邵言蹊

（上?？底R(shí)食品科技有限公司，上海 201103）

0 引言

生姜，姜科屬植物，植株長(zhǎng)40～100 cm，根莖呈不規(guī)則塊狀，扁平肥厚，厚度為1～3 cm，原產(chǎn)于東南亞，是一種熱帶和亞熱帶植物，在中國(guó)、印度、越南、澳大利亞等地均有種植，目前在我國(guó)山東、云南、貴州、四川等地普遍種植[1]，F(xiàn)AO 數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國(guó)生姜的總產(chǎn)量已達(dá)到1 190 萬(wàn)t[2]。在日常生活中，生姜主要被用作調(diào)味品和香料，除此之外，也會(huì)被加工成姜產(chǎn)品，如泡姜、糖姜片、姜酒、姜汁氣泡水、姜丸等。

隨著營(yíng)養(yǎng)意識(shí)的提升，人們對(duì)身體健康的關(guān)注度持續(xù)增加，體重管理與代謝健康已成為了未來(lái)食品的研究熱點(diǎn)，人們對(duì)健康及保健方面的支出逐漸增長(zhǎng)。生姜作為眾多藥食同源原料中最廣泛的原料之一，由于其具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、改善脂質(zhì)代謝[3]等特性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究中，并用于治療疾病。國(guó)外關(guān)于生姜的生物功能研究較多，但在我國(guó)對(duì)于生姜的生物功能研究尚不成熟。通過(guò)對(duì)生姜中的主要活性成分對(duì)人體機(jī)能的影響及其在食品中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)生姜的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望，旨在為后續(xù)生姜的研究提供系統(tǒng)參考，促進(jìn)生姜的精深加工及綜合利用。

1 生姜主要品種

生姜品種多樣，除了日常所見(jiàn)到的大黃姜和小黃姜，還有西壩生姜、白姜、鳳頭姜、面姜、懷姜、香姜、紅芽姜等。

生姜主要品種特點(diǎn)見(jiàn)表1，不同品種生姜見(jiàn)圖1。

圖1 不同品種生姜

表1 生姜主要品種特點(diǎn)

2 生姜中的主要活性物質(zhì)

生姜化學(xué)組成較豐富，目前經(jīng)研究確認(rèn)的生姜成分已達(dá)400 余種。

生姜的主要成分見(jiàn)表2。

表2 生姜的主要成分/%

由表2 可知，生姜的主要成分為脂類、可溶性糖類、蛋白質(zhì)、纖維素、脂類、淀粉及一些干物質(zhì)。生姜中的主要活性成分為姜辣素、姜黃素、姜精油、姜黃酮、生姜蛋白酶。除此之外，生姜中還含有較多的礦物質(zhì)元素，如鐵、錳、銅、鋅、硒、鎘、鎂等；較多的氨基酸，如人體所必需的8 種氨基酸和其他10 種人體非必需的氨基酸。所以，生姜的活性成分具有較高的利用價(jià)值和研究意義。

2.1 姜辣素

姜辣素是生姜產(chǎn)生辛辣味的主要成分，其構(gòu)成極其豐富，主要分為三大類型，分別為姜醇類（gingerols）、姜烯酚類（shogaols）、姜酮類（gingerones）。姜辣素具有很高的藥用價(jià)值，可以促進(jìn)血液循環(huán)、改善心腦血管疾病、改善腸胃功能，可在一定程度上降低得胃癌的風(fēng)險(xiǎn)，消炎鎮(zhèn)痛，對(duì)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有一定治療效果，較強(qiáng)的抗氧化作用，提高人體免疫力，緩解惡心、嘔吐等癥狀[4]。

為了準(zhǔn)確測(cè)定姜辣素含量，通常需要先將其進(jìn)行提取，提取方法直接影響到后期含量的測(cè)試結(jié)果，目前關(guān)于姜辣素的提取方法較多。

姜辣素提取方法見(jiàn)表3。

表3 姜辣素提取方法

其次，檢測(cè)方法也對(duì)姜辣素的含量和成分造成影響，如利用液相-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatograph mass spectrometer，LC MS） 的檢測(cè)方法能檢測(cè)出6 -姜烯醇、8 - 姜烯醇、10 - 姜烯醇、6 - 姜烯酚[5]，高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-time of flight mass spectrometer，HPLC-TOF/MS） 檢測(cè)方法能鑒定出19 種姜辣素類化合物，其中6 -姜烯酚含量最高，其次為10 -姜烯酚和8 -姜烯酚[6]。

2.2 姜黃素

姜黃素是一種天然色素，無(wú)毒無(wú)害，同時(shí)也是生姜中具有藥用作用的成分。其不僅可以入藥，還可以作為色素使用，在作為色素使用的同時(shí)還具有抑菌、抗炎的作用?，F(xiàn)有研究表明，姜黃素類的成分已有40 余種，主要成分有3 種，分別為姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素。姜黃素除作為色素外，還具有一定降血脂的作用，其機(jī)制主要是通過(guò)調(diào)節(jié)高血脂引起的肌酸代謝、糖酵解、糖異生、膽堿代謝等代謝途徑的紊亂，使機(jī)體恢復(fù)正常的代謝穩(wěn)態(tài)，從而起到一定降血脂的作用。

2.3 姜精油

姜精油，一種淡黃色、透明狀的黏稠液體，是生姜獨(dú)特氣味的來(lái)源，主要從生姜的根莖中提取，提取方式主要2 種，分別為以壓榨法、水蒸氣蒸餾法、溶劑沉淀法為代表的傳統(tǒng)提取法，以超臨界CO2萃取法、超聲復(fù)合酶法、超聲波輔助萃取法為代表的現(xiàn)代提取法?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，姜精油中的成分已有100 多種。

姜精油主要成分見(jiàn)表4。

表4 姜精油主要成分/%

姜精油主要有活血化瘀、促進(jìn)傷處愈合、緩和情緒、減輕疲倦、調(diào)理月經(jīng)及消化系統(tǒng)、抑菌的作用。

2.4 生姜蛋白酶

生姜蛋白酶是生姜的根莖中發(fā)現(xiàn)的一種巰基蛋白酶，可分解膠原蛋白和肌動(dòng)球蛋白。其主要提取方法有2 種，分別是超濾提取法和溶劑提取法，目前生姜蛋白酶的提取是采用超濾和溶劑結(jié)合的方法。生姜蛋白酶是一種安全綠色的食品添加劑，只需要很小的劑量就可達(dá)到相應(yīng)的效果，目前已被應(yīng)用于食品加工制造，可達(dá)到節(jié)省成本和資源的作用。生姜蛋白酶主要作用有嫩化各種肉類、澄清各種酒類和凝結(jié)各種乳制品、化妝品的增香純化等。例如，我國(guó)南方小吃“姜撞奶”，就是利用生姜蛋白酶加入到牛奶中制成的。其機(jī)理主要是生姜蛋白酶具有凝乳因子的作用，使得牛乳中的αs -酪蛋白和β -酪蛋白在鈣離子的作用下變性，從而形成網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠體系。

2.5 姜黃酮

黃酮類化合物是最普遍的植物酚類物質(zhì)之一，其濃度和生物活性，常常可以用來(lái)預(yù)測(cè)和控制一些藥材的品質(zhì)。目前，黃酮類化合物主要從銀杏葉、葛根、荷葉、生姜的根莖和葉中提取。黃酮類化合物是存在于許多植物中的一種生物活性化合物，其中一些已在傳統(tǒng)東方醫(yī)學(xué)中使用了數(shù)千年。高效液相色譜（High performance liquid chromatography，HPLC）等分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析黃酮類化合物的組成和活性，生姜中的黃酮類物質(zhì)以雙氫黃酮為主，除此之外，還有副姜油酮、黃酮醇等，其提取方式主要有有機(jī)溶劑提取法、堿液提取法、超臨界流體提取法等。黃酮類化合物是一種天然抗氧化物質(zhì)，能夠清除超氧自由基，從而顯示抗衰老特性，并在一定程度上可降低癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，且其抗氧化能力強(qiáng)于檸檬酸和抗壞血酸。

3 生姜對(duì)人體機(jī)能的影響

3.1 預(yù)防和治療肥胖相關(guān)疾病

肥胖正逐漸在全球蔓延，如果不加干預(yù)的話，在2030 年，全球?qū)?huì)有超過(guò)1/4 的人成為超重人群[7]，進(jìn)而引發(fā)許多嚴(yán)重疾病。引起肥胖的原因主要是高脂肪、高熱量的飲食及遺傳，導(dǎo)致人體消耗的能量遠(yuǎn)低于人體攝入的能力，進(jìn)而使得脂肪量增多、血脂濃度升高。預(yù)計(jì)到2025 年，全球患糖尿病的人數(shù)將超過(guò)3.25 億人。所以，預(yù)防和治療肥胖將成為全球范圍內(nèi)最大的健康問(wèn)題。

生姜由于其藥食同源的作用，逐漸成為國(guó)內(nèi)外預(yù)防肥胖的研究熱點(diǎn)。越來(lái)越多的研究學(xué)者證實(shí)了生姜具有降血脂和降血糖的作用[8]，且給出了相關(guān)機(jī)制。關(guān)于生姜降血脂的機(jī)制，有以下幾個(gè)方面：

（1） 生姜通過(guò)降低肝臟、內(nèi)臟中mRNA 的表達(dá)，從而起到降血脂的作用。Matsuda A 等人[9]對(duì)生姜調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝機(jī)理進(jìn)行了研究，利用體外動(dòng)物試驗(yàn)，檢測(cè)生姜對(duì)高脂肪相關(guān)基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，喂食生姜組的大鼠類視黃醇結(jié)合蛋白mRNA 在肝臟中上的表達(dá)低于高膽固醇飲食組，表明生姜會(huì)降低高血脂癥大鼠肝臟脂肪、內(nèi)臟脂肪中的mRNA 的表達(dá)，從而改善脂質(zhì)代謝的作用。

（2） 生姜通過(guò)調(diào)節(jié)肝細(xì)胞核因子的表達(dá)，從而起到降血脂的作用。Alireza S 等人[10]以溶劑法提取了干姜中的活性成分，用于喂養(yǎng)大鼠，6 周后對(duì)大鼠進(jìn)行心臟采血和肝臟采樣，通過(guò)生物分析、實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)、組織切片對(duì)生姜中活性成分降低乙醇誘導(dǎo)的血脂增高進(jìn)行表征，結(jié)果表明，生姜對(duì)酒精處理大鼠肝細(xì)胞核因子4α 的表達(dá)有增強(qiáng)作用，從而達(dá)到改善酒精引起的血脂異常。

（3） 生姜通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，從而起到降血脂的作用。Lai Y S等人[11]將蒸汽蒸餾法制備的姜精油，喂養(yǎng)6 周齡C57BL/6J 雄性大鼠，16 周后通過(guò)血清化學(xué)分析、組織染色、肝臟生化分析、蛋白印跡分析來(lái)表征生姜的保肝作用及機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，姜精油對(duì)于非酒精性脂肪性肝病的確有保護(hù)作用，姜精油起到降血脂的作用，其機(jī)制主要是降低血清中游離脂肪酸、甘油三酯和總膽固醇的含量，減少大鼠體內(nèi)的脂肪堆積、抑制高脂飲食刺激的脂質(zhì)生物合成和氧化應(yīng)激反應(yīng)、增強(qiáng)小鼠肝臟的抗氧化功能，減少炎癥反應(yīng)。同時(shí)，Tometsuka C等人[12]的研究結(jié)果也表明，生姜蛋白酶誘導(dǎo)血脂的降低是通過(guò)脂質(zhì)代謝的長(zhǎng)期改變而發(fā)生的，而不是短暫抑制脂質(zhì)吸收，每天補(bǔ)充生姜蛋白酶有助于預(yù)防或者減輕肥胖和高脂血癥的可能性。黑姜提取物通過(guò)改善葡萄糖、乳酸和脂質(zhì)代謝，增強(qiáng)肌細(xì)胞的能量產(chǎn)生，從而起到預(yù)防肥胖的作用[13]。

（4） 生姜通過(guò)調(diào)控能量代謝相關(guān)基因，從而起到預(yù)防肥胖的作用，生姜對(duì)能量代謝和肥胖的影響，主要從體重、體脂及體脂指數(shù)（Body mass index，BMI） 來(lái)進(jìn)行評(píng)估，且其影響的程度與其活性成分、劑量、使用時(shí)間有關(guān)[14]。Sayed S等人[15]收集新鮮生姜冷凍干燥過(guò)程中的液體，用于喂養(yǎng)成年的Wistar 大鼠，觀察大鼠體重的變化，檢測(cè)大鼠肝臟和白色脂肪組織中膽固醇及相關(guān)基因表達(dá)情況。發(fā)現(xiàn)生姜中確實(shí)有些成分可以減少大鼠體重的增加，改善大鼠的能量代謝，其調(diào)控相關(guān)基因主要是肝肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（Hepatic carnitine palmitoyltransferas-e1，CPT-1）、丙酮酸激酶（Pyruvate kinase，PK）、?；o酶a 氧化酶（Acyl-coa oxidase，ACO） 和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（Glucose transporter 2，GLUT-2），通過(guò)上調(diào)這些基因的表達(dá)，從而起到預(yù)防肥胖的作用。

3.2 抗癌作用

生姜對(duì)于抗癌也有較好的效果，目前關(guān)于生姜抗癌功能的研究也越來(lái)越多。研究表明，生姜除因其辛辣味在眾多菜肴及飲料中發(fā)揮作用，還具有一定的抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗癌作用。生姜中的抗癌成分主要是6 -姜烯酚類和6 -姜烯醇類等，其中6 -姜烯酚類的抗癌能力要強(qiáng)于后者[16]。關(guān)于生姜的抗癌機(jī)制，主要有以下2 個(gè)方面：①6 -姜烯酚類物質(zhì)通過(guò)重要的介質(zhì)發(fā)揮其抗腫瘤作用，涉及關(guān)鍵的細(xì)胞過(guò)程，如細(xì)胞周期停滯、誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡[17]、氧化還原穩(wěn)態(tài)失衡、抑制細(xì)胞增殖、血管生成、遷移和癌細(xì)胞擴(kuò)散[18]。研究人員將腫瘤細(xì)胞移植到SMMC-7721 小鼠身上，發(fā)現(xiàn)6 -姜烯酚類可通過(guò)誘導(dǎo)凋亡、激活半胱天冬酶- 3、滅活相關(guān)應(yīng)激蛋白eIF2，達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的功效[19]。②6 -姜烯酚類物質(zhì)通過(guò)抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和尿激酶型纖溶酶原激活劑的轉(zhuǎn)錄和翻譯，發(fā)揮其抗轉(zhuǎn)移性肝癌細(xì)胞的侵襲活性[20]。

結(jié)腸癌是消化道中常見(jiàn)的一種惡性腫瘤，具有發(fā)病迅速、轉(zhuǎn)移性強(qiáng)、復(fù)發(fā)率高的病理特點(diǎn)。2019 年，在世界范圍內(nèi)，結(jié)直腸癌的發(fā)病率排名第三，死亡率排名第四。目前已有研究表明，6 -姜烯酚類物質(zhì)通過(guò)誘導(dǎo)人類結(jié)腸癌細(xì)胞HCT-116 和人類肺癌細(xì)胞H-1299 的程序性死亡，從而達(dá)到抗癌作用[21]。

乳腺癌被稱為全球女性社區(qū)中最具破壞性的癌癥，是一種與乳腺組織中細(xì)胞不受控制的增殖有關(guān)的疾病。大多數(shù)乳腺癌在小葉或連接小葉的導(dǎo)管中形成腫塊乳頭。在全球范圍內(nèi)，乳腺癌是全球女性第二大死因，并且被視為發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的嚴(yán)重醫(yī)療保健負(fù)擔(dān)之一。很多因素都會(huì)引起乳腺癌的發(fā)生，比如性別、久坐的生活方式、飲食、飲酒、年齡、家庭病史，以及一些生殖和激素因素等。如今，科學(xué)家們熱衷于提取植物性植物化學(xué)物質(zhì)，并將它們用作乳腺癌抗癌劑。目前已有研究表明，生姜中的10 -姜辣素衍生物可通過(guò)抑制細(xì)胞表皮生長(zhǎng)因子受體在雌激素受體中的作用，從而抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，最終達(dá)到抑制癌癥的作用[22]。

3.3 抗氧化作用

生姜除了具有預(yù)防和治療肥胖相關(guān)疾病、抗癌作用等生物學(xué)效應(yīng)之外，同時(shí)還具有抗氧化的作用。相關(guān)研究表明，生姜中具有高抗氧化活性的物質(zhì)為6-姜酚及其衍生物，且其不同部位的抗氧化活性不同，其抗氧化活性部位由高到低依次是老根、鮮根、姜葉、姜莖[23]。

關(guān)于生姜提取物的抗氧化功能機(jī)制，科學(xué)家們也對(duì)其進(jìn)行了研究，目前主要有以下2 個(gè)方面：①生姜提取物通過(guò)調(diào)節(jié)氨基酸、碳水化合物和脂質(zhì)代謝，從而達(dá)到抗衰老的作用。Zhou Y Z 等人[24]采用超聲輔助溶劑法的方法提取了干姜中的活性成分，用于喂養(yǎng)3 日齡的雄性果蠅，通過(guò)實(shí)時(shí)酶鏈聚合反應(yīng)和代謝組學(xué)對(duì)姜中活性成分的抗氧化機(jī)制進(jìn)行了研究，證實(shí)了這一結(jié)論。②生姜提取物通過(guò)保護(hù)線粒體功能，協(xié)調(diào)氧化-抗氧化平衡來(lái)起到抗氧化的作用[25]。

3.4 抗炎癥作用

近年來(lái)，人們對(duì)研究生姜及其成分對(duì)病理狀況的藥理作用越來(lái)越感興趣，除了生姜預(yù)防肥胖、抗癌、抗氧化等作用之外，關(guān)于生姜的抗炎作用研究也越來(lái)越多[26]。已有研究人員對(duì)姜原料進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，受試者為7 名診斷為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的患者（男性和女性，年齡在50～67 歲），在3 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)食用5 g 新鮮或0.5～1.0 g 干姜，證實(shí)生姜確實(shí)具有緩解疼痛、提高關(guān)節(jié)靈活性和減少僵硬的作用[27]。有研究認(rèn)為，癌癥可能是由于炎癥引起[28]，為了證明生姜提取物在體內(nèi)癌癥模型中有抗炎作用，Habib S等人[29]通過(guò)宮頸癌組織切片的免疫組織化學(xué)染色，以生姜提取物處理（100 mg/kg，口服） 動(dòng)物與對(duì)照組相比，發(fā)現(xiàn)肝癌誘導(dǎo)基因的表達(dá)顯著降低。該研究還表明，生姜提取物處理組大鼠的乳腺癌組織和肝癌細(xì)胞中的腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF） 水平與對(duì)照組相比也有顯著降低。

膝關(guān)節(jié)炎癥，是一種退行性骨關(guān)節(jié)炎癥，主要發(fā)生在中老年人群中。癥狀較輕時(shí)表現(xiàn)為膝蓋紅腫、行動(dòng)時(shí)膝蓋酸痛等，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形、殘疾等，引起膝關(guān)節(jié)炎的原因有很多，如長(zhǎng)時(shí)間的下蹲、膝關(guān)節(jié)受寒等。生姜具有一定的抗炎作用，其機(jī)制主要是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中的細(xì)胞因子來(lái)起到抗炎的作用[30]。機(jī)理是生姜提取物可導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子IL-4，IFN-γ 和IL-17 的血清水平顯著降低，從而起到抗炎的作用[31]。

肺部感染對(duì)人類來(lái)說(shuō)也是一種較為常見(jiàn)的疾病，如果不及時(shí)醫(yī)治，將會(huì)誘發(fā)一系列的疾病，如腦癱等。研究表明，生姜可以減輕小鼠哮喘模型中的肺部炎癥，其有效物質(zhì)是6 -姜烯酚類，作用機(jī)制主要是通過(guò)抑制前列腺素（PGE2） 釋放，從而起到抗炎的作用[32]。

4 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)食品的發(fā)展不僅要解決食物的供給和能量補(bǔ)充，更多的營(yíng)養(yǎng)健康、食用方式及精神愉悅方面的問(wèn)題將越來(lái)越被消費(fèi)者所重視。生姜作為一種調(diào)味原料已應(yīng)用了2 000 多年，作為藥食同源原料中使用最廣泛的原料之一，被廣泛應(yīng)用于食品中，如生姜果凍、生姜軟糖、姜汁掛面、姜汁豆腐、姜脯、芒果姜餞、姜撞奶等。作為一種功能性食品原料，由于生姜具有較濃的刺激性氣味，在食品應(yīng)用方面具有一定的局限性，所以如何開(kāi)發(fā)出更好的生姜活性物質(zhì)分離方法，既能保留功能，又能降低刺激性氣味，使其成為既有利于人體身體健康，又容易被大眾所接受的功能食品原料，將是生姜研究的發(fā)展方向。