周敏，刘福权，吕远平，赵志峰

(四川大学 轻工科学与工程学院，成都 610065)

花椒系芸香科花椒属植物，因其具有独特的香气、“麻味”和唾液分泌性质，被誉为中国传统调味品“八大味”之一[1-3]。花椒的风味主要来源于以酰胺类物质为代表的麻味和以芳樟醇、柠檬烯等为代表的香味[4-5]，开发具有独特风味属性的高附加值的花椒深加工产品已成为近年来食品工程领域里的重要任务[6-7]，而超临界萃取工艺、亚临界萃取工艺、水蒸气蒸馏提取等是制备花椒油树脂、花椒精油的关键技术。例如，刘雄等[8]研究了超临界CO2流体提取花椒油树脂工艺，当粒度40目、时间2 h、温度45 ℃、压力32 MPa时，油树脂提取率达到12.63%。Zhang等[9]采用水蒸气蒸馏提取法从红花椒果皮中提取花椒精油，提取率为5.61%。但是提取效率及资源利用率等问题制约了这些技术的应用，不同萃取方式获得的产品风味差异较大，如何利用萃取剩余的原料等问题尚未完全解决。因此，本文以行业中应用最为广泛的超临界萃取和水蒸气蒸馏技术为对象，采用GC-MS等方法研究两种工艺制备得到的花椒油树脂和花椒精油的香味特点，采用HPLC等方法研究两种工艺提取后剩余的花椒渣中麻味物质含量及麻味强度，进而评价其萃取效率和资源利用率，为以花椒为代表的香辛料的高效提取和高附加值利用提供了科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验原料

干燥的红花椒：收获于2020年，采自四川省汉源县。将其粉碎过40目筛，并存放于-18 ℃冰箱中备用。

1.1.2 主要试剂

CO2(99.9%)：购于昆明博华气体有限公司；食用酒精(95%)：购于河南鑫河阳酒精有限公司；正构烷烃(色谱级)：购于Sigma-Aldrich公司；羟基-α-山椒素(色谱级)：购于成都麦德生科技有限公司；甲醇(色谱级)：购于成都市科龙化工试剂厂。

1.1.3 主要仪器

HA120-50-01型超临界萃取设备 南通仪创实验仪器有限公司；Agilent 1260 Infinity II高效液相色谱仪 美国安捷伦科技有限公司；GC-MS-QP2010 SE气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 超临界萃取制备花椒油树脂的实验方法

根据实验室前期实验结果，确定超临界CO2提取条件为：萃取温度45 ℃、萃取压力25 MPa、萃取时间90 min、分离釜温度55 ℃。

1.2.2 水蒸气蒸馏制备花椒精油的实验方法

参考Yang等[10]的方法并进行适当修改，利用水蒸气蒸馏法提取花椒精油。

1.2.3 麻味物质提取方法

参考蒲升惠等[11]的方法，利用有机溶剂萃取法提取样品中的麻味物质。

1.2.4 香味物质检测方法

采用配备RTX-5(30 m)色谱柱的GC-MS系统进行分析。取样品和内标物3-辛醇溶于正己烷，采用自动进样程序，进样体积为1 μL，其上样浓度分别为8 mg/mL和0.6 mg/mL。以氦气为运载气体，总流速为2.02 mL/min。进样器和离子源温度为250 ℃，系统线性升温程序设定为初始温度35 ℃保持1 min，以2 ℃/min的速度将温度升至70 ℃，保持5 min，以3 ℃/min的速度将温度升至200 ℃，保持2 min。用于MS分析的电离能、探测器电压、扫描范围和扫描速率分别为70 eV、350 eV、40～500 m/z和3 scan/s。

定性方法：根据Wei等[12]描述的方法进行数据处理：利用正构烷烃(C8-C20)计算物质的保留指数，并依据NIST 14质谱库进行物质定性。

定量方法:采用内标法定量，按下式计算各个组分的相对含量[13]：m(i)=Ai/As×ms。

式中：m(i)为待测组分i的含量(mg/mL)，Ai为目标化合物的峰面积，As为内标物的峰面积，ms为内标物的浓度(mg/mL)。

1.2.5 麻味物质检测方法

采用HPLC法进行检测，进样体积为20 μL，洗脱溶剂A为超纯水，溶剂B为乙腈，流动相总流速为0.5 mL/min，溶剂B初始浓度为45%，10 min使其浓度由45%提升至50%，20 min使其浓度由50%提升至65%，1 min使其浓度由65%提升至100%并维持9 min，再5 min使其浓度由100%降至45%，检测波长为270 nm。通过对比标准品进行定性定量分析，y=143.13x+37.677，R2=0.999。

1.2.6 斯科维尔指数法

根据Zhang等[14]的文献识别出羟基-ε-山椒素、羟基-α-山椒素、羟基-β-山椒素、羟基-γ-山椒素和羟基-γ-异山椒素的斯科维尔麻度指数值(SPU)分别为4.63×104，2.31×104，4.86×104，2.78×104，2.78×104mL/g，麻味贡献值表示单位质量的花椒中酰胺类物质相对于SPU的麻味强度。

1.2.7 Half-tongue检验法

参考刘福权等的方法并做适当修改。用食用酒精溶解麻味物质并定容至50 mL，此溶液作为1号样品。采用十倍稀释法对1号样品进行稀释得到2～7号样品。实验组吸取样品200 μL，对照组吸取酒精200 μL，分别附着于滤纸上，在40 ℃条件下烘干5 min。按照组分浓度递增顺序进行测验，实验组和对照组的滤纸分别放在舌尖两侧，测试结束后用3%的蔗糖溶液作为清洗溶液清洗口腔，每次实验间隔3 min。确定感知到麻味的稀释度后，在此稀释度及下一个稀释度之间以二倍稀释法确定麻味阈值。

2 结果与分析

2.1 花椒油树脂与花椒精油的香味物质分析结果

采用超临界CO2萃取工艺制备花椒油树脂，采用水蒸气蒸馏工艺制备花椒精油，通过GC-MS分析获得的花椒油树脂和花椒精油中的香味物质结果见图1及表1。

图1 花椒油树脂与花椒精油香味物质总离子流图Fig.1 Total ion current chromatogram of aroma substances of Zanthoxylum bungeanum oleoresin and Zanthoxylum bungeanum essential oil

表1 花椒油树脂和花椒精油的香味物质检测结果Table 1 Detection results of aroma substances in Zanthoxylum bungeanum oleoresin and Zanthoxylum bungeanum essential oil

续 表

续 表

结果表明，采用超临界萃取获得的花椒油树脂中共检测出41种香味物质，其中烯烃类16种、醇类10种、酯类5种、醛类2种、醚类2种、酮类1种、酚类1种、其他类4种，主要香味物质为乙酸芳樟酯(35.58 mg/mL)、芳樟醇(26.68 mg/mL)、D-柠檬烯(3.33 mg/mL)、右旋大根香叶烯(3.88 mg/mL)等；而采用水蒸气蒸馏法获得的花椒精油中共检测出65种香味物质，其中烯烃类24种、醇类20种、酯类8种、醛类3种、酮类1种、其他类9种，主要香味物质为芳樟醇(194.05 mg/mL)、D-柠檬烯(94.23 mg/mL)、乙酸芳樟酯(76.73 mg/mL)、月桂烯(30.53 mg/mL)等。花椒油树脂与花椒精油共有的香味物质为27种，花椒精油的香味物质总量(583.64 mg/mL)显著大于花椒油树脂的香味物质总量(89.91 mg/mL)，为花椒油树脂总量的6.49倍。进一步采用向量夹角余弦法定量表征花椒油树脂与精油香味物质的相似性[15]，结果表明其相似度为78.68%。因此，通过对香味物质的分析可知，采用超临界萃取工艺制备的花椒油树脂与采用水蒸气蒸馏制备的花椒精油在保留花椒特征香味方面表现出一定的差异性，水蒸气蒸馏法能够获得香味属性更好的花椒精油。

2.2 两种工艺下的花椒渣麻味物质含量与麻味强度分析结果

为明确超临界萃取和水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣是否还具有利用价值，文章进一步研究了花椒渣的麻味物质含量与麻味强度。麻味物质含量结果见图2和表2。

图2 两种工艺下花椒渣的麻味物质HPLC检测指纹图谱Fig.2 HPLC fingerprint of numb-taste substances in Zanthoxylum bungeanum residues by the two technologies

表2 两种工艺下的花椒渣的麻味物质含量和麻味贡献值Table 2 Content and contribution value of numb-taste substances in Zanthoxylum bungeanum residues by the two technologies

结果表明，与对照组相比，超临界萃取和水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣的麻味物质含量分别降低了93.61%和33.15%，表明超临界萃取花椒油树脂能有效地提取出花椒中的麻味物质，花椒渣中剩余的麻味物质含量较少；而水蒸气蒸馏对麻味物质的影响较小，剩余的花椒渣中仍含有较多的麻味物质。

为了评价两种工艺下花椒渣的麻味强度，计算出麻味贡献值(见表2)，与对照组相比，超临界萃取和水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣的麻味贡献值分别降低了93.98%和29.67%，表明超临界萃取后剩余的花椒渣的麻味强度较低，而水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣的麻味强度较高，与麻味物质含量的评价结果一致。为了更科学合理地判断两种工艺下花椒渣的麻味强度，继续采用Half-tongue检验法对上述结果进行验证。结果显示：对照组的检测阈值为2×105，超临界萃取后剩余的花椒渣检测阈值为1×104，水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣检测阈值为1×105，充分佐证了两种工艺下花椒渣中剩余了部分麻味物质并具有一定的麻味强度。因此，通过对麻味物质含量和麻味强度的分析可知，水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣的利用价值远高于超临界萃取后剩余的花椒渣。

3 结论

本文采用GC-MS等方法研究两种工艺制备得到的花椒油树脂和花椒精油的香味特点，采用HPLC等方法研究两种工艺提取后剩余的花椒渣中麻味物质含量及麻味强度，结果表明采用超临界萃取工艺制备的花椒油树脂与采用水蒸气蒸馏制备的花椒精油在保留花椒特征香味方面表现出一定的差异性，水蒸气蒸馏法能够获得香味属性更好的花椒精油。两种工艺下花椒渣中都检测出一定的麻味物质和麻味强度，水蒸气蒸馏后剩余的花椒渣的利用价值远高于超临界萃取后剩余的花椒渣。这一结论为以花椒为代表的香辛料的高效提取和高附加值利用提供了科学参考，从而促进了香辛料资源的高效利用。