辣椒素的提取生物活性及應(yīng)用研究進(jìn)展

羅晶晶，肖 鈺，鄧 靜，郭明遺，鄧 艷，吳華昌

（四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川 成都 610100）

0 引言

辣椒（Capsicum annuum L.） 是最古老的和食用最廣泛的栽培作物之一。在我國辣椒主要分布在云貴川地區(qū)，新鮮辣椒常作為維C 的蔬菜源之一，而干辣椒則用于烹飪中的調(diào)味劑[1]。辣椒素是辣椒呈味的主要物質(zhì)，辣椒素給人的辣感屬于痛覺，主要的感受以強(qiáng)烈的“灼熱感”為主[2]，正因其刺激性的辣感，辣椒受到廣大消費(fèi)者的喜愛。辣椒素不僅推動了川菜和火鍋的發(fā)展，同時在臨床醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有著重要的研究意義，辣椒素類物質(zhì)具有多種生物活性，如抗炎、抗氧化、降血脂及鎮(zhèn)痛抑菌、殺蟲[3-5]等（見圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，辣椒素可以提高家禽的生長性能及免疫能力，辣椒素作為動物飼料添加劑，可促進(jìn)家禽業(yè)的健康發(fā)展。

圖1 辣椒素的生物活性

辣椒素的生物活性見圖1。

1 辣椒素的結(jié)構(gòu)組成

辣椒的主要呈味物質(zhì)是辣椒素，辣椒素含量在辣椒果實(shí)的底部最高，其次為果肉，種子中的含量最少。辣椒素的結(jié)構(gòu)（見圖2） 主要分為3 個部分，分別為頭部、頸部、尾部；其中頭部為芳香環(huán)，頸部為酰胺鍵，尾部為疏水性側(cè)鏈。有研究表明，芳香環(huán)上的取代基和酰胺鍵上的H+是體現(xiàn)辣椒辣度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，而疏水性側(cè)鏈則是辣椒素能夠激活痛覺神經(jīng)的必需結(jié)構(gòu)[6]。

圖2 辣椒素的結(jié)構(gòu)式

辣椒素的結(jié)構(gòu)式見圖2。

2 辣椒素的提取方法

2.1 酶提取法

酶提取法主要借助不同的酶制取新鮮辣椒果實(shí)中的辣椒素，影響辣椒素提取率的因素包括酶種類、酶解溫度、酶解時間等，為了提高辣椒素的回收率，許多研究學(xué)者探究了辣椒素的酶解提取工藝優(yōu)化試驗(yàn)。Santamaria W 等人[7]進(jìn)行的酶提取研究結(jié)果表明，用酶來解離辣椒的組織結(jié)構(gòu)，可使辣椒素的產(chǎn)量提高7%，辣椒素的最終回收率可達(dá)80%。Salgado-roman J 等人[8]從黑根霉的代謝物中獲得一種微生物酶，將其與葡聚糖酶結(jié)合提取辣椒中的辣椒素，在此工藝下，辣椒素產(chǎn)量增長了32%。

2.2 超聲輔助提取法

超聲提取法的原理是通過空化作用、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)等加速細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)有效物質(zhì)的溶解、釋放，從而提高有效成分的提取率。超聲輔助提取法具有減少提取所需時間、溶劑等優(yōu)勢，對于一些熱敏性化合物的提取至關(guān)重要。李立恒等人[9]以鮮紅辣椒為原材料，采用超聲波法從辣椒中提取辣椒素，其辣椒素的提取率較傳統(tǒng)的乙醇提取法提高了27.8%。王欣宇等人[10]考查了超聲時間、超聲功率、料液比對辣椒素提取率的影響，最終得到最佳超聲功率為90 W，提取時間為90 min，料液比為1∶4。

2.3 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法的分離原理是超臨界流體對植物堿、脂肪酸、油脂等具有特殊溶解能力，由于二氧化碳具有無毒、不易燃和萃取能力強(qiáng)等優(yōu)勢，常被作為植物堿的超臨界溶劑。Yong F 等人[11]考查了超臨界CO2萃取法提取辣椒素的能力，通過該方法提取得到的辣椒素純度更利于提高辣椒油樹脂的商業(yè)價格，說明超臨界CO2萃取法適用于辣椒素的大規(guī)模生產(chǎn)。

3 辣椒素的生物活性

3.1 抑菌活性

辣椒素作為辣椒果實(shí)辛辣味的主要來源，其成分除在食品領(lǐng)域上可以作為調(diào)味劑、增香劑之外，辣椒素還可以有效抑制一些病害微生物。質(zhì)量濃度為100 mg/mL 的辣椒素提取物對微球菌（20 mm）、芽孢桿菌（10 mm）、大腸桿菌（17 mm）、假單胞菌（16 mm） 和檸檬酸桿菌（15 mm） 有較強(qiáng)的抑菌活性[12]。黃肖苗等人[13]發(fā)現(xiàn)辣椒果皮和辣椒籽中的辣椒素可以顯著抑制葡萄球菌、釀酒酵母、黑曲霉，在質(zhì)量濃度范圍（0.5～1.5 mg/mL） 內(nèi)，朝天椒、野山椒和長辣椒均具有較好的廣譜抑菌活性。

3.2 抗炎活性

近年來，香辛料的消炎鎮(zhèn)痛效果已被廣泛應(yīng)用，大量研究證明辣椒素可作為動物痛覺神經(jīng)的外源性配體，參與激活辣椒素受體TRPV1，刺激神經(jīng)元釋放可以干擾痛覺產(chǎn)生的信號，達(dá)到消炎止痛的效果[14]。G P D 等人[15]證明了辣椒素提取物能夠通過抑制脂氧合酶起到抗炎活性，并發(fā)現(xiàn)綠色辣椒（46.12%） 對脂氧合酶的抑制率高于紅色辣椒素（32.18%）。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)含有辣椒素的雙氯芬酸能夠提高雙氯芬酸對炎癥的療效[16]。

3.3 降血脂作用

人體血脂過高，可直接引起如動脈粥樣硬化、冠心病、胰腺炎等危害人體健康的疾病。許多流行病學(xué)資料顯示，肥胖人群的平均血漿膽固醇和三酰甘油水平顯著高于同齡的非肥胖者。因此，減肥是控制高血脂癥發(fā)生的重要因素。有研究表明，辣椒素可以促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)乙酰膽堿和去甲狀腺的分泌，從而增加機(jī)體的耗氧量達(dá)到減肥的效果[17]。此外，辣椒素可以促進(jìn)機(jī)體脂肪氧化，進(jìn)而降低血脂濃度，起到改善肥胖患者的體重指數(shù)的作用[18-19]。

3.4 抗血管過度生成和抗腫瘤作用

血管生成包含血管基底膜降解、血管內(nèi)皮細(xì)胞的激活、增殖、前移等涉及到多個細(xì)胞發(fā)生變化的復(fù)雜過程。正常情況下，血管系統(tǒng)處于一個相對平衡的狀態(tài)，但血管形成因子和抑制因子的協(xié)調(diào)作用被破壞后，會導(dǎo)致血管生成過度和血管系統(tǒng)退化，甚至引起血管癌的發(fā)生。有研究表明，辣椒素在預(yù)防血管過度生成方面有一定治療潛力，有關(guān)離體大鼠主動脈環(huán)模型試驗(yàn)已證明辣椒素能夠抑制血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的血管生成[20]。此外，臨床醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，新鮮辣椒果實(shí)中的辣椒素對人體肺癌細(xì)胞也具有一定的抗增殖活性，主要抑制人體內(nèi)H69 肺癌腫瘤細(xì)胞[20-21]。

4 辣椒素應(yīng)用研究進(jìn)展

4.1 辣椒素在食品中的應(yīng)用

辣椒富含人體所需的多種營養(yǎng)物質(zhì)，辣椒不僅作為維C 的蔬菜來源，辣椒果實(shí)中的辣椒堿類物質(zhì)還是重要的調(diào)味劑和增色劑。辣椒紅色素是一種天然可食用色素，辣椒素可以改善預(yù)制菜食品的色澤，增強(qiáng)食欲。此外，在肉制品中添加辣椒水不僅可以調(diào)整其滋味、顏色、亮度，還可以起到一定的防腐作用。

4.2 辣椒素在飼料中的應(yīng)用

辣椒素具有抗菌、降血脂等功效，能夠改善家禽的生長性能，提高機(jī)體免疫力，促進(jìn)腸道蠕動。有研究表明，添加有辣椒素和玉米油的雞飼料能夠顯著增加肉雞的體重[22]?？疾榱死苯匪貙ν米芋w內(nèi)脂肪含量的影響研究顯示，日糧中添加辣椒素可顯著提高兔子的免疫參數(shù)和抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，含有辣椒素的飼料可顯著減少肉雞的死亡率和患炎癥風(fēng)險。綜上所述，辣椒素可作為抗生素代替物，具有較高的研究價值和經(jīng)濟(jì)價值。

4.3 辣椒素在醫(yī)藥中的應(yīng)用

在臨床醫(yī)學(xué)上，辣椒素在腸道蠕動障礙、降血脂、抗炎癥等方面起著重要的治療作用。時鐸瑞等人[23]發(fā)現(xiàn)辣椒素在臨床醫(yī)學(xué)上對功能性便秘具有一定療效，辣椒素在一定程度上可以緩解小鼠便秘帶來的炎癥。羅磊[24]評估了辣椒素對結(jié)腸癌的治療效果，結(jié)果表明辣椒素可以調(diào)整腸道菌群數(shù)、提高雙歧桿菌的增殖，從而減少結(jié)腸癌的發(fā)生率。此外，辣椒素類物質(zhì)還可以用于藥品膠囊調(diào)色，對辣椒紅色素生物利用度的研究發(fā)現(xiàn)，其在體內(nèi)代謝較快，生物利用度較高可達(dá)36%～40%[25]。

4.4 辣椒素在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

辣椒素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在辣椒素可直接作為植物源農(nóng)藥。辣椒素主要成分是辣椒堿，因其刺激性強(qiáng)的特點(diǎn)在殺蟲、抑菌、趨避等方面有著良好的效果[26]。吳影等人[27]研究了辣椒素的抑菌圈范圍，得出結(jié)論為辣椒素對7 種菌株的抑菌作用依次為金黃色葡萄球菌＞枯草芽孢桿菌＞大腸桿菌＞啤酒酵母菌＞葡萄酒酵母＞黑曲霉＞青霉。除了殺蟲和抑菌作用，辣椒素還具有驅(qū)避作用，楊衛(wèi)東等人[28]發(fā)現(xiàn)1%辣椒素對小鼠的趨避作用維持效果可以持續(xù)1 周，該試驗(yàn)證明辣椒素對農(nóng)村儲糧害鼠起到趨避效果。

5 結(jié)語

綜上所述，辣椒植物果實(shí)中含有辣椒素及辣椒素類物質(zhì)，這類物質(zhì)是辣味的主要成分，辣椒素的結(jié)構(gòu)主要分為3 個部分，分別為芳香環(huán)、酰胺鍵和疏水性側(cè)鏈，其中芳香環(huán)上的取代基和酰胺鍵上的H+是體現(xiàn)辣椒辣度的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。辣椒素的提取方法有很多種，目前超臨界二氧化碳的提取方法可以減少污染并提高辣椒素的純度。辣椒素類成分具有增色、抑菌、抗氧化及降血脂等功效，近年來辣椒素已成為了食品、藥品甚至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。