賈為華

(焦作師范高等專科學(xué)校，河南 焦作 454000)

辣椒(CapsicumannuumL.)，隸屬于茄科辣椒屬，為一年生或有限多年生草本植物，因其獨(dú)特的口感和辣味深受人們的喜愛[1]。辣椒不僅是不可或缺的蔬菜和佳肴調(diào)味品[2]，也具有一定的藥理作用，具有暖胃驅(qū)寒、促進(jìn)血液循環(huán)、健脾、助消化、降脂減肥等功能[3]。辣椒素(capsaicin，分子式C18H27NO3)，又名辣素、辣椒堿，是辣椒中主要的辛辣成分和重要的生物活性成分[4]。辣椒素是一種天然的食品添加劑、著色劑，是生活中常見的辣味調(diào)味料，如在辣味火鍋、辣味醬品、日用調(diào)味品、辣味油炸品等中較常見。辣椒素作為辣味調(diào)味劑不僅可以克服傳統(tǒng)的辣椒制品如辣椒粉、辣椒油、辣椒醬等辣味不足、易質(zhì)變、保存困難等缺點(diǎn)，而且具有使用方便、有效成分利用率高、易控和易保存等特點(diǎn)[5]。此外，辣椒素還具有較強(qiáng)的抑菌、殺菌特性，對(duì)食品中常見的細(xì)菌、酵母和霉菌等都具有一定的抑制作用，因此辣椒素也是潛在的天然無毒害的食品保鮮劑[6]。大量的研究表明，辣椒素在藥理上也具有廣泛的生物活性，例如消炎(anti-inflammatory)、抗癌(anti-cancer)、止痛(analgesic)、抗氧化(antioxidant)、抗肥胖(anti-obesity)和抗疲勞(anti-fatigue)等特征[7-10]。其中，辣椒素的抗疲勞特性及其作用機(jī)理一直備受廣大科研人員的關(guān)注。本文針對(duì)目前辣椒素的應(yīng)用及其抗疲勞機(jī)理進(jìn)行了闡述，旨在為辣椒素在食品和藥品領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的依據(jù)。

1 辣椒中辣椒素的提取與應(yīng)用

早在1876年，Thresh就分離提取了較高純度的辣椒素；辣椒素的化學(xué)成分是在1919年由Nelson確定的；隨后在1930年Spath和Darling完成了對(duì)辣椒素的人工合成。目前，天然的辛辣物質(zhì)是由一系列的辣椒素類物質(zhì)構(gòu)成的。辣椒素類物質(zhì)的主要成分為辣椒素(capsaicin)、二氫辣椒素(dihydrocapsaicin)、降二氫辣椒素(nordihydrocapsaicin)、高辣椒素(homocapsaicin)和高二氫辣椒素(Homodihydrocapsaicin)等，其中前二者的含量之和約占總體的90%。

圖1 辣椒素類物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)式Fig.1 Molecular structure of capsaicinoids

目前，辣椒素的提取方法主要是溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、酶提取法以及超臨界CO2萃取法，見表1。除了以上從辣椒中提取辣椒素的方法外，辣椒素的來源還有化學(xué)合成法以及生物細(xì)胞制取法等[24-27]。

表1 辣椒素各種提取方法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 The principles, advantages and disadvantages of capsaicin extraction methods

辣椒素在食品、保健品和醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛，可作為天然的食品加工劑、辣味調(diào)節(jié)劑以及防腐劑；藥理研究證明辣椒素不僅有助于抗炎、減肥、抗癌、降低膽固醇等，而且能降低餐后的胰島素含量，同時(shí)也能起到降糖、降脂的作用[28,29]；另有研究報(bào)道富含辣椒素的飲食可能具有降低阿爾茨海默癥(Alzheimer's disease，AD)相關(guān)的血液標(biāo)志物，并對(duì)認(rèn)知功能具有保護(hù)性作用[30]。

2 抗疲勞功能食品以及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

疲勞會(huì)影響人們的工作效率，降低運(yùn)動(dòng)競(jìng)技人員的水平等；當(dāng)疲勞現(xiàn)象發(fā)生后，如果不能及時(shí)地緩解、恢復(fù)，就會(huì)導(dǎo)致“過勞”現(xiàn)象，可能會(huì)使機(jī)體發(fā)生內(nèi)分泌紊亂、免疫力下降等。目前被大眾接受的疲勞產(chǎn)生機(jī)制從單一的能量耗竭、代謝產(chǎn)物堆積、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失調(diào)、機(jī)體突變等向多因素綜合影響發(fā)展[31]，見圖2。

圖2 疲勞產(chǎn)生的機(jī)制Fig.2 Mechanism resulting from fatigue

近年來，越來越多與抗疲勞相關(guān)的食品被研發(fā)和生產(chǎn)，如蘆丁、鹿茸、紅景天、瑪咖、海帶、人參以及一些食用菌(蛹蟲草、杏鮑菇等)等[32-36]。關(guān)于抗疲勞活性的檢驗(yàn)一般基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，劉源源等[37]詳細(xì)闡述了食品抗疲勞評(píng)價(jià)的生化指標(biāo)及來源，并為抗疲勞檢測(cè)提供了新思路。

3 辣椒素抗疲勞作用以及作用機(jī)理

3.1 辣椒素抗疲勞作用的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

有關(guān)抗疲勞的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基本上是在其力竭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，日本學(xué)者Kim等對(duì)小鼠進(jìn)行辣椒素灌胃處理后，發(fā)現(xiàn)小鼠的游泳能力比對(duì)照組顯著提高[38]。郭時(shí)印[39]在對(duì)辣椒素抗疲勞作用的研究中發(fā)現(xiàn)辣椒素雖不能明顯影響實(shí)驗(yàn)小鼠的體重，但是能明顯延長(zhǎng)小鼠的爬竿時(shí)間以及負(fù)重游泳時(shí)間，且影響的程度與辣椒素的灌喂劑量相關(guān)；6～15 mg/(kg·d)的辣椒素劑量灌胃小鼠的耐缺氧時(shí)間均顯著延長(zhǎng)(P<0.05)；與正常組相比，3～15 mg/(kg·d)辣椒素灌胃組小鼠運(yùn)動(dòng)后的肝糖原、肌糖原含量及血乳酸脫氫酶活力均顯著提高(P<0.05)，血液中的乳酸水平、血尿素氮水平均顯著降低(P<0.05)，亞硝酸鈉中毒存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)(P<0.05)。Hsu等按照0，205，410，1025 mg/(kg·d)的辣椒素劑量連續(xù)處理小鼠4周，結(jié)果表明高劑量辣椒素處理的小鼠前肢握力最大、力竭游泳時(shí)間最長(zhǎng)且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；小鼠15 min游泳運(yùn)動(dòng)后，辣椒素處理組小鼠的血清乳酸、氨、血尿素氮和肌酸激酶(CK)水平較對(duì)照組明顯降低，但葡萄糖的含量顯著上升，同時(shí)，辣椒素處理組還增加了肝糖原的含量。劉少華為探究辣椒素和運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠疲勞恢復(fù)后血清自由基代謝的影響，結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可提高小鼠的運(yùn)動(dòng)能力，并能延長(zhǎng)其疲勞時(shí)間；將辣椒素灌胃和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)合可顯著增加血清中谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)的活性(P<0.01)，從而增強(qiáng)機(jī)體清除自由基的能力。

3.2 辣椒素抗疲勞作用的機(jī)制研究

在運(yùn)動(dòng)過程中，有關(guān)的一些能源耗竭、自由基和脂質(zhì)過氧化、神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)機(jī)能紊亂是疲勞產(chǎn)生的主要原因。以下將從幾個(gè)方面闡述辣椒素抗疲勞的作用機(jī)制。

3.2.1 辣椒素抗疲勞機(jī)理——抗氧化作用

氧是維持生命必不可少的物質(zhì)，在由疲勞產(chǎn)生的生理反應(yīng)中很大程度上都與機(jī)體的供氧不足相關(guān)。當(dāng)機(jī)體劇烈運(yùn)動(dòng)后，能源和氧的需要量都會(huì)增加；當(dāng)氧供應(yīng)不足時(shí)，會(huì)促使肌肉進(jìn)行糖的無氧酵解，產(chǎn)生的ATP減少，乳酸增多；乳酸的增加又會(huì)間接地導(dǎo)致細(xì)胞酶活的降低，肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca2+的轉(zhuǎn)移以及肌鈣蛋白對(duì)Ca2+的結(jié)合能力下降，從而導(dǎo)致疲勞的產(chǎn)生。另一方面，供氧不足也會(huì)導(dǎo)致線粒體自由基的生成，間接導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化水平增高，降低線粒體的呼吸能力，導(dǎo)致肌肉疲勞。氧在神經(jīng)細(xì)胞中也占據(jù)重要的位置，氧氣不足會(huì)導(dǎo)致腦突觸傳遞功能受阻，致使腦內(nèi)多不飽和自由脂肪酸增加，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的嚴(yán)重受損和神經(jīng)疲勞的產(chǎn)生。

血清丙二醛(MDA)作為脂質(zhì)過氧化的中間產(chǎn)物，是反映脂質(zhì)過氧化和脂質(zhì)損傷程度的一個(gè)重要生化指標(biāo)，其MDA含量的增加表示機(jī)體處于疲勞狀態(tài)；超氧化物歧化酶(SOD)是抗氧化酶，能抵御機(jī)體內(nèi)的氧自由基；GSH-Px是重要的抗氧化劑，可以清除過氧化氫自由基和過氧化代謝產(chǎn)物，從而能增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，SOD和GSH-Px的活性越強(qiáng)表明機(jī)體內(nèi)清除自由基的能力越強(qiáng)。

3.1的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在運(yùn)動(dòng)后，與對(duì)照組小鼠相比，辣椒素處理小鼠組的肝組織SOD和GSH-Px活性均顯著升高，而肝臟中脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的MDA水平以及血漿中CK水平均顯著降低。由此表明辣椒素可通過增強(qiáng)小鼠的抗氧化酶活性，增加清除氧化自由基的強(qiáng)度，從而減少運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的疲勞。

3.2.2 辣椒素抗疲勞機(jī)理——能量代謝

大量運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體能源物質(zhì)的過度消耗，如肌糖原、肝糖原、三磷酸腺苷(ATP)等，同時(shí)血糖也會(huì)降低，引發(fā)疲勞。在正常情況下，機(jī)體內(nèi)糖的分解與合成處于平衡狀態(tài)，而長(zhǎng)時(shí)間或劇烈運(yùn)動(dòng)后，使得機(jī)體內(nèi)的糖大量地被消耗，血糖濃度降低，從而影響腦細(xì)胞的能量供應(yīng)，造成身體疲勞；此類疲勞癥狀可通過及時(shí)補(bǔ)充糖類物質(zhì)緩解。糖原是機(jī)體內(nèi)能源的儲(chǔ)備物質(zhì)，體內(nèi)糖原的存儲(chǔ)可與運(yùn)動(dòng)耐力呈正相關(guān)，因此可將肝糖原和肌糖原的存儲(chǔ)量作為機(jī)體抗疲勞的一項(xiàng)指標(biāo)。

3.1的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在運(yùn)動(dòng)后，與各對(duì)照組小鼠相比，經(jīng)辣椒素處理的小鼠的血糖水平、肝糖原、肌糖原含量均明顯升高，且具有統(tǒng)計(jì)意義(P<0.05或P<0.01)。表明辣椒素可通過增強(qiáng)脂肪的代謝、減少血糖的消耗來抵抗疲勞[40,41]。

3.2.3 辣椒素抗疲勞機(jī)理——中樞系統(tǒng)

抑制性遞質(zhì)5-羥色胺(5-HT)作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的可能性遞質(zhì)。Bailey等[42]通過藥物研究5-HT與中樞疲勞間的關(guān)系，結(jié)果表明服用能引起腦內(nèi)5-HT升高的藥物，大鼠力竭運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大大縮短，且與處理的劑量呈正相關(guān)關(guān)系，由此表明腦內(nèi)5-HT含量的增加，可導(dǎo)致中樞產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象。作為腦內(nèi)一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，多巴胺(DA)的代謝水平增加可抑制5-HT的合成與代謝，若腦內(nèi)5-HT/DA的比率升高，則會(huì)引起運(yùn)動(dòng)疲勞性。另外，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的氨釋放到血液中會(huì)產(chǎn)生氨毒害作用；氨也能間接地影響神經(jīng)遞質(zhì)的代謝，因此認(rèn)為氨也有可能導(dǎo)致中樞疲勞。

根據(jù)3.1的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，與空白睡眠剝奪組相比，不同濃度的辣椒素處理小鼠組下丘腦的腎上腺素、去甲腎上腺素及多巴胺(DA)含量均顯著升高，而下丘腦和海馬的抑制性遞質(zhì)5-HT和它的代謝物5-HIAA水平以及血NH3水平均顯著降低。表明辣椒素可減少中樞的5-HT和氨的生成，同時(shí)通過增加腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺的水平，調(diào)節(jié)中樞活動(dòng)，抵抗疲勞的產(chǎn)生。

4 小結(jié)

我國(guó)是辣椒生產(chǎn)和消耗的大國(guó)，為增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使產(chǎn)品向高附加值方向發(fā)展，這就要求在辣椒的深加工和精加工上不斷創(chuàng)新。辣椒素作為辣椒的主要辣味和活性成分，在食品、保健品和藥品領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展前景。辣椒素不僅能抗炎、抗癌、止痛和抗肥胖等，而且能夠提高運(yùn)動(dòng)耐力，提高機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力以及抗疲勞。目前關(guān)于辣椒素抗疲勞作用的報(bào)道并不多見，其抗疲勞作用和機(jī)理仍需細(xì)致深入和系統(tǒng)化的研究。