辣椒素（Capsaicine），别名辣椒碱、辣椒辣素，约占辣椒素类物质的70%，是辣味的主要决定因素。化学结构名称为反式，反式－己二烯二酸8-甲基-N-香草基-6-壬烯酰胺，分子式为C₁₈H₂₇NO₃，是一种香草基胺衍生物。
辣椒素纯品通常条件下为白色晶体，在水中形成白色片状结晶，在石油醚中结晶为鳞片状结晶。辣椒素的热稳定性高，熔点为65℃，沸点为210-220℃。易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、三氯甲烷、油脂等有机溶剂，微溶于二硫化碳，也可溶于碱性水溶液，几乎不溶于冷水，在高温下会产生刺激性气体。
辣椒素对包括人类在内的哺乳动物都有刺激性并可在皮肤中产生灼烧感。辣椒素和与其相关一些的化合物并称为辣椒素类化合物（英语：Capsaicinoids），它们可能是辣椒为阻止草食动物啃食和真菌寄生而产生的次级代谢产物。一般鸟类都对辣椒素类物质不敏感。辣椒素会引起皮肤刺痛，如果大量摄入，会引起恶心、呕吐、腹痛和灼烧性腹泻，眼睛接触会产生剧烈的撕裂、疼痛、结膜炎和睑痉挛，刺激黏膜、可引致严重胃炎及腹泻等。
辣椒素关于其活性成分的化学研究始于19世纪初，1816年，Bucholtz首次在辣椒化合物溶液中成功提取；1846年，Thresh将其命名为Capsaicin，并将其以结晶形式分离出来；Darling和Späth在1930年建立了将辣椒素合成为具有疏水/亲脂性质的化学方法。辣椒素通常应用于食品工业、饲料工业、医药保健品、农业等领域。
发现历史
辣椒素活性成分的化学研究始于19世纪初，1816年Bucholtz等首次利用有机溶剂将辛辣物质从辣椒果实中分离出来。1876年Thresh等获得了辣椒素晶体，并命名为辣椒素（Capsaicin）。德国药物学家鲁道夫·布克海姆和匈牙利医生Endre Hőgyes分别在1873年和1878年发现辣椒油（也就是部分纯化的辣椒素）与黏膜接触时能引起灼烧感并增加胃酸分泌。直到1898年才由Karl Micko首次分离出纯净的辣椒素。辣椒素化学成分的确定是在1919年由E.K.Nelson首次完成的，他也部分确认了辣椒素的分子结构。
1930年SpathE和DarlingFS第一次合成了当时世界上最辣的混合物。辣椒素是一种含香草酰胺的生物碱，纯辣椒素亲水，呈无色结晶或蜡质，熔点65℃，沸点210～220℃，易溶于乙醇、乙醚，微溶于二硫化碳，呈弱酸性，高温下产生刺激性蒸汽。20世纪50年代，Jancso提出辣椒素通过作用于痛觉纤维的受体蛋白，参与激活并刺激感知痛觉神经元的传导活动，认为辣椒素可激活非特异性离子通道，从而产生生物学活性。后继研究发现除辣椒素外，辣椒中还有少量辣椒素同类物质，1961年KosugeS和InagakiY提出了辣椒素类物质（Capsaicinoids）的概念。截至2019年，已发现了23种辣椒素类物质，化学结构通式为H3CO（HO）-C6H3-C2H2-NhCO-R，不同物质之间的差异表现在R基团不同。
结构组成
辣椒素是茄科植物辣椒果实中的主要呈辣物质。天然辣椒素是由一系列酞胺类化合物所组成，各化合物的结构和性质极其相似，它们被统称为辣椒素类物质。其中有五种组成物质的含量之和接近，它们的名称、含量、分子式和结构式如下：
辣椒素类物质化学结构通式为H3CO（HO）-C6H3-C2H2-NH-CO-R，不同物质之间的差异表现在R基团不同。已命名的辣椒素类物质有辣椒素（Capsaicin）、二氢辣椒素（Dihydrocapsaicin）、降二氢辣椒素（Nordihydrocapsaicin）、高辣素（Homocapsaicin）、高二氢辣椒素（Homodihydrocapsaicin）、辛酸香草酸胺（Octanoylvanillylamide）、壬酸香草基胺（Nonanoylvanillylamide）、癸酸香草肽胺（Decanoylvanillylamide）、辣椒素酯（Capsiate）、二氢辣椒素酯（Dihydrocapsiate）和降二氢辣椒素酯（Nordihydrocapsiate）等。
辣椒素的结构主要分为3个部分，分别为头部、颈部、尾部；其中头部为芳香环，颈部为酰胺键，尾部为疏水性侧链。芳香环上的取代基和酰胺键上的H+是体现辣椒辣度的关键结构，而疏水性侧链则是辣椒素能够激活痛觉神经的必需结构。
理化性质
辣椒素是一种极度辛辣的香草酞胺类生物碱。其化学结构名称为反式，反式－己二烯二酸8-甲基-N-香草基-6-壬烯基酰胺，分子式为C₁₈H₂₇NO₃，辣椒素纯品通常条件下为白色晶体，在水中形成白色片状结晶，在石油醚中结晶为鳞片状结晶。辣椒素的热稳定性高，熔点为65℃，沸点为210-220℃。易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、三氯甲烷、油脂等有机溶剂，微溶于二硫化碳，也可溶于碱性水溶液，几乎不溶于冷水，在高温下会产生刺激性气体。辣椒素属于酞胺类化合物，在碱溶液中酞胺键会少量水解，水解为香草基胺和癸烯酸。辣椒素因其具有酚经基而呈弱酸性，可以与斐林试剂发生呈色反应。由于辣椒素分子中氮以酞胺形式存在，碱性几乎消失，不能与酸结合发生反应。
作用机制
辣椒素是辣椒中的一种成分，它不溶于水，易溶于有机溶剂，亲脂性强，能与神经纤维紧密结合。辣椒素的研究多集中在神经生理、药理学及组化电镜等方面，它的作用机制多从亚细胞水平方面来进行推论，包括辣椒素的受体、兴奋作用、阻滞作用、神经破坏作用等方面。
辣椒素受体
辣椒素不同于一般化学刺激物，它选择性作用于初级传入C纤维，对有髓纤维影响小，而对运动纤维几无影响。辣椒素对传导机械热受体C纤维的兴奋作用最强，而对含机械-冷受体C纤维的作用最差，对Aδ纤维的兴奋作用呈剂量相关性。辣椒素的兴奋作用可以被辣椒素䓬平，也可被离子通道拮抗剂钌红所阻断。因辣椒素的类似物(如resiniferatoxinNE19550)同样具有辣椒素样的兴奋作用和抑制作用，因此人们推测辣椒素是通过一种特殊受体起作用的，而且与钙通道的活性有关，是一种钙通道相关受体，但这种通道不被双氢吡啶等传统的钙通道阻滞剂所阻断。
辣椒素的兴奋作用
将辣椒素外敷于周围神经或神经节，甚至皮肤上，会出现明显的兴奋作用，并呈剂量相关性地释放P物质、CGRP(降钙素基因相关肽)等神经肽样神经递质。P物质已被确认为初级传人神经元的神经递质，因而可刺激上级神经元向上传递痛觉；P物质从神经纤维的外周端释放，可扩张血管，加速血流，导致皮肤潮热。辣椒素刺激P物质释放的机制可能是：刺激神经轴突上的辣椒素受体，激活相关的钙通道，使Ca2+内流，轴浆内的Ca2+浓度增高可促使P物质的释放。同时也可能有cGMP、NO的参与。
辣椒素的阻滞作用
反复应用或大剂量应用辣椒素可使兴奋的神经纤维出现脱敏现象，产生阻滞效应，不但对辣椒素的刺激不反应，而且对其他伤害性刺激同样反应迟钝。有人认为此是由于辣椒素亲脂性强，持续性作用于神经纤维后耗竭P物质所致。但Gamse发现将外周神经纤维结扎后，靠近结扎点的P物质含量呈线性增加，而将辣椒素用于外周神经时出现的结果则与上述现象相似；同时人们发现Ca2+是轴浆转运所必须的，过多的Ca2+能使细胞内的微管解体。用秋水仙碱扰乱微管形态可以阻滞P物质的运输。所以认为辣椒素所致的痛觉传导障碍可能是轴浆内Ca2+浓度增高使微管解体，从而导致了P物质运输的延缓，近年来人们又发现，神经纤维对辣椒素的敏感性依赖于NGF的存在。另外，细胞内Ca2+增高可激活一种钙和钙调素依赖的细胞溶质酶-蛋白磷酸酯酶2B(也称钙神经碱)，从而增强了脱敏性，同时可能有其他蛋白的去磷酸化，如cAMP等。
辣椒素的神经破坏作用
局部或全身应用辣椒素均可能出现神经破坏作用，表现为C纤维神经元数量减少，C纤维丧失，P物质含量下降。早期人们怀疑与P物质的耗竭有关。但有人发现将辣椒素局部用于大白鼠的坐骨神经，1d之后就无法从坐骨神经上探测到，而坐骨神经内的P物质在很长时间内仍很低。辣椒素在肝脏内代谢，全身应用后的神经元数量减少不是由于辣椒素持续作用于C纤维耗竭P物质，而是其最初的神经作用引起的神经生化、代谢改变造成的。可能与渗透压及钙敏感蛋白有关。
生理作用
减轻疲劳
辣椒素可以与人体内对其敏感的受体结合，释放信号分子作用于特殊阳离子的运输通道，进而使特定的活性物质被释放出来，以达到减轻疲劳的作用。其作用途径主要包括：调节中枢神经系统的活动，进而调控多巴胺、盐酸肾上腺素以及去甲基肾上腺素含量的比值；减少能量代谢，降低细胞在长期运动过程中对氧气和糖原的消耗；通过提高抗氧化酶的活性来减少长期运动中肌肉的损伤。因此能够提高机体运动能力并具有抗疲劳的作用。
保护肠胃
胃炎是由于各种原因引起的胃黏膜炎症，对于消化系统有着严重的不良影响。研究表明，小剂量辣椒素的干预，可以修复胃黏膜的损伤，防止胃炎进一步恶化。同时，适量的辣椒素可有效防止阿司匹林损伤肠胃的副作用，促进药物被吸收利用。
应用领域
食品工业领域
辣椒富含人体所需的多种营养物质，辣椒不仅作为维C的蔬菜来源，辣椒果实中的辣椒碱类物质还是重要的调味剂和增色剂。辣椒红素是一种天然可食用色素，辣椒素可以改善预制菜食品的色泽，增强食欲。此外，在肉制品中添加辣椒水不仅可以调整其滋味、颜色、亮度，还可以起到一定的防腐作用。
饲料工业领域
辣椒素具有抗菌、降血脂等功效，能够改善家禽的生长性能，提高机体免疫力，促进肠道蠕动。有研究表明，添加有辣椒素和玉米油的鸡饲料能够显著增加肉鸡的体重。考查了辣椒素对兔子体内脂肪含量的影响研究显示，日粮中添加辣椒素可显著提高兔子的免疫参数和抗氧化活性。有研究发现，与对照组相比，含有辣椒素的饲料可显著减少肉鸡的死亡率和患炎症风险。综上所述，辣椒素可作为抗生素代替物，具有较高的研究价值和经济价值。
医药保健品领域
在临床医学上，辣椒素在肠道蠕动障碍、降血脂、抗炎症等方面起着重要的治疗作用。时铎瑞等人发现辣椒素在临床医学上对功能性便秘具有一定疗效，辣椒素在一定程度上可以缓解小鼠便秘带来的炎症。罗磊评估了辣椒素对大肠癌的治疗效果，结果表明辣椒素可以调整肠道菌群数、提高双歧杆菌的增殖，从而减少结肠癌的发生率。此外，辣椒素类物质还可以用于药品胶囊调色，对辣椒红素生物利用度的研究发现，其在体内代谢较快，生物利用度较高可达36%~40%。
农业领域
辣椒素在农业上的应用主要体现在辣椒素可直接作为植物源农药。辣椒素主要成分是辣椒碱，因其刺激性强的特点在杀虫脒、抑菌、趋避等方面有着良好的效果。吴影等人研究了辣椒素的抑菌圈范围，得出结论为辣椒素对7种菌株的抑菌作用依次为金黄色葡萄球菌\u003e枯草芽孢杆菌\u003e大肠杆菌\u003e啤酒酵母菌\u003e葡萄酒酵母\u003e黑曲霉\u003e青霉。除了杀虫和抑菌作用，辣椒素还具有驱避作用，杨卫东等人发现1%辣椒素对小鼠的趋避作用维持效果可以持续1周，该试验证明辣椒素对农村储粮害鼠起到趋避效果。
军事领域
辣椒素具有良好的催泪作用，利用辣椒素吸入后的强烈刺激性，可被制成催泪弹，且无毒副作用。因此，可在军事上用作制造催泪弹、催泪枪和防卫武器的主要原料，在美国日本及东南亚等国家都已得到广泛应用。辣素可引发人体强烈的生理反应，使人产生咳嗽。呕吐、流泪、迷失方向、产生红斑。因而被用于个人防身武器和制服违法者的工具。
其它领域
辣椒素可使身体释放更多的盐酸肾上腺素等，从而加速新陈代谢和自由脂肪酸的体内循环，进而消耗多余的脂肪。以辣椒素为原料制成的高档特种防腐涂料，可用于轮船外壳、木树、金属、塑料管等的表面涂层。在电线中加入辣椒素类化合物，可防止老鼠对电缆的危害，同时还可防止白蚁等昆虫的侵蚀等。
合成途径
辣椒素类物质都是由C8～C13支链脂肪酸和香草基胺通过辣椒素合成酶合成的酰胺化合物。L-苯丙氨酸经过系列酶催化，衍生香草基胺，参与该途径的关键酶有苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸水解酶（C4H）、对香豆酸水解酶（C3H）、咖啡酸转甲氧基酶（CoMT）、氨基转移酶（AMT）、β-酮脂酰-ACP合酶（Kas）等。缬氨酸经过系列酶催化，衍生8-甲基6-壬烯辅酶A的支链脂肪酸，参与该途径的关键酶有支链氨基酸转移酶（BCAT）、异戊酸脱氢酶（IVD）、酰基运载蛋白（ACL）、酰基-ACP-硫酯酶（FatA）、酰基CoA合成酶（ACS）。香草基胺和支链脂肪酸的8–甲基–6–癸烯酰CoA在辣椒素合成酶（CS）催化形成辣椒素。PAL和CS酶在辣椒素合成中具有重要作用，如牛角椒果肉和胎座中PAL、CS酶活性和基因表达量，其活性与辣椒素含量的积累呈极显著正相关性，辣椒素合成的第一关键限制酶为CS，其次为PAL。
许多学者系统总结了辣椒素类物质的生物合成代谢网络，Mazourek等在此基础上，对辣椒素生物合成途径建立了一个比较完整的模型（CapCycModel），参与辣椒素类物质的生物合成主要包括L-苯丙氨酸生物合成、香草基胺的合成、支链氨基酸合成和代谢以及支链脂肪酸的合成等4个方面。
提取方法
溶液萃取法
从天然辣椒中提取辣椒素类物质的方法大体上是根据其溶解性特点，用有机溶剂浸出、层析分离、并经有机溶剂低温下结晶而成。常用的方法有：乙醇浸出、氧化铝柱层析、乙醚结晶法；乙醇浸出、超载柱柱层析、重结晶法；己烷浸出、吸附柱层析、石油醚结晶法；甲醇浸出、矽胶层析、碘化钠乙醇重结晶法；氢氧化钠浸出、正乙烷萃取、离子交换法纯化。此类方法具有浸提能力大，易于大量生产，可实现辣椒素与辣椒红素综合开发的优点，但所提的辣椒素杂质含量较高，精制难度大，生产损耗大。
超临界流体（CO2）萃取法
超临界流体是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体。超临界萃取是以超临界流体作为萃取剂、在临界温度和临界压力附近的条件下，从溶剂或固体物料中萃取出待分离组分的分离纯化方法。在超临界萃取釜中加入辣椒粉，在20～30Mpa，35～40℃条件下，加入10%～l5%的乙醇夹带剂，进行超临界CO2萃取。一般萃取2～3h，萃取液再经浓缩、结晶等处理，可得纯度96%的辣椒素。该方法提取的辣椒素具有萃取率高，可实现辣椒素和辣椒红素综合开发的优点，但一次性设备投资大。
微波法
1999年，陈猛等将干辣椒去籽，用食物搅拌器粉碎，称取2.0g于聚四氟烯罐中，加入10ml65%（V/V）的乙醇，密封，置于微波消解系统中，在250W、120kPa的条件下萃取120s。萃取液经离心、过滤得初提辣椒素。微波法萃取速度快，萃取效率高，在天然产物有效成分的提取中具有广阔的应用前景，但工业化实现困难。
超声法
2005年，李美粉等将辣椒粉放入带塞锥形瓶中，加入对应体积的乙醇，按相应条件提取，减压病过滤，浓缩，回收有机溶剂，将浓缩物置真空干燥箱中烘干至恒重，得辣椒油脂粗品，然后测定辣椒素含量；2006年，熊科等将干辣椒样品粉碎过40目筛，准确称取2.5000g样品于烧杯中，加入甲醇：四氢呋喃=l：l溶液，用保鲜膜封口后放在60℃水浴条件下，使用超声波提取45min，用滤纸过滤，收集滤液。以流动相定容至50mL容量瓶中，经0.45μm滤膜过滤，获得辣椒素类物质的提取液。超声法与传统提取方式比较，具有操作简便，提取效率高，提取时间短，溶剂用量少等优点。
安全事宜
参考资料：
检测方法
感官测定法
辣椒及其制品的辣度（辣味水平）采用IS03513—1995斯科维尔指数（ScovilleHeatUnit）测定法。即五人品评小组对一系列稀释度进行品尝，可感辣度的最大稀释度即为斯氏指数（ScovilleUnit）。这是国际上对辣椒及其制品辣度（heatorpungencyleve1）评价的传统方法。感官法有其经典性，科学性，可操作性。然而这种方法受人为因素影响较大，不同的人耐辣程度不同，同一个人在不同时间对辣味的敏感度不同都会对品评结果产生影响；另外感官灵敏度对一些差别不大的样品区别不开，精确度不够。
定性分析方法
将辣椒素溶于硫酸中，并加少许糠醛，溶液呈紫色；辣椒素与稀的三氯化铁（FeCl3）混合后加入少量醇，溶液呈蓝绿色；取辣椒素的碘化钠乙醚溶液，滴入氧氯钒（VOCl3）的三氯甲烷溶液，即出现深蓝色的辣椒素钒（Cl7H27NO3VOCl3），均可证明辣椒素类物质的存在。
定量分析方法
比色法
上世纪八十年代，中原地区研究者一般采用比色法测定辣椒素在果实中的含量。常用的比色法有：钼酸钠亚硝酸钠法、钼蓝比色法、FAO紫外双比色法。比色法因对仪器的精密度要求不高，故在一般条件的实验室得到广泛应用，但只能用于精确度要求不是很高的测量，且其操作繁琐、费时、准确度和灵敏度也不高。
高效液相色谱法
高效液相色谱法根据辣椒素的结构特点和光吸收特性，一般采用反相化学键合相（RBPC），紫外检测器检测，此种方法快速、灵敏、准确度高、操作较简单，能同时分离测定辣椒素类物质的主要辣味成分（需要标准品），是最有可能成为辣椒制品辣度评价的标准方法。
参考资料
C₁₈H₂₇NO₃.N-[(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)methyl]-8-methyl-6-nonenamide.2024-09-03
Capsaicin | C18H27NO3 | CID 1548943 - PubChem.PubChem.2024-09-14
趣味化学│贺麒霖:辣椒知多少.湖南省化学化工学会.2024-09-22