姜精油的香氣成分及其生物活性研究

秦艷 康林芝 王娜

摘要 [目的]研究姜精油的香氣成分及其生物活性。[方法]試驗(yàn)采用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）測(cè)定姜精油香氣成分，同時(shí)對(duì)姜精油的體外抗氧化活性進(jìn)行了測(cè)定，包括總抗氧化活性、清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2，2′-聯(lián)氮-雙（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）自由基的能力等。[結(jié)果]香氣成分方面，姜精油共鑒定出52個(gè)化合物，包括烯類24種，醇類16種，酸類5種，酮類3種，醛類2種，酯類1種，芳香類化合物1種；抗氧化性方面，姜精油具有較好的抗氧化活性，較高的DPPH自由基及ABTS自由基清除能力。[結(jié)論]研究可為姜精油的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 姜精油；香氣成分；生物活性

中圖分類號(hào) TS201.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）18-0104-03

Abstract [Objective] To study aroma components and biological activities of ginger essential oil.[Method] The aromatic components of ginger essential oil were analyzed by GCMS.Biological activities in vitro were also studied，including total antioxidant activity and DPPH，ABTS radical scavenging ability.[Result] The results showed that aromatic components of ginger essential oil were identified 52 chemical compounds，including 24 kinds of alkene，16 kinds of alcohols，5 kinds of acids，3 kinds of ketone，2 kinds of aldehyde，1 kinds of esters and 1 kinds of aromatic compounds.In addition，ginger essential oil had good antioxidant activity and removal ability of DPPH free radicals and ABTS free radicals.[Conclusion] The study can provide reference basis for development and utilization of ginger essential oil.

Key words Ginger essential oil；Aromatic components；Biological activities

生姜，為多年生宿根草本植物姜（Zingiber Officinale Rosc.）的根莖，是一種廣泛應(yīng)用的藥食兩用植物，原產(chǎn)于太平洋群島，現(xiàn)在我國(guó)的中部、東南部及西南部也廣泛栽培[1-2]。生姜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極為豐富，渾身是寶，人們還常用生姜來清血和治療關(guān)節(jié)炎、傷風(fēng)、發(fā)寒、咳嗽等[3-4]。

生姜中含有大量的揮發(fā)油，為棕色透明的油狀液體，具有濃郁的芳香風(fēng)味精油和油樹脂[5-6]。姜油難溶于水，易溶于酒精等有機(jī)溶劑，沸點(diǎn)為150～300 ℃，折射率為1.488～1.494，旋光度為-28°～-45°，密度為0.871～0.882 g/mL[7-8]。目前，常采用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）測(cè)定姜精油中的化學(xué)成分。迄今為止，生姜精油中已發(fā)現(xiàn)100多種組分，主要成分為倍半萜烯類碳水化合物、氧化倍半萜、單萜烯類碳水化合物及氧化單萜烯類[9]。生姜具有明顯的鎮(zhèn)吐、抗炎、抗氧化、抗癌和抗菌作用，能夠延緩神經(jīng)類疾病的發(fā)生與發(fā)展，具有抗體內(nèi)外血管生成以及降血糖、降血脂、降血壓的作用[10-16]。筆者對(duì)姜精油的香氣成分及其生物活性進(jìn)行研究，主要采用GC-MS技術(shù)測(cè)定香氣成分，同時(shí)對(duì)姜精油總抗氧化活性、清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2，2′-聯(lián)氮-雙（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）自由基的能力進(jìn)行了測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑。生姜；DPPH·（AR）、ABTS+（AR），購(gòu)于Sigma公司；抗壞血酸（VC）、乙二胺四乙酸（EDTA）、結(jié)晶紫、FeSO4、磷酸鈉、鉬酸銨、鐵氰化鉀、三氯乙酸等，均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.1.2 主要儀器。

YF-102型高速中藥搗碎機(jī)，浙江瑞安市永歷制藥機(jī)械有限公司；HP7890-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent公司；RE-52C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鞏義市予華儀器設(shè)備有限公司；FA1004電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；SHB-3循環(huán)水多用真空泵，鄭州杜甫儀器廠；KQ5200超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；UV754N紫外可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SFE-1L超臨界CO2萃取設(shè)備，廣州漢維冷氣機(jī)電有限公司。

1.2 方法

1.2.1 生姜精油的制備。將生姜在50 ℃條件下干燥，粉碎后過20目篩。取500 g生姜粉投入萃取釜中，采用超臨界二氧化碳對(duì)生姜精油進(jìn)行萃?。惠腿l件：萃取壓力30 MPa，萃取溫度30 ℃，萃取時(shí)間100 min；萃取結(jié)束后，從解析釜中放出萃取物，得到約13 g深黃色液體。

1.2.2 微膠囊的制備GC-MS分析條件。

色譜條件：選用HP-INNWAX MS苯基甲基硅氧烷毛細(xì)管（30.0 m×250 μm×0.25 μm）；升溫程序：40 ℃保持5 min，以5 ℃/min升到60 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升到 285 ℃，保持5 min；高純氦氣為載氣，體積流量為0.9 mL/min，分流比為10∶1；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；進(jìn)樣量為1 μL。

質(zhì)譜條件：電離方式為EI，電子轟擊能量70 eV，離子源溫度280 ℃，四極桿溫度150 ℃，掃描范圍40～450 amu，溶劑延遲時(shí)間0.5 min。

1.2.3 姜精油抗氧化能力的測(cè)定。

1.2.3.1 總抗氧化能力的測(cè)定[17]。

采用磷鉬絡(luò)合物法對(duì)姜精油的總抗氧化活性進(jìn)行測(cè)定。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同濃度梯度的姜精油樣品溶液。配制磷鉬試劑，其終濃度為0.6 mol/L濃硫酸、28.0 mmol/L 磷酸鈉和4.0 mmol/L鉬酸銨的溶液。在10 mL具塞試管中，分別加入0.4 mL樣品液、4.0 mL磷鉬試劑液，并在95 ℃水浴中恒溫保溫90 min，然后在波長(zhǎng)695 nm下測(cè)其吸光度，每個(gè)試樣做3次平行樣，取平均值。試驗(yàn)以0.50 mg/mL的VC作為陽性對(duì)照。

1.2.3.2 DPPH自由基的清除作用測(cè)定[18-19]。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同濃度梯度的姜精油樣品溶液，用95%的乙醇配制24 mg/mL的DPPH溶液，取1 mL的樣品液加入4 mL的DPPH溶液中，混合均勻，避光30 min，在波長(zhǎng)517 nm處測(cè)定吸光度值，記錄為Ai，以加1 mL蒸餾水的DPPH溶液為空白對(duì)照，測(cè)定吸光度值，記錄為A0。每個(gè)試樣做3次平行樣，取平均值。以1.00 mg/mL的VC作為陽性對(duì)照。DPPH自由基的清除率按照下式計(jì)算：

DPPH自由基清除率（%）=A0-AiA0×100%

1.2.3.3 ABTS自由基的清除作用測(cè)定[20]。

ABTS自由基儲(chǔ)備液的制備：將5 mL的7 mmol/L ABTS·與88 μL的140 mmol/L K2S2O8混合，室溫避光的條件下靜置過夜制成ABTS自由基儲(chǔ)備液。

用無水乙醇將ABTS自由基儲(chǔ)備液稀釋，使其在波長(zhǎng)734 nm處得吸光度為0.70±0.02，并在30 ℃平衡。試驗(yàn)需在30 ℃條件下進(jìn)行。將不同體積（20～100 μL）的樣品加入2 mL ABTS自由基溶液中，6 min后測(cè)其吸光度，記錄為Ai，測(cè)定2 mL ABTS自由基溶液中與樣品體積相同的無水乙醇混合后的吸光度值，記錄為A0，測(cè)定2 mL無水乙醇溶液與不同體積樣品液的吸光度，記錄為Aj。試驗(yàn)以1.00 mg/mL的VC作為陽性對(duì)照。ABTS自由基清除率按下式計(jì)算：

ABTS自由基清除率（%）=（1-Ai-AjA0）×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 姜精油GC-MS分析結(jié)果

試驗(yàn)利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)超臨界法制備的姜精油進(jìn)行了成分分析，總離子流見圖1，具體成分分析見表1。姜精油共鑒定出52個(gè)化合物，包括烯類24種（75.658%），醇類16種

（9.967%），酸類5種（3.238%），酮類3種（6.583%），醛類2種（1.403%），酯類1種（0.066%），芳香類化合物1種（0.023%）。姜精油已經(jīng)鑒定出的化合物中，含量超過2%的成分有α-姜烯（42.397%）、B-倍半水芹烯（13.675%）、β-水芹烯（6.193%）、姜酮（5.349%）、崁烯（4.292%）、十六酸（2.196%）。

姜精油不僅香氣成分含量高，而且其中也含有較多種具有應(yīng)用價(jià)值的化學(xué)成分，可為姜精油的開發(fā)利用提供一定的參考依據(jù)。其中含量最高的成分姜烯，具有鮮花的香氣特征，并且具有多種生物活性，如抗病毒、抗氧化、抗?jié)兊裙π?，可?yīng)用于化妝品及香料領(lǐng)域[21]。B-倍半水芹烯與姜烯等同屬倍半萜烯類化合物，均為姜油的主要活性成分[22]。研究證實(shí)，其性質(zhì)同姜烯相似，具有多種生物活性。β-水芹烯具有柑橘、胡椒的清涼香氣，可用于食用香料，主要用于配制柑橘類和香辛料類香精油，還可用于生物活性殺蟲劑等。姜酮又稱姜油酮、香草基丙酮，是我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760—2014）規(guī)定容許可按生產(chǎn)需要適量配制的一種食品香料，姜油酮可用于日化香精配方中，主要用作濃郁香型香精的增甜劑[23]。

2.2 姜精油的抗氧化活性

2.2.1 姜精油的總抗氧化活性。

該試驗(yàn)采用磷鉬絡(luò)合物法測(cè)定了姜精油的總抗氧化活性，受試樣品液的吸光度越大則表明其抗氧化活性越強(qiáng)。由圖2可知，姜精油具有較好的抗氧化活性，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，姜精油的總抗氧化活性明顯優(yōu)于0.50 mg/mL的VC，且樣品的抗氧化活性隨著體積的增加而增加，有著良好的量效關(guān)系。

2.2.2 姜精油對(duì)DPPH自由基的清除作用。

DPPH自由基是一種非常穩(wěn)定，以氮為中心的質(zhì)子自由基，被廣泛用于抗氧化劑的研究[24]。DPPH自由基有3個(gè)芳環(huán)結(jié)構(gòu)，是芳香類自由基，可用來研究抗氧化劑樣品與DPPH自由基結(jié)合或直接捕獲DPPH自由基的行為，可大概推測(cè)抗氧化劑對(duì)芳香類自由基的清除能力[25]。DPPH自由基的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，不易被清除，若受試樣品能夠清除它，則表示受試樣品的自由基清除能力較強(qiáng)。

由圖3可以看出，姜精油對(duì)DPPH自由基有明顯的清除作用，并且隨著精油體積的增加，精油對(duì)DPPH自由基的清除率也逐漸增加。在試驗(yàn)測(cè)試范圍內(nèi)，對(duì)DPPH自由基的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。

2.2.3 姜精油對(duì)ABTS自由基的清除作用。ABTS自由基清除法是一種廣泛應(yīng)用于樣品抗氧化能力測(cè)定的方法，具有操作簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)。由圖4可知，姜精油對(duì)ABTS自由基具有較好的清除能力，在受試的濃度范圍內(nèi)，其對(duì)ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。隨著姜精油體積的增加，對(duì)ABTS自由基清除力也逐漸增強(qiáng)，但其增幅減少，說明樣品濃度與ABTS自由基清除力間不僅存在計(jì)量依賴關(guān)系，還存在著飽和效應(yīng)。

3 結(jié)論

（1）采用GC-MS對(duì)姜精油的香氣成分進(jìn)行了測(cè)定，姜精油共鑒定出52個(gè)化學(xué)物，包括烯類24種，醇類16種，酸類5種，酮類3種，醛類2種，酯類1種，芳香類化合物1種。姜精油已經(jīng)鑒定出的化合物中，含量超過2%的成分有α-姜烯、B-倍半水芹烯、β-水芹烯、姜酮、崁烯、十六酸。姜精油不僅香氣成分含量高，而且其中也含有較多種具有應(yīng)用價(jià)值的化學(xué)成分，為姜精油的開發(fā)利用提供一定的基礎(chǔ)。

（2）對(duì)姜精油的總抗氧化活性及自由基清除能力的測(cè)定結(jié)果表明，姜精油具有較好的抗氧化活性，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)姜精油的總抗氧化活性明顯優(yōu)于0.50 mg/mL的VC，且樣品的抗氧化活性隨著體積的增加而增加，有著良好的量效關(guān)系；姜精油對(duì)DPPH自由基有明顯的清除作用，并且隨著精油體積的增加，對(duì)DPPH自由基的清除率也逐漸增加。在試驗(yàn)測(cè)試范圍內(nèi)，精油對(duì)DPPH的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。姜精油對(duì)ABTS自由基具有較好的清除能力，在受試的濃度范圍內(nèi)，其對(duì)ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。

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