不同產(chǎn)地生姜、干姜揮發(fā)油組分特征分析

李智寧　魏悅　曹靜亞　王學(xué)方　李曉　范毅　馬艷妮　張麗先　李飛飛

摘要：采用水蒸餾法分別提取來自5個(gè)省份不同區(qū)域的干姜和生姜揮發(fā)油，利用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析了不同產(chǎn)地干姜和生姜提取的精油得率及化學(xué)成分，篩選出主成分，比較生姜發(fā)汗前后以及干姜片粉碎前后精油差異化成分。結(jié)果表明，不同產(chǎn)地生姜和干姜揮發(fā)主成分有明顯差異，但是提取出的主成分基本一致，含量不同，其中桉樹腦可作為魯姜特征標(biāo)識物，乙酸香葉酯可作為豫姜的特征標(biāo)志物;此外，生姜發(fā)汗前后及干姜粉碎前后會(huì)導(dǎo)致某些成分缺失或富集，且干姜片粉碎后提取精油得率較高。

關(guān)鍵詞：生姜;干姜;水蒸餾提取;氣相色譜-質(zhì)譜;特征標(biāo)志物

中圖分類號： R284.1;O657.63? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0215-06

收稿日期：2019-11-25

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號：182102310695）;河南省科學(xué)院科研開發(fā)項(xiàng)目（編號：190613033、190613035）。

作者簡介：李智寧（1987—），男，河南開封人，碩士，助理研究員，主要從事藥物分析與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究。E-mail：aning072@126.com。

通信作者：范 毅，碩士，副研究員，主要從事中藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究。E-mail：420001839@qq.com。

姜（Zingiber officinal Rosc）別名白姜、均姜，屬姜科姜屬多年生草本植物，在我國主要分布于西南部至東南部區(qū)域。我國又是世界上主要的姜種植國和出口國之一，而姜作為藥食同源植物的典型代表，其貿(mào)易主體以價(jià)格低廉的鮮姜和干姜為主[1-2]，因此，急需保障道地藥材資源保護(hù)與價(jià)值提升。姜的組分多而復(fù)雜，可分為揮發(fā)油成分、姜辣素組分和二苯基庚烷成分三大類別[2-4]。傳統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)認(rèn)為，姜乃藥中佳品，主治風(fēng)寒感冒、喘咳、嘔吐、痰飲、脹滿、泄瀉等。其始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，味辛，性熱，歸脾、胃、腎、心、肺經(jīng)，具有溫中散寒、回陽通脈、燥濕消痰等功效;現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，生姜和干姜均具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗腫瘤、抗?jié)?、抗胃腸道出血、保護(hù)胃黏膜、改善局部血液循環(huán)等多種藥理作用[2-11]。不同產(chǎn)地的姜因生長環(huán)境、氣候的不同，不僅其性狀、色澤不同，其成分、含量、藥性和功效等也呈現(xiàn)一定的差異性[12-13]。然而，國內(nèi)外研究多集中研究高良姜和山姜的化學(xué)成分和藥理[14-18]，鮮有報(bào)道豫產(chǎn)姜的化學(xué)成分及其功能產(chǎn)品。因此，亟待對豫產(chǎn)姜的物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)一步研究，特別是揮發(fā)性成分，與不同產(chǎn)地、不同品種姜精油進(jìn)行比對，區(qū)別差異化成分，為后期姜道地藥材指紋圖譜以及特征峰模式識別技術(shù)的建立提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為有關(guān)姜物質(zhì)基礎(chǔ)及功能產(chǎn)品開發(fā)研究提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料 試驗(yàn)試材為豫姜（張良姜、懷姜、信陽姜）、皖姜（安徽姜）、魯姜（山東大黃姜、山東小黃姜）、川姜（四川姜）、滇姜（云南寶山姜、羅平姜、小黃姜）。試驗(yàn)挑選完整、無蟲病害的姜作為試驗(yàn)原料，5批姜采自5個(gè)不同省份，其中生姜5個(gè)產(chǎn)地，干姜8個(gè)產(chǎn)地，經(jīng)河南省科學(xué)院趙天增研究員鑒定，均為姜科植物姜的根莖，標(biāo)本存放于河南省科學(xué)院天然產(chǎn)物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，標(biāo)本編號依次為170701、170702、170703、170704、170705。

1.1.2 試劑 試驗(yàn)試劑有無水乙醇、丙酮、冰乙酸（分析純，北京化工廠有限責(zé)任公司）、甲醇、乙腈（LC / MS級別，F(xiàn)isher Scientific）、甲酸（LC/MS級，F(xiàn)isher Scientific）、超純水。

1.1.3 儀器設(shè)備 GC-2010 Uira 氣相色譜-質(zhì)譜儀，島津公司;色譜柱為Rxi-5ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛細(xì)管柱;N-1100S-W型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，日本東京理化器械株式會(huì)社;RE5220型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠;ZDHW型電熱套，北京中興偉業(yè)儀器有限公司;HH-6型恒溫水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司;DGX-9143B-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;HGJR-01型紅外加熱電磁爐，河南中良科學(xué)儀器有限公司;LPG-5型噴霧干燥器，常州市一新機(jī)械廠;HSCE40-24X2型大提取裝置，上海研仕機(jī)械設(shè)備有限公司;TDL-5-A型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;KQ-5WE超聲池，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣本預(yù)處理 將新鮮的生姜洗凈，趁鮮切成厚度 5 mm左右姜片，置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱45 ℃ 烘24 h，粉碎，過三號篩（50目），備用。

1.2.2 提取方法 本試驗(yàn)采取3種提取方法，干姜提取揮發(fā)油采用提取方法1（未粉碎）和提取方法2（粉碎），生姜提取揮發(fā)油采用提取方法3，3種方法提取步驟：（1）提取方法1。直接稱取干姜片約50 g，置于圓底燒瓶中，再分別按照料液比1 g ∶14 mL 加入水溶劑，置電熱套中緩緩加熱至沸，并保持微沸約5 h，至測定器中油量不再增加，停止加熱，放置片刻，讀取揮發(fā)油量，并計(jì)算供試品中揮發(fā)油的得率，備用。（2）提取方法2。取干姜片，粉碎，過2號篩制得干姜粉，分別稱取干姜粉約50 g，置于圓底燒瓶中，再分別按照料液比1 g ∶14 mL 加入水，置電熱套中緩緩加熱至沸，并保持微沸約5 h，至測定器中油量不再增加，停止加熱，放置片刻，讀取揮發(fā)油量，并計(jì)算供試品中揮發(fā)油的得率，備用。（3）提取方法3。鮮姜切成1～2 mm 的小塊，稱取約100 g，按照料液比1 g ∶3.5 mL 加入水溶劑，余下步驟同干姜處理，最終計(jì)算出鮮姜揮發(fā)油的得率，備用。

1.2.3 供試品溶液的制備 準(zhǔn)確稱取揮發(fā)油試樣200 mg（精確到0.000 01 g）于5.0 mL容量瓶中，用甲醇溶液準(zhǔn)確定容，再將配制好的供試品溶液稀釋50倍，過0.22 μm 濾膜，進(jìn)GC-MS系統(tǒng)分析。

1.2.4 色譜條件 色譜柱為Rxi-5ms，30 m×0.25 mm，0.25 μm ;流速為1.39 mL/min，進(jìn)樣量為1 μL，進(jìn)樣口溫度為250 ℃;柱溫為60 ℃ （持續(xù)3 min），以2 ℃/min 升到82 ℃，6 ℃/min升到94 ℃，3 ℃/min 升到106 ℃，5 ℃/min 升到126 ℃，2 ℃/min 升到140 ℃，再以10 ℃/min 升到230 ℃（持續(xù)5 min）;分流比100 ∶1。

1.2.5 質(zhì)譜條件 離子源為EI，掃描模式為Scan模式，離子源溫度為240 ℃，接口溫度240 ℃，電子能量70 eV，檢測器電壓0.7 kV，溶劑延遲3.5 min，掃描范圍40～600 amu。采集所得的質(zhì)譜圖用美國國家科學(xué)技術(shù)研究所的NIST 質(zhì)譜庫2011版和2014版（NIST-2011、NIST-2014）進(jìn)行檢索，根據(jù)相似度對化合物進(jìn)行定性，用峰面積歸一化法進(jìn)行定量，計(jì)算各組分的相對含量。經(jīng) 氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS） 分析得到不同產(chǎn)地姜揮發(fā)油的總離子色譜圖（TIC圖），具體見圖1和圖2。

2 結(jié)果與分析

2.1 姜揮發(fā)油得率及鑒定化合物數(shù)比較

按照上述GC-MS條件對姜油進(jìn)行分析，不同產(chǎn)地干姜和生姜所得姜揮發(fā)油的得率及分離鑒定出的總化合物數(shù)見表1和表2。由表1可見，5種不同產(chǎn)地的生姜中懷姜和信陽姜揮發(fā)油得率較高，山東姜精油得率較低，鑒定成分基本一致。由表2可見，按照提取方法1制得的3種不同產(chǎn)地干姜相比揮發(fā)油得率相差不大，其中安徽干姜得率稍高。按照提取方法2制得8種產(chǎn)地的干姜揮發(fā)油得率高于提取方法1提取的，但化合物鑒定數(shù)低于提取方法1，可能是因?yàn)楦山谥品圻^程中造成揮發(fā)油成分丟失，而粉末狀態(tài)下溶液接觸面積增大，出油率多。

上述老姜指發(fā)汗后生姜，新姜指發(fā)汗前生姜。中藥“發(fā)汗”是指中藥含水量較高時(shí)，在相對密閉的條件下堆積后經(jīng)一段時(shí)間熱悶發(fā)酵，使其內(nèi)部水分外溢，質(zhì)地變軟，變色，增加香味或減少刺激性。

2.2 不同區(qū)域姜揮發(fā)油分析比較

由表3可見，5個(gè)產(chǎn)地生姜揮發(fā)油共計(jì)鑒定出40種成分，相比所共有的主成分基本相同，但含量有差異，發(fā)汗前后主成分存在明顯變化。其中，蒎烯、莰烯、水芹烯、桉樹腦、香葉醇、乙酸香葉酯、衣蘭油烯等香味成分含量較發(fā)汗前呈不同程度降低，乙酸香葉酯降低最為明顯;而冰片、檸檬醛、姜黃烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯含量較發(fā)汗前呈不同程度升高。4種豫姜相比，姜黃烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯4種成分總量張良姜老姜（施加小分子肽肥料）較高，占比高達(dá)50.30%，其次為懷姜老姜和信陽姜新姜;然而小分子張良姜蒎烯、莰烯、水芹烯、桉葉油素成分含量較其他豫姜低，這可能是施加小分子肽肥料的原因，營養(yǎng)吸收充足。3種山東大黃姜相比，市售老姜易揮發(fā)成分很低，檸檬醛含量也只有4.48%，而姜黃烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯4個(gè)主成分總量卻高達(dá)70.79%，這可能是因?yàn)樯A存放置時(shí)間或者發(fā)汗時(shí)間越長，含水量越低，易揮發(fā)成分越低，而難揮發(fā)成分就會(huì)越高。

總之，5種不同產(chǎn)地的生姜揮發(fā)油成分含量各有差異，特別是山東生姜檸檬醛含量明顯較高，水芹烯含量較其他產(chǎn)地生姜低，桉葉油素含量較其他產(chǎn)地高，可作為魯姜的特征成分;豫姜發(fā)汗前均含有乙酸香葉酯且含量較高，可作為其特征成分。因此，不同地域因生長環(huán)境及土質(zhì)營養(yǎng)成分不同而導(dǎo)致?lián)]發(fā)油成分含量存在一定差異性。

由表4可見，a、b、c、d 3個(gè)產(chǎn)地姜采用“提取方法1”制得揮發(fā)油，e～p采用“提取方法2”制得揮發(fā)油，來自8個(gè)產(chǎn)地的干姜提取出的揮發(fā)性成分共鑒定出39種成分。其中，a、b、c、d 4種干姜揮發(fā)油鑒定出的揮發(fā)性成分較多，主成分一致，但含量有一定差異，其中張良姜揮發(fā)油中水芹烯含量最高，達(dá)到16.48%，其次是姜烯（13.28%）、莰烯（10.93%）、檸檬醛（10.63%）、桉葉油素（5.20%）、倍半水芹烯（4.99%）、法尼烯（4.73%）;安徽姜揮發(fā)油中檸檬醛含量最高，達(dá)到18.02%，其次是莰烯（12.75%）、水芹烯（10.88%）、姜烯（9.23%）、桉葉油素（8.40%）、α-蒎烯（4.59%）;山東大黃姜揮發(fā)油中檸檬醛含量也是最高，達(dá)到18.46%，其次是莰烯（15.12%）、水芹烯（13.99%）、桉葉油素（8.87%）、而姜烯只有（5.59%）、法尼烯和倍半水芹烯共計(jì)

4.00%;山東小黃姜揮發(fā)油中姜烯含量高達(dá)到18.98%，其次是水芹烯（11.93%）、檸檬醛（10.51%）、莰烯（7.25%）、法尼烯（7.08%）、倍半水芹烯（6.92%）。按照“提取方法2”制得的8個(gè)產(chǎn)地干姜揮發(fā)油中的主成分相比“提取方法1”制得的揮發(fā)油發(fā)生明顯的變化，姜烯、法尼烯、倍半水芹烯3個(gè)主成分總量達(dá)到64.15%～78.75%，其中四川姜最高;衣蘭油烯、姜黃烯和瑟林烯等相對難揮發(fā)的物質(zhì)含量，均比“提取方法1”制得的揮發(fā)油稍高;蒎烯、莰烯、水芹烯、桉葉油素、冰片、檸檬醛等易揮發(fā)性成分含量均低于提取方法1制得的揮發(fā)油。這可能是因?yàn)樘崛》椒?制備過程中將干姜片粉碎，導(dǎo)致易揮發(fā)性成分丟失，再加上揮發(fā)油的溶出表面積增大、料液比增大，從而使得更多相對難揮發(fā)性成分被提取出來。

由表3和表4可知，生姜、干姜主成分略有差異，其含量也有所不同，比如提取方法1制得的干姜揮發(fā)油中冰片含量比生姜高，而生姜中衣蘭油烯含量比干姜高;干姜中蒎烯、莰烯、水芹烯和桉葉油素含量均高于生姜，但是另外3個(gè)主成分姜烯、法尼烯和倍半水芹烯含量卻均低于生姜。不管是干姜和生姜，檸檬醛含量均相當(dāng)，而山東姜相對較高。而提取方法2制得的干姜揮發(fā)油主成分卻有明顯的變化，衣蘭油烯、姜黃烯、瑟林烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯6種成分的含量就達(dá)到71.95%～84.94%以上，蒎烯、莰烯、水芹烯、桉葉油素、檸檬醛含量卻明顯低于上述生姜和提取方法1制得的干姜揮發(fā)油。

總之，不同產(chǎn)地、不同品種的姜因生長環(huán)境、氣候的差異，在相同條件下提取出的揮發(fā)性成分在數(shù)量和質(zhì)量上均有所不同，但所提取出來的主成分基本一致，而采用將干姜片粉碎的方式提取干姜揮發(fā)油會(huì)提取出更多的相對難揮發(fā)性成分。每種姜揮發(fā)性成分的差異性可為后期道地藥材指紋圖譜以及特征峰模式識別技術(shù)的建立區(qū)分不同產(chǎn)地姜的道地性和功效成分分離制備提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與討論

本研究采用水蒸餾法提取來自5個(gè)不同省份干姜和生姜揮發(fā)油，在相同條件下所得精油含量，精油化學(xué)成分的數(shù)量和含量均各有差異，但所提取出的主成分基本一致。研究發(fā)現(xiàn)，姜具有獨(dú)特的藥用和食用價(jià)值，而姜精油為姜提供獨(dú)特的芳香風(fēng)味，同時(shí)也具有多種藥理作用，如提神鎮(zhèn)吐、溫中散寒、抗菌消炎等。然而，不同產(chǎn)地的姜因生長環(huán)境不同其藥性和功效也有一定差異，不同產(chǎn)地、不同品種姜揮發(fā)性成分的差異性能否引起藥理作用的明顯差異還須要進(jìn)一步深入研究。本研究為不同品種姜制得的精油提取物與制劑等產(chǎn)品的質(zhì)量評價(jià)及臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)依據(jù)，每種姜揮發(fā)性成分的差異性也為后期道地藥材指紋圖譜的建立以及特征峰識別區(qū)分不同產(chǎn)地姜的道地性和功效成分提供科學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考。

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