辣椒素类物质研究进展

1、辣椒杂志(季刊2005年第4期辣椒素类物质研究进展戴雄泽1,2刘志敏1(1湖南农业大学湖南长沙4101282湖南省蔬菜研究所湖南长沙410125辣椒(Capsi cum annunm L.是茄科辣椒属的多年生或一年生作物,2n=24。原产中、南美洲、墨西哥、秘鲁等地,1492年哥伦布发现新大陆后传人欧洲。17世纪,辣椒传入东南亚各国,明朝末年引人中国。辣椒富含维生素C 、维生素A 、胡萝卜素等多种营养物质,并有芬芳的辛辣味,是一种重要的世界性蔬菜,世界上有近3/4的人口经常食用辣椒和辣椒制品。辣椒独有的辛辣成分辣椒素及同系物,以其独特的理化性质,广泛应用在加工、食品餐饮、医药工业、饲料工业等领

2、域。目前对辣椒素类物质的研究较多,本文综述辣椒素类物质近期研究进展。1国内外研究现状1.1辣椒素及同系物Bennet 等人利用色谱、核磁共振等手段详细分析了辣椒辛辣物质的化学组成后发现:天然辛辣物质是由一系列同类物组成,它们的结构和性质与辣椒素非常相似,称为辣椒素类物质(Capsaicinoids。现已发现有14种类似物,已定性和分离出了6种不同的辣椒素同系物和一种用于标定辣椒素含量的合成物。辣椒素分子式为C 18H 27NO 3,化学结构式为H 3CO (HO -C 6H 3-CH 2-NH -CO-(CH 24CH =CHCH(CH 32,属酰胺类化合物。辣椒素同系物结构类似辣椒素,化学结

3、构通式为H 3CO (HO -C 6H 3-CH 2-NH-CO-R ,同系物间R 基不同。辣椒素类物质主要由69%辣椒素(capsaicin、22%二氢辣椒素(dihydrocapsaicin和7%的降二氢辣椒素(nordi-hydrocapsaicin 、1%高二氢辣椒素(homodihydrocapsaicin、1%高辣素(homcapsaicin组成。Georgia 大学研究员Anna收稿日期:2005-10-02作者简介:戴雄泽(1964-,男,研究员,在读博士,主要从事辣椒新品种选育及加工技术研究Abstract Constituents and characters of the

4、 capsaicinoids are introduced in the paper.Recent advances in the matters researchsuch as its metabolism,content change among different capsicum (peppervarieties or during the peppers different growth stages are reviewed.And its product development in future is also prospected.Key w ordsCapsicum (ch

5、ili,hot,pepepers;capsaicin Scovtille heat unit(SHUD ai X i ongze 1、2L i u Z hi m i n 1(1H unan A gri cul t ural U ni versi t yC hangsha410128(2H unan V eget able R esearch I nst i t ut e C hangs ha 410125Recent Advances in Capsaicinoids Research摘要本文介绍了辣椒素类物质的种类及其特性,并就国内外在辣椒素类物质方面的研究进展,如辣椒素类物质的代谢,不同辣

6、椒品种和不同生长期间辣椒素物质含量的变化等进行了综述。亦简述了辣椒素类产品今后的发展方向。关键词辣椒;辣椒素;辣度专题综述辣椒杂志(季刊 2005年第4期Krajewska和John Powers用品尝的办法,比较最辣的合成辣椒素类物质VNA和四种自然辣椒素类物质后认为:降二氢辣椒素低度辣味,其次是高二氢辣椒素,最辣的辣椒素类物质为辣椒素和二氢辣椒素。我国学者郭建明等(1998认为辣椒素辣味最强(75%,与二氢辣椒素共占辣椒所含辣味物质的90%以上,其余同系物仅占少量,按其含量高低依次是降二氢辣素(NDC、高二氢辣素(HDC和高辣素(HC。最近,在甜椒果实中发现两种无辣味的类辣椒素物质辣椒素酯

7、(Capsiate和二氢辣椒素酯(Dihydrocap-siate。辣椒素纯品呈单斜长方形片状无色结晶,熔点65,沸点210220,易溶于乙醇、乙醚、苯以及氯仿,微溶于二硫化碳。1.2辣椒素类物质的代谢辣椒素是由香草基胺和支链脂肪酸两部分组成。香草基胺部分是由芳香族氨基酸苯丙氨酸衍生而来,支链脂肪酸部分则是由缬氨酸衍生而来。参与辣椒素合成途径中目前已知的酶有:苯丙氨酸裂解酶、肉桂酸水解酶、对香豆酸水解酶、咖啡酸转甲氧基酶和辣椒素合成酶,其中辣椒素合成酶是辣椒素合成中的关键酶,位于果实胎座表皮细胞的液泡膜上,反应的最适pH值约为9.0。辣椒素合成的酚类前体物有:对香豆酸、苯丙氨酸、咖啡酸、3-甲

8、氧基-4-羟基肉桂酸、香草醛等。辣椒素的降解主要是通过辣椒果实中过氧化酶氧化而完成的。Bernal等(1993研究发现,辣椒素在过氧化酶的作用下,转化为其他次生物质,降低辣椒果实中辣椒素的含量。他进一步研究发现过氧化酶特别是碱性过氧化酶同工酶B6与辣椒素共存于胎座表皮细胞的液泡中,它能强烈氧化辣椒素及其酚类前体物。Bernl等(1995用凝胶渗透层析柱分析了过氧化物酶氧化辣椒素的产物特性。结果表明:辣椒素的氧化产物主要有5,5-二辣椒素聚合体, 4,-O-5-二辣椒素酯以及一些高度聚合的脱氢产物。这些氧化产物都具有类木质素特性,说明在辣椒素的降解代谢中存在着氧化竞争库,辣椒素合成的酚类前体物在

9、辣椒素竞争氧化中产生了类木质素物质,用于细胞壁的构成。1.3品种间辣椒素类物质含量的变化0.07%0.63%之间,有的变化范围甚至在0.6%1.5%之间,几乎包括C.f r uescens小果型品种的变化范围。Govin-darajan1986年研究表明,不同变种辣椒素类物质中各种辣椒素同系物所占比例不同。C.annuum var.annuum中,辣椒品种的辣椒素含量为33%59%,二氢辣椒素为30%51%,降二氢辣椒素为7%15%,其他分别为05%。C.f r ut escens种的果实有较高的辣椒素含量(63%77%和二氢辣椒素含量(20%32%,其他约为10%。尽管品种间和品种内辣椒素类

10、物质含量变化较大,但主要成分的比例辣椒素/二氢辣椒素基本相同,C.annuum L.种为1:1,C.f r ut escens种为2:1。Jinap(1992研究认为,辣椒素在果实中的含量极不均匀,胎座中含量最高,果肉次之,种子中含量最低。而且不同辣椒品种的总辣椒素含量变化非常大,大多数品种的辣椒素含量在0.2%1.0%之间。2000年12月,印度科学家称在Assam东北的山上发现了世界上最辣的辣椒品种Naga Jolokia(Capsi cum f r ut escens,辣度为855000Scoville Heat Units,超过世界纪录最辣品种Red Savina(其辣度为577000

11、SHU,另一个最辣品种竞争者是墨西哥的Habanero。1.4辣椒果实不同成熟期辣椒素类物质含量变化关于在果实成熟过程中辣椒素含量的变化方面的研究,国内外都曾有过报道,但研究结论不一致。Govindarjan (1986研究了两种含高辣椒素类物质的小辣椒,发现在座果后21d才检测到这些成分。辣椒素类物质至49d迅速增加,5070d时变缓。Govindarajan(1986另外一些研究报道,高辛辣味辣椒的辣椒素类物质在开花后20d就能检测到,至40d迅速增长,但在4050d,辣椒素类物质总量将减少到60%。我国学者研究表明,随着辣椒果实成熟,辣椒果肉及胎座中辣椒素含量的变化均是先升达到一定高峰后

12、,又略有下降。一些研究表明,随着辣椒果实成熟,辣椒素含量逐渐增加,红熟果的辣椒素含量最高;但也有些研究者认为,辣椒素含量先是缓慢增加,至绿熟期达到高峰后又略有下降,一般红熟果的辣椒素含量不及绿熟果高。对于这种变化趋势的解释亦有分歧,一种可能是由于辣椒果实本身干物质含量后期急剧增加而造成辣椒素含量的相对降低;另一种可能是由于辣椒素被酶降解或光氧化分解所致。辣椒素在果实中的积累受到合成与降解两方面的共同调节。随着果实成熟,辣椒素合成酶的活性逐渐增加至一定高峰后又有所下降,与辣椒素的积累趋势相似,而最近的研究发现,果实中的辣椒素含量下降的同时,过氧化物酶的活性专题综述辣椒杂志(季刊2005年第4期升

13、高,两者之间似乎呈现一种负相关,但由于过氧化物酶广泛存在于辣椒果实的各个部位而且受到很多因素的影响,因此关于这方面还需更深入细致的研究。1.5环境条件对果实中辣椒素类物质积累的影响辣椒素的积累与栽培环境中的光、温、水、气、肥等因素有密切关系。降低光照强度,进行遮荫栽培会使辣椒果实中的辣椒素含量下降。而将辣椒果实置于光下,则可诱导采后果实成熟中辣椒素类物质的生成,由此可见光对于辣椒素的合成是必不可少的。高温有利于辣椒素的积累,Cheon Soon Jeong研究发现夜温25下辣椒素迅速增多,而夜温15下辣椒素含量最低。栽培环境中CO2的浓度也影响到辣椒素的积累,高浓度处理的辣椒果实中的辣椒素含量

14、最高。黄科等2002年研究认为,氮肥施用量与辣椒素含量呈明显的直线相关,且直线斜率较大,说明氮肥施用越多,辣椒素含量越高。磷肥水平与辣椒素含量呈较小的曲线相关,增施磷肥,辣椒素含量有微小的上升趋势。钾肥则与辣椒素含量呈近乎水平的直线关系,说明钾与辣椒素含量关系不大。刘金兵等2000年报道,无论是大棚栽培或露地栽培,供试的4个辣椒品种从青熟果到紫熟果直到红熟果,果实中的Vc、辣椒素及干物质含量均呈增长趋势,对同一品种而言,露地条件下辣椒中辣椒素及干物质含量略高于大棚。1.6遗传特性辣椒品种的遗传特性受起源地生态环境的制约,由于不同纬度、不同海拔高度地区的气候条件不同,而造成了不同起源地品种辣椒果

15、实的辣椒素含量差异很大。从果实性状与辣椒素含量的相关关系来看,一般认为,辣椒果大则辣味弱,果小则辣味强。多数研究也表明辣椒含量与果实鲜样质量之间呈极显著负相关,而与干物质含量呈显著正相关。因此,大果型辣味强和小果型辣味弱的辣椒品种较难育成。蒋健箴等(1987对辣椒素含量的配合力和遗传力进行研究表明:辣椒素含量性状的遗传力较高,基因加性效应占主导地位。辣椒素类物质的含量受辣椒基因、气候条件、栽培条件和果龄的影响,环境胁迫(stress对辣椒素的形成起重要作用,育种者能选育不同辣椒素含量的品种。Bosland(1994认为,辣椒在胁迫条件下和不适气候条件下生长比较辣。一些作者认为,选育加工辣椒品种

16、,辣椒素含量变化大非常重要。Bajaij(1980研究认为,在相同的植物中能找到很高含量的品种。1.7辣椒素类物质的测定方法(1辣椒素类物质的感觉测定Wilbur L.Scoville (1912首次报道用感觉方法科学地测定辣椒素,并称为Scoville Heat Test。该方法的基本检测办法是:将检测的样品在乙醇中溶解,过夜(或16h后,用5%的糖溶液稀释,由五个专业人员品尝,确定最低的溶液浓度。每人咽下5ml稀释溶液,五人中有三人能感觉到辛辣味,此时溶液浓度的倒数就是该样品的Scoville Heat value或Scoville Heat Unit (SHU。Scoville Heat

17、 Test简单且直接,但存在一些问题:提取时间长、较主观、重复性差、敏感度变化大、香味对辣味的影响、心理上的预料没有标准。Gillette等(1984报道了一个取代Scoville Heat Test 的方法。辣椒粉放入90的聚山梨醇酯(polysorbate水溶液中20min,过滤,滤液在20水中稀释,专业品尝人员通过与合成辣椒素的标准浓度比较,来确定辣椒提取物辛辣味的浓度。感觉估计与分析方法(HPLC之间有较高的相关性。这种方法避免了Scoville Test的一些问题,在食品检测中应用较多。(2仪器分析目前有很多利用仪器测定辣椒中辣椒素类物质含量的报道,如定氮测定法、比色法(Colori

18、metric methods、分光光度法、光谱测定法(spectrometry、薄层层析法(thin-layer、纸色谱法(paper chromatography、气相色谱和高效液相色谱法(gas chromatography and high-perfor-mance liquid chromatography(HPLC等。目前高效液相色谱法是美国香料贸易协会的官方分析的常用方法(ASTA, 1985。随着HPLC的发展,仪器分析辣椒素方法得到进一步的改进和简化,如带有电子捕获探测的气相色谱法、反相低压色谱法、高效液相色谱一氮探测器等。(3仪器分析和感觉分析的相关性Todd等(1977做了

19、这方面的研究,利用气相-液相色谱仪有效地分离和测定辣椒中不同的辣椒素类物质,同时由专业人员对这些辣椒素类物质进行感觉检测,其结果是:SHU106相当于降二氢辣椒素的9.3;辣椒素的16.1;二氢辣椒素的16.1;高辣素的6.9;高二氢辣椒素的8.1。这些结果表明,利用这些信息能估计总辣味和每种成分的浓度,因为采用气相色谱与感观测定具有很高的相关性(0.95。krajewska and Powers采用美国材料检测协会(American Society of Test-ing M aterials ASTM的方法,检测天然辣椒素类物质,发现辣味与浓度有相当明显的线性相关,其结果与Todd相同。2

20、发展趋势2.1生产高质量的辣椒产品近年来,由于饮食习惯的改变,将导致辣椒产品消费专题综述辣椒杂志(季刊 2005年第4期量的迅速增长。辣椒是世界上最普及的消费香料,广泛应用于世界各地的流行食品中,目前世界上有近3/4的人经常食用辣椒或辣椒制品。由此可见,选育不同辣椒素含量的品种、合理利用气候资源生产不同含量的辣椒产品等将是辣椒产业发展的需要。2.2辣椒产业中辣椒素的研究重点国内外许多科研工作者对辣椒素的研究主要集中在辣椒素的提取和测定方法、辣椒素药理、辣椒素的代谢途径、以及辣椒素的应用等方面,而对主要资源的辣椒素分布状况、不同生育期辣椒素的含量变化、辣椒素在果实内的分布状况、气候条件对辣椒素的

21、影响、辣椒素与其它生理指标之间的相关性、辣椒素的遗传等只做了零散的、不系统的研究,如狄云等研究了辣椒果实成熟过程中辣椒素的降解、邹学校等研究过不同生态环境对辣椒品种辣椒素含量差异的影响等。今后的辣椒产业中的辣椒素研究热点主要集中在以下几个方面:选育不同辣椒素含量的辣椒新品种、研究适宜辣椒素积累的栽培条件、研究辣椒素的代谢机制与调节,为各行业提供更广更高价值的辣椒素来源。2.3快速检测产品中辣椒素类物质含量食品生产商利用辣椒生产不同的制品,为了明确标出产品中辣椒素含量,企业应有一个准确、可操作的辣味检测方法;由于消费者对辣椒制品需求量增加,准确地测定辣味变得越来越重要;由于在医药品中的应用增加,

22、不同辣椒素类物质含量的准确测定也成为必然;食品研究者也需要可靠的、安全的和标准的分析程序,来比较不同样品中辣味水平。因此,辣椒素的检测应朝简单、快速、实用方向发展。2李家慎,赖日安,林义章.福建小米椒的辣椒素含量J.福建农学院学报,1989,18(1:67-703欧阳华学,胡漠彪,王凌志,等.反相高效液相色谱法测定辣椒果实中辣椒素含量J.分析化学,1998,26(124刘金兵,赵华仑,孙洁波,等.辣椒果实成熟过程中维生素C、辣椒素及干物质含量的变化J.江苏农业学报,2000,16(1:61-62 5孙进平,杨更亮,陈义,等.辣椒碱主要组分的R P-HPLC法测定J.河北大学学报,2002,22(26胡宜亮,杜迅,刘慧.辣椒辣素的提取分离技术研究J.中国调味品,2003,(4:25-277童庆宣,周新月,叶经建.高效液相色谱法测定辣椒素J.亚热带植物通讯,1995,24(1:28-318狄云,蒋健箴,石正强.辣椒果实中的辣椒素类物质研究进展J.食品科学,1999,(6:30-329郑新荣,袁西恩,胡宜亮,等.辣椒及其制品中辣味素含量测定法J.河南科学,1991,9(1:63-6610任召言,张慧,刘玉申.辣椒精的精制及辣椒素的HPLC测定J .中国食品添加剂,2002,(1:75-7711唐胜球,董小英,邹晓庭.辣椒素研究及其应