Piperin

Strukturformel
Strukturformel von Piperin
Allgemeines
NamePiperin
Andere Namen
  • 1-Piperoylpiperidin
  • Piperinsäurepiperidin
  • Piperinsäurepiperidid
  • PIPERINE (INCI)[1]
SummenformelC17H19NO3
Kurzbeschreibung

hellgelber Feststoff[2]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer94-62-2
EG-Nummer202-348-0
ECHA-InfoCard100.002.135
PubChem638024
ChemSpider553590
DrugBankDB12582
WikidataQ414501
Eigenschaften
Molare Masse285,34 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

127–130 °C[3]

Löslichkeit

schlecht in Wasser (40 mg·l−1, 18 °C)[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3]
GefahrensymbolGefahrensymbol

Achtung

H- und P-SätzeH: 302​‐​411
P: 264​‐​270​‐​273​‐​301+312​‐​391​‐​501[3]
Toxikologische Daten
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Piperin (1-Piperoylpiperidin) ist ein Piperidin-Alkaloid aus der Gruppe der Säureamid-Alkaloide. Es ist das Amid aus Piperinsäure und Piperidin und bildet einen farblosen bis gelblichen Feststoff mit monokliner Kristallstruktur.[5]

Geschichte

Piperin wurde erstmals 1819 von Hans Christian Ørsted isoliert.[6][7] Die Struktur wurde aber erst 1850 aufgeklärt.[6]

Vorkommen

Früchte des schwarzen Pfeffers (Piper nigrum)

Piperin ist das Hauptalkaloid des schwarzen Pfeffers (Piper nigrum), das in den Samen (Pfefferkörnern) und dem Perikarp vorkommt, und ist der Träger des scharfen Pfeffergeschmacks.[8][9] In den Blättern und Stängeln kommt es nicht vor.[10] In mehreren Untersuchungen wurde der Piperingehalt in Pfefferkörnern zu 10,17 bis 11,68 %[9], zu 2 bis 7,4 %[7] oder zu 5 bis 9 %[7][10] bestimmt. Es findet sich auch in den anderen Handelsformen von Piper nigrum (in weißem, grünem und rotem Pfeffer). In grünem Pfeffer ist der Gehalt besonders hoch.[11] Im weißen Pfeffer beträgt der Gehalt etwa 5-10 %.[12]

Piperin findet sich außerdem im Langen Pfeffer (Piper longum) 3 bis 5 % sowie in Piper ribesoides und Piper retrofractum.[13][7][10][14] Es wurde auch in diversen weiteren Piper-Arten nachgewiesen, darunter Piper capense, Piper chuba und Piper nepalense.[15] Ein endophytischer Pilz von Piper nigrum, Colletotrichum gloeosporioides, kann ebenfalls Piperin bilden.[16]

Neben dem Vorkommen in verschiedenen Piper-Arten wurde Piperin auch in Paradieskörnern (Aframomum melegueta)[17] und im ätherischen Öl aus der Rinde von Rhamus caroliniana nachgewiesen.[18] Es kommt außerdem in Ludwigia hyssopifolia aus der Gattung der Heusenkräuter vor[19], sowie in Alpinia purpurata.[20]

Biosynthese

Ausgangspunkt der Biosynthese des Piperidins in Pflanzen ist L-Lysin, das nach Bindung an Pyridoxalphosphat decarboxyliert wird. Durch oxidative Desaminierung entsteht 5-Aminopentanal, das zu ∆1-Piperidein zyklisiert wird.[21][22]

Piperinsäure wird dabei durch Kondensation von Malonyl-Coenzym A und einem aktivierten Zimtsäurederivat bereitgestellt.[21][22] Der letzte Schritt in der Biosynthese der Piperinsäure ist der Aufbau der Methylendioxystruktur des Benzodioxols durch ein selektives Cytochrom-P450-Enzym.[23] Die Kondensation der Piperinsäure (in der Form von Piperoyl-Coenzym A) zum Amid wird durch eine selektive Acyltransferase katalysiert.[22][24][25]

Piperinsäure kann durch weitere Säuren ersetzt werden, sodass etwa 50 Piper-Alkaloide vorkommen.[21]

Gewinnung und Darstellung

Piperin lässt sich synthetisch aus Piperidin und Piperinsäure herstellen, kann aber auch aus schwarzem Pfeffer mit Ethanol extrahiert und anschließend kristallisiert werden.

Verschiedene Methoden zur Extraktion von Piperin wurden beschrieben, z. B. durch Eisessig[26], mit Petrolether unter Mikrowelleneinwirkung[27], aus weißem Pfeffer mit ionischen Flüssigkeiten unter Einwirkung von Ultraschall[28], mit Methanol in einem Soxhlet-Apparat[29], aus Langem Pfeffer mit Ethanol unter Einwirkung von Ultraschall.[30]

Reaktionen

Unter Lichteinfluss bilden sich Isomere mit (Z,Z)- (Chavicin, cis-cis), (Z,E)- (Isopiperin, cis-trans) und (E,Z)-Konfiguration (Isochavicin, trans-cis).[31] Dies führt zum Schärfeverlust des Gewürzes, da die drei Isomere nur sehr wenig scharf schmecken.[6][32][9] Der Umfang der Isomerisierung hängt sowohl von der Lichtstärke als auch von der Dauer der Einwirkung ab. Auch bestimmte Enzyme können die Isomerisierung katalysieren.[9]

Durch saure oder basische Hydrolyse (z. B. durch alkoholische Kalilauge) lässt sich Piperin unter Wasseraufnahme in Piperidin und Piperinsäure spalten.[6][7] Piperin ist eine schwache Base.[7]

Eigenschaften

Piperinkristalle

Ähnlich wie Capsaicin hat auch Piperin einen scharfen Geschmack. Beim Piperin ist dieser an die trans-trans-Stellung [(E,E)] der beiden Doppelbindungen geknüpft, die drei anderen Stereoisomere, bei denen eine oder beide Doppelbindungen Z konfiguriert sind, schmecken wenig bis gar nicht scharf.[6][9][32] Der scharfe Geschmack wird durch Aktivierung des Vanilloid-Rezeptors verursacht.[25]

Piperin tritt in mindestens drei verschiedenen monoklinen Kristallstrukturen auf. Form I kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21/n mit den Gitterparametern a = 8,743 Å; b = 13,364 Å, c = 13,147 Å und β = 108,66 ° sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Form II kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P21/n mit den Gitterparametern a = 16,6510 Å; b = 9,5153 Å, c = 18,0362 Å und β = 99,587 ° sowie acht Formeleinheiten pro Elementarzelle. Form III kristallisiert im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe C2/c mit den Gitterparametern a = 23,3983 Å; b = 10,0341 Å, c = 25,8291 Å und β = 108,545 ° sowie sechzehn Formeleinheiten pro Elementarzelle.[5]

Pharmakologie

1979 wurde Piperin als erster Bioenhancer beschrieben.[9][7][10][33] Die Wirkung beruht auf mehreren verschiedenen Effekten: Piperin verbessert die Aufnahme anderer Stoffe im Magen-Darm-Trakt. Es inhibiert mehrere Enzyme, die mit der Wirkung von Medikamenten interferieren, darunter CYP450-Isoformen, die verschiedene Medikamente abbauen, sowie das Multidrug-Resistance-Protein 1, das Substanzen, darunter auch Medikamente, aus Zellen herauspumpt. Schließlich inhibiert es die UDP-Glucuronyltransferase, die für die Modifikation von Molekülen mit Glucuronsäure verantwortlich ist, durch die die Wasserlöslichkeit erhöht wird, was wiederum zu einer schnelleren Ausscheidung führt.[10][34] Zum Beispiel wurde in einer Studie mit Mäusen gezeigt, dass Piperin die normalerweise schlechte Bioverfügbarkeit von Resveratrol deutlich verbessert.[35] In einer Studie an Ratten verbesserte es die Bioverfügbarkeit von Ibuprofen.[36] Auch für Tetracyclin und andere Medikamente ist ein positiver Effekt des Piperins auf die Bioverfügbarkeit belegt.[5]

In verschiedenen Studien wurden viele pharmakologische Wirkungen des Piperins untersucht. So wirkt es antioxidativ, antibakteriell, antiviral und insektizid. Außerdem hat es möglicherweise entzündungshemmende und antidepressive Eigenschaften und wirkt möglicherweise gegen Krebszellen, Diabetes und Alzheimer.[9][7][34][37] Piperin ist ein Agonist des Ionenkanals TRPV1.[38] Es inhibiert Monoaminoxidase.[39] Zu den entzündungshemmenden Eigenschaften liegen auch Daten aus Tierversuchen vor.[40]

Piperin wird auch als Abnehm-Wundermittel angepriesen. Zwar wurde unter der Leitung von Ui-Hyun Park an der Sejong-Universität in Seoul eine Studie zur Wirkung von Piperin an menschlichen Zellkulturen durchgeführt, die ergab, dass die Substanz eine Neubildung von Fettzellen zu bremsen vermochte.[41] Eine Wirksamkeit gegen Adipositas beim Menschen lässt sich daraus jedoch nicht ableiten.

Toxikologie

In verschiedenen Studien konnten für Piperin in üblicherweise verzehrten Mengen keine negativen gesundheitlichen Effekte festgestellt werden.[42]

Verwendung

Piperin spielt eine wichtige Rolle für die Küche, da es für den scharfen Geschmack des Pfeffers verantwortlich ist, der eines der weltweit meistgenutzten Gewürze ist.[10][7][34] Es wird auch als Aromastoff verwendet. In den USA wird es von der FEMA als GRAS (generally recognized as safe) eingestuft.[42] In der EU ist es als Aromastoff ohne Mengen- oder andere Beschränkungen zugelassen.[43]

Mit Stand 2020 wird Piperin noch kaum pharmazeutisch verwendet, obwohl umfangreiche Untersuchungen durchführt wurden und werden und eine zukünftige pharmazeutische Verwendung möglich erscheint.[37] Auch pharmakologische Studien an Menschen wurden schon durchgeführt. Einer Verwendung als Pharmazeutikum steht unter anderem die schlechte Wasserslöslichkeit des Piperins entgegen.[44] Ein Kombinationspräparat aus Rifampicin und Piperin wurde in einer klinischen Phase-III-Studie untersucht und lieferte bessere Resultate als die Kontrolle ohne Piperin.[45]

Zum Teil wird Piperin als Nahrungsergänzungsmittel angeboten.[43] Piperin spielt außerdem eine wichtige Rolle in Ayurveda.[10]

Nachweis

Piperin und seine Isomere können durch eine Kombination aus 1H-NMR und HPLC mit UV-Detektor nachgewiesen und unterschieden werden.[46] Piperin kann auch durch GC-MS nachgewiesen werden.[47]

Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag zu PIPERINE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 11. Dezember 2021.
  2. ↑ Datenblatt Piperin bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 3. August 2021 (PDF).
  3. ↑ a b c d e Datenblatt Piperin bei Merck, abgerufen am 25. Dezember 2021.
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  5. ↑ a b c Laura Y. Pfund, Brianna L. Chamberlin, Adam J. Matzger: The Bioenhancer Piperine is at Least Trimorphic. In: Crystal Growth & Design. Band 15, Nr. 5, 6. Mai 2015, S. 2047–2051, doi:10.1021/acs.cgd.5b00278.
  6. ↑ a b c d e R. De Cleyn, M. Verzele: Constituents of peppers: I. Qualitative analysis of piperine isomers. In: Chromatographia. Band 5, Nr. 6, Juni 1972, S. 346–350, doi:10.1007/BF02315254.
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  46. ↑ Toshiyuki Mizumoto, Fusako Nakano, Yuzo Nishizaki, Naoko Masumoto, Naoki Sugimoto: Quantitative Analysis of Piperine and the Derivatives in Long Pepper Extract by HPLC Using Relative Molar Sensitivity. In: Food Hygiene and Safety Science (Shokuhin Eiseigaku Zasshi). Band 60, Nr. 5, 25. Oktober 2019, S. 134–143, doi:10.3358/shokueishi.60.134.
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Piperinkristalle isoliert aus schwarzem Pfeffer
Piperin.svg
Struktur von Piperin
Black Pepper (Piper nigrum) fruits.jpg
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Unripe drupes of en:Piper nigrum in November at Trivandrum, Kerala, India. Black pepper is produced from these unripe drupes. The drupes are cooked briefly in hot water. The heat ruptures cell walls in the pepper, speeding the work of browning enzymes during drying. The drupes are dried for several days, during which the pepper around the seed shrinks and darkens into a thin, wrinkled black layer. Once dried, the spice is called black peppercorn.
White pepper consists of the seed of the pepper plant alone, with the darker coloured skin of the pepper fruit removed. This is usually accomplished by a process known as retting, where fully ripe red pepper berries are soaked in water for about a week, during which the flesh of the pepper softens and decomposes. Rubbing then removes what remains of the fruit, and the naked seed is dried.