辣椒素的提取生物活性及应用研究进展

罗晶晶，肖 钰，邓 静，郭明遗，邓 艳，吴华昌

（四川旅游学院食品学院，四川 成都 610100）

0 引言

辣椒（Capsicum annuum L.） 是最古老的和食用最广泛的栽培作物之一。在我国辣椒主要分布在云贵川地区，新鲜辣椒常作为维C 的蔬菜源之一，而干辣椒则用于烹饪中的调味剂[1]。辣椒素是辣椒呈味的主要物质，辣椒素给人的辣感属于痛觉，主要的感受以强烈的“灼热感”为主[2]，正因其刺激性的辣感，辣椒受到广大消费者的喜爱。辣椒素不仅推动了川菜和火锅的发展，同时在临床医学、农业领域也有着重要的研究意义，辣椒素类物质具有多种生物活性，如抗炎、抗氧化、降血脂及镇痛抑菌、杀虫[3-5]等（见图1）。研究发现，辣椒素可以提高家禽的生长性能及免疫能力，辣椒素作为动物饲料添加剂，可促进家禽业的健康发展。

图1 辣椒素的生物活性

辣椒素的生物活性见图1。

1 辣椒素的结构组成

辣椒的主要呈味物质是辣椒素，辣椒素含量在辣椒果实的底部最高，其次为果肉，种子中的含量最少。辣椒素的结构（见图2） 主要分为3 个部分，分别为头部、颈部、尾部；其中头部为芳香环，颈部为酰胺键，尾部为疏水性侧链。有研究表明，芳香环上的取代基和酰胺键上的H+是体现辣椒辣度的关键结构，而疏水性侧链则是辣椒素能够激活痛觉神经的必需结构[6]。

图2 辣椒素的结构式

辣椒素的结构式见图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鲜辣椒果实中的辣椒素，影响辣椒素提取率的因素包括酶种类、酶解温度、酶解时间等，为了提高辣椒素的回收率，许多研究学者探究了辣椒素的酶解提取工艺优化试验。Santamaria W 等人[7]进行的酶提取研究结果表明，用酶来解离辣椒的组织结构，可使辣椒素的产量提高7%，辣椒素的最终回收率可达80%。Salgado-roman J 等人[8]从黑根霉的代谢物中获得一种微生物酶，将其与葡聚糖酶结合提取辣椒中的辣椒素，在此工艺下，辣椒素产量增长了32%。

2.2 超声辅助提取法

超声提取法的原理是通过空化作用、机械效应和热效应等加速细胞结构内有效物质的溶解、释放，从而提高有效成分的提取率。超声辅助提取法具有减少提取所需时间、溶剂等优势，对于一些热敏性化合物的提取至关重要。李立恒等人[9]以鲜红辣椒为原材料，采用超声波法从辣椒中提取辣椒素，其辣椒素的提取率较传统的乙醇提取法提高了27.8%。王欣宇等人[10]考查了超声时间、超声功率、料液比对辣椒素提取率的影响，最终得到最佳超声功率为90 W，提取时间为90 min，料液比为1∶4。

2.3 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法的分离原理是超临界流体对植物碱、脂肪酸、油脂等具有特殊溶解能力，由于二氧化碳具有无毒、不易燃和萃取能力强等优势，常被作为植物碱的超临界溶剂。Yong F 等人[11]考查了超临界CO2萃取法提取辣椒素的能力，通过该方法提取得到的辣椒素纯度更利于提高辣椒油树脂的商业价格，说明超临界CO2萃取法适用于辣椒素的大规模生产。

3 辣椒素的生物活性

3.1 抑菌活性

辣椒素作为辣椒果实辛辣味的主要来源，其成分除在食品领域上可以作为调味剂、增香剂之外，辣椒素还可以有效抑制一些病害微生物。质量浓度为100 mg/mL 的辣椒素提取物对微球菌（20 mm）、芽孢杆菌（10 mm）、大肠杆菌（17 mm）、假单胞菌（16 mm） 和柠檬酸杆菌（15 mm） 有较强的抑菌活性[12]。黄肖苗等人[13]发现辣椒果皮和辣椒籽中的辣椒素可以显著抑制葡萄球菌、酿酒酵母、黑曲霉，在质量浓度范围（0.5～1.5 mg/mL） 内，朝天椒、野山椒和长辣椒均具有较好的广谱抑菌活性。

3.2 抗炎活性

近年来，香辛料的消炎镇痛效果已被广泛应用，大量研究证明辣椒素可作为动物痛觉神经的外源性配体，参与激活辣椒素受体TRPV1，刺激神经元释放可以干扰痛觉产生的信号，达到消炎止痛的效果[14]。G P D 等人[15]证明了辣椒素提取物能够通过抑制脂氧合酶起到抗炎活性，并发现绿色辣椒（46.12%） 对脂氧合酶的抑制率高于红色辣椒素（32.18%）。此外，有学者发现含有辣椒素的双氯芬酸能够提高双氯芬酸对炎症的疗效[16]。

3.3 降血脂作用

人体血脂过高，可直接引起如动脉粥样硬化、冠心病、胰腺炎等危害人体健康的疾病。许多流行病学资料显示，肥胖人群的平均血浆胆固醇和三酰甘油水平显著高于同龄的非肥胖者。因此，减肥是控制高血脂症发生的重要因素。有研究表明，辣椒素可以促进神经传导物质乙酰胆碱和去甲状腺的分泌，从而增加机体的耗氧量达到减肥的效果[17]。此外，辣椒素可以促进机体脂肪氧化，进而降低血脂浓度，起到改善肥胖患者的体重指数的作用[18-19]。

3.4 抗血管过度生成和抗肿瘤作用

血管生成包含血管基底膜降解、血管内皮细胞的激活、增殖、前移等涉及到多个细胞发生变化的复杂过程。正常情况下，血管系统处于一个相对平衡的状态，但血管形成因子和抑制因子的协调作用被破坏后，会导致血管生成过度和血管系统退化，甚至引起血管癌的发生。有研究表明，辣椒素在预防血管过度生成方面有一定治疗潜力，有关离体大鼠主动脉环模型试验已证明辣椒素能够抑制血管内皮生长因子诱导的血管生成[20]。此外，临床医学研究发现，新鲜辣椒果实中的辣椒素对人体肺癌细胞也具有一定的抗增殖活性，主要抑制人体内H69 肺癌肿瘤细胞[20-21]。

4 辣椒素应用研究进展

4.1 辣椒素在食品中的应用

辣椒富含人体所需的多种营养物质，辣椒不仅作为维C 的蔬菜来源，辣椒果实中的辣椒碱类物质还是重要的调味剂和增色剂。辣椒红色素是一种天然可食用色素，辣椒素可以改善预制菜食品的色泽，增强食欲。此外，在肉制品中添加辣椒水不仅可以调整其滋味、颜色、亮度，还可以起到一定的防腐作用。

4.2 辣椒素在饲料中的应用

辣椒素具有抗菌、降血脂等功效，能够改善家禽的生长性能，提高机体免疫力，促进肠道蠕动。有研究表明，添加有辣椒素和玉米油的鸡饲料能够显著增加肉鸡的体重[22]。考查了辣椒素对兔子体内脂肪含量的影响研究显示，日粮中添加辣椒素可显著提高兔子的免疫参数和抗氧化活性。有研究发现，与对照组相比，含有辣椒素的饲料可显著减少肉鸡的死亡率和患炎症风险。综上所述，辣椒素可作为抗生素代替物，具有较高的研究价值和经济价值。

4.3 辣椒素在医药中的应用

在临床医学上，辣椒素在肠道蠕动障碍、降血脂、抗炎症等方面起着重要的治疗作用。时铎瑞等人[23]发现辣椒素在临床医学上对功能性便秘具有一定疗效，辣椒素在一定程度上可以缓解小鼠便秘带来的炎症。罗磊[24]评估了辣椒素对结肠癌的治疗效果，结果表明辣椒素可以调整肠道菌群数、提高双歧杆菌的增殖，从而减少结肠癌的发生率。此外，辣椒素类物质还可以用于药品胶囊调色，对辣椒红色素生物利用度的研究发现，其在体内代谢较快，生物利用度较高可达36%～40%[25]。

4.4 辣椒素在农业领域中的应用

辣椒素在农业上的应用主要体现在辣椒素可直接作为植物源农药。辣椒素主要成分是辣椒碱，因其刺激性强的特点在杀虫、抑菌、趋避等方面有着良好的效果[26]。吴影等人[27]研究了辣椒素的抑菌圈范围，得出结论为辣椒素对7 种菌株的抑菌作用依次为金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞大肠杆菌＞啤酒酵母菌＞葡萄酒酵母＞黑曲霉＞青霉。除了杀虫和抑菌作用，辣椒素还具有驱避作用，杨卫东等人[28]发现1%辣椒素对小鼠的趋避作用维持效果可以持续1 周，该试验证明辣椒素对农村储粮害鼠起到趋避效果。

5 结语

综上所述，辣椒植物果实中含有辣椒素及辣椒素类物质，这类物质是辣味的主要成分，辣椒素的结构主要分为3 个部分，分别为芳香环、酰胺键和疏水性侧链，其中芳香环上的取代基和酰胺键上的H+是体现辣椒辣度的关键结构。辣椒素的提取方法有很多种，目前超临界二氧化碳的提取方法可以减少污染并提高辣椒素的纯度。辣椒素类成分具有增色、抑菌、抗氧化及降血脂等功效，近年来辣椒素已成为了食品、药品甚至农业领域研究的热点之一。