辣椒堿的制取方法及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進展

曹建民，郭向群

（楚雄醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校藥學(xué)系，云南楚雄 675000)

隨著科技的發(fā)展與社會的進步，人們對生活質(zhì)量的要求日益增高。六六六、DDT、殺蟲脒、二溴氯丙烷、敵枯雙等一些毒性強，易在機體殘留，導(dǎo)致癌變，畸變，對人體和自然環(huán)境有害的農(nóng)藥相繼被禁止使用。自三聚氰胺事件曝光以來，人們越加關(guān)注飼料添加劑成分的安全性和健康性。高效、低毒、低殘留的綠色農(nóng)藥以及健康飼料添加劑成為了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點。辣椒堿這種既可作農(nóng)藥又可作飼料添加劑的天然、無毒害的生物堿無疑成為了研究熱點。筆者就辣椒堿的制取方法和農(nóng)業(yè)研究進展進行了綜述，以期為其今后更進一步的利用提供參考。

1 辣椒堿的理化性質(zhì)

辣椒堿(Capsaicin)又稱辣椒素，是從茄科辣椒屬植物（Capsicum annuum.）的成熟果實中提取得到的天然植物堿，是一種極度辛辣的香草酰胺類生物堿，也是使辣椒產(chǎn)生辛辣味的主要成分。其分子式為C18H27NO3，含有酚羥基和酰胺鍵，為弱極性偏酸性化合物，化學(xué)名稱為反式-8-甲基-N-香草基-6-壬烯胺。純品呈長方形或單斜白色片狀晶體，熔點為65～66℃，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯、乙酸乙酯及乙醚中，也可以溶于堿性水溶液，微溶于二硫化碳，幾乎不溶于冷水，在乙醇和苯中的溶解度最大。可在高溫下產(chǎn)生刺激性氣體，能與斐林試劑(Folin)發(fā)生呈色反應(yīng)。通過HPLC分析發(fā)現(xiàn)，辣椒堿占辣椒中總生物堿的69%，含量較高[1]，可通過多種方法進行制取，工藝簡單，價廉易得。

2 制取工藝

2.1 天然辣椒直接提取

現(xiàn)今，國內(nèi)的辣椒堿直接提取法主要有4種，即超聲波輔助乙醇溶劑提取法、堿性乙醇提取法、離子交換法、CO2超臨界流體萃取法。朱妞[2]等用粒度為80目的辣椒為原料，70%乙醇作提取溶劑（料液比為 1∶15），在溫度 60 ℃，超聲頻率 28 kHz，功率120 W條件下，提取20 min，辣椒堿的產(chǎn)量可達2.8 mg/g，單次提取率為64.2%，3次提取率為89.4%。楊雅婷[3]等在常規(guī)溶劑浸提法的基礎(chǔ)上，在浸提之前加入微波預(yù)處理過程，顯著提高了辣椒堿提取速度以及提取效率，辣椒堿提取液對細菌、霉菌和酵母菌均表現(xiàn)出一定的抑菌作用。張郁松[4]通過試驗發(fā)現(xiàn)，用含0.5%Na2CO3濃度為50%的乙醇作提取溶劑，料液比為1∶20，溫度為70℃，浸提2 h，辣椒堿的提取率最高。張陽[5]等以陰離子交換纖維柱分離辣椒堿類物質(zhì)，試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)95%乙醇用量為60 mL，流速為3 BV/h時，辣椒堿類物質(zhì)的吸附與解吸條件最優(yōu)，該條件下離子交換柱可以將辣椒堿類化合物分離的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由4.5%提高到92.0%，且收率可高達72.3%。阿依古麗·塔西等[6]采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取新疆紅辣椒中的辣椒堿，當(dāng)采用無水乙醇用作攜帶劑，料液比為1∶2，萃取溫度45℃，壓力12 MPa時，萃取40 min，辣椒堿的萃取率最高，為5.0 mg/g。

2.2 化學(xué)合成

化學(xué)合成法因操作方便、工藝簡單、價格低廉等原因成為了辣椒堿生產(chǎn)的主要途徑之一。陳思浩[7]等以香蘭素和和正-壬酸為起始原料，經(jīng)鹵素置換反應(yīng)、胺化還原反應(yīng)、N-?；磻?yīng)等多步反應(yīng)得到了辣椒堿。楊艷[8]等通過改進工藝，不使用劇毒的冠醚作催化劑，直接以6-溴己酸乙酯為起始原料，經(jīng)6步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物辣椒堿，該試驗以碳酸鉀代替叔丁醇鉀作堿催化，操作簡單，收率高達56%。袁余斌[9]等采用香草醛為原料，通過鹽酸羥胺肟化、鋁-鎳合金/氫氧化鈉還原、酸化等步驟得到產(chǎn)物香草胺鹽酸鹽，產(chǎn)物再與正壬酰氯在堿性條件下進行反應(yīng)，得到的粗產(chǎn)物經(jīng)酸-堿法純化后即得較純的辣椒堿，總收率為48.5%。李艷[10]等以6-溴己酸和香草醛為原料，經(jīng)wittig反應(yīng)、鹵素交換反應(yīng)、胺化還原反應(yīng)及N-?；磻?yīng)等4步制備得到辣椒堿，該試驗減少了辣椒堿的合成步驟，使其合成更加方便。

2.3 生物合成

許多研究表明，辣椒堿主要是在辣椒果實胎座細胞的液泡中經(jīng)一系列酶促反應(yīng)而合成的。賈洪鋒[11]等報道了利用細胞懸浮、固定培養(yǎng)技術(shù)，將原茶兒醛和咖啡酸經(jīng)生物轉(zhuǎn)化成辣椒堿；或通過將辣椒細胞包埋固定，懸浮培養(yǎng)后得到辣椒堿。高藍[12]報道了辣椒堿合成酶CYS及其基因cys1的相關(guān)研究，并指出該酶是辣椒堿生物合成的關(guān)鍵酶。

2.4 其他

除了以上幾種方法，羅倉學(xué)[13]等還利用纖維素酶(16 568 U/g)對辣椒堿進行了提取，試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)酶解液的初始pH為5.2，酶加入量為7.0 mg/g，酶解溫度為40℃時，酶解3 h，辣椒堿產(chǎn)量最高，為3.1 mg/g。

3 辣椒堿在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 作農(nóng)藥

3.1.1 作殺蟲劑。近年來，癌癥的發(fā)病率越來越高，且日趨年輕化，這在很大程度上與食用受污染蔬菜、水果有關(guān)。而中國自古以來就是農(nóng)業(yè)大國，每年需要施用大量的農(nóng)藥。隨著我國農(nóng)藥工業(yè)的發(fā)展，早期使用的許多毒性強、易殘留的農(nóng)藥逐漸被市場淘汰。植物性農(nóng)藥因其具有殺蟲能力強、對人體無害、對環(huán)境傷害小、健康環(huán)保等優(yōu)點逐漸成為了國內(nèi)外備受關(guān)注的第3代農(nóng)藥的藥源。辣椒堿作為天然植物農(nóng)藥的主成分及增效劑而被廣泛用于農(nóng)藥的制造。有報道表明以辣椒堿為活性成分的農(nóng)藥可用于蚜蟲、菜青蟲、小菜蛾、銀紋夜蛾、葉蟬、薊馬、粉虱、線蟲等害蟲的防治[14]。李瑞昌[15]等用5種常用殺蟲劑對小菜蛾、菜蚜進行了藥效試驗，結(jié)果表明辣椒堿鹽·堿微乳劑對兩者有較好的防治效果。在小菜蛾和菜蚜的發(fā)生期用9%辣椒堿鹽·堿微乳劑2 000～3 000倍液，防效可達90%以上，持效期對小菜蛾7 d以上，菜蚜14 d以上，是防治小菜蛾和菜蚜較為理想的藥劑。李慕春[16]等的研究表明，用5%辣椒堿-茶皂素微乳劑對棉蚜進行防治具有速效性和持效性等優(yōu)點，且二者合用具有增效作用，最高防效為57.4%。陳學(xué)文[17]研究了辣椒堿對枸杞蚜蟲的殺蟲活性，試驗結(jié)果表明，當(dāng)辣椒堿濃度為62.5 mg/L時，試蟲全部死亡，說明辣椒堿具有良好的防除枸杞蚜蟲的作用，可代替有機磷、除蟲菊酯等化學(xué)農(nóng)藥。

3.1.2 作抑菌劑。辣椒堿不僅可以殺滅田間有害昆蟲，對許多農(nóng)田病原菌也有抑制其生長的作用。李芳[18]等采用5%辣椒堿-茶皂素微乳劑對棉花枯萎病菌進行了處理，處理后的棉花枯萎病菌菌絲短而分枝少，菌絲形成隔膜較早，老化快，細胞壁變薄，說明5%辣椒堿-茶皂素微乳劑對棉花枯萎病菌有抑制作用。郭麗[19]等研究表明辣椒堿具有較強的廣譜抗菌活性，其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、對啤酒酵母菌、葡萄酒酵母菌、霉菌類皆有抑制作用。

3.1.3 作驅(qū)避劑。鼠類不僅會對農(nóng)田造成巨大損壞，還會傳播疾病，危害人類的生命健康，以辣椒堿作為趨避劑可減少鼠類對農(nóng)田的損害。陳渠玲[20]等研究發(fā)現(xiàn)，實倉使用0.2%的辣椒堿對害鼠防護期超過349 d，辣椒堿對害鼠具有良好的趨避作用。還有報道表明，辣椒堿能有效驅(qū)避鳥類、兔子、打地鼠、松鼠、鹿、熊等野生動物，不僅對農(nóng)田具有保護作用，而且趨避能力強效、持久，對野生動物的傷害性也較小[14]。

3.2 作飼料添加劑

人類食用辣椒的歷史已有數(shù)千年，辣椒自明朝傳入我國以來，一直是許多地區(qū)備受人們喜愛的蔬菜和調(diào)味品。自三聚氰胺事件以來，許多人對飼料添加劑都談虎色變。但是，將辣椒堿這種辣椒的天然提取物添加到禽畜類的飼料中，不僅可以達到增加禽畜體重、提高其抗病能力、改善肉質(zhì)質(zhì)量等目的，而且無毒無害、環(huán)保健康。徐永平[21]報道了辣椒堿不僅可以提高雞抵抗腸道沙門氏菌侵入的能力，還可增加蛋黃及類胡蘿卜素在蛋黃中的沉積和改善雞肉味道。鐘金鳳[22]等還報道了辣椒堿作為飼料添加劑不僅起到了增加雞、豬、牛、魚、獺兔體重作用，增強了動物抗病能力，減少熱應(yīng)激作用，還提高了飼料利用率，并能有效防止飼料霉變，是一種較好的純天然飼料添加劑。

4 展望

我國作為全球最大的辣椒生產(chǎn)國，首先對辣椒堿的生產(chǎn)擁有充足的原料來源保障。其次，隨著我國化工行業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，提取和合成辣椒堿的方法及工藝也越來越簡單化、多樣化，辣椒堿純品也越來越價廉易得。在我國安全、高效、經(jīng)濟的農(nóng)藥產(chǎn)品已成為備受市場青睞的主流產(chǎn)品，綠色環(huán)保亦是農(nóng)藥行業(yè)發(fā)展的要求。隨著人們生活水平及環(huán)境意識的提高，綠色農(nóng)藥和健康飼料添加劑將成為市場的新寵。辣椒堿這類天然安全的植物提取物在未來中國的農(nóng)業(yè)市場具有極為廣闊的發(fā)展空間。

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