两种花椒属香料非挥发性化学成分及药理活性研究进展

粟晓微 ,  陈秋娟 ,  李睿 ,  张慧婷 ,  刘雨玲 ,  周华锋 ,  苏健 ,  霍丽妮

海南医科大学学报 ›› 2025, Vol. 31 ›› Issue (6) : 463 -480.

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海南医科大学学报 ›› 2025, Vol. 31 ›› Issue (6) : 463 -480. DOI: 10.13210/j.cnki.jhmu.20241203.001
综述

两种花椒属香料非挥发性化学成分及药理活性研究进展

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Progress in the study of non‑volatile chemical composition and pharmacological activity of two Zanthoxylum L. spices

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摘要

花椒属植物是一类具有药用和食用价值的植物资源,具有广泛的药理活性,如抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗氧化、杀虫、抗血小板凝结、抗病毒等活性。在花椒属植物中,花椒和竹叶花椒因其独特的风味而被广泛用作调味香料。这些植物不仅富含挥发油,还含有生物碱、苯丙素、黄酮、萜类等多种化学成分。本文重点综述了这两种天然植物香料非挥发性化学成分及其药理活性,为进一步研究和开发其应用提供参考依据。

Abstract

Zanthoxylum L. is a group of plant resources known for their medicinal and edible values,exhibiting a wide range of pharmacological activities,including antitumour, antibacterial, anti‑inflammatory, antioxidant, insecticidal, antiplatelet ‑coagulant, antiviral and other effects.Among the Zanthoxylum L. plants, Zanthoxylum Bungeanum Maxim and Zanthoxylum armatum DC. are widely used as flavouring spices because of their distinctive flavour.These plants are not only rich in volatile oils, but also contain alkaloids, phenylpropanoids, flavonoids, terpenoids, and many other chemical constituents.This paper focuses on the review of the non‑volatile chemical constituents of these two natural plant spices and their pharmacological activities, to provide a reference basis for their further research and development and application.

Graphical abstract

关键词

花椒属 / 花椒 / 竹叶花椒 / 香料 / 化学成分 / 药理活性

Key words

Zanthoxylum L. / Zanthoxylum Bungeanum Maxim / Zanthoxylum armatum DC. / Spices / Chemical composition / Pharmacological activity

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粟晓微,陈秋娟,李睿,张慧婷,刘雨玲,周华锋,苏健,霍丽妮. 两种花椒属香料非挥发性化学成分及药理活性研究进展[J]. 海南医科大学学报, 2025, 31(6): 463-480 DOI:10.13210/j.cnki.jhmu.20241203.001

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天然香料是具有芳香和辛香等典型风味的天然植物性原料的统称,一般采自植物的果实、种子、皮、根、茎、叶、花等部位1。香料在中国有着悠久历史,在食品加工中主要起调味、增香、着色、保鲜、防腐等作用。美国香辛料协会(Americam Spice Assocation)规定,任何主要用途为食品调味的植物均可归类为食用香料植物2。花椒属(Zanthoxylum L.)植物全世界约有250种,在我国现有81种36变种,主要分布于云南、山东、海南、四川等地3,它们主要包含挥发油类、苯丙素类、生物碱类、黄酮类、三萜类及糖苷类等化学成分4。现代药理研究表明花椒属植物具有广泛的药理活性, 包括抗肿瘤、抗血小板凝结、杀虫、抗炎、镇痛、抗病毒、抗菌等活性5。其中花椒属植物如花椒、竹叶花椒、野花椒、簕欓花椒、墨脱花椒等已有作为食用香料的报道369。相较于其它花椒属植物,花椒和竹叶花椒因含有独特的芳香味及麻味特性,已被广泛用作天然调味品,是最具有代表性且用途最为广泛的的两种药食同源资源1011
花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)又名大椒、秦椒、蜀椒、汉椒、川椒等,其味辛,性温,归脾、胃、肾经,具有温中止痛、杀虫止痒的功效,常用于治疗腹泻、小儿积食、呕吐、腹痛、牙痛等症状12。竹叶花椒(Zanthoxylum armatum DC.)俗称藤椒、万花针、白总管、竹叶总管、山花椒等,有散寒、行气、杀虫、祛风的功效,可用于治疗腹泻、牙痛和风湿疼痛等症状13
花椒和竹叶花椒主要包含萜烯类、醇类、醛类、酮类、酯类、环氧化合物类及脂肪烃类等多种挥发性化学成分7。除此之外,从植物果实、果皮和叶等部位还发现了多种非挥发性化学成分,如生物碱类、苯丙素类、黄酮及其苷类、糖苷类、萜类和酚类等,这些化学成分已被研究证明具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌、抗炎和杀虫等多种生物活性7。因此,为了进一步理清这两种常用香料非挥发性化学成分与其药理活性之间的关联,本文对花椒与竹叶花椒的国内外文献进行整理归纳及综述,以期为这些香料在医药和保健领域的应用提供科学参考。

1 非挥发性化学成分

目前,已从花椒与竹叶花椒中共分离出302种非挥发性化学成分,包括生物碱类115个,其中酰胺类生物碱71个、异喹啉类生物碱28个、喹啉类生物碱10个、其他类生物碱6个,苯丙素类66个,共含有7个简单苯丙素、18个香豆素、41个木脂素,黄酮及其苷类36个、糖苷类20个、萜类15个、酚类10个。除此之外,从花椒与竹叶花椒中还分离出氨基酸、有机酸、烯酮类、内酯类等化合物。

1.1 生物碱类

从花椒与竹叶花椒中已分离出生物碱类化合物115个,是含量最为丰富的非挥发性化学成分。按其结构可分为酰胺类生物碱(1~71)、异喹啉类生物碱(72~99)、喹啉类生物碱(100~109)以及其他类生物碱(110~115)等,这些生物碱类成分具有抗肿瘤、抑菌、抗炎、镇痛、杀虫等多种药理活性14,被认为是植物中最有开发前景的活性成分15

1.1.1 酰胺类生物碱

酰胺类生物碱结构多为链状不饱和脂肪酸酰胺,具有两个及以上共轭双键,具有独特的麻味,又称为花椒麻素,是花椒属植物的特征性成分,常作为花椒麻味风味评价的主要化学指标16。目前从花椒与竹叶花椒中共分离得到了71个酰胺类生物碱,如表1图1所示。其中,大部分酰胺类生物碱来自花椒,仅有29种来自竹叶花椒。化合物α‑Sanshool(4)、Dihydrobungeanool(7)、Tetrahydrobungeanool(16)等为两种香料共有成分。除了(竹叶)花椒籽外,其果皮也富含多种酰胺类生物碱。2023年,叶倩女17从竹叶花椒果皮中分离鉴定了5个新的酰胺类生物碱(9‑12、24)。同年,王玉萍18从花椒果皮中也分离得到了两个酰胺类生物碱ZP‑amide E(30)与ZP‑amide F(31)。

1.1.2 异喹啉类生物碱

异喹啉类生物碱是以异喹啉类或四氢异喹啉为基本母核的N‑杂环化合物,主要分布在花椒属植物中40。目前,从这两种香料中共分离得到28个异喹啉类生物碱,如表2图2所示。其中,共有22种来自竹叶花椒,4种为两种香料的共有成分,如去甲基白屈莱红碱(72)、(+)‑木兰花碱(95)等。2020年,娄京荣等41从花椒中分离得到的化合物伪非洲防己碱(85)为花椒属中首次分离。

1.1.3 喹啉类生物碱

喹啉类生物碱是以喹啉环为基本母核衍生而成的生物碱,广泛分布于芸香科大部分植物中,具有多种生物活性。目前,从花椒和竹叶花椒中共分离得到10个喹啉类生物碱,如表3图3所示。花椒中发现的喹啉类生物碱不多,仅发现有5种,其中3种为竹叶花椒的共有成分,如合帕洛平(102)、白鲜碱(103)等。

1.1.4 其他类生物碱

除上述几种类型的生物碱外,这些植物香料中还发现了6个其他类生物碱,如表4图4所示。2020年,吕双等53从花椒中分离鉴定出(1S,3S)‑1‑甲基‑1,2,3,4‑四氢‑β‑咔啉‑3‑羧酸(113)、(3S)‑1,2,3,4‑四氢‑β‑咔啉‑3‑羧酸(114),这两种化合物为首次从花椒属植物中分离得到。

1.2 苯丙素类

近年来,苯丙素类成分因被证实具有广泛的生物活性而备受关注。按其骨架,可分为简单苯丙素类、香豆素类、木脂素等。目前从花椒与竹叶花椒中共分离得到66个苯丙素类化合物,以香豆素和木脂素类为主要存在形式。现代药理研究表明,苯丙素类成分具有抗炎、抗肿瘤、杀虫、抗血小板凝结、抗病毒、抗菌等活性5,是一类有潜力的活性物质。

1.2.1 简单苯丙素类

简单苯丙素类化合物在结构上属于苯丙烷衍生物,依C3侧链的类型不同,可分为苯丙醛、苯丙酸、苯丙醇及其他的衍生物。从这两种花椒属植物中共分离得到7个简单苯丙素,有5种在竹叶花椒中被发现,如表5图5所示。2023年,翟小雪55从竹叶花椒中共分离鉴定出了6种简单苯丙素类化合物(116‑120),其中丁香酚(116)、反式阿魏酸(117)、阿魏酸乙酯(118)为首次从芸香科植物中发现。

1.2.2 香豆素类

香豆素类是一类具有苯骈‑吡喃酮母核的天然化合物的总称,大多以游离态存在,极少与糖结合成苷。大多数香豆素类化合物都具有特殊香味,也是苦味成分之一18。目前,从花椒与竹叶花椒中共分离得到18个香豆素类化合物,其中有7种来自竹叶花椒,仅有2种为它们的共有成分。如表6图6所示。2021年,Gong等21从花椒中分离鉴定出了三种香豆素Umbelliferone(125)、Scopoletin(128)、Xanthotoxin(134),均为首次从花椒中分离得到。

1.2.3 木脂素类

木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物(即C6-C3单体)聚合而成的天然化合物。木脂素类化合物具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗菌、保护肝脏等作用61。从这两种香料中共分离得到41个木脂素类化合物,如表7图7所示。其中,大部分木脂素类化合物均从竹叶花椒中分离得到,结构特征以双四氢呋喃类木脂素为主。仅有6种木脂素类化合物来自花椒,还包含了5种共有成分,如Piperitol(148)、Sesamin(162)、细辛脂素(165)等。2021年,李春丽等56从花椒中分离了两种具有抗氧化活性的木脂素:(+)‑南烛木树脂酚(180)与异落叶松脂素(181),其中化合物181首次从花椒属植物中分离得到。2022年,Sun等62也从竹叶花椒首次分离鉴定出Zanthlignan A(160)与Zanthlignan B(171)。

1.3 黄酮及其苷类

黄酮类化合物主要是指基本母核为2‑苯基色原酮类化合物。该类化合物具有明显的抗氧化活性,同时还具有抗炎镇痛、抑菌、保护心脑血管、抗抑郁等药理作用11。花椒与竹叶花椒中含大量黄酮类化合物,目前已从这两种香料中共分离出36种黄酮类化合物,多数以糖苷类形式存在,如表8图8所示。花椒和竹叶花椒的主要黄酮类成分具有相似性,均含有槲皮素(182)、Hyperin(198)、芦丁(209)等9种共有成分。2020年,Ke等70从花椒中分离得到一种黄酮8‑Prenylkaempfero(192),它是花椒的主要苦味成分之一,可通过激活苦味受体hTAS2R14,导致信号转导级联,产生苦味。

1.4 糖苷类

糖苷类化合物种类多样,广泛存在于花椒属植物的根、茎等中。目前已从花椒与竹叶花椒中分离得到20个糖苷类化合物,大部分来源于花椒,化合物名称及其结构如表9图9所示。

1.5 萜类

萜类化合物是花椒属中一类结构类型复杂并且生物活性显著的天然产物,通常具有抗炎、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗菌等药理活性。目前,已从这两种花椒属植物中果实、叶中共分离得到15个萜类化合物,以五环三萜类化合物为主,如表10图10所示。2022年,焦鑫阳等84对花椒叶进行研究,分离鉴定出几个萜类物质,如α‑Amyrin(238)、羽扇豆醇(241)、齐墩果酸、熊果醇、桦木酸、β‑Sitosterol β‑D‑glucoside(243‑246),其中熊果醇(244)为首次从该植物中分离得到。

1.6 酚类

酚类化合物是羟基与芳烃核直接相连形成的有机化合物,广泛存在于自然界中,大多具有香气。目前从这两种植物中分离鉴定出10个酚类化合物,仅有三种来自竹叶花椒,为香草酸(254)、丁香酸甲酯(255)、香草醛(257),如表11图11所示。

1.7 其他类

除上述的化合物以外,花椒与竹叶花椒中还报道了40个其他类化学成分,包括氨基酸、有机酸、烯酮类化合物以及内酯类化合物。目前,从花椒与竹叶花椒中共发现18种氨基酸,李桂华等88经实验分析证实,花椒椒目中含有17种氨基酸,包括天门冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、氨(NH3)、组氨酸、精氨酸、脯氨酸。叶倩女17从竹叶花椒分离鉴定出L‑焦谷氨酸甲酯,为首次从花椒属植物中分离得到。从花椒与竹叶花椒中共发现20种脂肪酸。周婷等89从竹叶花椒与花椒中共分离出19种脂肪酸,包括油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈油酸、棕榈酸、 硬脂酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、11‑二十碳烯酸、花生酸、芥酸、山嵛酸、(Z)‑9‑十六烯酸甲酯、14‑甲基十六烷酸、2‑己烷基环丙烷辛酸、7,10‑十六碳二烯酸和7,10,13‑十六碳三烯酸、肉豆蔻油酸、十七碳酸、十七碳一烯酸。吕双等53从花椒中分离得到(E)‑6‑羟基‑2,6‑二甲基辛‑2,7‑二烯酸,为首次从花椒属植物中分离得到。除此之外,刘静宜87在花椒果皮中发现了1个环庚三烯酮衍生物crototropone,系首次从花椒属植物中发现。王玉萍18还从花椒中分离鉴定出一个新的内酯类化合物:2α,3β‑dihydroxy‑3α‑vanilloylmethyl‑γ‑lactone,系首次从花椒属植物中分离得到。

2 药理活性

花椒与竹叶花椒这两种香料中的非挥发性化学成分均具有抗肿瘤、抗氧化和抗菌、抗炎、杀虫作用等多种生物活性。研究还表明,这两种香料中的某些成分还对糖尿病等慢性疾病有预防和治疗作用,另外,竹叶花椒还显示出不同于花椒的保肝作用等潜力,具体药理活性见表12。这些活性的发现为花椒属植物在医药和食品工业中的应用提供了新的视角。随着研究的深入,未来可能会有更多的生物活性被发现,为花椒属植物的综合利用提供科学依据。

2.1 抗肿瘤作用

2019年,Ma等92研究发现花椒的氯仿提取物对肝癌细胞(HepG 2)生长抑制率最有效,其半抑制率IC50为0.39 mg/mL。Alam等95发现竹叶花椒的甲醇提取物(200 µg/mL)对人乳腺癌细胞MCF‑7、MDA MB‑468和结直肠癌Caco‑2癌细胞株的生长具有显著的抑制作用,并且这种抑制作用呈现出明显的剂量依赖性。近年来,研究发现花椒与竹叶花椒的抗肿瘤活性成分主要与植物中的生物碱有关,特别是酰胺类生物碱具有良好抗肿瘤活性,在开发新型抗肿瘤药物方面具有巨大潜力。2022年,Chen等107的研究发现酰胺类化合物对人结肠腺癌细胞(HCT‑116)有明显的抑制作用,其中化合物Hydroxy‑γ‑sanshools(20)活性最为显著,IC50为88.01 µmol/L,且对正常细胞无细胞毒作用,其IC50为481.52 µmol/L。药理机制研究显示化合物20可以抑制细胞生长,诱导形态畸变,并将细胞周期阻滞在G1期,能显著抑制HCT‑116细胞中Cyclin D1、CDK 4及PCNA的mRNA和蛋白表达,增加P21、P53、Fas和Caspase 8的mRNA和蛋白表达。叶倩女17发现竹叶花椒中的酰胺类化合物Hydroxy‑β‑sanshools(13)、hydroxy‑α‑sanshool(19)、Hydroxy‑γ‑sanshools(20)对胰腺癌细胞(CFPAC‑1、PANC‑1)具有良好的抑制细胞增殖活性(P<0.001),其活性可能与烷基酰胺的羟基数目、位置和羰基位置相关。

2.2 抗氧化作用

李春丽等56从花椒的正丁醇部位成功分离并鉴定出了一些具有显著抗氧化活性的木脂素类化合物。如(+)‑南烛木树脂酚(181)和异落叶松脂素(182)在ABTS+自由基清除实验中表现出了优异的活性,其IC50值分别为5.7和11.0 μmol/L,与抗氧化效果显著的维生素C(IC50为6.4 μmol/L)相当。Li等108通过Fe3+还原、DPPH自由基清除、Fe2+鳌和能力测定及OH自由基清除等试验研究发现花椒中的多糖类物质具有较强的抗氧化活性,半数效应剂量(EC50)值分别为 0.011、0.021、0.056 和0.008 mg /mL。2023年,何鑫柱等109发现竹叶花椒果皮提取的黄酮类物质清除DPPH自由基的IC50值在14.530~20.833 μg/g,其中主要抗氧化活性成分是山奈酚(188)、Quercetin‑3‑galactoside(196)与Epicatechin(216)。在2022年的一项研究中,Kesavan等110发现,竹叶花椒水提取物可能是通过提升超氧化物歧化酶、还原型谷胱甘肽以及谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶的活性降低大鼠血糖水平,并能显著改善口服葡萄糖耐量测试(OGTT)和胰岛素耐量测试(ITT)结果,同时减少脂质过氧化现象。

2.3 抗菌作用

马丹宇65研究发现花椒中的酰胺类生物碱γ‑Sanshool(5)、木脂素类化合物Piperitol(148)、酚类化合物2,4‑Dihydroxy‑6‑methoxy acetophenone(262)对耐药白色念珠菌(Monilia albican )表现显著抗真菌活性,通过与氟康唑联用,可以有效降低最小抑菌浓度(MIC),比单独用药降低了4倍。姜太玲等111用胃蛋白酶水解花椒籽蛋白获得了一种抗菌肽,该抗菌肽对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和沙门氏菌(Salmonella)均具有抑制作用,其中,对枯草芽孢杆菌的抑菌率达到96.79%,且呈现浓度依赖性。Nooreen等73从竹叶花椒果实取分离了一种黄酮类化合物Ombuin(295)有广谱抗菌活性,其MIC为125~500 μg/mL。Barkatullah等99发现竹叶花椒叶、茎以及果实的提取物对白微球菌(Micrococcus leutus)、多杀性巴氏杆菌(Pasturella multcidia)、大肠杆菌(Escherichia coli)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)均有一定的抑菌活性。

2.4 其他作用

除了上述药理活性以,花椒和竹叶花椒还具有抗炎、杀虫以及降血糖等药理作用。2023年,Zheng等112从花椒中分离得到了Hydroxyl‑α‑sanshool、Hydroxyl‑β‑sanshool、Hydroxyl‑ε‑sanshool(18)三种酰胺单体。体外细胞实验显示,三者对炎性因子NO的 IC50值分别为14.5、14.7、13.4 μg/mL,显示出了它们在抗炎活性方面的潜力。2020年,Alam等113研究发现竹叶花椒果实提取物(P<0.05)和总生物碱均表现出明显的抗伤害活性(P<0.001)。这两部分提取物对小鼠足肿胀炎症有明显的降低作用(P<0.01)。对COX的IC50值分别为15和69 μg/mL,对LOX的IC50值分别为21和62 µg/mL。寇芸芸等114的实验结果显示,花椒果皮不同部位提取物均有一定的杀虫活性。正丁醇萃取部分对赤拟谷盗的触杀活性最高,其LC50值为1.086 463 g/mL,石油醚提取部分对赤拟谷盗趋避活性最高,其趋避率可达到93.617%。Singh等102研究发现竹叶花椒种子水提物在50 mg/mL浓度下,6 h和8 h时对扭曲血丝虫的LC50分别为59.90 mg/mL、28.92 mg/mL,死亡率为(45.45±4.55)%、(63.64±4.54)%。杨成峻等57发现花椒果皮中的多酚粗提物可使糖尿病小鼠空腹血糖降低64.2%,口服糖耐量降低21.42%,可以改善糖尿病小鼠体质量减轻和饮食异常现象,且能抑制α‑葡萄糖苷酶活性。Wikul等105发现竹叶花椒中的木脂素类化合物Pinoresinol(146)通过竞争性和非竞争性两种方式来抑制α‑糖苷酶。Sabir等77研究竹叶花椒果实水提取物的体内保肝作用,与对乙酰氨基酚对照组相比,小鼠口服其果实水提取物(100 mg/kg)4天可显著降低血清转氨酶(ALT, AST)和 TBARS,并增加过氧化氢酶水平这些研究成果为开发新的治疗药物提供了重要的候选物质。

3 结语

综上所述发现花椒属植物除了含丰富的挥发油外,还有多种非挥发性成分,它们在花椒属植物的活性和应用方面发挥着举足轻重的作用。目前从花椒属植物花椒、竹叶花椒的果实、叶、果皮等部位中共发现302个非挥发性化学成分,以生物碱类(115个),苯丙素类(66个)、黄酮及其苷类(36个)为主,还含有少量糖苷类、萜类、酚类等其他类化合物。这些非挥发性化学成分在药理活性方面表现出多方面的潜力,不仅在抗肿瘤、抗真菌、抗氧化等方面显示出显著效果,而且在抗炎、杀虫、降血糖以及保肝等其他药理作用上也具有潜在的应用价值。这些研究结果不仅加深了对花椒属植物药用价值的认识,也为未来开发新的天然药物提供了科学依据。然而,目前对花椒与竹叶花椒功效成分的分析仍停留在基础性研究阶段,部分生物活性成分及其构效关系尚不明确。此外,这两种花椒作为天然植物香料,目前主要还是以原材料的形式使用,其精深加工技术尚在探索之中,因此在医药和食品等领域的开发与应用尚显有限,应用深度亦不足。未来的研究应当聚焦于化合物的分离与纯化、结构的鉴定、作用机制的阐释以及临床前的药理毒理评估,旨在将这些天然化合物转化为安全且有效的治疗药物。

作者贡献度说明:

粟晓微、陈秋娟:收集文献并进行撰写论文;李睿、张慧婷和刘雨玲:核查化合物结构;周华锋和苏健;药理部分核查;霍丽妮:提供研究思路、负责指导论文撰写并对论文进行修改指正。

所有作者声明不存在利益冲突关系。

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(22067001)

广西中医药大学“岐黄工程”高层次人才团队培育项目(202405)

广西中医药大学B类“桂派中医药传承创新团队”项目(2022B005)

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