天然辣椒碱提取方法及在食品中应用的研究进展

分类：论文范文 发表时间：2021-09-30 10:26

　　摘要：辣椒碱是食品加工中重要的辛辣感知的味源。文章总结了国内外近年来天然辣椒碱提取的新技术方法及其在食品加工中调味、抗氧化等功能性质应用的研究进展，为未来天然辣椒碱的工业化提取纯化和辣椒深加工产品的开发利用提供了理论及技术指导，进一步促进了辣椒产业的快速发展。

　　关键词：辣椒碱；提取方法；功能性质；食品；研究进展

　　食品的辛辣味觉主要来源于辣椒［１］。在辣椒中，辣椒碱（Ｃａｐｓａｉｃｉｎ，Ｃ１８Ｈ２７ＮＯ３）是引起辛辣味觉的主要碱性呈辣物质，含量约占０．３％～１．０％，以辣椒碱、二氢辣椒碱为主，具有极高的生理药用价值［２］。在食品加工中，辣椒碱可作为辣味添加剂，增强食品的辣度，促进肠道消化吸收，起到保护胃黏膜、控制胃酸分泌的作用，还有抑菌、抗氧化、耐保藏等功效［３－６］，在食品、化工、医药等行业有着广泛用途。我国是全球辣椒种植面积第一大国，占比近４０％，年产量４０００余万吨，年干辣椒出口量占全球出口总量的２６％［７］，辣椒已成为仅次于大豆、番茄的第三大蔬菜产业。为促进辣椒产业的健康发展及辣椒碱在食品加工中的普及应用，本文对国内外近年来辣椒中天然碱提取的新技术、新方法及辣椒碱在食品工业中的调味、抗氧化等功能性质应用进行了归纳总结，为推进未来天然辣椒碱工业化提取纯化及食品加工中调味、抗氧化等综合性应用提供了理论及技术指导。

　　１辣椒碱类物质

　　辣椒营养丰富，含有维生素Ｃ、β－胡萝卜素、生物碱、辣椒红素、挥发油、蛋白质、多糖、矿物质等成分。其中，生物碱是辣椒中的主要呈辣碱类物质，包括辣椒碱（Ｃａｐｓａｉｃｉｎ）、二氢辣椒碱（Ｄｉｈｙｄｒｏｃａｐｓａｉｃｉｎ）、降二氢辣椒碱（Ｎｏｒｄｉｈｙｄｒｏｃａｐｓａｉｃｉｎ）、高辣椒碱（Ｈｏｍｏｃａｐｓａｉｃｉｎ）等９种以上，主要以辣椒碱、二氢辣椒碱为主，两者约占辣椒总碱的９３％以上。辣椒碱和二氢辣椒碱纯品（分子式：Ｃ１８Ｈ２７ＮＯ３、Ｃ１８Ｈ２９ＮＯ３）均为白色晶体，易溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等有机溶剂，不溶于冷水；其分子结构均含有酸性酚羟基（见图１），能溶于强碱性溶液，且酰胺键会发生少量水解。

　　2辣椒生物碱的提取方法

　　辣椒碱的提取方法主要是利用其溶解性，传统的提取方法是在酸碱、有机溶剂浸提的基础上，结合微波、超声波或超临界ＣＯ２辅助提取，以及采用酶解辅助有机溶剂提取法来提高提取率或纯度，但浸提时间长、工艺复杂、设备要求严、能耗高和提取率低等［８］。近年来，一些新技术被应用于辣椒碱的提取纯化中，如双水相法、水油混法相、三相盐析法、离子液体法、压力液体法等方法。

　　２．１酸碱溶液提取法

　　辣椒碱分子中含有酚羟基，水解呈弱酸性，传统方法常采用氢氧化钠（ＮａＯＨ）等酸碱溶液浸提，再辅以乙醇、正己烷、乙醇－乙酸乙酯等进行离子交换分离提纯辣椒碱，赵爱云等［９］利用氢氧化钠（ＮａＯＨ）溶液从辣椒精中提取辣椒碱，最优工艺条件为料液比１∶９（ｇ／ｍＬ）的２０％ＮａＯＨ溶液，在８０℃下浸泡２ｈ，最优得率仅为８４％。张世文等［１０］将干辣椒粉末用１％ＮａＯＨ溶液浸提，再以２％Ｈ２ＳＯ４溶液中和酸化，用正己烷萃取，制得纯度８２％以上的辣椒碱晶体，得率约０．９％。Ｒｕｍｓｆｉｅｌｄ等［１１］用１％ＮａＯＨ溶液浸提辣椒碱粗品，用离子交换法分离提纯，经乙醇－乙酸乙酯洗脱、浓缩后，得到纯度９８．５％以上的辣椒碱结晶体，得率为０．６％，可见酸碱法虽简易，但费时、得率不高。

　　２．２有机溶剂提取法

　　辣椒碱易溶于乙醇、氯仿、丙酮、乙醚等有机溶剂，国内外常以乙醇、酸碱、丙酮等浸提，辅助超声波、微波或超临界ＣＯ２提取的方法来提取干辣椒中的辣椒碱，以提高提取率和产品纯度。陈淑娟等［１２］采用微波辅助法从黄灯笼辣椒中提取辣椒碱，在７０％乙醇、５５０Ｗ微波、７５℃下提取１８ｍｉｎ，辣椒碱提取率达到３．８９ｍｇ／ｇ。Ｙａｏ等［１３］以乙醇为提取剂，利用超临界ＣＯ２萃取法从干辣椒中提取８０％的辣椒碱。张郁松［１４］对比了有机溶剂、碱性乙醇、超声波、酶解及超临界流体法５种提取辣椒碱的方法，发现碱性乙醇法相对较佳，最优得率为８６．９％。相较于传统酸碱法，有机溶剂法提取时间短、得率高且操作方便，但也存在设备投资成本高、有机溶剂消耗大、不适合工业化生产等缺点。

　　3辣椒碱在食品中的应用研究

　　３．１调味功能

　　辣味是辣椒重要的评价指标，其辣味物质主要由辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒素等辣椒碱性同类物质产生。人们感觉到的辣味主要是由辣椒碱类物质刺激神经引起的痛觉。食品中添加的辣味物质量适中，不仅有利于食品增辣，而且给食用者带来愉悦的感觉。食品加工中，以辣椒碱替代鲜或干辣椒添加到辣酱食品中，辣椒碱在低盐浓度（≤１５％）下较稳定，而高盐浓度（≥３５％）对其破坏作用较大，且随着盐浓度的不断升高，辣碱度下降趋势越显著。酸碱性条件下，弱酸至中酸性（ｐＨ值４．０～７．２）范围内食品中辣椒碱辣度相对稳定；强酸（ｐＨ值３．５～２．０）和强碱（ｐＨ值９．０～１１．０）下辣椒碱辣度显著降低，原因在于辣椒碱易结晶析出，不利于食品增辣。食品加热温度上，随着温度的上升（≥２００℃），食品中辣椒碱含量显著降低，表明高温破坏了辣椒碱的结构，使得食品辣度明显降低。因此，食品加工中添加辣椒碱作为辣味源时，应尽量低盐、中酸性和低温加工，食品辣味较为明显。

　　３．２抑菌作用

　　研究显示，辣椒碱对食品生产具有抑菌作用。魏玉西等［３３］以纯度９６％的辣椒碱晶体，采用平板空穴扩散法考察了辣椒碱的抑菌效果，结果显示：辣椒碱对广谱细菌有较强抑制活性，但对霉菌较弱；浓度低于０．０１２５ｍｇ／ｍＬ的，辣椒碱的抑菌活性效果不明显。吴影等［３４］通过滤纸片扩散法考察了辣椒碱对酵母菌、细菌、霉菌等７种菌株的抑菌效果，结果表明，辣椒碱的抑菌能力依次为金黄色葡萄球菌＞枯草芽孢杆菌＞大肠杆菌＞啤酒酵母＞葡萄酒酵母＞黑曲霉＞青霉，且抑菌活性能在较宽的温度和ｐＨ变化范围内发挥显著作用。袁杨斌等［３５］研究了体外条件下辣椒碱对鸭源性大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果和抗氧化能力，结果显示辣椒碱对它们的抑菌效果明显。

　　３．３清除自由基抗氧化作用

　　食品安全问题已成为世界性问题，食品中人工化学合成抗氧化剂（ＢＨＡ、ＢＨＴ、ＰＧ、ＴＢＨＱ等）对人体积累可能产生的健康问题日益受到人们的关注，寻求天然植物抗氧化剂显得尤为重要。研究显示，天然辣椒碱类提取物具有与ＢＨＴ相当的抗氧化效果。王梦等［３６］在考察了辣椒碱、二氢辣椒碱和降二氢辣椒碱３种单体对羟基自由基（·ＯＨ）和超氧阴离子自由基（Ｏ２－·）的清除率和抗氧化效果后，发现３种单体均表现出较好的·ＯＨ、Ｏ２－·自由基清除能力，且辣椒碱单体的抗氧化能力最强。Ｓｉ等［３７］制备了载有辣椒素（碱）的中孔二氧化硅纳米颗粒并开展了其在肉类防腐中的抗氧化性研究，结果表明辣椒素在抑制食品中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌方面具有效果，可见辣椒碱具有ＶＣ、ＶＥ相当的自由基清除和抗氧化能力。在食品工业中，以辣椒碱为主要原料，开发天然、低毒、高效、安全的“绿色”抗氧化剂，有望替代人工合成抗氧化剂，成为食品抗氧化剂发展的新趋向，对解决食品在贮藏加工中氧化变质问题具有重要意义。

　　３．４对酶的抑制作用

　　研究显示，鲜辣椒果实乙醇提取物辣椒碱对α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶表现出最高的抑制作用及抗氧化活性［３８］，且对α－葡萄糖苷酶的抑制作用最强，ＩＣ５０（半抑制浓度）为２２５μｇ／ｍＬ。电镜扫描显示，辣椒碱通过疏水作用、氢键和电荷与氨基酸残基结合在α－葡萄糖苷酶和α－淀粉酶上。高浓度的辣椒碱协同酚类化合物和黄酮等其他化合物使鲜辣椒表现出较显著的酶抑制活性和抗氧化性能。因此，鲜辣椒是天然抗氧化剂和α－淀粉酶、α－葡萄糖苷酶抑制剂的潜在来源，可应用于食品加工中。

　　３．５对虫害的防治作用

　　辣椒碱的辛辣风味对食品储藏过程中虫害的防治也有一定的功效，陈谦等［３９］通过对辣椒碱防治储粮虫害效果的研究，发现８．０ｍｇ／ｍＬ辣椒碱对赤拟谷盗、谷蠹有较好的驱避效果；２种害虫对０．１％浓度辣椒碱处理过的糙米有拒食现象，粮食损失量分别为对照组的４３．１７％、４１．５９％。欧阳建勋等［４０］以２％辣椒碱－乙醇溶液添加到糙米中，辣椒碱浓度达４，２ｇ／ｋｇ糙米时，玉米象、赤拟谷盗分别出现明显的拒食现象；３０ｄ内，玉米象和赤拟谷盗的糙米虫损率分别为对照组的２６．４％、３５．４％和２４．８％、３０．６％。在害虫增殖上，０．５ｇ／ｋｇ的辣椒碱添加剂量的糙米中玉米象、赤拟谷盗的增殖数量仅为对照组的９．２３％、２６．１％；当辣椒碱添加剂量浓度达２ｇ／ｋｇ时，玉米象的增殖存活数仅１头，赤拟谷盗的增殖存活数为０，可见辣椒碱的添加使糙米中虫害的增殖受到了明显抑制。

　　４结论

　　文章详述了近年来天然辣椒碱提取的新技术和新方法，特别是具有工业化应用前景的新技术、新工艺，如双水相萃取技术、高压水油混相萃取技术及三相盐析萃取技术等，分析了各种提取方法的利弊，便于科研人员、企业选择；同时，对辣椒碱在食品工业上的调味、抑菌、抗氧化、抑制酶作用及粮食虫害防治等功能性应用进行了概述，为未来辣椒碱工业化提取纯化、食品加工中辣椒碱的综合开发利用提供了相关的理论依据及技术支持。我国是辣椒生产加工、出口的大国，辣椒产业发展潜力巨大，辣椒碱在食品工业上具有很高的科研和开发价值，但其研发深度和精度相对不够，尤其是辣椒碱功能性精深加工业的规模和技术、天然辣椒碱功能性食品的开发都有待进一步提升，并积极引导研究成果向产业化发展也是辣椒碱未来研究的重要方向。

　　参考文献：

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　　［４］眭红卫，许睦农．天然香辛料中的植物化学物及其生理活性研究进展［Ｊ］．调味品，２０１７，４２（５）：１７６－１８０

　　阙小峰１，黄超群１，方志成２，司文会１

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