛应用于植物中生物活性成分的提取,并引起国内外研究和开发领域的广泛关注。高经梁等1 5采用微波辅助提取技术萃取花椒精油,结果表明,微波提取Z B E O以料液比11 0、功率6 0 0 W、温度5 0、萃取时间2 m i n为条件,精油得率达到1 8.5 6%,产率比溶剂法高9.9 6%。黄志远等1 6通过响应面优化得到最佳的提取工艺条件:液料比1 0.31、微波功率5 0 2 W、微波处理时间6 m i n、提取温度6 0,此时精油提取率为8.0
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