概述
辣椒堿,又名辣素,是從茄科植物辣椒中提煉出來的一種高附加值產(chǎn)品,是一種極度辛辣的香草酰氨類生物堿。最早由D.J.Bennet 等人用色譜 、核磁共振波譜等現(xiàn)代儀器分析方法分析其化學(xué)組成后發(fā)現(xiàn), 作為辣椒屬植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物, 是由氨基酸衍生而來,主要存在于辣椒果實(shí)內(nèi)胚座組織(生籽部位)及隔膜組織 , 含量約為 0.1%～ 0.4%,果皮和種子含量很少。具有消炎鎮(zhèn)痛、心血管保護(hù)、抗癌以及消化系統(tǒng)保護(hù)等藥理作用,在醫(yī)藥方面制成軟膏對(duì)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 、帶狀皰疹、跌打損傷等有特別的止痛效果;在保健方面可用于減肥等 ;與嗎啡合用可延長鎮(zhèn)痛時(shí)間, 特別對(duì)晚期癌癥有較好的止痛作用 。另外 ,隨著辣椒濃度的調(diào)整 ,還可廣泛用于食品工業(yè) 、軍事彈藥 、有害生物防治等方面的作用。
理化性質(zhì)
純品為白色單斜長方形片狀結(jié)晶，無毒性，高溫下易產(chǎn)生較強(qiáng)的刺激性氣味；通常熔點(diǎn)為62～65℃，沸點(diǎn)為210～220℃；化學(xué)穩(wěn)定性高，易溶于乙醇、石油醚、丙酮、氯仿、苯等有機(jī)溶劑，利用此性質(zhì)，可將辣椒堿粗提取物溶解其中并結(jié)晶，以制得高純度的辣椒堿；由于酚羥基呈出弱酸性，因而也能溶于強(qiáng)堿，微溶于二硫化碳，難溶于冷水；易水解，水解后呈弱酸性，利用與菲林試劑的顯色反應(yīng)，可測定其含量。本信息是由Chemicalbook的丁紅編輯整理。（2015-09-06）
從辣椒中提取
辣椒（Capsicum frutescence L.）又稱番椒、辣子、辣角、秦椒，屬茄科辣椒屬植物，是人類種植的最古老的農(nóng)作物之一。辣椒中的辣味成分最早由Thres于1876年從辣椒果實(shí)中分離出來，并命名為辣椒堿。辣椒堿主要在果實(shí)胎座表皮細(xì)胞的液泡中形成,并通過子房隔膜運(yùn)輸?shù)焦獗砥ぜ?xì)胞的液泡中積累。辣椒堿是辣椒產(chǎn)生的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物, 主要從氨基酸衍生而來, 由香草基胺部分和脂肪酸部分在辣椒堿合成酶(Capsaicinoid- synthesizing Enzyme)等一系列酶的作用下合成。芳香族氨基酸苯丙氨酸衍生而成香草基胺部分, 纈氨酸或亮氨酸衍生成支鏈脂肪酸部分。辣椒堿合成過程中的一些酚類前體物(如: 對(duì)香豆酸、苯丙氨酸、咖啡酸、3- 甲氧基- 4- 羥基肉桂酸、香草醛等)同時(shí)也是蛋白質(zhì)、生物堿、類黃酮以及木質(zhì)素的合成前體物, 因此辣椒堿的合成與其他物質(zhì)的合成存在著競爭共同前體物的問題。
天然辣椒堿是由一系列同類物族酰胺類化合物所組成, 各族的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)極其相似。按其結(jié)構(gòu)的不同可劃分為: 辣椒堿族, 二氫辣椒堿族, 對(duì)甲基辣椒堿族, 對(duì)甲基辣椒堿烯鏈族, 對(duì)甲基辣椒堿飽和鏈烴族及對(duì)苯甲基辣椒堿族, 其中每一族又含有若干個(gè)成分。辣椒堿的主要成分是辣椒堿和二氫辣椒堿, 按其含量的高低分別為: 辣椒堿約69% , 二氫辣椒堿約22% , 降二氫辣椒堿約7% , 高二氫辣椒堿約1% , 高辣椒堿約1% , 此外, 還含有一些含量極低的物質(zhì),如壬酰莢蘭胺和辛酰香莢蘭胺等, 它們均為鄰甲氧基酚的衍生物。
圖1為紅辣椒
提取方法
1.氫氧化鈉法
利用辣椒堿的酚羥基具有弱酸性，能與強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)的原理，以氫氧化鈉溶液為溶劑，與辣椒精進(jìn)行反應(yīng)，并對(duì)不同的堿液用量、浸泡時(shí)間以及浸泡溫度等進(jìn)行對(duì)比研究，得出工藝條件為辣椒精：質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% NaOH溶液=1g:9 mL，80℃下浸泡2 h。此方法簡單易行，但操作費(fèi)時(shí)，得率不高，在條件下的提取率僅為0.84%。
2.離子交換法
以辣素為原料，經(jīng)氫氧化鈉溶解、硫酸酸化、正己烷萃取制得粗品辣椒堿類化合物，再將粗品溶于氫氧化鈉進(jìn)行離子交換，以乙醇-乙酸乙酯洗脫、濃縮、結(jié)晶，進(jìn)而得到純度大于98.5%的辣椒堿晶體，產(chǎn)率為0.6%。
3.溶劑提取法
溶劑法是指利用辣椒堿易溶于丙酮、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、氯仿等有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，將粉碎后的辣椒在此單一溶劑或混合溶劑中進(jìn)行浸提，對(duì)得到的浸提液減壓蒸餾并進(jìn)行重復(fù)萃取，從而得到辣椒堿粗制品的一種方法，是目前技術(shù)和設(shè)備最成熟、應(yīng)用最廣泛的生物有效成分提取法。現(xiàn)工業(yè)上多采用此法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，但所提取辣椒堿的純度低，得到的是辣椒堿含量為6%~10%的辣椒精，不易精制，且生產(chǎn)成本高、損耗大。
如用溶劑(如乙醇、丙酮、正己烷、氯仿、石油醚或它們的混合物)直接從辣椒干果中提取，制得樹脂后，回收浸提劑，再用萃取劑將色素與辣素組分分離，然后濃縮、結(jié)晶，可獲得辣素組分的混合結(jié)晶，將其溶解，進(jìn)一步分離，可獲本品結(jié)晶精品。
4.超臨界 CO2萃取法
超臨界CO2萃取法是利用二氧化碳在超臨界狀態(tài)下具有非極性液體溶劑的溶解能力，進(jìn)行分離、萃取、精制有效成分的一種較新型的萃取分離技術(shù)。在辣椒粉小于20目、壓力為20～30 MPa、溫度為35～45℃、乙醇為溶劑等條件下進(jìn)行超臨界CO2萃取，萃取2～3 h，提高CO2流量可縮短萃取時(shí)間，最終可得到純度高、雜質(zhì)少的辣椒堿。此法具有萃取率及純度相對(duì)較高、且無溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)但一次性設(shè)備投資較大，不適合廣泛應(yīng)用于中國工業(yè)生產(chǎn)中。
如：將干燥的辣椒果實(shí)粉碎后，置于萃取器中，在85℃及166.72×105Pa 壓力下，用超臨界二氧化碳進(jìn)行萃取，可直接得到辣素組分的混合物，萃取率可達(dá)97%。
5.酶法提取
辣椒堿存在于辣椒皮粉的纖維組織內(nèi)，利用生物酶高度專一的反應(yīng)特性，使用纖維素酶，分解細(xì)胞壁，將辣椒堿溶解出來。酶法提取已被廣泛應(yīng)用于植物活性成分提取中，但其對(duì)溫度、pH以及作用時(shí)間等試驗(yàn)條件要求較高，因此有一定的局限性，適合于實(shí)驗(yàn)室研究，不易大規(guī)模生產(chǎn)。
6.超聲波提取法
利用超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)，迫使辣椒細(xì)胞壁破碎，加速辣椒細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散及溶解，有利于辣椒堿的提取。較傳統(tǒng)提取法具有操作簡便、提取率高、用時(shí)少等特點(diǎn)。
7.微波提取
微波提取是指利用高頻率的電磁波穿透技術(shù)，使細(xì)胞內(nèi)部溫度升高、壓力增大以致細(xì)胞破裂，成功提取有效成分的一種方法。相對(duì)于常規(guī)技術(shù)，微波法可以在較低溫度下產(chǎn)生更高的提取效率，但此法只適合于實(shí)驗(yàn)室研究，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
8.微切助互作技術(shù)輔助提取
微切助互作技術(shù)是機(jī)械化學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)新的應(yīng)用，指利用機(jī)械化學(xué)效應(yīng)，將植物原料與化學(xué)助劑共同研磨達(dá)到超粉碎狀態(tài)，作為提取的預(yù)處理，選用水或稀醇提取有效成分的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)基本原理是經(jīng)過粉碎過程，植物細(xì)胞壁破碎，化學(xué)助劑與有效活性成分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而提高了提取效率及有效活性成分的水溶性和利用度。此技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、降低成本、提高提取率等優(yōu)點(diǎn)。
9.生物法
生物法包括生物培養(yǎng)和生物合成兩種方法。如將辣椒種子先進(jìn)行無菌處理，再在贊氏培養(yǎng)皿中經(jīng)7天左右培養(yǎng)發(fā)芽，然后取秧芽細(xì)胞與藻酸鈉混合，氮化鈣為強(qiáng)化劑進(jìn)行包埋，可得到固定化細(xì)胞顆粒，最后放入含有營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，辣椒堿的含量會(huì)提高到原含量的 13 倍。目前，生物法的合成還達(dá)不到人們預(yù)期的效果，有待進(jìn)一步探究。
10.化學(xué)合成
從化學(xué)結(jié)構(gòu)上分析，辣椒堿是由脂肪酸與香草基胺組成的酰胺化合物，因此可以采取逆合成法來合成。如以異丁鋅與1,6-己二酸單乙酯單酰氯為原料經(jīng)五步反應(yīng)合成辣椒堿的方法，成為了辣椒堿合成的經(jīng)典。
純化方法
1.萃取-結(jié)晶法 萃取-結(jié)晶法是用于分離沸點(diǎn)、揮發(fā)性等物性相近的有機(jī)物的同分異構(gòu)體的有效方法 ,同時(shí)又是生產(chǎn)無機(jī)鹽過程中極其節(jié)能的方法。如先以堿性乙醇法提取 , 后經(jīng)石油醚、丙酮兩次萃取, 濃縮結(jié)晶 , 得辣椒堿類化合物粗產(chǎn)品, 產(chǎn)率達(dá) 70 .64 %, 經(jīng)乙醚兩次重結(jié)晶后純度高達(dá) 93.5%。
2.柱層析法 將干辣椒粉碎乙醇提取,粗提物經(jīng)無水乙醇溶解,加入中性氧化鋁真空干燥, 后裝入層析柱復(fù)合溶劑上柱洗脫 ,再用乙醚重結(jié)晶即可得到白色針狀辣椒堿晶體,純度可達(dá)98%以上。
3.萃取 、柱層析法以及結(jié)晶聯(lián)合法 以辣椒精為原料,采用萃取和柱層析法以及結(jié)晶技術(shù) ,對(duì)類辣椒堿的提取、分離及純化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明:類辣椒堿含量平均值約為 97%。多種方法進(jìn)行聯(lián)合是提高純化率的重要方法之一。
分析方法
分析方法主要有柱析層法、薄層層析法(TLC)、氣相色譜法(GC)、 高效液相色譜法(HPLC) ,還有對(duì)辣椒堿結(jié)晶的紫外吸收光譜(UV)、紅外吸收光譜(IR)、質(zhì)譜(MS)、核磁共振譜(NMR)的研究測定。
藥理作用
1.鎮(zhèn)痛作用
人和動(dòng)物內(nèi)服或局部使用辣椒堿都顯示對(duì)傷害性熱刺激和化學(xué)品刺激所引起的疼痛有明顯的失敏作用。 當(dāng)神經(jīng)纖維受到傷害時(shí), 辣椒堿起初作用, 使傷害性神經(jīng)元因敏感作用而呈現(xiàn)痛覺現(xiàn)象。 然而, 繼續(xù)應(yīng)用則導(dǎo)致傷害性神經(jīng)元的脫敏作用而有止痛消炎的效果。
2.心血管保護(hù)作用
心血管疾病如冠心病、心肌梗死、動(dòng)脈粥樣硬化等是威脅人類的健康主要慢性疾病, 研究表明, 辣椒堿具有顯著的心血管保護(hù)作用。 辣椒素受體 （TRPV1）擔(dān)當(dāng)著辣椒堿在感覺神經(jīng)元和其他非神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng), 并且也存在于人類血小板上。辣椒堿能誘導(dǎo)血小板細(xì)胞內(nèi)的Ca2+流升高及Ca2+的釋放從而誘導(dǎo)血小板活化, 并且該現(xiàn)象能被TRPV1拮抗劑 5-iodo-resiniferatoxin和 AMG9810所抑制, 而 TRPV1也被證明有助于 ADP和凝血酶誘導(dǎo)血小板活化的作用。
辣椒堿與大豆胚芽異黃酮共同給藥能有效的降低高血壓。辣椒堿與異黃酮共同作用通過升高血清中的類胰島素生長因子（IGF-I）并能針對(duì)性的降低高血壓病人的血壓。
辣椒堿在艾滋病治療中具有保護(hù)病人心血管的作用。辣椒堿能通過抑制利托那韋誘導(dǎo)的豬肺動(dòng)脈的氧化損傷從而降低了其動(dòng)脈粥樣硬化的危害。 HIV蛋白酶抑制劑在對(duì)抗 HIV上有顯著的療效, 而其誘導(dǎo)心腦血管疾病的副作用能通過辣椒堿的作用得到緩解, 所以辣椒堿在艾滋病臨床治療上有重要的輔助作用。
辣椒堿能使聚集的血小板活化, 降低血壓, 降低氧化性低密度脂蛋白（ox-LDL）含量等諸多功能必將在心血管疾病的治療中起到十分重要的作用。
3. 抗癌作用
辣椒堿通過抑制癌細(xì)胞的增殖和遷移, 誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡來發(fā)揮抗癌的效果。 辣椒堿在對(duì)抗肺癌、大腸癌、乳腺癌、髓系白血病細(xì)胞等上有抑制其增殖及誘導(dǎo)其凋亡的作用, 在對(duì)抗黑色素瘤細(xì)胞上有抑制其遷移的效果。辣椒堿抗癌的分子機(jī)制主要是通過作用癌細(xì)胞線粒體并誘發(fā)凋亡來起到抗癌的作用。
4.對(duì)消化系統(tǒng)的作用
辣椒堿內(nèi)服可作健胃劑, 有促進(jìn)食欲 、改善消化的作用。動(dòng)物試驗(yàn) (巴索夫胃瘺狗)證明, 辣椒水能刺激口腔粘膜, 反射性地加強(qiáng)胃的運(yùn)動(dòng)。人口服各種辣椒制成的調(diào)味品后, 可增加唾液分泌及淀粉酶活性。 然大劑量口服可產(chǎn)生胃炎、腸炎、腹瀉、嘔吐等。 還有報(bào)道稱辣椒堿可能是由于提高消化酶活性來增加消化性能。 辣椒堿也可通過與 vanilloid受體 1類似蛋白結(jié)合來增加腸道的通透性進(jìn)而調(diào)控食物營養(yǎng)的吸收等。
辣椒堿對(duì)胃的具有保護(hù)作用, 胃微循環(huán)在維護(hù)胃粘膜屏障和粘膜的完整性中起著重要的作用, 在胃粘膜中感覺神經(jīng)能調(diào)節(jié)血液循環(huán)。 辣椒堿通過刺激敏感傳入神經(jīng)元上的TRPV1釋放舒張肽 CGRP和一氧化氮從而增加血管與胃黏膜的血流量來恢復(fù)胃粘膜屏障和粘膜損傷。
辣椒有助于減肥, 辣椒堿已被列為能夠加快脂肪燃燒的物質(zhì)。 辣椒能減少脂肪在腸道內(nèi)的吸收并且促進(jìn)代謝的速率, 從而加快了脂肪在體內(nèi)的消耗。進(jìn)入人體的辣椒堿, 可以促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)乙酰膽堿和去甲腎上腺素的分泌, 而腎上腺素通過發(fā)汗、燃燒脂肪, 可起到比較有效的減肥作用。另外 , 它還可降低血液中的"壞"膽固醇。
5.止瘙癢作用
辣椒堿能抵抗皮膚瘙癢癥, 辣椒堿對(duì)組胺引起的瘙癢、水激性搔癢癥、尿毒癥關(guān)聯(lián)的瘙癢、結(jié)節(jié)性癢疹和術(shù)后綜合征有關(guān)的瘙癢癥、慢性的頑固性肛門皮膚瘙癢癥等都具有一定的療效。
6.抗菌及殺蟲作用
辣椒堿對(duì)枯草芽孢桿菌 (Bacillussubtilis)、梭狀芽孢桿菌(Clostridiumsporogenes)、破傷風(fēng)梭菌 (Clostridiumtetani)、蠟狀芽孢桿菌 (Bacilluscereus)和釀膿鏈球菌 (Streptococcuspyo-genes)有顯著抑制作用, 但對(duì)金黃色葡萄球菌及大腸桿菌無效。
7.神經(jīng)保護(hù)作用
有少量報(bào)道稱辣椒堿具有神經(jīng)保護(hù)的作用。
8.抗氧化作用
辣椒堿可以通過抗氧化從而起到保護(hù)乙醇刺激的胚胎的發(fā)育。
9.保肝作用
辣椒堿能通過與 TRPV1受體作用而起到保肝及增強(qiáng)肝功能作用。
用途
1.醫(yī)藥領(lǐng)域
辣椒堿具有鎮(zhèn)痛、止癢、抗炎、抑菌以及對(duì)心血管和消化系統(tǒng)的保護(hù)等作用。如辣椒堿對(duì)帶狀皰疹神經(jīng)痛、外科手術(shù)神經(jīng)痛、糖尿病神經(jīng)痛等慢性頑固性神經(jīng)痛以及關(guān)節(jié)痛、風(fēng)濕病等有明顯療效；高純度辣椒堿制成的戒毒針劑已經(jīng)成為了一種廣譜高效的戒毒新藥；辣椒堿還有助于治療各種瘙癢及皮膚病，如牛皮癬、蕁麻疹、濕疹、瘙癢癥等。近年來，很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)辣椒堿的抑菌作用非常明顯，并且能誘導(dǎo)早期和延遲心肌保護(hù)，還具有促進(jìn)食欲，增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，改善消化功能的作用；同時(shí)進(jìn)一步純化的辣椒堿還能有效殺死癌細(xì)胞，減少細(xì)胞癌變的可能，開辟了癌癥治療的新途徑。
2.軍事領(lǐng)域
辣椒堿因其自身無毒、辛辣刺激等特點(diǎn)，軍事上常被用于制造催淚彈、催淚槍以及防衛(wèi)武器的主要原料，在有些國家已得到廣泛應(yīng)用。另外，辣素會(huì)引發(fā)人體強(qiáng)烈的生理反應(yīng)，使人產(chǎn)生咳嗽、嘔吐、流淚等不舒服癥狀，因而可作為個(gè)人防身武器，或制服違法者。
3.生物農(nóng)藥領(lǐng)域
辣椒堿辛辣、無毒，對(duì)有害生物具有良好的觸殺、驅(qū)避作用。作為一種新型的綠色農(nóng)藥，有著其他化學(xué)合成農(nóng)藥不可比擬的優(yōu)勢，如藥效高、持效長和可降解等特點(diǎn)，是21世紀(jì)新的環(huán)保型生物農(nóng)藥。鄒華嬌的田間試驗(yàn)結(jié)果表明，9%的辣椒堿，煙堿微乳劑可有效防治菜青蟲和菜蚜，是可供選擇的理想藥劑。
4.功能涂料領(lǐng)域
將添加辣椒堿類化合物的生物防污涂料涂于船舶的外殼上，強(qiáng)烈的辛辣味可阻止海藻和海洋生物的附著，有效防止了水生生物對(duì)船舶的破壞，替代了有機(jī)錫防污涂料，減少了對(duì)海水的污染。另外，還可利用辣椒堿生產(chǎn)防蟻、防鼠的忌避劑，防止其對(duì)電纜食蝕傷害。目前中國已有人工合成辣椒堿應(yīng)用于該領(lǐng)域。
5.飼料工業(yè)
辣椒堿類化合物能改善動(dòng)物的消化功能、促進(jìn)食欲、增強(qiáng)血液循環(huán)，因此可作為食品健胃劑。如將辣素添加到飼料當(dāng)中，將會(huì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工合成添加劑易對(duì)獸禽機(jī)體產(chǎn)生毒副作用、污染環(huán)境、危害人類健康等不足，還可以有效防治動(dòng)物的腹瀉和炎癥等疾病。
6.食品行業(yè)
在人們?nèi)粘Ｉ钪?，低濃度的辣椒堿作為優(yōu)良的食品添加劑，應(yīng)用已非常普遍，如各種辣味調(diào)味劑、辣味醬、紅色素等。辣椒堿具有健胃、促進(jìn)食欲、改善消化之功效。尤其是在南方潮濕的城市，人們更是每餐必吃，可幫助身體發(fā)汗。將從辣椒中提取分離出的辣椒堿作為食品添加劑，用于食品工業(yè)生產(chǎn)中，不僅實(shí)現(xiàn)了中國辣椒資源的有效利用，還保證了辣椒堿的充分吸收，同時(shí)對(duì)中國的食品加工行業(yè)意義深遠(yuǎn)。
7.減肥保健領(lǐng)域
辣椒堿可以增強(qiáng)脂肪代謝能力，加快體內(nèi)脂肪燃燒，防止其過多積聚，進(jìn)而達(dá)到控制體重、減肥健美的目的。