辣椒碱的制取方法及在农业中的应用进展

曹建民，郭向群

（楚雄医药高等专科学校药学系，云南楚雄 675000)

随着科技的发展与社会的进步，人们对生活质量的要求日益增高。六六六、DDT、杀虫脒、二溴氯丙烷、敌枯双等一些毒性强，易在机体残留，导致癌变，畸变，对人体和自然环境有害的农药相继被禁止使用。自三聚氰胺事件曝光以来，人们越加关注饲料添加剂成分的安全性和健康性。高效、低毒、低残留的绿色农药以及健康饲料添加剂成为了农业领域的研究热点。辣椒碱这种既可作农药又可作饲料添加剂的天然、无毒害的生物碱无疑成为了研究热点。笔者就辣椒碱的制取方法和农业研究进展进行了综述，以期为其今后更进一步的利用提供参考。

1 辣椒碱的理化性质

辣椒碱(Capsaicin)又称辣椒素，是从茄科辣椒属植物（Capsicum annuum.）的成熟果实中提取得到的天然植物碱，是一种极度辛辣的香草酰胺类生物碱，也是使辣椒产生辛辣味的主要成分。其分子式为C18H27NO3，含有酚羟基和酰胺键，为弱极性偏酸性化合物，化学名称为反式-8-甲基-N-香草基-6-壬烯胺。纯品呈长方形或单斜白色片状晶体，熔点为65～66℃，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯、乙酸乙酯及乙醚中，也可以溶于碱性水溶液，微溶于二硫化碳，几乎不溶于冷水，在乙醇和苯中的溶解度最大。可在高温下产生刺激性气体，能与斐林试剂(Folin)发生呈色反应。通过HPLC分析发现，辣椒碱占辣椒中总生物碱的69%，含量较高[1]，可通过多种方法进行制取，工艺简单，价廉易得。

2 制取工艺

2.1 天然辣椒直接提取

现今，国内的辣椒碱直接提取法主要有4种，即超声波辅助乙醇溶剂提取法、碱性乙醇提取法、离子交换法、CO2超临界流体萃取法。朱妞[2]等用粒度为80目的辣椒为原料，70%乙醇作提取溶剂（料液比为 1∶15），在温度 60 ℃，超声频率 28 kHz，功率120 W条件下，提取20 min，辣椒碱的产量可达2.8 mg/g，单次提取率为64.2%，3次提取率为89.4%。杨雅婷[3]等在常规溶剂浸提法的基础上，在浸提之前加入微波预处理过程，显著提高了辣椒碱提取速度以及提取效率，辣椒碱提取液对细菌、霉菌和酵母菌均表现出一定的抑菌作用。张郁松[4]通过试验发现，用含0.5%Na2CO3浓度为50%的乙醇作提取溶剂，料液比为1∶20，温度为70℃，浸提2 h，辣椒碱的提取率最高。张阳[5]等以阴离子交换纤维柱分离辣椒碱类物质，试验发现当95%乙醇用量为60 mL，流速为3 BV/h时，辣椒碱类物质的吸附与解吸条件最优，该条件下离子交换柱可以将辣椒碱类化合物分离的质量分数由4.5%提高到92.0%，且收率可高达72.3%。阿依古丽·塔西等[6]采用超临界CO2萃取技术提取新疆红辣椒中的辣椒碱，当采用无水乙醇用作携带剂，料液比为1∶2，萃取温度45℃，压力12 MPa时，萃取40 min，辣椒碱的萃取率最高，为5.0 mg/g。

2.2 化学合成

化学合成法因操作方便、工艺简单、价格低廉等原因成为了辣椒碱生产的主要途径之一。陈思浩[7]等以香兰素和和正-壬酸为起始原料，经卤素置换反应、胺化还原反应、N-酰化反应等多步反应得到了辣椒碱。杨艳[8]等通过改进工艺，不使用剧毒的冠醚作催化剂，直接以6-溴己酸乙酯为起始原料，经6步反应得到目标产物辣椒碱，该试验以碳酸钾代替叔丁醇钾作碱催化，操作简单，收率高达56%。袁余斌[9]等采用香草醛为原料，通过盐酸羟胺肟化、铝-镍合金/氢氧化钠还原、酸化等步骤得到产物香草胺盐酸盐，产物再与正壬酰氯在碱性条件下进行反应，得到的粗产物经酸-碱法纯化后即得较纯的辣椒碱，总收率为48.5%。李艳[10]等以6-溴己酸和香草醛为原料，经wittig反应、卤素交换反应、胺化还原反应及N-酰化反应等4步制备得到辣椒碱，该试验减少了辣椒碱的合成步骤，使其合成更加方便。

2.3 生物合成

许多研究表明，辣椒碱主要是在辣椒果实胎座细胞的液泡中经一系列酶促反应而合成的。贾洪锋[11]等报道了利用细胞悬浮、固定培养技术，将原茶儿醛和咖啡酸经生物转化成辣椒碱；或通过将辣椒细胞包埋固定，悬浮培养后得到辣椒碱。高蓝[12]报道了辣椒碱合成酶CYS及其基因cys1的相关研究，并指出该酶是辣椒碱生物合成的关键酶。

2.4 其他

除了以上几种方法，罗仓学[13]等还利用纤维素酶(16 568 U/g)对辣椒碱进行了提取，试验发现当酶解液的初始pH为5.2，酶加入量为7.0 mg/g，酶解温度为40℃时，酶解3 h，辣椒碱产量最高，为3.1 mg/g。

3 辣椒碱在农业领域的应用

3.1 作农药

3.1.1 作杀虫剂。近年来，癌症的发病率越来越高，且日趋年轻化，这在很大程度上与食用受污染蔬菜、水果有关。而中国自古以来就是农业大国，每年需要施用大量的农药。随着我国农药工业的发展，早期使用的许多毒性强、易残留的农药逐渐被市场淘汰。植物性农药因其具有杀虫能力强、对人体无害、对环境伤害小、健康环保等优点逐渐成为了国内外备受关注的第3代农药的药源。辣椒碱作为天然植物农药的主成分及增效剂而被广泛用于农药的制造。有报道表明以辣椒碱为活性成分的农药可用于蚜虫、菜青虫、小菜蛾、银纹夜蛾、叶蝉、蓟马、粉虱、线虫等害虫的防治[14]。李瑞昌[15]等用5种常用杀虫剂对小菜蛾、菜蚜进行了药效试验，结果表明辣椒碱盐·碱微乳剂对两者有较好的防治效果。在小菜蛾和菜蚜的发生期用9%辣椒碱盐·碱微乳剂2 000～3 000倍液，防效可达90%以上，持效期对小菜蛾7 d以上，菜蚜14 d以上，是防治小菜蛾和菜蚜较为理想的药剂。李慕春[16]等的研究表明，用5%辣椒碱-茶皂素微乳剂对棉蚜进行防治具有速效性和持效性等优点，且二者合用具有增效作用，最高防效为57.4%。陈学文[17]研究了辣椒碱对枸杞蚜虫的杀虫活性，试验结果表明，当辣椒碱浓度为62.5 mg/L时，试虫全部死亡，说明辣椒碱具有良好的防除枸杞蚜虫的作用，可代替有机磷、除虫菊酯等化学农药。

3.1.2 作抑菌剂。辣椒碱不仅可以杀灭田间有害昆虫，对许多农田病原菌也有抑制其生长的作用。李芳[18]等采用5%辣椒碱-茶皂素微乳剂对棉花枯萎病菌进行了处理，处理后的棉花枯萎病菌菌丝短而分枝少，菌丝形成隔膜较早，老化快，细胞壁变薄，说明5%辣椒碱-茶皂素微乳剂对棉花枯萎病菌有抑制作用。郭丽[19]等研究表明辣椒碱具有较强的广谱抗菌活性，其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、对啤酒酵母菌、葡萄酒酵母菌、霉菌类皆有抑制作用。

3.1.3 作驱避剂。鼠类不仅会对农田造成巨大损坏，还会传播疾病，危害人类的生命健康，以辣椒碱作为趋避剂可减少鼠类对农田的损害。陈渠玲[20]等研究发现，实仓使用0.2%的辣椒碱对害鼠防护期超过349 d，辣椒碱对害鼠具有良好的趋避作用。还有报道表明，辣椒碱能有效驱避鸟类、兔子、打地鼠、松鼠、鹿、熊等野生动物，不仅对农田具有保护作用，而且趋避能力强效、持久，对野生动物的伤害性也较小[14]。

3.2 作饲料添加剂

人类食用辣椒的历史已有数千年，辣椒自明朝传入我国以来，一直是许多地区备受人们喜爱的蔬菜和调味品。自三聚氰胺事件以来，许多人对饲料添加剂都谈虎色变。但是，将辣椒碱这种辣椒的天然提取物添加到禽畜类的饲料中，不仅可以达到增加禽畜体重、提高其抗病能力、改善肉质质量等目的，而且无毒无害、环保健康。徐永平[21]报道了辣椒碱不仅可以提高鸡抵抗肠道沙门氏菌侵入的能力，还可增加蛋黄及类胡萝卜素在蛋黄中的沉积和改善鸡肉味道。钟金凤[22]等还报道了辣椒碱作为饲料添加剂不仅起到了增加鸡、猪、牛、鱼、獭兔体重作用，增强了动物抗病能力，减少热应激作用，还提高了饲料利用率，并能有效防止饲料霉变，是一种较好的纯天然饲料添加剂。

4 展望

我国作为全球最大的辣椒生产国，首先对辣椒碱的生产拥有充足的原料来源保障。其次，随着我国化工行业技术的飞速发展，提取和合成辣椒碱的方法及工艺也越来越简单化、多样化，辣椒碱纯品也越来越价廉易得。在我国安全、高效、经济的农药产品已成为备受市场青睐的主流产品，绿色环保亦是农药行业发展的要求。随着人们生活水平及环境意识的提高，绿色农药和健康饲料添加剂将成为市场的新宠。辣椒碱这类天然安全的植物提取物在未来中国的农业市场具有极为广阔的发展空间。

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