4 個生姜品種的品比試驗

於志遠，向元園，劉奕清，蔡小東

（長江大學園藝園林學院，香辛作物研究院，湖北 荊州 434025）

生姜（Zingiber officinaleRosc.）是姜科姜屬多年生草本單子葉植物，不僅是廣為栽培的重要香辛保健蔬菜之一，也是醫(yī)藥、食品及化工產(chǎn)品的重要原材料[1]。研究表明，除富含淀粉、多糖、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、微量元素等多種營養(yǎng)成分外[2-4]，生姜及其提取液還具有較為廣泛的生物活性，如抗氧化、抑菌、消炎、抗腫瘤等[5-7]，在食品保鮮、功能食品生產(chǎn)等領域中具有廣泛的應用前景。姜辣素是生姜中的辣味成分，為多種物質(zhì)構(gòu)成的混合物，其中姜酚類和姜酮類物質(zhì)是生姜發(fā)揮藥理作用的主要活性成分[2]。生姜的揮發(fā)性物質(zhì)主要是姜精油，含有近百種化學成分，其獨特的香氣可作為香辛料添加到食品中起到增香除腥的作用，其抗氧化、抑菌等活性使其可作為天然保鮮劑延長食品的貨架期[8]。目前，對生姜的利用形式側(cè)重于生姜根莖的初級產(chǎn)品，如腌姜、糖醋姜片、姜絲、姜粉等，而提取和合理化利用生姜根莖中的生物活性成分有待進一步研究。

生姜市場需求較大，然而近年來價格波動頻繁，極大增加了生姜種植的市場風險。為規(guī)避價格波動帶來的市場風險，有必要提高其活性物質(zhì)的利用率，開發(fā)更多具有保健價值的健康產(chǎn)品，來提高生姜的經(jīng)濟價值。我國生姜栽培歷史悠久，種質(zhì)資源豐富，地方品種繁多[1]。該研究以國內(nèi)較有代表性的鳳頭姜、竹根姜、山東大姜、安丘小黃姜4個地方生姜品種為試材，分析了不同品種間的農(nóng)藝性狀、活性成分含量、抗氧化活性及其相關性，旨在為生姜的生物活性利用及精深加工提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜，2020 年4 月中旬種植于長江大學農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)園生姜品種示范基地的簡易塑料大棚中，行距75 cm，株距25 cm，正常管理，11 月下旬收獲。

主要試劑：蘆丁、福林酚、香草醛、沒食子酸、2,2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇、過硫酸鉀、硝酸鋁、亞硝酸鈉等（上海麥克林生化科技有限公司）。所有試劑均為分析純。

主要儀器：UV-1601 型分光光度計（北京瑞利分析儀器公司），DHG-9070A 鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司），2500Y 高速多功能粉碎機（浙江永康鉑歐五金制品有限公司），KS-5200D 超聲波清洗機（昆山潔力美超聲儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 農(nóng)藝性狀的測定采取五點取樣法采集樣品，即采收期每個品種隨機選取5 個點，每個點隨機選取5 株，分別測量植株葉片的葉長、葉寬、莖粗（地上莖基部直徑）、株高（地上莖基部到所有葉片自然伸展時的最高處的距離）和每株的分枝數(shù)。觀測完畢后，小心挖出完整植株，洗凈泥土晾干后測量根莖長度、根莖寬度、單株根莖鮮重。

1.2.2 姜粉制備收獲的姜塊洗凈、去皮，切成約3 mm 厚的薄片后置于烘箱中60℃烘12 h，然后用高速粉碎機將烘干后的姜片粉碎，過60 目篩網(wǎng)后在干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 姜精油含量的測定采用水蒸氣蒸餾法提取姜精油。精確稱取 30.0 g 姜粉置于1 000 mL 圓底燒瓶中，加入500 mL 蒸餾水和3.0 g NaCl，連接揮發(fā)油提取器與冷凝管，開啟電熱開關。加熱回流約5 h后關閉電源，打開揮發(fā)油提取器旋塞收集精油，經(jīng)無水Na(SO4)2干燥后稱重。姜精油含量（mg/g）= 提取的姜精油質(zhì)量（mg）/姜粉質(zhì)量（g）。

1.2.4 生姜提取液的制備采用超聲波輔助乙醇法提取。準確稱量0.5 g 生姜粉，按料液比1 ∶20（g ∶mL）加入70%乙醇，在200 W 超聲功率下提取30 min 后用三層紗布過濾，收集濾液。濾渣在相同條件下再次提取，合并2 次濾液，用于總酚、總黃酮、姜辣素含量及抗氧化能力的分析。

1.2.5 總酚含量的測定在福林酚法[5]的基礎上略作調(diào)整測定不同生姜品種根莖的總酚含量。具體操作：將福林酚試劑用蒸餾水按1 ∶10（v/v）的比例稀釋，吸取1 mL 生姜提取液與5 mL 稀釋后的福林酚試劑混合，放置30 s 后加入2 mL 75 g/L Na2CO3溶液，用蒸餾水定容至10 mL 后搖勻，30℃下靜置60 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作為空白對照，測量其在760 nm 處的吸光度。以沒食子酸為標準品，建立標準曲線y= 0.011 1x+ 0.021 8（R2= 0.999 2）?？偡雍浚╩g/g）=沒食子酸當量（mg）/姜粉質(zhì)量（g）。

1.2.6 總黃酮含量的測定總黃酮化合物含量采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法測定[8]，略有調(diào)整。吸取1 mL 生姜提取液，加入6 mL 70%乙醇，搖勻后加入5%NaNO2溶液1 mL，搖勻后靜置6 min；接著加入1 mL 10% Al(NO3)3溶液，搖勻，放置6 min；最后加入10 mL 10% NaOH 溶液，用蒸餾水定容至20 mL，搖勻放置15 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作為空白對照于510 nm 處測定其吸光度。以蘆丁為標準品，制作標準曲線y= 0.000 6x+ 0.014 9（R2= 0.997 2）。總黃酮含量（mg/g）=蘆丁當量（mg）/姜粉質(zhì)量（g）。

1.2.7 姜辣素含量的測定參照黃雪松等[9]的方法，略有調(diào)整。吸取0.1 mL 生姜提取液，用無水乙醇定容至10 mL，以無水乙醇作為空白對照于280 nm 波長下測定其吸光度。以香草醛的濃度為橫坐標，以其吸光度為縱坐標繪制標準曲線，建立標準曲線y= 0.057 3x+ 0.029 8（R2= 0.992 7）。姜辣素的含量以mg/g表示。

1.2.8 抗氧化活性分析（1）清除DPPH 自由基能力的測定：參考Shah 等[10]的方法略作調(diào)整測定不同生姜品種提取液DPPH 自由基清除率。在10 mL 離心管中依次加入3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液（70%乙醇作為溶劑）和150 μL 生姜提取液，混勻后避光反應30 min，于517 nm 處測定吸光度（A1），同時測定3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液和150 μL 70%乙醇混勻后的溶液吸光度（A0）。DPPH 自由基清除率（%）= [(A0-A1)/A0] × 100。（2）清除ABTS 自由基能力的測定：參照An 等[11]的方法略有調(diào)整。先將2.6 mmol/L K2S2O8溶液和7.4 mmol/L ABTS 等體積混勻后室溫避光靜置14 h，然后在734 nm 波長處用pH值7.4 的磷酸緩沖液稀釋上述混合液直至其吸光度為（0.70±0.02），形成 ABTS 工作液備用；在離心管中分別加入40 μL 生姜提取液和3.0 mL ABTS 工作液中，混勻后室溫避光反應25 min，于734 nm 處測定吸光度（AS），同時測定3.0 mL ABTS 工作液+40 μL 70%乙醇混勻后溶液的吸光度（A0）。ABTS 自由基清除率（%）= [ (A0-As)/A0] × 100。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23.0 軟件對農(nóng)藝性狀、活性成分含量及抗氧化活性進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。各組間均值兩兩比較采用單因素方差分析（ANOVA），農(nóng)藝性狀與活性成分含量之間的相關性、活性成分含量與抗氧化活性之間的相關性采用Pearson 相關分析法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生姜品種采收期的農(nóng)藝性狀

如圖1 所示，不同生姜品種采收期的地上莖及根莖形態(tài)差異較大。鳳頭姜的根莖較?。▓D1A），竹根姜的分枝數(shù)較多（圖1B），山東大姜的株高在這4 個品種中是最高的（圖1 C），而安丘小黃姜的姜球較?。▓D1D）。

圖1 不同生姜品種采收期的地上莖及根莖的形態(tài)

對鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的地上部和地下部進行農(nóng)藝性狀分析，結(jié)果如表1 所示。從地上部長勢來看，山東大姜地上部的長勢更加旺盛，其葉長、葉寬及莖粗均為最大值，其中葉長和葉寬均顯著優(yōu)于其他3 個品種，地上莖顯著高于鳳頭姜和竹根姜。從分枝數(shù)來看，竹根姜平均每株分枝數(shù)達到33.8 個/株，顯著高于其他3 個品種；而山東大姜的分枝數(shù)最少，僅為10.6 個/株，但與鳳頭姜和安丘小黃姜之間差異不顯著。就根莖而言，風頭姜的平均根莖長度和鮮重均為最小值，這2 方面均顯著低于其他3 個品種；而竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的根莖長度無顯著性差異，但安丘小黃姜的根莖寬度顯著低于山東大姜和竹根姜；山東大姜的根莖寬度和根莖鮮重均達到最大值，但這2 個指標與竹根姜相比均沒有顯著差異。

表1 采收期各生姜品種的農(nóng)藝性狀

2.2 不同生姜品種活性成分的含量

不同生姜品種采收期根莖的活性成分含量存在不同程度的差異，詳見表2。對姜精油含量來說，竹根姜的含量最高（17.50 mg/g），鳳頭姜次之（16.07 mg/g），接著是安丘小黃姜（15.37 mg/g），含量最少的是山東大姜（9.93 mg/g）；顯著性分析結(jié)果顯示竹根姜與鳳頭姜的姜精油含量并無顯著性差異，山東大姜的姜精油含量顯著低于其他3 個品種。不同生姜品種的總酚含量差異不顯著，其中鳳頭姜的總酚含量（8.67 mg/g）最高，安丘小黃姜的最低，為8.33 mg/g。鳳頭姜的總黃酮含量最高，達到了11.68 mg/g，顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，但與山東大姜沒有顯著性差異。不同生姜品種根莖姜辣素含量高低依次為鳳頭姜＞山東大姜＞安丘小黃姜＞竹根姜，其中鳳頭姜的含量（7.57 mg/g）約是安丘小黃姜（4.20 mg/g）的1.8 倍，鳳頭姜的姜辣素含量顯著高于其他3 個品種，山東大姜的姜辣素含量顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，而竹根姜和安丘小黃姜的姜辣素含量差異不顯著?？傮w而言，鳳頭姜根莖的總酚、總黃酮和姜辣素的含量均為最高值，其精油含量與最高的竹根姜相比，也并無顯著性差異。因此，從這些結(jié)果中可以看出，鳳頭姜根莖較適宜用于生物活性物質(zhì)的提取。

表2 不同生姜品種根莖活性成分含量的比較

2.3 不同生姜品種的抗氧化活性分析

不同生姜品種根莖提取液對DPPH 和ABTS 自由基的清除能力如圖2 所示。4 個生姜品種對DPPH 自由基的清除率從高到低依次為鳳頭姜（63.07%）＞山東大姜（62.43%）＞竹根姜（54.87%）＞安丘小黃姜（44.09%）。方差分析結(jié)果顯示，鳳頭姜與山東大姜的DPPH 自由基清除率沒有顯著差異，這二者均顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，而安丘小黃姜的DPPH 自由基清除顯著低于其他3 個品種。各生姜品種根莖提取液對ABTS 自由基的清除率從高到低排列的趨勢與對DPPH 自由基的清除率一致，依次為鳳頭姜（78.14%）＞山東大姜（71.53%）＞竹根姜（70.20%）＞安丘小黃姜（50.30%）。鳳頭姜的ABTS 自由基清除率顯著高于其他3 個品種，安丘小黃姜的顯著低于其他品種，而竹根姜與山東大姜間沒有顯著差異。風頭姜根莖提取液的抗氧化活性最強，而安丘小黃姜的抗氧化活性最弱。

圖2 不同生姜品種根莖提取物對DPPH 和ABTS自由基的清除能力

2.4 相關性分析

如表3 所示，總酚含量與總黃酮、姜辣素和姜精油的含量均為正相關，姜精油含量與總黃酮含量和姜辣素含量之間均為負相關，而姜辣素含量與總黃酮含量之間表現(xiàn)為極顯著的正相關（0.799）。總酚、總黃酮及姜辣素的含量均與根莖提取液的DPPH、ABTS自由基清除率有一定的正相關，特別是總黃酮含量與DPPH 和ABTS 自由基清除率均表現(xiàn)為極顯著的正相關，相關系數(shù)分別為0.752 和0.735，而姜精油含量與DPPH 和ABTS 自由基清除率均為負相關。生姜活性成分含量及根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與其大部分農(nóng)藝性狀之間表現(xiàn)為負相關。

表3 生姜活性成分含量、抗氧化活性及農(nóng)藝性狀的相關性分析

3 結(jié) 論

通過對鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的品比分析，發(fā)現(xiàn)各生姜品種的主要農(nóng)藝性狀如葉寬、莖粗、分枝數(shù)、根莖鮮重等存在較大差異，其中風頭姜的平均根莖長度和鮮重顯著低于其他3個品種。鳳頭姜根莖的總酚（8.67 mg/g）、總黃酮（11.68 mg/g）、姜辣素（7.57 mg/g）的含量均為最高值，其姜精油含量（16.07 mg/g）與精油含量最高的竹根姜相比并無顯著性差異。這表明鳳頭姜根莖較適宜用于生物活性物質(zhì)的提取?？寡趸钚苑治鼋Y(jié)果表明，4 個生姜品種根莖提取液對DPPH 和ABTS 自由基的清除率從高到低依次為鳳頭姜＞山東大姜＞竹根姜＞安丘小黃姜?？偡?、總黃酮及姜辣素的含量均與根莖提取液的DPPH、ABTS 自由基清除率正相關，生姜活性成分含量及根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與其大部分農(nóng)藝性狀之間均表現(xiàn)為負相關。該研究結(jié)果可為生姜的生物活性利用及精深加工提供依據(jù)，有利于進一步開發(fā)生姜的應用價值。

4 討 論

李秀等[12]對46 份生姜種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀進行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同生姜品種間的主要農(nóng)藝性狀如莖粗、分枝數(shù)、單株產(chǎn)量等均有較大的差異。筆者研究同樣發(fā)現(xiàn)，鳳頭姜、竹根姜、山東大姜、安丘小黃姜之間的葉寬、莖粗、分枝數(shù)、根莖鮮重等農(nóng)藝性狀也存在較大差異。

姜精油和姜辣素的含量受時間、品種和生長區(qū)域影響較大。鳳頭姜是湖北省來鳳縣地方優(yōu)良生姜品種，辛辣適中、風味獨特。楊春海等[13]認為來鳳的鳳頭姜富含姜精油和姜辣素。該試驗結(jié)果也顯示，鳳頭姜根莖中的姜精油和姜辣素含量均較高。邢穎等[14]分析了同一品種生姜不同部位的活性成分含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其新鮮根莖中的總黃酮、總酚、姜辣素及姜精油含量分別為38.16、17.31、4.30 及29.30 mg/g。除姜辣素含量與該試驗結(jié)果（4.20～7.57 mg/g）基本一致外，其他3 種活性成分的含量均遠高于該試驗的測定值。而Shukla 等[4]從干姜中提取的多酚和黃酮含量分別僅有0.96 和1.52 mg/g，遠低于該試驗的測定值。這些差異可能是由于樣品處理方法不同或生姜品種不同等導致的。

生姜中的總酚、總黃酮及姜辣素是其抗氧化活性的主要作用成分[14-15]。生姜活性成分含量與其大部分農(nóng)藝性狀之間表現(xiàn)為負相關，根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與生姜大部分農(nóng)藝性狀之間也表現(xiàn)為負相關。Shukla 等[4]同樣發(fā)現(xiàn)生姜根莖的大小與其生物活性成分含量之間表現(xiàn)為負相關。這表明可以從生姜葉寬、莖粗、根莖鮮重、分枝數(shù)等農(nóng)藝性狀預判其生物活性物質(zhì)含量或抗氧化活性。

劉步云等[15]研究了32 種生姜的抗氧化及抗炎癥活性，同樣發(fā)現(xiàn)不同生姜品種提取液對自由基的清除能力差異較大?？寡趸镔|(zhì)能防止或延緩食品氧化，祛除對生物體有損害的自由基。然而，由于人工合成抗氧化劑對人體健康存在潛在不良影響，因此天然抗氧化劑的研發(fā)日益受到人們重視[16,10]。生姜富含多種抗氧化活性物質(zhì)，以其為原材料開發(fā)新型抗氧化食品必將具有廣闊的應用前景。