生姜中功能活性成分對人體健康的影響

邵言蹊

（上?？底R食品科技有限公司，上海 201103）

0 引言

生姜，姜科屬植物，植株長40～100 cm，根莖呈不規(guī)則塊狀，扁平肥厚，厚度為1～3 cm，原產(chǎn)于東南亞，是一種熱帶和亞熱帶植物，在中國、印度、越南、澳大利亞等地均有種植，目前在我國山東、云南、貴州、四川等地普遍種植[1]，F(xiàn)AO 數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國生姜的總產(chǎn)量已達到1 190 萬t[2]。在日常生活中，生姜主要被用作調(diào)味品和香料，除此之外，也會被加工成姜產(chǎn)品，如泡姜、糖姜片、姜酒、姜汁氣泡水、姜丸等。

隨著營養(yǎng)意識的提升，人們對身體健康的關(guān)注度持續(xù)增加，體重管理與代謝健康已成為了未來食品的研究熱點，人們對健康及保健方面的支出逐漸增長。生姜作為眾多藥食同源原料中最廣泛的原料之一，由于其具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、改善脂質(zhì)代謝[3]等特性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究中，并用于治療疾病。國外關(guān)于生姜的生物功能研究較多，但在我國對于生姜的生物功能研究尚不成熟。通過對生姜中的主要活性成分對人體機能的影響及其在食品中的應(yīng)用進行分析，并結(jié)合實際應(yīng)用對生姜的未來發(fā)展進行展望，旨在為后續(xù)生姜的研究提供系統(tǒng)參考，促進生姜的精深加工及綜合利用。

1 生姜主要品種

生姜品種多樣，除了日常所見到的大黃姜和小黃姜，還有西壩生姜、白姜、鳳頭姜、面姜、懷姜、香姜、紅芽姜等。

生姜主要品種特點見表1，不同品種生姜見圖1。

圖1 不同品種生姜

表1 生姜主要品種特點

2 生姜中的主要活性物質(zhì)

生姜化學(xué)組成較豐富，目前經(jīng)研究確認的生姜成分已達400 余種。

生姜的主要成分見表2。

表2 生姜的主要成分/%

由表2 可知，生姜的主要成分為脂類、可溶性糖類、蛋白質(zhì)、纖維素、脂類、淀粉及一些干物質(zhì)。生姜中的主要活性成分為姜辣素、姜黃素、姜精油、姜黃酮、生姜蛋白酶。除此之外，生姜中還含有較多的礦物質(zhì)元素，如鐵、錳、銅、鋅、硒、鎘、鎂等；較多的氨基酸，如人體所必需的8 種氨基酸和其他10 種人體非必需的氨基酸。所以，生姜的活性成分具有較高的利用價值和研究意義。

2.1 姜辣素

姜辣素是生姜產(chǎn)生辛辣味的主要成分，其構(gòu)成極其豐富，主要分為三大類型，分別為姜醇類（gingerols）、姜烯酚類（shogaols）、姜酮類（gingerones）。姜辣素具有很高的藥用價值，可以促進血液循環(huán)、改善心腦血管疾病、改善腸胃功能，可在一定程度上降低得胃癌的風(fēng)險，消炎鎮(zhèn)痛，對風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有一定治療效果，較強的抗氧化作用，提高人體免疫力，緩解惡心、嘔吐等癥狀[4]。

為了準確測定姜辣素含量，通常需要先將其進行提取，提取方法直接影響到后期含量的測試結(jié)果，目前關(guān)于姜辣素的提取方法較多。

姜辣素提取方法見表3。

表3 姜辣素提取方法

其次，檢測方法也對姜辣素的含量和成分造成影響，如利用液相-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatograph mass spectrometer，LC MS） 的檢測方法能檢測出6 -姜烯醇、8 - 姜烯醇、10 - 姜烯醇、6 - 姜烯酚[5]，高效液相色譜-飛行時間質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-time of flight mass spectrometer，HPLC-TOF/MS） 檢測方法能鑒定出19 種姜辣素類化合物，其中6 -姜烯酚含量最高，其次為10 -姜烯酚和8 -姜烯酚[6]。

2.2 姜黃素

姜黃素是一種天然色素，無毒無害，同時也是生姜中具有藥用作用的成分。其不僅可以入藥，還可以作為色素使用，在作為色素使用的同時還具有抑菌、抗炎的作用?，F(xiàn)有研究表明，姜黃素類的成分已有40 余種，主要成分有3 種，分別為姜黃素、去甲氧基姜黃素、雙去甲氧基姜黃素。姜黃素除作為色素外，還具有一定降血脂的作用，其機制主要是通過調(diào)節(jié)高血脂引起的肌酸代謝、糖酵解、糖異生、膽堿代謝等代謝途徑的紊亂，使機體恢復(fù)正常的代謝穩(wěn)態(tài)，從而起到一定降血脂的作用。

2.3 姜精油

姜精油，一種淡黃色、透明狀的黏稠液體，是生姜獨特氣味的來源，主要從生姜的根莖中提取，提取方式主要2 種，分別為以壓榨法、水蒸氣蒸餾法、溶劑沉淀法為代表的傳統(tǒng)提取法，以超臨界CO2萃取法、超聲復(fù)合酶法、超聲波輔助萃取法為代表的現(xiàn)代提取法?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，姜精油中的成分已有100 多種。

姜精油主要成分見表4。

表4 姜精油主要成分/%

姜精油主要有活血化瘀、促進傷處愈合、緩和情緒、減輕疲倦、調(diào)理月經(jīng)及消化系統(tǒng)、抑菌的作用。

2.4 生姜蛋白酶

生姜蛋白酶是生姜的根莖中發(fā)現(xiàn)的一種巰基蛋白酶，可分解膠原蛋白和肌動球蛋白。其主要提取方法有2 種，分別是超濾提取法和溶劑提取法，目前生姜蛋白酶的提取是采用超濾和溶劑結(jié)合的方法。生姜蛋白酶是一種安全綠色的食品添加劑，只需要很小的劑量就可達到相應(yīng)的效果，目前已被應(yīng)用于食品加工制造，可達到節(jié)省成本和資源的作用。生姜蛋白酶主要作用有嫩化各種肉類、澄清各種酒類和凝結(jié)各種乳制品、化妝品的增香純化等。例如，我國南方小吃“姜撞奶”，就是利用生姜蛋白酶加入到牛奶中制成的。其機理主要是生姜蛋白酶具有凝乳因子的作用，使得牛乳中的αs -酪蛋白和β -酪蛋白在鈣離子的作用下變性，從而形成網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠體系。

2.5 姜黃酮

黃酮類化合物是最普遍的植物酚類物質(zhì)之一，其濃度和生物活性，常?？梢杂脕眍A(yù)測和控制一些藥材的品質(zhì)。目前，黃酮類化合物主要從銀杏葉、葛根、荷葉、生姜的根莖和葉中提取。黃酮類化合物是存在于許多植物中的一種生物活性化合物，其中一些已在傳統(tǒng)東方醫(yī)學(xué)中使用了數(shù)千年。高效液相色譜（High performance liquid chromatography，HPLC）等分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析黃酮類化合物的組成和活性，生姜中的黃酮類物質(zhì)以雙氫黃酮為主，除此之外，還有副姜油酮、黃酮醇等，其提取方式主要有有機溶劑提取法、堿液提取法、超臨界流體提取法等。黃酮類化合物是一種天然抗氧化物質(zhì)，能夠清除超氧自由基，從而顯示抗衰老特性，并在一定程度上可降低癌癥的風(fēng)險，且其抗氧化能力強于檸檬酸和抗壞血酸。

3 生姜對人體機能的影響

3.1 預(yù)防和治療肥胖相關(guān)疾病

肥胖正逐漸在全球蔓延，如果不加干預(yù)的話，在2030 年，全球?qū)谐^1/4 的人成為超重人群[7]，進而引發(fā)許多嚴重疾病。引起肥胖的原因主要是高脂肪、高熱量的飲食及遺傳，導(dǎo)致人體消耗的能量遠低于人體攝入的能力，進而使得脂肪量增多、血脂濃度升高。預(yù)計到2025 年，全球患糖尿病的人數(shù)將超過3.25 億人。所以，預(yù)防和治療肥胖將成為全球范圍內(nèi)最大的健康問題。

生姜由于其藥食同源的作用，逐漸成為國內(nèi)外預(yù)防肥胖的研究熱點。越來越多的研究學(xué)者證實了生姜具有降血脂和降血糖的作用[8]，且給出了相關(guān)機制。關(guān)于生姜降血脂的機制，有以下幾個方面：

（1） 生姜通過降低肝臟、內(nèi)臟中mRNA 的表達，從而起到降血脂的作用。Matsuda A 等人[9]對生姜調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝機理進行了研究，利用體外動物試驗，檢測生姜對高脂肪相關(guān)基因表達的影響。結(jié)果表明，喂食生姜組的大鼠類視黃醇結(jié)合蛋白mRNA 在肝臟中上的表達低于高膽固醇飲食組，表明生姜會降低高血脂癥大鼠肝臟脂肪、內(nèi)臟脂肪中的mRNA 的表達，從而改善脂質(zhì)代謝的作用。

（2） 生姜通過調(diào)節(jié)肝細胞核因子的表達，從而起到降血脂的作用。Alireza S 等人[10]以溶劑法提取了干姜中的活性成分，用于喂養(yǎng)大鼠，6 周后對大鼠進行心臟采血和肝臟采樣，通過生物分析、實時聚合酶鏈反應(yīng)、組織切片對生姜中活性成分降低乙醇誘導(dǎo)的血脂增高進行表征，結(jié)果表明，生姜對酒精處理大鼠肝細胞核因子4α 的表達有增強作用，從而達到改善酒精引起的血脂異常。

（3） 生姜通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，從而起到降血脂的作用。Lai Y S等人[11]將蒸汽蒸餾法制備的姜精油，喂養(yǎng)6 周齡C57BL/6J 雄性大鼠，16 周后通過血清化學(xué)分析、組織染色、肝臟生化分析、蛋白印跡分析來表征生姜的保肝作用及機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，姜精油對于非酒精性脂肪性肝病的確有保護作用，姜精油起到降血脂的作用，其機制主要是降低血清中游離脂肪酸、甘油三酯和總膽固醇的含量，減少大鼠體內(nèi)的脂肪堆積、抑制高脂飲食刺激的脂質(zhì)生物合成和氧化應(yīng)激反應(yīng)、增強小鼠肝臟的抗氧化功能，減少炎癥反應(yīng)。同時，Tometsuka C等人[12]的研究結(jié)果也表明，生姜蛋白酶誘導(dǎo)血脂的降低是通過脂質(zhì)代謝的長期改變而發(fā)生的，而不是短暫抑制脂質(zhì)吸收，每天補充生姜蛋白酶有助于預(yù)防或者減輕肥胖和高脂血癥的可能性。黑姜提取物通過改善葡萄糖、乳酸和脂質(zhì)代謝，增強肌細胞的能量產(chǎn)生，從而起到預(yù)防肥胖的作用[13]。

（4） 生姜通過調(diào)控能量代謝相關(guān)基因，從而起到預(yù)防肥胖的作用，生姜對能量代謝和肥胖的影響，主要從體重、體脂及體脂指數(shù)（Body mass index，BMI） 來進行評估，且其影響的程度與其活性成分、劑量、使用時間有關(guān)[14]。Sayed S等人[15]收集新鮮生姜冷凍干燥過程中的液體，用于喂養(yǎng)成年的Wistar 大鼠，觀察大鼠體重的變化，檢測大鼠肝臟和白色脂肪組織中膽固醇及相關(guān)基因表達情況。發(fā)現(xiàn)生姜中確實有些成分可以減少大鼠體重的增加，改善大鼠的能量代謝，其調(diào)控相關(guān)基因主要是肝肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（Hepatic carnitine palmitoyltransferas-e1，CPT-1）、丙酮酸激酶（Pyruvate kinase，PK）、?；o酶a 氧化酶（Acyl-coa oxidase，ACO） 和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2（Glucose transporter 2，GLUT-2），通過上調(diào)這些基因的表達，從而起到預(yù)防肥胖的作用。

3.2 抗癌作用

生姜對于抗癌也有較好的效果，目前關(guān)于生姜抗癌功能的研究也越來越多。研究表明，生姜除因其辛辣味在眾多菜肴及飲料中發(fā)揮作用，還具有一定的抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗癌作用。生姜中的抗癌成分主要是6 -姜烯酚類和6 -姜烯醇類等，其中6 -姜烯酚類的抗癌能力要強于后者[16]。關(guān)于生姜的抗癌機制，主要有以下2 個方面：①6 -姜烯酚類物質(zhì)通過重要的介質(zhì)發(fā)揮其抗腫瘤作用，涉及關(guān)鍵的細胞過程，如細胞周期停滯、誘導(dǎo)癌細胞死亡[17]、氧化還原穩(wěn)態(tài)失衡、抑制細胞增殖、血管生成、遷移和癌細胞擴散[18]。研究人員將腫瘤細胞移植到SMMC-7721 小鼠身上，發(fā)現(xiàn)6 -姜烯酚類可通過誘導(dǎo)凋亡、激活半胱天冬酶- 3、滅活相關(guān)應(yīng)激蛋白eIF2，達到抑制腫瘤生長的功效[19]。②6 -姜烯酚類物質(zhì)通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和尿激酶型纖溶酶原激活劑的轉(zhuǎn)錄和翻譯，發(fā)揮其抗轉(zhuǎn)移性肝癌細胞的侵襲活性[20]。

結(jié)腸癌是消化道中常見的一種惡性腫瘤，具有發(fā)病迅速、轉(zhuǎn)移性強、復(fù)發(fā)率高的病理特點。2019 年，在世界范圍內(nèi)，結(jié)直腸癌的發(fā)病率排名第三，死亡率排名第四。目前已有研究表明，6 -姜烯酚類物質(zhì)通過誘導(dǎo)人類結(jié)腸癌細胞HCT-116 和人類肺癌細胞H-1299 的程序性死亡，從而達到抗癌作用[21]。

乳腺癌被稱為全球女性社區(qū)中最具破壞性的癌癥，是一種與乳腺組織中細胞不受控制的增殖有關(guān)的疾病。大多數(shù)乳腺癌在小葉或連接小葉的導(dǎo)管中形成腫塊乳頭。在全球范圍內(nèi)，乳腺癌是全球女性第二大死因，并且被視為發(fā)達國家和發(fā)展中國家的嚴重醫(yī)療保健負擔(dān)之一。很多因素都會引起乳腺癌的發(fā)生，比如性別、久坐的生活方式、飲食、飲酒、年齡、家庭病史，以及一些生殖和激素因素等。如今，科學(xué)家們熱衷于提取植物性植物化學(xué)物質(zhì)，并將它們用作乳腺癌抗癌劑。目前已有研究表明，生姜中的10 -姜辣素衍生物可通過抑制細胞表皮生長因子受體在雌激素受體中的作用，從而抑制乳腺癌細胞增殖，最終達到抑制癌癥的作用[22]。

3.3 抗氧化作用

生姜除了具有預(yù)防和治療肥胖相關(guān)疾病、抗癌作用等生物學(xué)效應(yīng)之外，同時還具有抗氧化的作用。相關(guān)研究表明，生姜中具有高抗氧化活性的物質(zhì)為6-姜酚及其衍生物，且其不同部位的抗氧化活性不同，其抗氧化活性部位由高到低依次是老根、鮮根、姜葉、姜莖[23]。

關(guān)于生姜提取物的抗氧化功能機制，科學(xué)家們也對其進行了研究，目前主要有以下2 個方面：①生姜提取物通過調(diào)節(jié)氨基酸、碳水化合物和脂質(zhì)代謝，從而達到抗衰老的作用。Zhou Y Z 等人[24]采用超聲輔助溶劑法的方法提取了干姜中的活性成分，用于喂養(yǎng)3 日齡的雄性果蠅，通過實時酶鏈聚合反應(yīng)和代謝組學(xué)對姜中活性成分的抗氧化機制進行了研究，證實了這一結(jié)論。②生姜提取物通過保護線粒體功能，協(xié)調(diào)氧化-抗氧化平衡來起到抗氧化的作用[25]。

3.4 抗炎癥作用

近年來，人們對研究生姜及其成分對病理狀況的藥理作用越來越感興趣，除了生姜預(yù)防肥胖、抗癌、抗氧化等作用之外，關(guān)于生姜的抗炎作用研究也越來越多[26]。已有研究人員對姜原料進行了臨床試驗，受試者為7 名診斷為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的患者（男性和女性，年齡在50～67 歲），在3 個月的時間內(nèi)食用5 g 新鮮或0.5～1.0 g 干姜，證實生姜確實具有緩解疼痛、提高關(guān)節(jié)靈活性和減少僵硬的作用[27]。有研究認為，癌癥可能是由于炎癥引起[28]，為了證明生姜提取物在體內(nèi)癌癥模型中有抗炎作用，Habib S等人[29]通過宮頸癌組織切片的免疫組織化學(xué)染色，以生姜提取物處理（100 mg/kg，口服） 動物與對照組相比，發(fā)現(xiàn)肝癌誘導(dǎo)基因的表達顯著降低。該研究還表明，生姜提取物處理組大鼠的乳腺癌組織和肝癌細胞中的腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor，TNF） 水平與對照組相比也有顯著降低。

膝關(guān)節(jié)炎癥，是一種退行性骨關(guān)節(jié)炎癥，主要發(fā)生在中老年人群中。癥狀較輕時表現(xiàn)為膝蓋紅腫、行動時膝蓋酸痛等，嚴重時可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形、殘疾等，引起膝關(guān)節(jié)炎的原因有很多，如長時間的下蹲、膝關(guān)節(jié)受寒等。生姜具有一定的抗炎作用，其機制主要是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中的細胞因子來起到抗炎的作用[30]。機理是生姜提取物可導(dǎo)致炎性細胞因子IL-4，IFN-γ 和IL-17 的血清水平顯著降低，從而起到抗炎的作用[31]。

肺部感染對人類來說也是一種較為常見的疾病，如果不及時醫(yī)治，將會誘發(fā)一系列的疾病，如腦癱等。研究表明，生姜可以減輕小鼠哮喘模型中的肺部炎癥，其有效物質(zhì)是6 -姜烯酚類，作用機制主要是通過抑制前列腺素（PGE2） 釋放，從而起到抗炎的作用[32]。

4 結(jié)語

未來食品的發(fā)展不僅要解決食物的供給和能量補充，更多的營養(yǎng)健康、食用方式及精神愉悅方面的問題將越來越被消費者所重視。生姜作為一種調(diào)味原料已應(yīng)用了2 000 多年，作為藥食同源原料中使用最廣泛的原料之一，被廣泛應(yīng)用于食品中，如生姜果凍、生姜軟糖、姜汁掛面、姜汁豆腐、姜脯、芒果姜餞、姜撞奶等。作為一種功能性食品原料，由于生姜具有較濃的刺激性氣味，在食品應(yīng)用方面具有一定的局限性，所以如何開發(fā)出更好的生姜活性物質(zhì)分離方法，既能保留功能，又能降低刺激性氣味，使其成為既有利于人體身體健康，又容易被大眾所接受的功能食品原料，將是生姜研究的發(fā)展方向。