辣椒中的有机成分及应用的研究

辣椒中的有机成分及应用的研究
化学化工学院研究生郭贇
摘要：随着对辣椒红色素及辣素的需要日益增大，人们对辣椒的研究日益增多，本文综述辣椒的品种以及辣椒红色素等几种有机成分的提取及应用。

并对其功效作了论述,探讨了相关的活性成分，化学结构与功能的关系，提出了辣椒的应用前景和开发价值。

关键词：辣椒辣椒红色素辣椒碱多糖
辣椒又名番椒，系茄科辣椒，属结浆果的草本植物。

一直被作为蔬菜或调味品，也常作为食品添加剂，或天然食品防腐剂。

辣椒可以用于提取辣椒红色素制成天然色素，也可以提取辣素制成香辛料。

辣椒中含丰富的维生素及营养成分，有益于健康，也对于某些病症具有疗效。

我国有丰富的辣椒资源，是我国重要的外贸出口产品之一，1992-1999年，我国的干椒面积保持在16.0万hm2左右，总产量保持在30万吨左右，每年出口干椒3万—5万吨，我国干椒主要远销日本，美国，新加坡，菲律宾，韩国等国家，在国际上享有盛誉[1]，辣椒又因其无毒害，健康，营养而被指定为2008年奥运会的绿色食品。

1辣椒的种类及产地
辣椒为人们所用的历史很久了，由于其产地的不同，辣椒也分了很多不同的品种。

1.1辣椒的起源
辣椒起源于新大陆（New World）热带和亚热带地区的墨西哥，秘鲁等地，有5个栽培种：（1）Capsicum annuum L ;(2)Capsicum frutescens L ;(3)Capsicum Chinese Jacquin ;(4)Capsicum baccatum ;(5)Capsicum pubescens Kuiz &Pavon .
1.2分类
1.2.1人们通常习惯以有辣味或辣味的轻重，将辣椒分为：辛辣椒，甜椒和微辣椒。

我国华北及华东东南沿海各省以栽培甜椒为主，西南，西北，中南，华南各地以栽培辣椒为主。

1.2.2按果实性状分为五类：（1）灯笼椒（var.grossum Bailey）：植株粗壮，高大，
叶片厚，花较大，果实大，基部凹陷，果皮有纵沟，果实呈扁圆形，圆形，或圆筒形。

嫩果多为绿色，成熟为红色或黄色，味甜不
辣或微辣。

我国东北，华北各地栽培此类，按大小可分为3个品种：大甜椒，大柿子椒，小圆椒；（2）长辣椒（var. Longum Bailey）：植株和叶中等大，果实多下垂，长角形，前端尖，常带弯曲，辣味强。

按形状分为3个品种：短羊角椒，长羊角椒，线辣椒；（3）簇生椒（var.fascilatum Bailey）：枝条密生，叶狭长，果
（4）圆锥椒（var. conoides Bailey）:实簇生，细长，红色，辛辣味极强。

多作干椒栽培；
植株矮，果小，圆锥形或圆筒形，辣味强；（5）樱桃椒（var.cerasiform Bailey）:叶中等大，果实小，呈樱桃形，向上直立或斜生，具有红，黄或微紫色，辛辣味极强，多作为干椒或观赏植物。

1.2.3按食用性分为：青椒和干椒[2]。

1.3产地与品种：
中国的干辣椒的品种主要是一年生种，目前在生产中应用较多的干辣椒品种为线椒的变种，长辣椒变种和簇生椒（如朝天椒）变种，其他变种应用较少。

随着科学技术的进步和研究手段的提高，杂交亲和性、核型分析，同I酶谱分析，花粉形态研究和数学分析等已在很多物种分类研究中得到应用和发展[3-4]。

在被子植物中萌发孔沟复杂，是植物种属鉴定的主要依据之一[5]。

1.3.1湖南省所产辣椒果色多为绿色，且辣味较浓，果肉厚约0.25厘米左右，抗病，耐热性都较好，且早熟。

多年来在品种基础上又杂交出多种优良品种，如皇椒1号，湘研1号，兰山桐池辣椒等。

1.3.2四川省自古以辣椒出名，川椒以辛辣为主，辣味特浓，适于干制或腌制，果肉较薄，成熟果色多为深绿色，老熟果则成红色，抗病能力强，晚熟。

多种地方品种如什邡椒，西充椒都是良好的干椒品种。

1.3.3吉林，辽宁省的几种品种杂种如辽椒1号，辽椒4号，长丰辣椒，九椒3号等辣椒味适中，果肉厚在0.35厘米以上，鲜椒多作蔬菜。

1.3.4内蒙古的赤峰和通辽的开鲁所产的红干椒，以其丰富的辣椒红色素含量，主要作为辣红素的提取原料。

是国内天然红色素的主要来源之一，且大量出口韩国等地。

2辣椒中的几种有机成分
辣椒中含有几种重要的有机成分，分离提纯可以应用于多种食品工业。

2.1辣椒红色素
2.1.1存在形式
辣椒红色素又名椒红素，辣椒红；是从红辣椒果皮中提取的一种天然色素，主要存在与红辣椒干的外皮中，一般占辣椒干重的0.2%—0.5%;
2.1.2分子结构
辣椒红色素属于叶黄素类共轭多烯烃含氧衍生物，主要成分为辣椒红素（C40H56O3）和辣椒玉红素（C40H56O4）,皆是类胡萝卜素。

<1>辣椒红素的分子结构式为：
分子量为584.
<2>辣椒玉红素的分子结构为：
分子量为600.
2.1.3辣椒红色素的物理、化学性质
一般提取的辣椒红色素以辣椒玉红素为主的混合物，深红色粘性油状液体，[纯的辣红素为深胭脂红色针状晶体，熔点为181-182℃[6]]，色泽鲜艳，着色力强，流动性好，脂溶性好，易溶于植物油，丙酮，乙醚，三氯甲烷，溶于乙醇，却不溶于甘油和水，既有较好的分散性，耐热性，耐酸及耐碱性，但耐光性较差[7]。

2.1.4辣椒红色素的提取方法
现在对于提取辣椒红色素方法有很多，但常见的大致可以归为三种：油溶法，溶剂法，超临界CO2流体萃取法。

①油溶法：由于辣椒红色素本身具有良好的脂溶性，所以油与色素分离时困难，提取率很低，难以得到色价高的产品。

②溶剂法：目前已有很多种溶剂法，各有各的优点。

用有机溶剂从红辣椒干粉中提取出含油的辣椒红粗品，粗品经过水蒸气蒸馏，碱处理后，用溶剂提取红色素，提取液通过减压蒸馏回收溶剂，浓缩后的产品则是辣椒红精品。

对红辣椒粉末先用碱水溶液处理，然后用有机溶剂进行萃取操作，萃取后在经水蒸气蒸馏得到符合要求的辣椒红产品。

浙江大学生物系和东阳市天然色素厂共同研究采取物理法，以食用酒精提取，采取在不同温度，不同时间条件下辣椒红色素与辣素，在不同浓度的溶剂中溶解度的差异进行分离，建立了一套半自动半封闭生产线获得精制辣红素[8]。

用溶剂法提取辣椒红色素，由于原料成分复杂，溶剂的选择性差，所得的产品纯度差且伴有异味，必须将产品浸膏进一步脱臭精制，才能使用。

但由于异味物质和色素成分性质接近，用一般的分离或分解方法，操作复杂且很难得到高色价的辣椒红色素。

③超临界CO2流体萃取法
当流体的温度和压力处于它的临界温度和压力以上时，称该流体为超临界流体。

超临界流体萃取法从上世纪40年代起逐步应用于工业生产，目前作为精细化工的一项高新技术，已在化工、食品、医药、香精等生产上得到广泛应用。

超临界流体萃取技术的特点：(1)超临界流体同时具有精馏和液相萃取的特点，即在萃取过程中由于被分离物质间的挥发度的差异和他们分子间亲和力的不同，这两种因素同时发生作用而产生相继分离效果。

（2）超临界萃取具有独一无二的优点
是它的萃取能力大小取决于流体的密度，而后者很容易通过调节温度和压力来加以控制，能从萃取物中完全出去残留流体。

(3)超临界流体的溶剂回收方法简单且大大节省能源，被萃取物可通过等温降压或等压升温的方法与萃取机分离，而萃取剂只须经压缩便可循环使用。

（4）高沸点物质往往能大量的、有选择性的溶解于超临界流体中而形成超临界流体相。

由于超临界萃取工艺不一定需要在高温下操作，故特别适合于分离易受热分解的物质。

（5）超临界萃取为了获得相当高的压力的超临界条件，设备投资较大。

实际上，由于高昂的设备投资、超临界萃取工艺只有在精馏和液相萃取应用不利的情况下才予以考虑[9]。

超临界流体CO2技术，作为一种高新技术，近年来在高附加值天然产物的分离提纯中应用日益受到重视。

CO2的临界温度为31.06℃，临界压力为7.39Mpa，当高于临界温度，临界压力时，成为超临界状态[10]。

用超临界CO2作溶剂既具有较大的溶解能力和可调范围，又具有较大的扩散能力，无毒无臭，对人体无害，且来源丰富，价格低廉。

用超临界CO2萃取剂术取代传统的溶剂法获得辣椒红素的粗混合物及辣素，然后借助硅胶柱层析法进行辣椒红素与黄色素的分离超临界CO2在不同的热力学状态下表现出一定的选择性萃取分离能力。

而在压力和密度升高的情况下，流体萃取能力明显增加，使选择性变差。

在P≥30Mpa,ρ≈1000Kg/m3的条件下，超临界CO2有可能最大限度的抽出红辣椒中的红色素及辣素等有效成分[11]。

Jinpin Y ao等以超临界CO2和有机溶剂对辣椒果实中的辣椒碱及二氢辣椒碱进行提取，以C18柱纯化并用HPLC法测定。

结果表明，以超临界CO2提取可获得辣椒碱及二氢辣椒碱分别为干重得3.2%和0.58%，用有机溶剂提取仅为干重得0.5%和0.09%，萃取率提高6—7倍。

利用超临界CO2萃取能力易调节的特性，通过改变CO2的萃取能力能达到较高的分离提纯效率[12]。

④辣椒红色素的粗产品含有辣椒素有辛辣味，要得到辣红素精品还需进行脱辣处理。

具体方法大致有四种：A.碱法脱辣，用稀碱对辣红素粗品进行脱辣实验，发现虽可除去一部分辣素，但不完全，口尝仍有强烈辣感，且操作繁琐，色价损失较大。

B.尿素—蔗糖法脱辣，配制5%尿素—蔗糖（1：1）溶液，按固：液=1：8的比例进行脱辣处理，测其辣素含量变化。

测定数据和口尝试验可知，该方法脱辣效果也不够理想。

C.柱层析法脱辣，用尿素—蔗糖—氧化镁按1：1：1（重
量比）作为担体材料，以丙酮—石油醚（10：1）做洗脱剂，对辣红素粗品进行柱层析法脱辣。

经两次处理后，口尝无辣味效果明显，但柱容量太小，色素损失大，不宜放大使用。

D.醇法脱辣，将辣红素粗品用石油醚适当稀释，加入一定量的乙醇处理三次，然后测定辣素含量，而乙醇脱辣的效果较好，色价损失小。

2.1.5辣椒红色素的应用
辣椒红色素作为一种优质天然色素，其安全，无毒害已得到世界的公认，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）已将辣椒红色素列为在使用中不加以限量的色素。

而由于辣椒红色素的主要成分都属于类胡萝卜素，能够被人体消化吸收，并在人体内转化为维生素A。

因此，它不仅安全健康无任何毒副作用还具有一定的营养保健医疗作用。

在提倡食用绿色健康的食品的今天，它被广泛用于饮食、糕点、饮料、化妆品、医药、儿童玩具等的着色。

今年来随着人工合成色素毒性的不断发现，世界各国使用的合成色素日趋减少，天然色素深受青睐，已成为当今色素消费的新趋势。

朝天椒的红色素含量一般达到2.5%以上，是提取辣红素的优质原料。

在我国，食品卫生法规定，辣红素可用于油性食品，调味品，水产品加工，蔬菜制品，果冻，冰淇淋，奶油，干酪，色拉，调味酱，米制品，烘烤等食品中。

美国、英国、加拿大、日本、西班牙、墨西哥以及东南亚国家都广泛采用辣红素作为天然食品添加剂。

辣红素是目前世界销量最大的天然色素，美国每年需一千吨辣红素，日本每年需五百吨，世界每年对辣红素需求量约八千吨，国际市场潜力很大[13]。

2.2辣素
2.2.1存在形式
辣椒中的辣味是由于在辣椒中存在一系列的具有强烈刺激性气味的香草基酰胺类化合物，人们通常把这一类化合物统称为辣素，又称辣味素、辣味精、辣椒素。

由于辣椒的产地及品种的不同，其辣素的含量约从0.1%-1.6%。

辣椒素的含量一般用辣度表示：辣度=辣素百分含量*1.5*105，辣度高低是衡量干辣椒质量的重要指标[1]。

2.2.2分子组成
到现在为止已发现的辣素是由十四种以上的香草基酰胺类化合物，其中有三种的含量最多：（1）8-甲基-N-香草基-6-壬烯酰胺
其含量约占辣素含量的50%-70%左右，俗称辣椒碱；（2）8-甲基-N-香草基壬酰胺，其含量约为20%-40%左右，俗称二氢辣椒碱；（3）7-甲基-N-香草基辛酰胺，其含量约占，俗称降二辣椒碱；其他的11种香草基酰胺的含量也只占5%左右。

因此，辣素也成为辣椒碱类化合物，可以用一个结构通式表示[14]：
2.2.3提取工艺
辣椒碱类物质是辣椒果实中的辣味成分和生物活性成分。

辣素作为新型的天然食品添加剂有着广阔的应用前景。

高纯度的辣素是价值昂贵的药品，在医药行业中的研究与应用也在不断发展。

因此研究辣椒碱类物质的测定方法对辣椒产品的研发与标准化及其品质评价有着重大的现实意义[15]。

随着对辣椒碱类化合物应用的研究的深入，辣椒碱类化合物逐渐走向了专业化和规模化。

辣椒碱的提取、分离与测定的一般过程分：干燥，在60℃下烘干制恒重；粉碎，粉碎成粉末；浸提，要采用有机溶剂；分离，一般采用的是氧化铝柱层析法。

辣椒碱的测定方法有比色法，高效液相色谱法，超临界色谱法。

Kyoko Sato 等以超临界流体萃取法与超临界色谱法连用，测定辣椒果实中的辣椒碱，无需样品的预处理，所用有机溶剂量很少（甚至不用）。

所测辣椒碱含量值与HPLC法吻合很好。

SFE/SFC法为辣素的测定提供了一种更快捷，安全，高效的测定方法[8]。

2.2.4辣素的应用及医用
由于辣椒具有辛辣味，所以被大量应用于食品的调味料，食品添加剂及食品防腐剂，且是传统使用的香辛料之一。

含有辣味的物质对消化系统，心血管系统
等有作用，尤其对感觉系统有广泛作用。

饮食中加入辣味物质可促进胃液分泌，增进食欲，缓解消化道疾病；辣味物质可起扩张血管的作用，可促进血液循环，降血脂，减少血栓栓塞的危险；由于辣椒的辛辣，它同样能促使人发汗，从而对风寒，鼻塞，虚寒水肿等有明显疗效；辣素具有强效的镇痛作用，辣椒碱在临床主要应用于治疗和缓解顽固性疼痛及瘙痒等，外用可治疗牙痛，肌肉痛，风湿病，皮肤病，如辣椒素霜（Capsaicin-containing crcarns）中约含0.025%的辣素，目前临床已可以治愈糖尿病性神经痛，风湿性关节炎和骨关节炎，银屑病[16]。

所以辣素是生产镇痛药，戒毒药，无公害农药的原料，且可以应用到生产催泪武器上[17]。

而对于辣椒碱镇痛止痒的作用机理的研究表明，疼痛或瘙痒均是由神经传到介质P-物质（substanceP）进行了有效的传递，P-物质是一种十一肽，广泛分布于感觉神经纤维，后根神经纤维和脊髓神经后角能把疼痛由外围神经传入脊髓神经和高级中枢神经，辣椒碱主要作用与神经肽P-物质，并有可能作用于C型神经纤维中的一些无髓神经纤维，实验证明，对由于有害刺激而引起的释放P-物质所致痛觉，应用辣椒碱可使局部P-物质减少，从而使某些类型的痛觉得到抑制[8]。

2.3辣椒籽油
由于辣红素和辣椒碱的广泛应用，人们越来越多的重视对这两种成分的提取，而这两种成分往往大量存在于辣椒的果皮中，占全部的39%的辣椒籽通常则被作为废物丢弃，这样不仅是浪费资源，且污染环境。

经测定辣椒籽中含有多种脂肪酸，使人体合成多种生理活性物质的前体，在人体代谢调控方面起重要作用，对调解血液中的类脂物质，抗血栓，减少胆固醇等有明显效果，还可以预防和治疗高血压，糖尿病等疾病，同时婴儿大脑神经系统和视网膜的发育至关重要；丰富的矿物元素及维生素入V C可以治病、防病及抗衰老。

辣椒籽中含有磷脂、聚合脂色素、固醇、碳氢化合物和脂溶性维生素等有效物质。

辣椒籽中除了含有油、蛋白质、粗纤维、灰分以外，还含有一定量的辣素，要使辣椒油成为商品，则必须在从籽中提取的油中将辣素分离出来。

从成分的价值考虑，辣椒籽油脂主要是三甘油脂，属非极性物质，不溶于水，微溶于乙醇，溶于丙酮和饱和烷烃。

辣椒籽油与辣素的提取分离，可采用液体溶剂浸出法或超临界流体CO2萃取法。

油脂
为非极性物质而辣素为极性物质溶剂浸出法可分别采用极性溶剂和非极性溶剂浸出。

线椒籽油为纯红色透明油状液体，色泽艳丽，并具有高辣度，可直接用作辣椒调味油食用，或进行除辣后作保健油。

升高温度能够提高油脂在萃取剂中的溶解度，有利于提高萃取率。

因此，采用溶剂萃取线椒籽油应选择温度为60-65℃。

通过溶剂萃取制备的红线椒籽油为纯红色，中辣度的油状液体。

线椒籽油的气象色谱图显示，陕西凤翔线椒籽油含有6种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量77.7%，新疆阿克苏线椒籽油含4种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量84.9%，是目前常见油脂中含量最高的，因此，利用富含不饱和脂肪酸的辣椒籽深加工制备保健油品是极有价值的工作[18]。

2.4多糖
糖是植物光合作用的产物，但不同的植物体内糖的含量与植物的遗传基因有关，100g朝天椒食用部分（干重）含糖37.6g。

可溶性糖又是疫霉菌生存的碳源，因此可溶性糖含量在辣椒抗病中期重要作用。

多糖难溶于冷水，在热水和碱液中可溶，不溶于丙酮、乙醇、正丁醇、乙醚、醋酸乙脂等有机溶剂[19]。

对提取完辣椒红色素的辣椒残渣中糖分提取与测定：①以水/正丁醇（10：1）作溶剂，于连续提取器中对辣椒残渣提取3-5h，再用活性炭进行脱色，得辣椒多糖液。

②用斐林试液滴定法分别测定辣椒多糖液中还原糖及水解后的总还原糖含量。

辣椒残渣中糖分含量为甜椒高于辣椒。

植物多糖具有调节免疫功能，具有抗肿瘤，抗病毒，抗衰老，抗凝血，降血糖，降血脂的作用[19]。

2.5辣椒中所含的蛋白质，维生素等
辣椒的营养价值很高，含有人体所需的多种维生素、类胡萝卜素、有机酸及蛋白质。

鲜食青椒100g食用部分（鲜重），含碳水化合物5g，蛋白质1.2-2.0g，脂类0.4g，粗纤维2.0g，胡萝卜素1.56mg，尼可酸0.3g，维生素C73-342mg，钠2.0mg，钙1.0mg，磷28mg，铁0.5mg等；干辣椒（如朝天椒）100g食用部分（干重）含蛋白质15.9g，水分10g，纤维素30.2g，淀粉和糖37.6g，脂肪6.2g，铁2.3mg，钙160mg，磷370mg，以及丰富的维生素A,维生素B,维生素C等[13]。

3总结
辣椒因产地不同而具有多种品种，但所含营养成分大体相同，作为蔬菜或调味料可以增加食欲，有益健康，具有保健强身的作用，是一种营养丰富的绿色食品。

从辣椒中提取的辣红素作为天然食用色素已广泛被人们应用，其分离提纯技术也在不断更新；辣素除应用于食品工业，还应用于医药。

随着科技的发展，辣椒得到充分的利用，品种也在向着适合人们需求的方向发展。

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