基于生姜特性的姜油功效及應(yīng)用前景

李 桐，王苑力，郭咪咪，楊剴舟，欒 霞?

（1. 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037；2. 廣州福匯食品科技有限公司，廣東 廣州 511400）

生姜是一種原產(chǎn)于東南亞的單子葉姜科植物，現(xiàn)被廣泛種植在亞洲，非洲，印度以及其他熱帶地區(qū)[1]。在我國(guó)，截止到2018年，生姜種植面積達(dá)448萬(wàn)公頃[2]。姜根莖含有60%～70%的碳水化合物，3%～8%的粗纖維，9%的蛋白質(zhì)，8%的灰分，3%～6%的脂肪油和2%～3%的揮發(fā)油。由此可見(jiàn)，生姜的主要功能性成分都包含在揮發(fā)性油脂，也就是姜油中。姜的特征性風(fēng)味是由于姜油酮、松果油、姜油和揮發(fā)性油所組成，按鮮重計(jì)，姜油含量最高，為姜的3%。生姜中的揮發(fā)性香精油主要包含倍半萜類，以 α-姜油烯（30%～70%）為主要成分，少量其他倍半萜類物質(zhì)：β-倍半萜烯（15%～20%），β-雙丁香烯（10%～15%），α-法呢烯和單萜類化合物（β-水芹烯、樟腦、桉葉油、香葉醇、檸檬醛）等[5]。在醫(yī)學(xué)上，生姜被認(rèn)定對(duì)胃腸道有一定的刺激性。生姜可增加胃腸道的運(yùn)動(dòng)能力，并具有抗菌、抗病毒、鎮(zhèn)痛作用和解熱特性[3]，所以理論上食用姜油可以達(dá)到相同的作用。

由于生姜具有多種抗氧化，抗炎癥特性，目前人們對(duì)生姜的關(guān)注也越來(lái)越多。涉及到提取和鑒定生物活性，以及對(duì)其藥理性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證。近年更是有很多生姜對(duì)健康有益的文章發(fā)表。Ghasemzadeh在2010年發(fā)表的文章中闡述了生姜表現(xiàn)的高抗氧化活性和優(yōu)秀的藥用潛力與生姜中含有的總酚含量有關(guān)。此外，在他的研究報(bào)告中還得出生姜的總酚含量和生姜的品種有關(guān)系[4]。本文綜述姜油加工工藝的進(jìn)展及姜油的益處，并對(duì)姜油作為的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

1 姜油

1.1 姜油制備

干燥和制油是生姜的主要加工方式。新姜的水分含量很高，大約為85%～95%，由于微生物的關(guān)系導(dǎo)致新姜很容易腐爛，保質(zhì)期較短。因此將新鮮的生姜進(jìn)行干燥和制油是生姜加工的重要加工方法[6]。一般姜油的加工主要分為選姜—清洗—干燥—粉碎—蒸餾—油水分離等幾個(gè)階段[7]。

1.1.1 常規(guī)萃取姜油技術(shù)

溶劑萃取和蒸汽蒸餾的常規(guī)技術(shù)仍然是商業(yè)上生產(chǎn)姜油樹(shù)脂和揮發(fā)油的最常用方法。但是，這些方法都具有主要缺點(diǎn)，例如涉及多個(gè)單元操作的復(fù)雜過(guò)程（萃取，分離等），較高的操作溫度會(huì)導(dǎo)致主要活性化合物及其收率的降解變化等。除此之外，使用的有機(jī)溶劑如己烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、異丙醇、乙醇、二氯乙烷等對(duì)健康有害，其中的一些溶劑已顯示出致癌作用[8]。除此以外，在加氫蒸餾過(guò)程中，需要將生姜物料進(jìn)行干燥，這樣既可以妨礙微生物的滋生，又可以減少鮮姜的水分含量，促進(jìn)生姜油的提取。干燥時(shí)間根據(jù)生姜物料的水分含量和干燥溫度一般需要3～7 d。這種方法操作簡(jiǎn)單，但弊端也很明顯。由于干燥可以使生姜中的某些化學(xué)成分揮發(fā)或者降解，以至于降低成品精油的含量[9]。于是為了消除干燥帶來(lái)的影響并提高提取效率，酶被運(yùn)用到生姜的預(yù)處理上。有研究表明，經(jīng)過(guò)酶促法處理的百里香在加水蒸餾后，百里香精油的提取效率提高了 109%，迷迭香精油提取的效率提高了50%，薰衣草精油的提取效率提高了 25%。生姜經(jīng)過(guò)酶處理后，有助于幫助維持姜油的質(zhì)量[10-12]。

1.1.2 超臨界CO2萃取姜油

近些年，超臨界萃取被運(yùn)用到姜油的萃取中。在超臨界狀態(tài)下CO2的底臨界壓力為73.82 Pa，溫度為 31 ℃，這個(gè)溫度可以使對(duì)熱敏感的物質(zhì)不會(huì)分解[13]。除此以外，利用超臨界CO2無(wú)毒，非爆炸，容易獲取等特性，通過(guò)改變萃取時(shí)的溫度和壓力，可以選擇性的萃取到想要的精油特性[14-15]。有文獻(xiàn)指出在35 ℃，250 Pa的壓力，超臨界CO2每分鐘15 g的條件下萃取到的姜油樹(shù)脂量為 6.87%[16]。在提取生姜精油的嘗試中，有文獻(xiàn)給出了最佳工藝為在60 ℃，275.8 Pa的壓力，提取時(shí)間為 90 min條件下姜油的出油率為2.74%[17]。由于6-姜酚是姜油中最主要的抗氧化，抗炎物質(zhì)，所以姜油中的6-姜酚含量也是超臨界萃取生姜精油的重要考察指標(biāo)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化，在35 ℃，150 Pa的壓力，超臨界CO2每分鐘15 g的條件下萃取到的姜油樹(shù)脂量為 3.10%，但其中6-姜酚的含量占20.69%[18]。經(jīng)過(guò)對(duì)比文獻(xiàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，超臨界CO2萃取生姜精油，在壓力范圍低于150 Pa時(shí)得到的揮發(fā)性精油含量較高，在高于200 Pa時(shí)得到的數(shù)值含量較高。

可以預(yù)見(jiàn)將酶促反應(yīng)和超臨界 CO2萃取結(jié)合，各取其長(zhǎng)，在干燥階段減少功能性化合物的損失，在萃取階段提高萃取效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，找到合適于商業(yè)的條件，將是未來(lái)姜油萃取的重要研究方向。

1.2 姜油性狀

生姜萃取物包括了生姜精油和樹(shù)脂，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB：1886.29—2015的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)精煉的姜油為黃色或淡黃色油狀液體，具有生姜特征的氣味，這是因?yàn)樯?jīng)過(guò)加工后保留下來(lái)的姜辣素組分與揮發(fā)油組分[19]。雖然在現(xiàn)行國(guó)標(biāo)并未提及姜油的衛(wèi)生及質(zhì)量要求。但在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T3257—2017中對(duì)姜油的衛(wèi)生、質(zhì)量、感官評(píng)價(jià)以及包裝等進(jìn)行了詳細(xì)的闡述[20]。

1.3 姜油功效

王貴林等在2006年的研究表明，因?yàn)榻椭泻袚]發(fā)油及辣味成分，對(duì)炎癥有一定的抗性效果[21]。因?yàn)榻偷睦蔽段镔|(zhì)主要為姜酚，所以姜油的主要功效如生姜一樣，對(duì)急性肝損傷的保護(hù)作用，抗過(guò)敏作用和減肥的作用也被證實(shí)[22-24]。除此以外，有研究表明，姜油對(duì)桔青菌、釀酒酵母、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有一定的抑制效果[25]。

2 基于生姜特性的姜油對(duì)健康的影響

生姜經(jīng)過(guò)超臨界萃取的姜油，包含了生姜絕大部分的功能特性，對(duì)健康的影響也和生姜相同。

2.1 刺激消化系統(tǒng)

生姜對(duì)消化系統(tǒng)的刺激作用最常見(jiàn)，姜油的特性也包含此特性。生姜具有幫助唾液分泌的作用，刺激唾液產(chǎn)生，因此可以幫助吞咽。在醫(yī)學(xué)上，生姜是傳統(tǒng)且常用的藥物，用于治療消化系統(tǒng)疾病。生姜刺激肝臟產(chǎn)生膽汁酸并將其分解為膽汁。已知膽汁酸在脂肪的消化和吸收中起重要作用。食用生姜還可以刺激胰腺脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和羧肽酶）等消化酶的活性。飲食中的生姜也可以有益刺激小腸粘膜的終末消化酶，包括糖化酶。據(jù)報(bào)道，在高脂喂養(yǎng)的情況下，飲食生姜可通過(guò)增加膽汁的分泌和增加胰腺脂肪酶的活性來(lái)刺激飲食脂肪的消化和吸收[26-28]。

2.2 對(duì)腸道的保護(hù)作用

辛辣香料生姜對(duì)胃腸道及其粘膜糖蛋白有積極的保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)證明親脂性香料與周圍脂質(zhì)和這些脂質(zhì)附近的疏水部分具有生物活性相互作用，從而調(diào)節(jié)了膜的動(dòng)力學(xué)，減少對(duì)膜酶蛋白的空間限制并改變其構(gòu)象[29]。

2.3 減脂和抗糖尿病的功效

食用生姜還有降脂功效，有益于控制體重，因此降低了患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[30]。與此同時(shí)，一些實(shí)驗(yàn)表明，生姜具有抗糖尿病的作用。體外、體內(nèi)和臨床試驗(yàn)已證明姜具有降血糖作用[31]?？固悄虿∽饔玫臐撛跈C(jī)制涉及胰島素釋放及其敏感性，以及改變的碳水化合物和脂質(zhì)代謝的逆轉(zhuǎn)[32]。生姜中負(fù)責(zé)此作用的有效成分是姜醇和松果酚[33]。生姜還顯示出對(duì)繼發(fā)于肝，腎，眼和神經(jīng)系統(tǒng)的糖尿病繼發(fā)性并發(fā)癥的顯著保護(hù)作用[31]。

2.4 抗氧化特性

生姜的刺激性成分，例如6-姜酚和6-巴拉多具有抗氧化和抗炎特性。生姜提取物的DPPH自由基清除超過(guò)了 BHT的，在 IC50濃度為抑制DPPH的0.64 μg/mL。生姜提取物抑制羥自由基的程度比槲皮素高。6-姜酚的化學(xué)預(yù)防作用和化學(xué)保護(hù)作用通常與其抗氧化和抗炎活性有關(guān)。生姜在存在 Fe3+和抗壞血酸鹽的情況下，可降低磷脂脂質(zhì)體的過(guò)氧化作用[34]?；钚缘ㄈ缫谎趸┮驯话凳居绊懶盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并導(dǎo)致 DNA損傷導(dǎo)致癌變。6-姜酚被證明是一氧化氮合成的有效抑制劑，也是脂多糖激活的巨噬細(xì)胞對(duì)過(guò)氧亞硝酸鹽介導(dǎo)損傷的有效保護(hù)劑[35]。

2.5 抗炎特性

脂質(zhì)過(guò)氧化物和活化的巨噬細(xì)胞在關(guān)節(jié)炎和其他炎性疾病中起著至關(guān)重要的作用。生姜成分通過(guò)抑制花生四烯酸代謝來(lái)抑制炎癥過(guò)程[36]。最近，有研究表明，生姜對(duì)炎癥部位合成和分泌的細(xì)胞因子有效。細(xì)胞因子是淋巴細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，成纖維細(xì)胞和其他細(xì)胞在炎癥部位分泌的小蛋白，并充當(dāng)參與免疫和炎癥反應(yīng)的細(xì)胞之間的化學(xué)信使。發(fā)現(xiàn)姜可以調(diào)節(jié)在慢性炎癥中激活的某些生化途徑；抑制炎癥反應(yīng)中涉及的幾個(gè)基因的誘導(dǎo)，并且這些基因中的一些編碼細(xì)胞因子，趨化因子和可誘導(dǎo)的酶環(huán)加氧酶-2（COX-2）[37-39]。6-姜酚選擇性抑制巨噬細(xì)胞促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，但不影響抗原呈遞細(xì)胞的功能。因此，6-姜酚起抗炎化合物的作用，可用于治療炎癥而不干擾巨噬細(xì)胞的抗原呈遞功能[40]。

2.6 預(yù)防癌癥

越來(lái)越多的研究表明，姜提取物及其生物活性化合物對(duì)幾種癌細(xì)胞（包括乳腺癌、宮頸癌、結(jié)腸直腸癌、白血病、肝癌、肺癌、鼻咽癌、卵巢癌、前列腺癌和視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤）的細(xì)胞毒作用具有可喜的結(jié)果。6-姜酚在人結(jié)腸癌細(xì)胞中具有抗癌和化學(xué)預(yù)防作用的機(jī)制。通過(guò)對(duì)快速分裂的小鼠結(jié)腸細(xì)胞進(jìn)行活力分析確定6-姜酚的安全性[40-41]。結(jié)果顯示抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡，而正常結(jié)腸細(xì)胞未受影響。結(jié)腸癌細(xì)胞對(duì)6-姜酚的敏感性與胱天蛋白酶8、9、3和7的活化和PARP的裂解有關(guān)，提示誘導(dǎo)凋亡細(xì)胞死亡。從機(jī)理上講，ERK1/2/JNK/AP-1途徑的抑制被認(rèn)為是6-姜酚對(duì)結(jié)腸癌的抗癌作用中一種可能的作用方式[42]。

3 姜油的應(yīng)用前景

姜油已經(jīng)被批準(zhǔn)用作食用與香料，廣泛應(yīng)用于個(gè)人護(hù)理品、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域，作為單方或復(fù)方精油也深受市場(chǎng)親睞。目前市面上的姜油產(chǎn)品主要是用于刮痧、按摩和推拿的身體保健用油，而近年來(lái)姜油的護(hù)發(fā)應(yīng)用市場(chǎng)也被看好，姜油調(diào)和在洗發(fā)露中不僅可以有效防止脫發(fā)、白發(fā)，并刺激新發(fā)生長(zhǎng)，還能夠驅(qū)頭風(fēng)，對(duì)偏頭痛、周期性頭痛也具有一定的治療作用[43-44]。

在食用方面，姜油的市場(chǎng)價(jià)值更為重要且潛力巨大。隨著食品加工技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)用現(xiàn)代工藝技術(shù)提取生姜制成的深加工產(chǎn)品，作為高品質(zhì)、高價(jià)值的貿(mào)易品越來(lái)越受到食品工業(yè)的推崇，已逐漸成為食品工業(yè)的主要原料之一。我國(guó)在姜油的食品化應(yīng)用中也做出了很多成果：貴州博達(dá)醫(yī)藥保健品研究所采用鮮姜粉碎后，用合格的食用色拉油浸提制成純天然食用調(diào)味姜油，具有工藝簡(jiǎn)便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、使用方便、用量少的特點(diǎn)，并申請(qǐng)了專利；廣西技術(shù)市場(chǎng)在2006年利用姜原料提制出高級(jí)的“食用姜油”，屬天然的高級(jí)食用調(diào)味品，這類食用姜油能保持姜的成分和原有的天然辣味，使用方便，并且能保存較長(zhǎng)時(shí)間，它對(duì)咸、甜、酸與苦味的各種食品都適合使用；云南省羅平縣生姜加工企業(yè)通過(guò)改進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的姜油，每年可提煉5 t左右，按當(dāng)時(shí)姜油市場(chǎng)價(jià)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)收入近400萬(wàn)元。另有研究表明，姜油中所含的6-姜酚等活性成分具有明顯的抗炎、鎮(zhèn)痛作用，因此開(kāi)發(fā)面向軍隊(duì)、運(yùn)動(dòng)員等特殊人群的姜油產(chǎn)品，使他們?cè)谌粘z入中保證營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)還能夠緩解身體損傷，具有十分重要的意義[45-48]。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)此研究方向的產(chǎn)品還屬于起步階段，而歐美市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的姜油保健產(chǎn)品，他們宣稱的功效主要體現(xiàn)在：刺激消化、促進(jìn)胃腸健康、促進(jìn)心血管健康、作為抗炎補(bǔ)充劑、減輕因關(guān)節(jié)炎癥和肌肉疼痛而引起的疼痛和腫脹、以及用于止嘔、緩解因旅行引起的暈車等。

國(guó)際市場(chǎng)方面，姜油的主要用途是在糖果、飲料和烘焙產(chǎn)品中。無(wú)論是作為飲料本身還是作為威士忌或朗姆酒等含酒精飲料的補(bǔ)充，姜油的需求都在不斷增長(zhǎng)。姜油已在國(guó)際上商業(yè)化，可用于食品和藥品加工。為了改善它們的外觀，通過(guò)撒石灰通過(guò)各種方法將某些等級(jí)的生姜漂白。姜油的顏色可以從淺黃色到較深的琥珀色不等，并且粘度也可以到水狀。在姜油樹(shù)脂中加入一定量的姜油會(huì)在氣味和刺激性之間達(dá)到所需的平衡。預(yù)計(jì)到2022年，香精油市場(chǎng)將達(dá)到115億美元，從2016年到2022年，復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.1%。

4 討論

由于對(duì)生姜加工技術(shù)的提高，生姜中的功能性成分在姜油中也得到了很好的保留。在食用方面，生姜精油的特性并沒(méi)有被良好的應(yīng)用。姜油中富含的倍半萜類和酚類物質(zhì)有很好的抗氧化和抗腫瘤特性，對(duì)消化系統(tǒng)有積極的作用。我國(guó)的烹飪中，在增香、去腥上，姜的作用不可或缺，特別是在蒸煮海鮮的時(shí)往往要加入生姜。生姜與烹飪用油結(jié)合的產(chǎn)品—姜油，在應(yīng)用場(chǎng)景和營(yíng)養(yǎng)保健方面有廣闊的前景。姜油有多種對(duì)健康有益的作用，不僅僅是賦予食物風(fēng)味，更重要的是利用姜油的抗氧化抗炎特性，在日常飲食中生姜對(duì)健康的益處得以轉(zhuǎn)化，這也將使其成為日后烹飪油市場(chǎng)的必要組成部分。