辣椒堿飼料添加劑的功能和應用

■丁宏標 崔海濱 吳秀麗 李 輝 曾胡龍 陶正國

（中國農業(yè)科學院飼料研究所，北京100081）

從辣椒中提取的辣椒堿，是一種高辛辣香草酰氨類生物堿，是辣椒辛辣味的來源，具有抑菌、誘食、開胃、增加消化液分泌等多種生物學功能。在飼料中添加辣椒堿，可以提高禽畜采食量和日增重，改善飼料利用效率，提高抗病力，改善肉質，而且辣椒堿無毒副作用、健康環(huán)保。辣椒堿對枯草桿菌、變形鏈球菌、幽門螺桿菌、釀膿鏈球菌、大腸桿菌、刺盤孢菌等多種致病菌均有抗菌活性，可以提高雞抵抗沙門氏菌侵入的能力，增加腸道乳酸桿菌數(shù)量。辣椒堿增加類胡蘿卜素等天然色素在蛋黃中的沉積，改善雞肉味道。辣椒堿飼料添加劑可以提高豬、雞、牛等多種畜禽生產性能，增強抗病力，減緩應激反應，防止飼料霉變，是一種新型優(yōu)質純天然飼料添加劑。

1 辣椒的種植生產情況

辣椒是人類最喜愛的蔬菜之一，種植遍布世界各地，全世界近1/4人口經(jīng)常食用。隨著高效現(xiàn)代農業(yè)的推進，我國辣椒栽培面積迅速擴大，2017年種植面積2 320萬畝，產量3 133萬噸，均居世界首位。目前，我國辣椒種植面積僅次于白菜，居蔬菜作物第二位，其產值和效益則雄居蔬菜作物之首。辣椒不僅是鮮食蔬菜，調味佳品，也是天然紅色素、辣素生產原料和其它工業(yè)原料。辣椒粉、辣椒油及其他辣椒制品是我國傳統(tǒng)的加工調味品，在國內外市場有一定聲譽，風味好，營養(yǎng)豐富。不同辣椒品種辣椒堿含量差異很大，最高的魔鬼椒含4%～5%，最低的菜椒檢測不到。辣椒部位中辣椒堿含量為胎座＞果肉＞種子。

種植高辣度辣椒品種，提取制備辣椒堿，具備很多新功能新用途。普通辣椒中辣素含量低，分離純化困難，選育高辣度辣椒新品種，研發(fā)高效低成本的生產工藝，是辣椒種植開發(fā)新方向。提純的辣椒堿可以廣泛應用于飼料、醫(yī)藥、食品、農業(yè)等領域，1 kg高純度辣椒堿價格可達幾萬美元，具有極高藥用價值和經(jīng)濟價值。因此，目前用于工業(yè)加工的高辣度辣椒的栽培面積迅速增加，大有超過菜椒之勢。如某公司選育的高辣度辣椒的辣度達到100萬個斯高維爾左右，是目前國內辣度最高的品種之一，畝產可達2 000 kg左右，已在廣東、云南、貴州、四川等地種植成功，表現(xiàn)較好。

2 辣椒堿的生物學活性及功能

辣椒堿，又稱辣椒素（辣素），為白色結晶粉末，是辣椒屬植物紅辣椒的活性成分。辣椒堿是由Thresh于1876年從辣椒果實中分離出來的。辣椒堿類物質活性成分包括：主要成分辣椒堿（Capsaicin）、二氫辣椒堿、降二氫辣椒堿、高辣椒堿、高二氫辣椒堿I、高二氫辣椒堿Ⅱ、壬酞香莢蘭胺、辛酞香英蘭胺、癸酞香英蘭胺。辣椒堿化學名為N-香蘭素基-8-甲基-6-壬烯酰胺，是一種親脂性的生物堿，以順式結構存在。辣椒堿粗制品中有一些酚類物質，可拮抗辣椒堿對神經(jīng)肽的作用，反而加劇疼痛和炎癥，因此辣椒堿必需提純才有更多應用價值。

辣椒堿具有抗菌活性，可以抗枯草桿菌、變形鏈球菌、幽門螺桿菌、釀膿鏈球菌、大腸桿菌、刺盤孢菌。其作用機理是破壞細菌細胞膜，但沒有細胞毒作用，低濃度時對細胞活力也無影響。辣椒素在亞致死濃度下抑制霍亂弧菌的霍亂毒素生成，抑制金黃色葡萄球菌α-毒素的生成，抑制金黃色葡萄球菌侵入細胞，抑制牙齦卟啉單胞菌生物膜的合成。辣椒堿抑制的革蘭陽性菌包括糞腸球菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌，抑制的革蘭陰性菌包括綠膿桿菌、大腸桿菌、酵母菌如白色念珠菌，對尼日爾灰霉病和曲霉菌均具有良好抑制活性。辣椒堿還具有協(xié)同抗真菌活性，還可治療病毒性疾病如單純性皰疹、實驗性生殖器皰疹、帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛等。但是迄今為止尚未見辣椒堿的體內抗菌研究。

研究發(fā)現(xiàn)辣椒素對自身免疫性疾病有作用效果。在早期預防飲食中提前10日添加生理劑量辣椒素，對自身免疫性神經(jīng)炎模型大鼠具有免疫調節(jié)效果。添加組臨床和電生理上坐骨神經(jīng)炎癥發(fā)病率極顯著減少(P＜0.01)，對照組的神經(jīng)傳導阻滯發(fā)生顯著增加（P＜0.05），組織學和細胞因子水平上T細胞、巨噬細胞和脫髓鞘顯著減少。辣椒堿引起坐骨神經(jīng)和小腸中辣椒素受體的表達發(fā)生變化，并導致小腸中免疫細胞群體的改變。

辣椒堿還具有抗炎、增強食欲、促進消化、提高免疫力等生理活性。辣椒堿能使動物體釋放內啡肽和血清素，明顯減輕炎癥反應和神經(jīng)疼痛的傷害性。辣椒堿具有抗氧化作用，可防止脂質過氧化、蛋白質氧化和酶活性損失，防止γ輻射導致的抗氧化活性的損失，具有清除過氧化氫自由基的功能。辣椒堿能促進GPx基因的表達，表達產物能降低過氧化氫等氧化物的含量。辣椒堿通過消化道或者皮膚吸收,達到血清最大濃度的時間為1 h，半衰期為24 h。辣椒堿作為食品添加劑，可促進血液循環(huán)，增加唾液分泌，增加淀粉酶活性，具有促進食欲、改善消化等功能，因此辣椒堿可作為健胃劑。辣椒堿具有廣譜的抗菌范圍和較強的拮抗病原菌的活性，能夠有效抑制微生物的生長，從而延長食品的保質期。

3 辣椒堿在畜牧生產中的應用

辣椒堿處理顯著降低來航蛋雞盲腸內容物的pH值，顯著增高盲腸固有層和上皮細胞的厚度，提高蛋雞腸道對沙門氏菌的抗性。添加辣椒堿（0.76 mg/kg、12.26 mg/kg和35.26 mg/kg）對蛋雞的生產性能無不良影響。辣椒堿在腸道中有殺菌性能，防止腸道發(fā)生致病菌感染。日糧添加辣椒堿對雞的攝食和生產性能均無負面影響。日糧預防性或治療性添加辣椒素增強肉雞對沙門氏菌的抗性。

Bravo D等采用1日齡羅斯308小公雞，研究了含5%卡維醇、3%肉桂醛和2%辣椒素的植物提取物對日糧能量利用和生長性能的影響。對小雛雞提供試驗和對照2種日糧，試驗組補充100 g/t的植物提取物。在21和24日齡的代謝研究中測定日糧表觀ME、N沉積（NR）和脂肪消化率（FD）。飼喂香芹酚、肉桂醛和辣椒的混合物使體重增加了14.5%（P=0.009），飼料效率提高了9.8%（P=0.055），增加胴體能量沉積（P=0.062），減少總能損失（P=0.062）。胴體蛋白質沉積增加16.1%（P=0.015），但胴體脂肪沉積無變化。飼用植物提取物提高了日糧脂肪消化率2.1%（P=0.013），但不影響日糧N沉積；增加日糧凈能12.5%（P=0.021），而日糧消化能無變化。實驗表明，盡管植物提取物對日糧ME沒有影響，但對凈能利用率的提高導致生長的改善。植物提取物可能影響吸收養(yǎng)分的代謝利用。

Liu等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，辣椒堿可減少斷奶仔豬的腹瀉，提高生長速度。從9日齡豬回腸黏膜中提取總RNA，擴增雙鏈cDNA被標記，并進一步與微陣列雜交。應用定量實時PCR技術檢測微陣列檢測mRNA表達。與對照日糧相比，飼用辣椒油樹脂顯著改變490個基因表達（P＜0.05，280個基因上調，210個下調）。與對照日糧相比，飼用辣椒油樹脂仔豬與膜完整性和緊密連接有關的基因的表達量增加，提示腸黏膜健康增強，但降低細胞周期途徑基因表達。飼喂辣椒堿顯著增強與免疫應答相關的基因表達（P＜0.05），表明在正常條件下飼喂植物提取物可刺激豬的免疫應答。綜上所述，植物提取物調節(jié)豬回腸黏膜中基因的表達，可能通過增強腸黏膜的健康和刺激免疫系統(tǒng)來實現(xiàn)有益作用。

在20日齡仔豬日糧中添加200 mg/kg辣椒堿，提高蛋白質消化率，顯著增加仔豬腸道乳酸桿菌數(shù)量，減少有害菌繁殖，調整腸道微生物生態(tài)，改善腸道健康。Meunier等將20%辣椒堿包裹在菜籽油中制成辣椒油樹脂。通過流化床將其制成直徑為180～1 000 μm的微囊，飼料添加劑量為15%時，該微囊可以減少辣椒堿的刺激性，控制辣椒堿在腸道的釋放速度。辣椒堿可以促進仔豬生長，獲得更好的經(jīng)濟效益。辣椒堿在仔豬腸道中的殺菌作用無副作用，即抑制大腸桿菌等致病菌，同時增加乳酸桿菌繁殖，促進其成為腸道優(yōu)勢菌群，改善腸道微生態(tài)，安全、高效、健康。

Cardozo等發(fā)現(xiàn)，辣椒提取物可促進荷斯坦母牛瘤胃微生物發(fā)酵，改變蛋白質在瘤胃中的降解，提高蛋白質吸收率。顯著增加牛的干物質采食量和飲水，減少瘤胃中醋酸的比例，降低支鏈脂肪酸濃度，顯著降低瘤胃液中多肽的濃度，顯著增加小肽和氨肽以及氨基酸的濃度。辣椒提取物可促進荷斯坦母牛對纖維素的消化，增加瘤胃微生物的數(shù)量，提高乙酸丙酸比，提高乳脂率，提升牛奶品質。

Rodríguez-Prado M等采用4×4拉丁方設計，在4頭荷斯坦小母牛[BW=（438±71）kg]帶瘤胃塑料套管，評價了3種辣椒提取物（CAP）對高精料飼喂小母牛的采食量、耗水量和瘤胃發(fā)酵的影響。飼喂（干物質計）10%大麥秸稈和90%精料（32.2%大麥籽粒、27.9%磨碎玉米、7.5%小麥麩皮、10.7%大豆粕、10.7%大豆殼、7.2%玉米面筋、3.1%礦物維生素預混料；16.6%CP、18.3%NDF）。設對照組（CTR），試驗組125（CAP125）、250（CAP250）、500（CAP500）mg/d含6%的辣椒素和二氫辣椒素的標準辣椒油樹脂（XTRAP 6933，Pancosma，瑞士）。單個實驗期25 d（適應15 d，干物質采食量DMI連續(xù)測量5 d，瘤胃樣品采集3 d）。小母牛自由飲水，每天早晨8：00喂料一次，用SAS分析數(shù)據(jù)。DMI（8.56、9.84、8.68、9.40 kg/d，P＜0.04），瘤胃pH值（6.03、5.84、5.96、5.86，P＜0.08）和 總 VFA（134.3、144.8、144.8 mm 和144.8 mm；P＜0.01）均呈劑量線性反應（CTR、CAP125、CAP250和CAP500）。水分消耗與DMI呈顯著正相關（r2=0.98）。與對照組相比，CAP處理前2 h的干物質采食量均降低（P＜0.05）。乙酸摩爾比呈線性下降（59.6～55.5 mol/ml；P＜0.06），氨氮濃度呈線性增加（14.4～16 mg/dl；P＜0.08）。相反，丙酸（23.8 mol/100 mol）、丁酸酯（14.2 mol/100 mol）和乳酸（0.28 mol/100 mol）的摩爾比例無影響。結果表明，辣椒提取物能刺激DMI，改善高濃度日糧的干物質采食量。

Oh J等研究了辣椒油樹脂對泌乳奶牛營養(yǎng)物質消化率、免疫反應、氧化應激指標、血液化學、瘤胃發(fā)酵、瘤胃細菌種群和生產性能的影響。8只經(jīng)產荷斯坦奶牛，包括3個帶瘤胃插管，按4×4拉丁方設計實驗。實驗周期為25 d，包括14 d適應和11 d數(shù)據(jù)收集和采樣周期。處理包括對照（無CAP）和每日補充250、500或1 000 mg的CAP/牛。CAP對干物質采食量無影響，但產奶量劑量相應增加。辣椒油樹脂增加能量校正后牛奶產量，但對牛奶脂肪濃度沒有影響。瘤胃發(fā)酵參數(shù)，養(yǎng)分表觀消化率，糞便和尿中氮排泄不受CAP的影響。血清β-羥基丁酸酯與CAP劑量依賴性增加。細菌類群方面，普雷沃菌屬和薔薇屬在瘤胃中數(shù)量減少，丁基弧菌隨CAP的增加而增加。T細胞表型不受辣椒堿的影響。中性粒細胞吞噬活性的平均熒光強度與CAP劑量正相關。外周血中性粒細胞和嗜酸性粒細胞的數(shù)量和中性粒細胞與淋巴細胞的比例隨CAP的增加呈線性增加。CAP對氧化應激指標無影響?？傊?，CAP不影響采食量、瘤胃發(fā)酵、養(yǎng)分消化率、T細胞表型和氧化應激標記物含量，增加牛奶產量，可能是由于增強脂肪儲備的動員。此外，CAP增加中性粒細胞活性和與急性免疫應答相關的免疫細胞。

4 辣椒堿的測定及制備技術

辣椒堿的檢測方法有感官評估法——斯高維爾指數(shù)法和儀器分析法。常用的有薄層色譜法、紅外光譜法、紫外光譜法和高效液相色譜法。此外還有應用氣質聯(lián)用、液質聯(lián)用、薄層掃描法檢測辣椒堿的研究。Ryu WK等采用連續(xù)固液萃取和液-液萃取法從辣椒中分離色素和辣椒素，然后用吉布斯試劑選擇性顯色反應對辣椒堿進行比色分析。用比色法和HPLC法比較辣椒粉和干辣椒中丙酮提取物的辣椒素含量，R2分別為0.997 3和0.981 6，呈高度線性相關。比色法可以檢測到最低濃度為1 μg/ml的辣椒堿類化合物，表明該方法能在短時間內有效地分析大量樣品。

Stipcovich T等建立了C18反相熔核柱快速高效液相色譜法測定和定量主辣椒素（去甲二氫辣椒素、去甲氫辣椒堿、辣椒素、二氫辣椒素、同型辣椒素和同型氫辣椒素）的含量，采用熔核KyEnExμC18柱（50×2.1 mm，2.6 μm）進行分析。色譜分離采用梯度法，流動相中水（0.1%乙酸）為溶劑A，乙腈（0.1%乙酸）為溶劑B。所有化合物的分離均在3 min內完成，總分析時間（樣品至樣品）為10 min。魯棒性評價表明該方法具有良好的重復性和精度，其變異系數(shù)小于2%。該方法可用于定量辣椒中存在的主要辣椒素和含有辣椒素的商品。

辣椒堿的制取方法有溶劑法、吸附柱層析法及超臨界二氧化碳萃取法。溶劑法是傳統(tǒng)方法，以干紅辣椒粉為原料，通過浸取、過濾、蒸餾、回收等先制取辣椒油樹脂，再經(jīng)乙醚、稀乙醇和堿性水溶液等溶劑抽提濃縮，經(jīng)石油醚或正已烷結晶，得到粗辣椒素晶體。溶劑萃取法所需設備簡單、生產成本較低，但存在著產品純度差、有異味、溶劑殘留量高等問題。吸附柱層析法采用丙酮、石油醚、乙醇提取出辣椒油樹脂，以乙醚作為結晶溶劑，得到粗辣椒素晶體，再經(jīng)硅膠柱層析純化后結晶，得到辣椒素純品。該方法提取率較低。超臨界二氧化碳法以超臨界二氧化碳為溶劑萃取辣椒堿。但此法投資大，萃取釜無法連續(xù)操作，設備產率低，操作成本高，不適宜工業(yè)化生產。

Martínez J等以近紅外輻射、微波輻射及超聲波為能源，乙醇為溶劑，研究從哈巴涅辣椒中提取辣椒素的方法，并與索氏提取法進行了比較。萃取收率用氣相色譜/質譜法進行監(jiān)測。相對于索氏提取法，新工藝提供更好的總產量和較高的辣椒素與二氫辣椒堿的比例。用近紅外輻射提取辣椒素和二氫辣椒素，是一種簡單高效的新方法。

辣椒堿含量一般以果實內的胎室組織（生籽部位）及隔膜組織、果皮中段最高。辣椒品種、成熟程度對辣椒素含量影響最大，一般隨著辣椒果實成熟程度的增加而積累。氣候、土壤、采摘時期和保存方法等也影響辣椒堿含量。目前我國的辣椒堿產品以粗制品為主，純度不高。

辣椒堿的生產技術，國際上集中于高辣椒堿含量品種的高效栽培技術及辣椒堿的化學合成研究。中國辣椒堿的生產應用處于起步階段。國內有關辣椒堿提取分離技術的實驗室報道較多，產業(yè)鏈規(guī)?；a還有很多關鍵技術有待進一步研究。用丙二醇稀釋辣椒油樹脂，加玉米淀粉和抗氧化劑，粉碎過16目分析篩，可以顯著降低辣椒堿儲存損失率。國內辣椒堿生產企業(yè)有廣州立達爾公司，襄樊市襄西化學工業(yè)有限公司、河北武安珍研天然色素有限公司等，主要應用于食品添加劑領域，部分產品出口到日本、韓國、美國等地。李比希Liebig公司是辣椒堿主要生產商。

5 辣椒堿的其他應用

醫(yī)藥領域：辣椒堿的藥用價值很高，Jun Lv等在50萬人上的調查研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常采食辛辣食品可以降低人的總死亡率14%。西醫(yī)采用局部辣椒素處理治療成人慢性神經(jīng)病理性疼痛，中醫(yī)用辣椒堿制備成外敷劑——風寒止痛膏，能夠使皮膚局部血管反射性擴張，促進局部血液循環(huán)的旺盛，故有去瘀腫和利關節(jié)的功效。辣椒堿及其軟膏制劑已經(jīng)收載于美國藥典24版，美國醫(yī)學會（AMA）主編的《Drug Eva Ucasion》將辣椒堿列為治療皰疹后神經(jīng)痛、糖尿病性神經(jīng)痛的首選藥物。純化的辣椒堿具有許多生理活性，對某些含有P物質的感覺神經(jīng)系統(tǒng)、心血管、肺功能、體溫調節(jié)、胃腸機能有顯著影響，具有鎮(zhèn)痛消炎、促進脂肪代謝、催淚催嚏的作用，做成軟膏，對慢性風濕性關節(jié)炎、帶狀皰疹后神經(jīng)痛、糖尿病神經(jīng)痛、三叉神經(jīng)痛有顯著療效，對牛皮癬、禿發(fā)均有很好的治療作用。治療嬰兒利什曼病的首選藥物是五價銻化合物，但它有不良副作用。辣椒堿和胡椒堿與五價銻化合物結合使用，可以顯著提高其抗利什曼原蟲的活性和效果。

辣椒堿藥理效應包括：保護心臟的作用、抗致結石作用、抗炎、鎮(zhèn)痛、產熱功效、對消化系統(tǒng)有益的影響。辣椒素可以緩解疼痛、預防癌癥和減肥。Aswad M等指出，辣椒堿是一種很好的天然抗炎藥，它通過辣椒素受體（TRPV1）發(fā)揮作用，也可以不通過受體的途徑發(fā)揮作用。大量研究表明，辣椒素的藥理機制與神經(jīng)肽P物質、5-羥色胺和生長抑素相關。局部應用辣椒素可減輕關節(jié)炎、術后神經(jīng)痛、糖尿病神經(jīng)病變、銀屑病等疼痛。辣椒素的消化生理作用包括抑制胃酸分泌，刺激堿性黏液分泌，增加胃黏膜血流量，有助于胃潰瘍的預防和治療。辣椒素對胃腸系統(tǒng)的有益影響包括刺激消化，調節(jié)腸道超微結構，增強營養(yǎng)素的吸收功能。辣椒素的抗氧化和抗炎特性已被廣泛證實。辣椒素對癌癥的化學預防潛力在前列腺癌、結腸癌、肺癌、胃癌與胰腺癌細胞系研究中得到證實，辣椒堿能抑制人體內的自由基，阻止其侵害細胞DNA，從而減少細胞癌變的發(fā)生。辣椒素可以預防和保護高膽固醇血癥病人的紅細胞結構完整性，防止膽固醇結石。辣椒素有抗動脈粥樣硬化、抗糖尿病、減肥、抗高血壓作用。

Akyuz L等將辣椒素作為一種具有抗氧化、抗炎、抗肥胖、抗腫瘤和止痛特性的植物生物堿應用于膜技術。將殼聚糖與辣椒素以三種不同濃度混合制備可食性膜。用FT-IR、SEM和DSC對制備的薄膜進行了表征，對機械特性、透射率、疏水性、群體感應抑制活性、抗菌和抗氧化性能也進行了檢測。將0.6 mg的辣椒素摻入殼聚糖基質，是提高膜機械、光學和表面形貌性能的最佳濃度。隨著膜中辣椒素濃度的增加，其抗群體感應和抗菌活性、抗氧化性和疏水性得到持續(xù)改善。研究表明，殼聚糖辣椒素共混膜可以用作食品包裝材料以及皮膚和傷口愈合貼片。

在美歐、日韓等國，辣椒堿產品的消耗量大。據(jù)報道，全球辣椒堿需求量5 000 t，產量只有1 200 t。中國辣椒堿產量只有200多噸，市場缺口300 t。目前其市場構成為：醫(yī)藥60%、農藥15%、食品及飼料添加劑20%、其他5%。辣椒堿深加工和精加工可以大幅增值，辣椒堿飼料添加劑開發(fā)前景廣闊。