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竹葉花椒研究進展

2019-02-13 05:25王永平牛君俠尹玉蓉
陜西林業(yè)科技 2019年5期
關(guān)鍵詞:竹葉揮發(fā)油精油

王永平,牛君俠,銀 航,尹玉蓉

(1.陜西省林業(yè)教育培訓站,西安 710000;2. 韓城市象山森林公園,陜西 韓城 715400;3. 韓城市花椒管理局,陜西 韓城 715400;4.寶雞市馬頭灘林業(yè)局,陜西 寶雞 721000)

竹葉花椒(Zanthoxylumarmatum)俗稱“藤椒”、萬花針、白總管、竹葉總管、山花椒等,枝條呈“藤蔓”狀,是蕓香科常綠小灌木,也是重要經(jīng)濟林樹種,廣泛分布于我國山東以南、海南以北、西藏以東、臺灣以西的廣大區(qū)域,尤其以四川、貴州等地較多[1],印度、巴基斯坦、尼泊爾等國也有分布。和花椒(Z.bungeanum)、青花椒(Z.schinifolium)一起構(gòu)成了花椒屬調(diào)味料“三巨頭”?;ń穼?Zanthoxylum)有250多種[2],許多種類如花椒、兩面針等作為調(diào)料、中藥材而聞名于世。

竹葉花椒作為調(diào)料以“青椒”(未成熟的果皮使用)形式出現(xiàn),憑借著清香濃郁、麻味綿長的特點受到廣大消費者的喜愛[3];近年來,更是隨著“幺麻子藤椒油”“康師傅藤椒牛肉面”等一系列產(chǎn)品的問世,竹葉花椒已經(jīng)成為全國乃至世界民眾喜愛的名優(yōu)林產(chǎn)品。同時,竹葉花椒也作為香料、藥用植物在世界多國使用,如巴基斯坦稱之為“Timur”“KababeTejal”等[2]。

當前關(guān)于竹葉花椒的研究較多,本文就竹葉花椒多方面的有關(guān)研究進展進行綜述和討論,以期為竹葉花椒今后的發(fā)展和提質(zhì)增效提供一些參考依據(jù)。

1 竹葉花椒的栽植區(qū)域

竹葉花椒主要分布在我國秦嶺以南的廣大西南區(qū)域,栽種面積廣泛,四川省年產(chǎn)可達幾十萬公斤,主要用于食品調(diào)味料、香料,以及加工食品添加劑。冬季最低溫在0 ℃以上的暖濕區(qū)域是竹葉花椒的適生區(qū),而秦嶺以北區(qū)域(如渭北平原)栽種竹葉花椒尚未成功。

2 竹葉花椒栽培技術(shù)

2.1 竹葉花椒的植物生理特性

竹葉花椒是一種喜陽性樹種,較耐旱,但不耐澇;長時間的積水或者極端低溫可能導致樹的死亡[4]。

竹葉花椒對土壤酸堿度的適應(yīng)性較寬泛,適宜的土壤pH值在6.5~8.0之間[4],并影響土壤理化性狀。趙昌平、唐海龍等[5-6]研究指出,隨著栽植年限增加,竹葉花椒園的土壤粘化明顯,2~0.02 mm顆粒增加,土壤中微生物總量,N、P等含量增加,而土壤分散率、侵蝕系數(shù)等下降。

竹葉花椒和花椒屬其他植物類似,呈現(xiàn)出性別分化嚴重不平衡、以無融合生殖為主的特征,雌雄異花。胡梅等[7]研究了花椒的花芽分化,指出竹葉花椒花芽是混合芽、裸芽,7-8月開始分化,一共分為7個時期。葉萌等[8]指出,竹葉花椒以雌花為主,雖然近年來雄花數(shù)量有增加的趨勢,但是花粉是不育的;其生殖方式以雌花通過無融合生殖結(jié)實為主。

2.2 竹葉花椒栽培管理

2.2.1 育苗 竹葉花椒和花椒屬其他植物類似,其種子不僅具有一層硬種皮,而且可能含有抑制發(fā)芽的物質(zhì),因此需要經(jīng)過處理才能萌發(fā)。雷慶華等[9]指出,種子需用1%堿水或洗衣粉溶液浸泡兩天,在深秋或第二年早春播種。Purohit等[10]提出用50%稀硫酸處理竹葉花椒種子有助于其發(fā)芽。Datt等[11]提出用赤霉素、細胞分裂素等植物激素處理,可以提高竹葉花椒種子的發(fā)芽率。苗期需要選擇鈣質(zhì)多的土壤,播種時澆水必須澆透,定苗前后需要補充適當?shù)姆柿Α?/p>

2.2.2 栽植 春季萌芽以前或者秋季雨后可以進行定植,定植前一個月左右應(yīng)先施足底肥;由于竹葉花椒根系較淺,應(yīng)當采用深挖、淺植的方式定植;樹形可以采用自然開心形或者杯狀形等[4,9,12]。栽培后需要每年補充施肥,并且進行修剪、病蟲害防治等。

2.2.3 提質(zhì)增效 楊德富等[13]指出,可以通過補植、追肥、間種的方式進行低產(chǎn)林改造。此外,也可以用竹葉花椒做砧木嫁接其他優(yōu)良品種,或者用其他抗性強的樹種做砧木嫁接竹葉花椒,以增加產(chǎn)量、提升品質(zhì)。

舒正悅等[14]研究了竹葉花椒的抗?jié)成恚赋龊侠硎┓士梢蕴岣咧袢~花椒的抗?jié)承?,其中田間持水量63%、N 275 kg·hm-2、P2O595 kg ·hm-2和K2O 275 kg ·hm-2是綜合效果最好的水肥條件。

2.3 竹葉花椒的病蟲害防治

在生產(chǎn)實踐中,隨著栽植年限的增加,竹葉花椒病蟲害問題會越來越突出,病蟲害防治常會成為豐產(chǎn)管理的中心任務(wù)之一。

2.3.1 主要病害 竹葉花椒的主要病害有銹病、流膠病、煙煤病、膏藥病、根腐病、褐斑病、干腐病等,其中銹病是危害最嚴重的病害;而流膠病、煙煤病則分別是由蛀干害蟲、蚜蟲等蟲害引起的繼發(fā)性病害[12,15]。鄭磊等[16]鑒定竹葉花椒銹病的病原菌為花椒鞘銹菌(Coleosporiumzanthoxyli)。毛毳等[17]發(fā)現(xiàn),銹病的發(fā)病與溫度、濕度等環(huán)境條件關(guān)系密切,7-10月為高發(fā)期,較好的防治方法是采用15%粉銹寧、70%代森錳鋅對竹葉花椒全株進行噴霧處理。

2.3.2 主要蟲害 竹葉花椒的主要蟲害有蚜蟲、天牛、蝸牛、鳳蝶、紅蜘蛛、跗線螨等,其害蟲類型和防治方法與紅花椒類似[15]。除了采用化學藥劑殺滅害蟲以外,及時移除、燒毀病死枯枝,對于預防繼發(fā)性病害如煙煤病、流膠病等也是必要的。近年來也有其他一些蟲害被發(fā)現(xiàn),如桑擬輪蚧等在部分地區(qū)危害嚴重,可以采用吡蟲啉、殺撲磷等防治,也可以采用天敵寄生蜂等進行生物防治[18]。

3 竹葉花椒的遺傳育種學

3.1 竹葉花椒的系統(tǒng)發(fā)育

馮世靜[19]、宋琴芝[20]、鄧洪平等[21]分別用SRAP、SSR、RAPD等分子標記研究了花椒屬植物的系統(tǒng)發(fā)育,認為分子水平的證據(jù)實際上和傳統(tǒng)以有無萼片、花瓣之分劃分花椒亞屬、崖椒亞屬的形態(tài)學證據(jù)是一致的,即竹葉花椒與花椒的親緣關(guān)系更近,而青花椒與它們關(guān)系較遠。

實際上,現(xiàn)在很多青花椒優(yōu)良品種其實是竹葉花椒品種,如九葉青、頂壇花椒、金陽青花椒等。不過,九葉青的情況稍微復雜一些,研究表明,九葉青實際上是紅花椒、竹葉花椒經(jīng)過長期基因交流而滲入雜交形成的復合群體[21]。其他的竹葉花椒品系是否存在這種現(xiàn)象有待進一步研究。

3.2 竹葉花椒的育種

對于竹葉花椒而言,育種的目標包括增加產(chǎn)量、增加抗性、延長掛果年限、適合采摘等優(yōu)良性狀(如無刺)等。雖然可用的育種方法很多,有選擇育種、化學誘變育種、太空育種、多倍體育種、分子育種等,但是目前實踐主要是選擇育種,以及初步應(yīng)用在九葉青上的化學誘變育種。

王景燕[22]等選育了豐產(chǎn)、抗寒、抗旱的竹葉花椒品種“漢源葡萄青椒”。呂玉奎等[23]選育了莖干近乎無刺的九葉青品種“榮昌無刺花椒”(Z.armatumDC.cv. )。頂壇花椒方面,除了屠玉麟等[24]選育的葉刺較小的變種,還有梁美等[25]選育的產(chǎn)量高、抗旱抗病蟲能力強的“黔椒4號”(Z.planispinumvar.dintanensis‘Qianjiao 4’)。

雖然現(xiàn)在育種取得了一定成績,但是更多方法如細胞工程育種、分子育種等有待嘗試;同時,培育出更加耐寒、從而適合在北方栽種的竹葉花椒新品種是未來的發(fā)展方向。

4 竹葉花椒有效成分及其藥用價值

目前,國內(nèi)外竹葉花椒有效成分分析研究多有報道,諸多藥效成分被相繼發(fā)現(xiàn),為進一步開發(fā)其食用、藥用價值奠定了基礎(chǔ)。目前已分離和鑒定的化合物大體包括酰胺、生物堿、木質(zhì)素、萜類、甾體、黃酮等。

根據(jù)物質(zhì)溶解性的不同,用不同溶劑提取的組分中分離得到的化合物類型有所差異。孫莉[26]從竹葉花椒氯仿部位分離得到7種化合物,包括紫丁香酸、L-細辛脂素、β-谷甾醇等。黃艷[27]從竹葉花椒乙酸乙酯部位分離得到5種化合物,包括Fargesin、Sesamin等。李航等[28]用乙醇浸取得到竹葉花椒脂溶性成分8個,包括香柑內(nèi)酯、傘形花內(nèi)酯、山柰酚、茵芋堿等。

竹葉花椒全身幾乎都有藥理活性,但是根據(jù)其含量不同起作用的主要成分不同,例如:果皮含有較多的揮發(fā)油,而根莖則含有很多生物堿、木質(zhì)素等。

4.1 竹葉花椒果皮的有效成分

4.1.1 竹葉花椒揮發(fā)油 竹葉花椒揮發(fā)油是其芳香氣味的主要來源。目前,檢測揮發(fā)油成分的標準方法是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)。值得一提的是,揮發(fā)油組成和含量會隨品種、產(chǎn)地的不同而不同。

劉發(fā)光等[29]發(fā)現(xiàn)韶關(guān)野生竹葉花椒揮發(fā)油主要成分是桉樹腦、檸檬烯、檜烯等小分子醇類或萜類物質(zhì),且由青轉(zhuǎn)熟過程中,萜類如檸檬烯含量增加,而醇類如桉樹腦含量減少。祝磊等[30]發(fā)現(xiàn)洪雅藤椒(竹葉花椒)揮發(fā)油主要成分是芳樟醇、檸檬烯、檜烯等小分子醇類或萜類,且由青轉(zhuǎn)熟過程中揮發(fā)油含量降低,且檸檬烯增加而芳樟醇減少。由此可見,竹葉花椒由青轉(zhuǎn)熟過程中揮發(fā)油含量是下降的,而且總體規(guī)律呈現(xiàn)為醇類含量下降而萜烯類含量增加。

竹葉花椒揮發(fā)油成分與花椒屬其它種不同。樊丹青等[31]用GC-MS-AMDIS對比了花椒與竹葉花椒的揮發(fā)油,發(fā)現(xiàn)它們組成差異顯著:陜西花椒含量最高的是檸檬烯,四川花椒是芳樟醇,而竹葉花椒也是芳樟醇,但是竹葉花椒芳樟醇含量高于陜西花椒1倍多。盧俊宇等[32]用GC-MS-AMDIS對比了青花椒與竹葉花椒的揮發(fā)油,發(fā)現(xiàn)它們差異顯著:青花椒含量最高的是艾草醚。

不同產(chǎn)地竹葉花椒的揮發(fā)油成分不同。Shah[33]和Tiwary等[34]研究了印度竹葉花椒,發(fā)現(xiàn)揮發(fā)油以芳樟醇、檸檬烯為主。Barkatullah等[35]研究了巴基斯坦的竹葉花椒,發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)油以芳樟醇、薄荷油等為主。Cicchetti等[36]研究了尼泊爾竹葉花椒,發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)油以芳樟醇、香茅醛為主。

4.1.2 酰胺酰胺類物質(zhì) 花椒屬植物麻味的主要來源,也是花椒水提物的主要成分之一。Krishna P. Devkota等[37]從竹葉花椒中找到了10種酰胺類物質(zhì),其結(jié)構(gòu)和已知的花椒麻素結(jié)構(gòu)類似,均為山椒素類化合物(異丁基羥基酰胺),它們應(yīng)該是竹葉花椒麻味的來源。

不過,Kalia等[38]和Kumar等[39]在竹葉花椒中找到了結(jié)構(gòu)和山椒素完全不同的酰胺,它們在兩側(cè)均具有苯酚醚的結(jié)構(gòu),可能具有不同的生理活性。

4.1.3 生物堿 生物堿是竹葉花椒各種藥理活性的重要來源之一,生藥學、天然產(chǎn)物化學等學科在這方面進行了大量研究。目前認為,竹葉花椒的生物堿主要蘊含在根莖等部位,而果皮中種類相對較少。Samad等[40]鑒定認為竹葉花椒果皮中含有白蘚胺(白鮮堿),以及咔唑結(jié)構(gòu)的新生物堿。

4.1.4 黃酮 徐林[41]研究發(fā)現(xiàn),藤椒水提物有很好的抗氧化和抗菌活性,主要來自于黃酮類組分蘆丁、槲皮素等。王春霞等[42]用微波輔助乙醇提取了藤椒油餅粕中的總黃酮,證明其抗氧化能力很強,可以與維生素C媲美。

4.1.5 其他物質(zhì) 徐林等[43]指出,花椒水提液還含有較多的多酚,有較強的清除自由基能力。

此外,竹葉花椒還被認為含有香豆素、糖苷、甾醇類化合物等。

4.2 竹葉花椒根莖的有效成分

大量研究指出,花椒根、莖富含生物堿、木質(zhì)素類化合物,很多具有重要的藥理活性。此外,甾醇類、糖苷類化合物等也在根部有分布。

4.2.1 生物堿 《中華本草》記載,花椒根含有崖椒堿、木蘭花堿、竹葉椒堿等;根皮含有白鮮堿、茵芋堿、花椒根堿等[44]。

郭濤[45]、唐小鳳[46]等研究了竹葉椒的乙酸乙酯提取物,分別得到了7個、11個喹啉和異喹啉類化合物。馮媛麗[47]從竹葉花椒莖皮中分離得到了2個新生物堿。

4.2.2 木質(zhì)素 花椒根、莖中富含苯丙素中的木質(zhì)素類化合物,而且多數(shù)為典型的雙四氫呋喃型木質(zhì)素[48]。

馮媛麗[47]從莖皮中分離得到了armatum A, B等20個木質(zhì)素。胡昀[49]從恩施地區(qū)竹葉花椒中分離出了18個苯丙素類化合物,包括松脂醇單甲醚、松脂素以及雙駢四氫呋喃型的biplanispine A等。郭濤等從竹葉椒根莖中分離了20個木質(zhì)素類化合物,主要成分包括松脂醇二甲醚、horsfieldin、辛夷脂素等8種[50]。

4.3 竹葉花椒其他部位的有效成分

竹葉花椒種子也是重要的藥材之一。Singh等[51]提取了竹葉花椒種子精油,發(fā)現(xiàn)其主要成分是芳樟醇、檸檬烯等。Ahmad等[52]研究了竹葉花椒種子的脂肪酸,發(fā)現(xiàn)其主要成分有(4Z)-6-羥基十九碳烯酸、(4Z)-8-羥基十五碳烯酸、(4Z)-7-羥基-7-乙烯基十六碳烯酸、(4Z)-十六碳烯酸等,它們都是不飽和脂肪酸。Singh等[53]還研究了竹葉花椒種子水提物的成分,發(fā)現(xiàn)其中主要含有酚類、黃酮類、單寧類等化合物。

4.4 竹葉花椒的藥理活性

竹葉花椒不僅是重要的中藥材、民族藥材,而且在印度、巴基斯坦、尼泊爾等國都作為藥材使用,其中已鑒定的化合物或者某些提取物(水提物、乙醇提取物、乙酸乙酯提取物等)分別被證明有抗腫瘤、鎮(zhèn)痛抗炎、降血糖、抗氧化、抗菌、抗乙酰膽堿酯酶(緩解阿爾茲海默癥)、保肝、治療消化系統(tǒng)及心血管功能紊亂等功效[54-56]。

5 竹葉花椒的加工與應(yīng)用

5.1 藤椒油

目前,竹葉花椒最主要的加工品是藤椒油。藤椒油深受國內(nèi)廣大消費者的喜愛,而且其鮮、香、麻的特征使其近年來市場份額越來越大,生產(chǎn)工藝及其相關(guān)技術(shù)也伴之不斷創(chuàng)新。

現(xiàn)在藤椒油生產(chǎn)方法有菜籽油浸提法、壓榨法、溶劑萃取法、超臨界CO2提取法等[57],其中大部分企業(yè)都采用菜籽油浸提法。超聲波提取法、微波提取法等[58]新型提取方法也應(yīng)用于藤椒油制備。

為了保持竹葉花椒的麻味和香味,避免出現(xiàn)酸值與過氧化值提高等問題,生產(chǎn)中采用液氮速凍、加熱菜籽油,用改進的配方浸提等方法達到令人滿意的效果[59]。

5.2 藤椒精油

精油作為純粹來自于某種植物的油脂,由于其純度極高、不含其它油脂,在食品工業(yè)、化妝品工業(yè)、芳香療法等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。金紹黑提出了溶劑(環(huán)己烷、丙酮)提取、超臨界CO2提取藤椒精油的方法[60],具體而言,將藤椒粉碎以后,用溶劑或超臨界CO2流體通入粉末,最后過濾得到產(chǎn)品;超臨界CO2得到的精油十分純凈,而溶劑提取的產(chǎn)品需要進一步蒸餾回收溶劑。

5.3 其他應(yīng)用

精油藤椒油、藤椒精油本身可以進行衍生。例如,利用藤椒油制作香腸、方便面等加工品。

竹葉花椒本身含有對于某些動物的毒性成分,可以作為殺蟲劑。張云等[61]用竹葉花椒果實精油殺滅白紋伊蚊和致倦庫蚊。Hieu等[62]用胡椒木(山椒)和竹葉花椒果實精油防治了廄蠅(Stomoxyscalcitrans)。Cheng-FangWang等[63]提出用竹葉花椒精油防治倉儲害蟲煙草甲(Lasiodermaserricorne)及赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)。

印度研究者Ramanujam等[64]指出,竹葉花椒也可以作為殺魚劑,如殺死印度囊鰓鯰(Heteropneustesfossilis),其機理是非競爭性地抑制了魚類的Mg2+-ATPase活性。

6 展望

竹葉花椒作為重要的藥食同源植物,深受廣大消費者喜愛。但目前,竹葉花椒的相關(guān)研究還處于起步階段,未來的應(yīng)用和研究前景十分廣闊。

基礎(chǔ)研究方面,目前竹葉花椒育種研究十分有限,僅僅在選種上取得了可觀的成績;未來可以大力開展細胞工程育種、倍性育種等研究,培育更多的優(yōu)良品種。有效成分鑒定方面,竹葉花椒果皮主要集中在揮發(fā)油上,而竹葉花椒根莖則集中在生物堿與木質(zhì)素上,因此,竹葉花椒果皮中的生物堿、木質(zhì)素、糖苷、香豆素、甾族化合物的具體成分及其生理活性有待進一步研究。

工業(yè)應(yīng)用方面,目前竹葉花椒產(chǎn)品較為單一,集中在藤椒油和藤椒精油上,而且藤椒精油的產(chǎn)品還沒有形成規(guī)模。未來研究方向則是拓寬竹葉花椒的工業(yè)應(yīng)用,如開發(fā)藤椒葉精油衍生品香皂、牙膏等,應(yīng)用藤椒油廢料制作足浴寶、鞋墊、殺蟲劑等等。此外,竹葉花椒根、莖等部位的藥效是已知的,可以將其工業(yè)化,利用成方或者研發(fā)新方進行藥用深加工開發(fā)。

竹葉花椒和紅花椒相比,以其常綠、具有木質(zhì)化清新芳香味、抗性高等突出特色正在成為調(diào)味品領(lǐng)域的新秀,同時因為其不需要進行復雜的田間管理等優(yōu)勢受到廣大椒農(nóng)的喜愛。但是,目前應(yīng)用范圍有限,品種相對單一,加工品較少,產(chǎn)業(yè)鏈條較短。因此,未來利用先進的生物技術(shù)手段如細胞工程、基因工程等選育特色明顯的新品種是育種研究的方向;同時可以結(jié)合精油、乙醇提取液等現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)食品香精、醒腦劑、暈車藥等藥物或保健品,有助于竹葉花椒產(chǎn)業(yè)鏈條的進一步延伸。

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