胡椒功能食品的开发和功能性评价.doc

胡椒的开发和功能性评价李意颖（北京市北京林业大学生物科学与技术学院食品科学与工程系）摘要：胡椒既是传统的香辛料，也是重要的医药原料，本文主要介绍胡椒的活性成分胡椒碱及其药理作用、胡椒的安全性评价和胡椒功能性食品开发的程序。关键词：胡椒；胡椒碱；药理作用；开发；安全性评价The exploit of pepper and the function evaluationAbstract: the pepper is not only one kind of traditional spices, but also is the important pharmaceutical raw material, this essay mainly introduces the peppers active ingredientpiperine and its pharmaceutical function, the safety evaluation of the pepper and its functional food exploit program.Key words:pepeer;piperine; pharmaceutical function; exploit program; the safety evaluation1、对胡椒的认识11胡椒又名浮椒、玉椒，是胡椒科( Piperaceae) 、胡椒属( Piper)常绿热带多年生藤本植物，一般植后23年即可开花结果，经济寿命达20年左右，果实球形。胡椒分黑、白两种，其实黑胡椒与白胡椒是同种果实，只是黑胡椒是未成熟果实，为没有经过加工去皮的产品。胡椒原产于印度的热带雨林，早在2000年前已开始栽培，现已遍布亚、非、拉三大洲近20个国家。主要生产国为印度、印度，尼西亚、巴西和马来西亚。我国最早引种胡椒是1947年，现已遍及海南、广东、广西、云南、福建五省。到2005年为止，我国胡椒种植面积达到35.4万亩，年产胡椒约3.5万吨，位居世界第六。胡椒是重要的热带香辛植物，其果实可用作调味剂、防腐剂、健胃剂、解热剂、利尿剂和支气管粘膜刺激剂等，具有抗癫痫，镇静，抗炎，保肝，抗菌杀虫，抗癌多方面的用途，且种植规模、产量和价值均居所有香料之首，故被称之为“香料之王”和“乌（黑）金”成分分析得出：每100克胡椒中含热量1492.3千焦、蛋白质9.6克、脂肪2.2克、食物纤维2.3克、糖类74.6、维生素A10微克、烟酸1.23毫克、磷172毫克、硒7.64微克。2、胡椒开发的基本特征和要求2.1 胡椒的主要成分1目前最常用也是最有效的胡椒有效成分的分析方法是气相色谱-质谱联用技术。据测定，胡椒果实主要化学成分包括：生物碱（主要是吡咯烷类酰胺生物碱）、挥发油、有机酸、木脂素、酚类化合物和微量元素等。其中生物碱主要包括：胡椒碱、胡椒油碱A、胡椒油碱B、胡椒油碱C、胡椒林碱、胡椒新碱、胡椒油酸A等，其中含量最大且活性最高的是胡椒碱。有机酸主要包括：葵酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、罂酸、油酸、亚油酸、斑鸠菊酸、锦葵酸、苹婆酸等。微量元素主要包括：Ca、Cu、Mn、Fe、Zn、Pb、Cd 等。胡椒挥发油成分主要是一些不同结构的单萜类化合物、单萜类氧化物和倍半萜类化合物共约50种，其中含量较多的是：蒈烯、柠檬烯、可巴烯和石竹烯，在这些成分中石竹烯、3-蒈烯、-水芹烯、胡椒烯、-榄香烯、1-甲氧基-4-（2-丙烯基）苯、-蒎烯、-葎草烯、-荜澄茄烯等是胡椒的主要风味成分。2.2胡椒碱的药理作用2.2.1 抗肿瘤作用5针对胡椒碱抗肿瘤作用的报道较多,研究表明胡椒碱能抑制肿瘤细胞的增殖，控制肿瘤的生长，还有抗肿瘤转移的作用，以延长患者的存活期。胡椒碱可抑制B16F-10黑色素瘤诱导的肺转移, 明显减少肿瘤的形成，延长荷瘤小鼠存活期, 提示胡椒碱有抗肿瘤转移的作用。在小鼠喂养试验中，10mg/dose 胡椒碱明显抑制DLA细胞种植小鼠体内实体瘤的生长，并使EAC肿瘤小鼠的存活率由37.3%延长到58.8%，同时也明显增加小鼠外周血白细胞和骨髓细胞。另外最近研究发现胡椒碱能够抑制苯诱导的肺癌，实验结果表明口服胡椒碱可以明显降低苯并芘诱导的肺癌小鼠体内脂质过氧化水平、蛋白羰基、核苷酸的含量以及多胺合成, 其抑制作用机制是保护蛋白的损伤以及抑制细胞增殖2.2.2 抗氧化作用9自由基损伤和脂质过氧化作用已经被证明是动脉粥样硬化、癌症、肝病和衰老过程的主要原因。胡椒碱可抑制肠粘膜上致癌物质诱导的过氧化产物,增加谷胱甘肽( GSH)和NaKATP 酶的活性,研究者认为胡椒碱的抗氧化机制是通过抑制脂质过氧化作用,间接增加GSH的合成和传导来调节氧化改变的。在摄入高脂饮食诱导的氧化应激大鼠模型上，给予黑胡椒和胡椒碱后，可维持超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和GSH等接近于正常组的水平。体外试验表明胡椒碱在低浓度时是自由基清除剂,但在高浓度时能使羟基增加，当其MIC50 为1.82mmol/L时,是一种作用很强的超氧化物清除剂。在PC12细胞模型上，胡椒碱能明显降低MPP诱导的核损伤、线粒体膜通透性改变、活性氧形成以及GSH的耗竭，且其作用有剂量依赖性。2.2.3 抗抑郁作用在抗抑郁模型小鼠悬尾实验中显示6,胡椒碱可减少小鼠不动时间，且与剂量相关，其作用强度与氟西汀的强度相当，在敞箱评价试验的垂直、水平评分中, 动物步行未受影响，这些结果表明胡椒碱有强的抗抑郁特性，其抗抑郁作用的机制主要有两条，一条是通过抑制MAO活性所介导，另一条是调节下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）,所有的结果都提示胡椒碱是一种很有前景的治疗抑郁症的候选药物。单胺氧化酶（MAO）是可使儿茶胺类神经递质失活的酶，在大鼠脑线粒体内评价了包括胡椒碱在内的七种生物碱抑制单胺氧化酶A和单胺氧化酶B活性的研究中,胡椒碱表现出了很好的非选择性抑制作用,抑制MAO A和B的IC50分别为49.3mmol/L 和91.3mmol/L,且具有剂量依赖性。HPA 轴在抑郁症的发病机制中发挥重要作用7。HPA自身具有分泌激素的功能,在慢性应激过程中,HPA 轴涉及的激素主要有促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、促肾上腺皮质激素(ACTH) 和皮质酮(CORT)三种激素。CRH是由下丘脑神经元合成，能刺激垂体促肾上腺皮质细胞前阿黑皮素原基因的表达和促肾上腺皮质激素及其相关肽的合成与释放。而ACTH是由垂体前叶细胞分泌,其合成和分泌受下丘脑CRH、肾上腺皮质激素以及加压素的调节,主要作用是促进肾上腺皮质增生,合成和分泌皮质类固醇,同时也促进肾上腺素、生长激素合成。CORT 是由肾上腺皮质分泌的一种糖皮质激素,对糖、脂肪和蛋白质的代谢有重要影响。这3种激素紧密相连,互相协调反馈组成HPA 轴的关键信息传递使者,正是由于HPA轴的亢进造成了抑郁的发生。抑郁症病人血液、脑脊液及代谢产物中的CRH浓度高于正常人,CRH神经元数量及CRH mRNA 表达均明显增高;皮质醇(动物表现为CORT)分泌过多且昼夜节律发生改变;糖皮质激素受体(GR) 数量和功能下调,对ACTH 产物即皮质醇的敏感性降低,这都是抑郁病人HPA 轴活化的主要特征。胡园等的研究也证实了慢性应激抑郁模型大鼠血浆ACTH、CORT 及CRH 浓度的明显升高,造成了抑郁的状态，研究显示,不同剂量胡椒碱虽然不能改变慢性应激大鼠血清中CORT 含量,但可以明显降低CRH、ACTH 激素的含量，在实验过程中20mg/ kg胡椒碱在糖水消耗量实验中显现出较好的结果,而5mg/kg胡椒碱在拮抗HPA轴上游下丘脑和垂体功能亢进中显示出较好的结果,这两种效果的不同可能是由于不同剂量胡椒碱对HPA 轴的正负反馈调节程度不同造成。2.2.4提高药物和营养物质的生物利用度饮食中某些成分可影响药物代谢和转运而改变药物在体内的分布,胡椒碱抑制啮齿动物的药物代谢酶,增加人体内某些药物( 包括P-糖蛋白底物苯妥英钠和利福平)的血药浓度,在Caco-2细胞上可抑制地高辛和环孢素A的转运；胡椒碱抑制药物转运蛋白P-糖蛋白和药物代谢酶CYP3A4，这两种蛋白主要在肠上皮细胞和肝细胞表达,是许多药物首过消除的部位,因此, 食物中的胡椒碱会影响P-糖蛋白和CYP3A4底物的血药浓度, 特别是口服这些药物时应注意。通过动物和人体研究显示,姜黄素和胡椒碱同时服用, 能显著增加姜黄素的吸收和生物利用度。胡椒碱可提高胡萝卜素、辅酶素Q10的血清浓度,同时也能提高VitB6、VitC 的吸收。如表2所示。胡椒碱提高生物利用度的机制不明确, 推测的可能机制：81) 增加膜流动性及改变酶动力学Kha juria等以芘为荧光探针研究了胡椒碱对雄性大鼠小肠脂质膜流动性的影响,结果表明,胡椒碱可通过改变膜动力学、膜通透性以及诱导与细胞骨架功能相关的蛋白质的合成, 使小肠粘膜吸收面增加, 物吸收增加。这是由于胡椒碱结构非极性部位与蛋白类脂部分和疏水部分的相互作用,减少了膜脂作为酶蛋白的支撑,进而改变了酶的构象。另外,亮氨酸氨肽酶和甘氨酰甘氨酸二肽酶是小肠刷状缘膜上非常重要的水解酶,其活性主要依赖于与脂质膜微环境之间的相互作用,胡椒碱能够提高2种酶的催化活性, 增加脂质膜的流动性。2) 抑制药物代谢酶Atal等从代谢酶出发,研究了体内外胡椒碱提高药物生物利用度的生化机制。结果显示, 胡椒碱对各种单氧化酶的抑制作用没有选择性,低剂量的胡椒碱对大鼠肝脏芳香基羟化酶(AHH)、UDP-葡糖醛酸基转移酶等具有强效抑制作用。胡椒碱对大鼠体内AHH的强抑制作用从1h持续到6h，并且是可逆的，6 h酶活性即恢复正常。Joshua等研究发现,胡椒碱可以通过抑制表没食子儿茶素( EGCG )在小鼠小肠而不是肝脏的葡糖醛酸苷化作用以及减缓其在肠道的排泄来增加EGCG 的生物利用度。3) 作用于P -糖蛋白Rajinder等报道, 胡椒碱能够剂量依赖性的降低P-糖蛋白底物地高辛和环孢素在Caco- 2细胞中的转运, 使2者从基底到绒毛面的转运减少。Han等 26 研究发现, 胡椒碱在10 100umol/L能够剂量依赖性的抑制P-糖蛋介导的3H-地高辛从L-MDR1和Caco-2细胞膜的外排。而与Caco-2细胞长时间共同孵育( 48h和72h)后, P-糖蛋白和MDR1的表达上调,活性增加。连续14天给大鼠口服胡椒碱( 112ug/kg/d),小肠P-糖蛋白的表达提高；而肝脏P-糖蛋白水平降低；肾脏P-糖蛋白表达不变。这表明胡椒碱对P-糖蛋白的表达影响具有组织特异性。4) 调节胃肠液分泌Ononiwu等以大白鼠为研究对象发现, 胡椒碱在20142mg/kg对胃酸分泌具有剂量依赖性刺激作用。与对照组相比,胡椒碱20、142 mg/kg使胃酸分泌分别增加22.2% 和334.6% 。此作用强度低于组胺约40倍,可被西咪替丁对抗；但不被同剂量的阿托品拮抗。5) 延缓胃排空Bajad等报道,胡椒碱对大鼠胃排空及小鼠胃肠运动具有时间和剂量依赖性的抑制作用, 连续给药或单剂量给药,该抑制效应没有明显差异。胡椒碱对大鼠体内液质胃内容物的胃排空抑制效应在0.75 h发挥最大作用；而固体物在0h达最大抑制效应。胃肠近端段的强收缩作用,控制着液质胃内容物排空；而固体内容物的排空主要依赖于肠腔蠕动活性,低剂量胡椒碱( 13 mg/kg)主要通过后一种机制发挥制效应,而较高剂量胡椒碱(4和16mg/kg)则2种机制兼有。胡椒碱的这种延缓胃排空作用与其生物利用度增强活性密切相关,可以使药物在胃肠停留时间延长, 胃肠道吸收面的接触时间增加,吸收提高。6) 增加胆汁分泌连续4周给大鼠灌胃含胡椒饮食(黑胡椒0.2%及0.4%)增加了大鼠胆汁的分泌量,其中黑胡椒低剂量组刺激分泌作用持久；高剂量组对胆汁分泌的刺激作用更明显。胆汁中的胆酸盐具有表面活性作用,可增加难溶性药物的溶解度,促进吸收。2.2.5 其他作用胡椒碱还具有镇静安神,温中敞寒,开胃下气,消痰,调五脏,壮肾气,减肥、美容、解毒等独特功效,用于胃寒呕吐,腹痛泄泻,食欲不振,癫痫痰多,并对肋腺火,疮肿,毒蛇咬伤等有疗效。3、胡椒(碱)的食用安全性研究3胡椒为著名的多年生热带香辛作物,长期以来就是人们食用的香辛料调味品。其中黑胡椒油树脂/黑胡椒油提取物、白胡椒油和白胡椒油树脂于2003年被中华人民共和国卫生部批准为食品添加剂( FEMA:2846、2851、2852 )(卫生部公告2003年第4号)；胡椒碱也于2004年被中华人民共和国卫生部批准为食品添加剂( FEMA:2909)(卫生部公告2004年第6号)。所以,胡椒及其主效成分胡椒碱和胡椒油树脂无任何毒副作用,可以作为加工保健/功能(效)食品的原料4、胡椒的开发程序4.1 我国胡椒开发现状4我国加工生产的胡椒产品主要还是初级产品，如海南尊鳌科技开发有限公司开发的产品有优质黑胡椒粒和白胡椒粒、优质黑胡椒粉和白胡椒粉，附加值较低。近年来我国对胡椒油和胡椒碱等深加工产品的提取技术研究较多，但这些技术大多停留在实验室水平上。虽也有少数几家公司开发了胡椒碱、胡椒油树脂、胡椒油、胡椒调味油、胡椒糖、胡椒香精、胡椒系列功能（效）食品等产品，但是尚未进行产业化生产。因此，在我国市面上很少见到胡椒碱、胡椒油、胡椒油树脂、胡椒胶囊、胡椒系列功能（效）食品等精深加工产品。4.2 胡椒碱提取工艺10胡椒碱的提取技术近年来研究较多，主要包括：（1）有机溶剂浸提法：常用于提取胡椒碱的有机溶剂为乙醇，侯文洁等用甲醇提取胡椒碱且有较高的提取率，刘文等以盐酸配制的酸水为溶剂提取胡椒碱；（2）超声波提取法：陈文学等用超声波提取胡椒碱的最佳试验条件为：原料粒度60目、乙醇浓度(体积分数)80%、提取温度70、提取时间为24h，乙醇用量为胡椒粉的30倍；（3）微波提取法：仝其根等用微波提取胡椒碱的最佳试验条件为：称取100g粉碎好的黑胡椒，在减压蒸馏后的黑胡椒粉中，加入600 mL的乙醇，使浓度达到75%，在微波加热下，微沸进行热回流提取，真空抽滤，滤液旋转蒸发回收乙醇，得到棕色黏稠性物质，用04的冷水50mL洗涤3次，在温度70下干燥8 h，产物即为粗胡椒碱；（4）超临界流体萃取(SFE)法：王立红等用超临界二氧化碳萃取胡椒碱的最佳试验条件为：温度60，压力30 MPa，选择甲醇和醋酸乙酯为夹带剂，用量1：0.5(W/V)，CO2流量5.6L/h，萃取时间2h。4.3 胡椒油的提取方法10目前胡椒油的提取方法主要有：（1）蒸馏-萃取法：侯冬岩等研究了蒸馏-萃取法提取白胡椒及黑胡椒根挥发油的方法，工业上生产胡椒油就是通过蒸汽蒸馏；（2）有机溶剂提取法，常用的溶剂有甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、正己烷、石油醚等，其操作方法为：将胡椒粒粉碎后，加10倍量的有机溶剂倒入三角瓶内，瓶口上接冷凝装置，于60的水浴锅中浸提6h，过滤，放入60的水浴锅中蒸发至干，冷却，得到胡椒油；（3）超临界CO2萃取法：童汉青等18用超临界CO2萃取胡椒碱的最佳试验条件为： 萃取压力20MPa，萃取温度45，解析温度65，胡椒粒度80目；（4）cyrogrinding：这是最近发展的一项新技术，其创新点是将液态氮注入碾磨区域，通过控制液态氮的流速来调节合适的温度使整个碾磨过程在低温下进行，以减少胡椒挥发油的损失，经过这种技术处理的胡椒挥发性油与香味损失最小，尽可能地保持其原有风味。4.4 胡椒油树脂的提取方法10胡椒油树脂包含胡椒总的辛辣刺激与芳香成分，在市场上通常作为香料滴。提取胡椒油树脂的方法包括：（1）有机溶剂浸提法：这种方法是从胡椒中提取胡椒油树脂的传统方法，用有机溶剂浸泡提取，然后回收有机溶剂，其常用的有机溶剂有丙酮、乙醇、乙酸乙酯或乙烯二氯化合物；（2）超声波提取法：用有机溶剂提取，萃取时间长，消耗有机溶剂多，李平月等和方杰等在浸提过程中用超声波辅助法，大大缩短了浸提时间和减少了萃取剂的使用成本。李平月等得出最佳提取工艺：超声功率50%、超声浸提时间50 min、乙醇萃取浓度75%、固液比为1：35、浸提温度70；（3）微波提取法：周叶燕等提出用动态微波法提取胡椒油树脂的最佳提取工艺：以95%乙醇为溶剂微波功率2400 W，物料流量52L/h，总固液比17，提取3次，黑胡椒油树脂的提取率达12.69%。4.5 胡椒油微胶囊技术10胡椒油微胶囊是最新开发的产品，针对胡椒芳香成分对光、热和氧较敏感，易分解难保存等系列问题，采用了微胶囊包装保存技术。基本原理是利用喷雾干燥、凝聚、聚合等方法将胡椒油装入到固态立体的胶囊中。通常被用作胶囊壁材的物质包括物质胶、淀粉、糊精、蛋白质、纤维素脂等，目前已有一项CR2100 技术被用于胶囊化，这种技术可弥补加工过程中喷雾的不足。4.6 胡椒开发实例胡椒硬糖的工艺12工艺主要过程为：胡椒原料筛选干燥粉碎过筛胡椒微粉(胡椒碱或市售胡椒碱)化糖过滤真空熬制冷却加辅料调和成型筛选内包成品检验外包工艺要点：1、 化糖加入固形物30的水，倒入称量好的白糖，打开蒸汽进行化糖，待白糖全部化开并煮沸，气压控制在0.380.42MPa。温度控制在105110。注意点：温度的控制2、真空熬制 真空浓缩熔好的糖稀，气压控制