加工過程對(duì)生姜主要成分、功效和應(yīng)用影響的研究進(jìn)展

孫 璐，王 萌，趙曉燕?，朱運(yùn)平，張曉偉，劉紅開，郭 嬋

（1.濟(jì)南大學(xué) 烹飪學(xué)院食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)系，山東 濟(jì)南 250022；2.北京工商大學(xué) 食品與健康學(xué)院，北京 100048）

生姜在我國(guó)栽培歷史悠久，品種較多且有當(dāng)?shù)靥厣?，主要有萊蕪大姜、昌邑面姜、銅陵白姜、青州竹根姜、山農(nóng)一號(hào)生姜、浙江小姜等。此外，生姜在古醫(yī)藥典籍中記載，具有驅(qū)寒解毒，溫經(jīng)止嘔等功效，是藥食兩用食物?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，生姜由100多種化學(xué)組分構(gòu)成，主要成分有姜辣素、姜精油、生姜蛋白酶、生姜多糖等，具有抗腫瘤、抗氧化、抗血脂以及抑菌消炎等作用[1]。生姜在成熟采摘后的加工方式尤為重要，合理的加工可以使生姜最大限度保留自身特有的功效，傳統(tǒng)的加工方式有切片、干燥和炮制等方法，現(xiàn)代加工方式是在未加工或簡(jiǎn)單初加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效成分的提取，使有效成分分別發(fā)揮自己特有的功能，應(yīng)用于不同領(lǐng)域當(dāng)中。因?yàn)榧庸し椒ú煌?，所以?huì)對(duì)生姜的主要成分、藥用療效和食用口感等方面有明顯的影響[2]。目前，生姜所發(fā)揮的藥理作用已應(yīng)用于化妝品、食品和醫(yī)藥領(lǐng)域中，具有廣闊的發(fā)展前景。本文將介紹生姜的不同加工方法以及加工過程中會(huì)對(duì)有效成分、功效和應(yīng)用所產(chǎn)生的影響進(jìn)行論述。

1 生姜的主要組成成分

生姜的組成成分較多且復(fù)雜，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，含水量可達(dá)85%，主要的組成成分包括揮發(fā)性的姜精油、非揮發(fā)性的姜辣素、二苯基庚烴類物質(zhì)、生姜蛋白酶、生姜多糖等[3]。姜精油主要是通過水汽蒸餾提取出的具有揮發(fā)性的透明淡黃色液體，組分較多以萜類物質(zhì)為主[4]。姜辣素主要是通過有機(jī)溶劑提取出的不具有揮發(fā)性的黃色粘稠液體，都含有3-甲氧基-4-羥基苯基官能團(tuán)，決定了生姜辣味的程度[5]。二苯基庚烴類物質(zhì)以姜黃素最為常見，為橙黃色結(jié)晶粉末，是生姜藥用特征性成分之一[6]。生姜蛋白酶是植物蛋白酶家族的新成員，與木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶有相似的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，其特有的凝乳性引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛研究[3]。生姜多糖是在榨取姜汁時(shí)產(chǎn)生的姜汁沉淀物和廢棄的姜渣中二次提取得到的糖類物質(zhì)，為生姜的綜合利用開發(fā)帶來新的思路。

2 生姜的加工方式

生姜作為中國(guó)傳統(tǒng)種植的經(jīng)濟(jì)作物，不僅種類多產(chǎn)量高，而且價(jià)格低廉，是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚氖巢闹?，更是在我?guó)傳統(tǒng)中藥治療方案中發(fā)揮著重要的作用。經(jīng)過多年的臨床實(shí)踐，為更好的發(fā)揮藥效，生姜的加工方式也在不斷的增加（見表1）。從最開始切片、曬干、晾干的初加工方法再到人們逐步采用了炮制的方法加工生姜，產(chǎn)生了炮姜和姜炭這兩種炮制品，將生姜的藥性加以調(diào)整修飾，從“走而不守”的藥性逐步改為“守而不走”的藥性，改善了以往用藥的不足之處，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。

表1 生姜傳統(tǒng)初加工方法Table 1 Traditional primary processing method of ginger

現(xiàn)如今生姜進(jìn)一步的深加工往往是成分的提取分離，提取出的主要成分包括姜精油、姜辣素、生姜蛋白酶、生姜多糖等。因主要成分化學(xué)性質(zhì)的不同，所以提取方式方法有很多種，包括有機(jī)溶劑浸提、超聲波輔助提取、酶解法、水汽蒸餾、超臨界CO2萃取、分子蒸餾等方法（詳見表2）。

表2 生姜主要成分的提取方法Table 2 Extraction methods of main components in ginger

3 加工過程對(duì)生姜結(jié)構(gòu)的影響

3.1 主要成分及含量

生姜在我國(guó)有著悠久的歷史，獨(dú)特的風(fēng)味和藥理作用使生姜成為藥食兩用的食材。由于生姜的主要成分具有揮發(fā)性和化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以在加工過程中會(huì)對(duì)主要成分造成一定的損失。

李玉新等[19]將鮮姜、干姜、炮姜、姜炭為例進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示6-姜酚、總酚、多糖的含量由高到低依次排列為干姜>炮姜>姜炭>鮮姜，這是因?yàn)樯慷啵灾饕煞趾枯^低。加工成干姜時(shí)，隨著烘干溫度的升高，其中含有的主要成分因水分的減少而逐漸增高，但是當(dāng)烘干溫度達(dá)到 70 ℃時(shí)，其中所含有的姜酚類物質(zhì)隨加工時(shí)間的增加和溫度的上升逐漸減少，其原因可能是姜酚類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，發(fā)生了氧化反應(yīng)[20-21]。4個(gè)樣品中 6-姜烯酚含量的排列順序?yàn)榻?炮姜>干姜>鮮姜，這一現(xiàn)象說明在進(jìn)一步加工過程中有部分姜酚氧化生成了姜烯酚，造成了干姜和姜炭所含有的姜酚與姜烯酚含量截然相反的結(jié)果。干姜進(jìn)行炮制制成炮姜和姜炭的過程中，隨著溫度的升高，使部分多糖的結(jié)構(gòu)發(fā)生了炭化或者被降解生成了單糖和低聚糖[23]，因此炮姜和姜炭中的多糖含量明顯降低。除此之外，測(cè)定結(jié)果表明了加工的時(shí)間越長(zhǎng)，所含有的揮發(fā)油就越少，這與揮發(fā)油中的單萜類成分因?yàn)槭軣釋?dǎo)致分解或者因?yàn)榧庸r(shí)間增加而跟隨空氣揮發(fā)有關(guān)[22]。采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）分析生姜及其三種制品的揮發(fā)油成分，測(cè)定得出生姜揮發(fā)油中含有100多種成分、干姜60種成分、炮姜18種成分、姜炭3種成分[22]。綜上結(jié)果表明了加工過程中溫度和時(shí)間對(duì)功效的影響較大，進(jìn)一步驗(yàn)證了加工過程會(huì)對(duì)生姜的主要成分產(chǎn)生影響。

表3 不同生姜制品主要成分的含量Table 3 Contents of main components in different ginger products

3.2 生姜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)

Azian等[24]通過光學(xué)顯微鏡對(duì)生姜、干姜橫切面進(jìn)行觀察，從中發(fā)現(xiàn)在未經(jīng)過加工的鮮姜有著完整的薄壁細(xì)胞，實(shí)質(zhì)細(xì)胞中包裹著大量的淀粉顆粒，而經(jīng)過加工制成干姜后，完整的細(xì)胞壁出現(xiàn)了明顯的破損，細(xì)胞之間的界限基本模糊，這與干燥過程中脫水有關(guān)。細(xì)胞中所含有的淀粉顆粒、姜精油、姜油樹脂隨著細(xì)胞壁的破損擴(kuò)散在整個(gè)組織中。生姜進(jìn)行深加工往往采用有機(jī)溶劑浸提的方法，以乙醇浸提為例，將鮮姜與干姜浸泡3 h后進(jìn)行觀察，載玻片顯示鮮姜的薄壁細(xì)胞壁較為完整但是有壓縮的現(xiàn)象，說明了乙醇浸提僅僅破壞了油細(xì)胞，但是實(shí)質(zhì)細(xì)胞壁并未受到影響；干姜在干燥過程中實(shí)質(zhì)細(xì)胞壁已經(jīng)破損，經(jīng)過乙醇的浸泡油細(xì)胞破裂，散布在整個(gè)組織中。綜上所述，表明加工過程中其含有的有效成分會(huì)因溫度的變化、所用時(shí)間的長(zhǎng)短、加工方法的不同等原因有不同的變化。

圖1 A、B：生姜、干姜切片顯微照片；C：鮮姜根莖組織橫切面；D：干姜根莖組織橫切面；E：乙醇浸泡后干姜根莖組織橫切面；F：乙醇浸泡后鮮姜根莖組織橫切面Fig.1 A and B:micrographs of ginger and dried ginger slices; C:cross section of fresh ginger rhizome tissue;D:transverse section of rhizome tissue of dried ginger; E:cross section of rhizome tissue of dried ginger soaked in ethanol; F:cross section of fresh ginger rhizome tissue after ethanol immersion

4 加工過程對(duì)生姜功能特性的影響

生姜在我國(guó)藥用歷史悠久，早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就提到“干姜，味辛，性溫，生者尤良”。由此可見生姜與干姜功效存在差異[25]，隨著農(nóng)耕的逐步發(fā)展，擴(kuò)大了生姜的種植面積，不僅提高了農(nóng)作經(jīng)濟(jì)效益，而且增加了生姜不同的加工方法。在《金匱要略》《本草求真》《本草崇原》等書中記載了干姜、炮姜、姜炭的加工工藝、藥方功效及其應(yīng)用病癥[26-28]。由此看出，在古代人們就對(duì)生姜加工前后的藥效和適用的病癥做出了明確的劃分。

4.1 抗氧化性

生姜加工制品以干姜、炮姜、姜炭為例，李玉新等[19]對(duì)生姜加工制品有效成分的檢測(cè)以及抗氧化性的測(cè)定，得出總酚含量由高到低依次排序?yàn)楦山?炮姜>姜碳>鮮姜；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）清除活性和2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽（ABTS）的自由基清除活性由高到低依次排列為干姜>炮姜>姜碳>鮮姜，這說明生姜在加工過程中因?yàn)楹婵镜仍虺チ舜蟛糠炙郑恍┯行С煞謸p失或者發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變，抗氧化性跟隨有效成分的變化而變化，掌握這一規(guī)律可以更好的發(fā)揮其功能特性。此外，鮮姜和干姜均有抗凝血的作用，這源于其含有的姜酚類物質(zhì)可抑制二磷酸腺苷（ADP）和丙烯酸（AA）誘導(dǎo)的血小板聚集，但是經(jīng)過進(jìn)一步加工后的姜炭卻具有凝血的功能，這是因?yàn)榧庸み^程中姜酚類物質(zhì)大量揮發(fā)或被破壞，減少了對(duì)ADP和AA的抑制，與此同時(shí)生姜表面形成了炭素以及鞣質(zhì)等物質(zhì)，炭素具有較強(qiáng)的吸附功能，促進(jìn)了凝血因子的活性，鞣質(zhì)具有收縮血管的作用，證實(shí)了加工過程會(huì)導(dǎo)致有效成分的轉(zhuǎn)變，從而姜炭與干姜和鮮姜的功能性存在差異[29]。

表4 生姜及其制品的抗氧化性Table 4 Antioxidant activity of ginger and its products

4.2 抗凝血性和凝乳性

心腦血管疾病是世界上造成人類死亡的第一大疾病，其中一直部分在中醫(yī)稱之為血瘀癥，主要是血管中局部產(chǎn)生凝結(jié)，包括氣虛、氣滯、寒氣入侵等原因。生姜具有良好解表散寒的作用，可以有效治療血瘀癥，其機(jī)理是所含有的有效成分可抑制血小板凝集，從而防止血栓形成，發(fā)揮抗凝的作用。為探究不同加工后的生姜與抗凝血性相關(guān)性分析，韓教授等[30]研究結(jié)果表明，鮮姜，干姜和炮姜給藥后的大鼠血瘀情況有很大差異，鮮姜和干姜可以不同程度地調(diào)節(jié)代謝物至正常水平，而炮姜的抗凝血作用不大，由此可見鮮姜對(duì)血瘀癥最有效，其次是干姜。近年來我國(guó)郭星漢等[31]在炮姜治療虛寒性出血大鼠模型的影響結(jié)果中指出，炮姜可以有效縮短凝血時(shí)間，調(diào)整凝血四項(xiàng)指標(biāo)，達(dá)到溫經(jīng)止血的作用。

生姜蛋白酶具有良好的凝乳性，因采用不同方法pH、溫度等提取條件的不同，造成酶活力差值較大。范金波等[32]研究中指出，生姜蛋白酶受pH影響，脫脂乳凝膠的強(qiáng)度在pH6.0達(dá)到高峰，之后隨著 pH的增大逐漸減小，在激光共聚焦掃描顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn) pH的降低，可增加酪蛋白微粒與酪蛋白分子之間的疏水作用力，減少靜電斥力，孔隙增大進(jìn)而持水力增強(qiáng)。

5 加工過程對(duì)生姜應(yīng)用影響

5.1 初步加工

生姜的加工對(duì)其有效成分、功效都有著不同程度上的影響，這也直接導(dǎo)致了生姜在應(yīng)用方面的不同。初加工的姜片應(yīng)用于菜肴的制作中，多數(shù)以除魚腥和與其他藥材配伍制作藥膳為主，少部分腌制后用于開胃小菜中；榨成姜汁與其他果蔬菜汁結(jié)合，利用其抑菌性來延長(zhǎng)貨架期，但是由于姜汁含有淀粉易產(chǎn)生沉淀，可以加澄清劑進(jìn)行改善。干姜適用于治療脾胃陽虛、四肢發(fā)寒以及咳喘人群；炮姜因加工時(shí)間長(zhǎng)于干姜，除去更多的揮發(fā)油減少了辛燥的性質(zhì)，藥效更加溫和持久，改善了干姜迅猛的熱性，適用于虛寒性脾胃不合的腹瀉、便血等人群；姜炭加工時(shí)間長(zhǎng)于炮姜，其揮發(fā)油幾乎損失，適用于產(chǎn)后血崩，吐血等急癥[25-28]。姚夢(mèng)雪等[33]通過對(duì)比生姜、干姜、炮姜所熬制的苓甘五味姜辛湯治療肺哮喘的大鼠，得出以干姜為原料熬制的苓甘五味姜辛湯藥效高于其他兩組，由此更加驗(yàn)證加工過程對(duì)生姜的功效作用發(fā)生改變，影響其應(yīng)用。

5.2 深度加工

現(xiàn)代對(duì)于生姜的加工更加精細(xì)化，將生姜含有的主要活性物質(zhì)提取出，利用其不同的功能特性與其他領(lǐng)域相結(jié)合，從而擴(kuò)大了生姜的應(yīng)用范圍，例如姜精油因良好的抑菌性與材料領(lǐng)域相結(jié)合，用天然材料改善常規(guī)合成材料造成的環(huán)境問題，制成基于聚乙烯醇/阿拉伯樹膠/殼聚糖（PVA/GA/CS）復(fù)合膜，有望成為傷口敷料和食品包裝材料提供的替代品[34]。姜辣素中的姜酚類物質(zhì)因良好的抗氧化性和抗炎性與醫(yī)藥領(lǐng)域結(jié)合，有效抑制癌細(xì)胞增長(zhǎng)和改善炎癥帶來的疼痛，可作為輔助治療的有效成分[35]。鮮姜片中發(fā)現(xiàn)了生姜蛋白酶，為植物性蛋白酶家族添加了新成員，生姜蛋白酶具有較強(qiáng)的水解蛋白活力和凝乳性，可在適當(dāng)?shù)臏囟认?，將膠原纖維和結(jié)締組織中的蛋白質(zhì)降解[36]，起到了嫩化肉類的作用，從而應(yīng)用于肉類食品加工領(lǐng)域中，姜撞奶是目前熱度較高的點(diǎn)心之一，操作簡(jiǎn)單便捷，這其中就有生姜蛋白酶的凝乳作用。所剩下的姜渣可提取出生姜多糖[37]，對(duì)大鼠腦缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用，即避免了生物資源的浪費(fèi)，又增加了生姜副產(chǎn)物。

6 結(jié)論與展望

生姜自古以來就有較高的食用價(jià)值和醫(yī)藥療效，前期我們對(duì)生姜進(jìn)行加工是為了利用其特有的辛辣風(fēng)味，去除菜肴的一些奇特味道，后期逐步增加了加工方式以及方法，將主要成分進(jìn)行分離提取，使含有的主要成分可以分別發(fā)揮自身的功能特性，應(yīng)用于不同病癥的治療。在食品、藥品、化妝品等各個(gè)領(lǐng)域備受青睞。加工過程會(huì)對(duì)生姜所含有的主要組成成分產(chǎn)生影響，使其藥效發(fā)生改變，調(diào)節(jié)了生姜的辛燥，從而適用于不同病癥以及人群。在生姜的加工中還存在提取后廢棄物造成環(huán)境污染的問題，研究廢棄物再次利用或有效處理將有利于節(jié)約生物資源，而現(xiàn)代加工生姜往往是提取出一種有效成分，其他成分有著不同程度上的破壞，改善提取方法，使多種有效成分可以被充分利用，從而擴(kuò)大生姜的應(yīng)用價(jià)值，帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。