不同產地生姜主要活性成分的比較分析

劉琳琪，劉玉環，趙晨曦，王小梅，王麗平，彭霞輝

長沙學院生物與環境工程系，長沙 410022

生姜屬于姜科多年生草本植物的嫩根莖［1］，具有調味、保鮮、防腐、抗氧化、止吐［2］等作用。生姜中的化學成分主要包括姜辣素、姜精油和二苯基庚烷三類［3］。姜辣素是生姜中的辛辣成分，根據結構不同可分為姜酚、姜酮、姜烯酚等類型，其中姜酚類和姜酮類物質是生姜發揮藥理作用的主要活性成分［4］。姜酚類有6-姜酚、6-姜烯酚、8-姜酚和10-姜酚等，每100 g 干姜中其含量分別在4.74～5.59 mg、1.41～1.85 mg、0.34～0.75 mg 和0.05～0.18 mg 之間，其中6-姜酚的含量和生物活性最高［5］，具有抗氧化［6］、抗腫瘤［7］、抑菌［8］、保肝［9］、抑制細胞衰老［10］等藥用價值。因此，6-姜酚可作為評價生姜及藥物品質的的一項客觀指標［11］。《中國藥典》一部2010 版規定6-姜辣素(即6-姜酚)為生姜的質量評價指標成分［1］。生姜揮發油含量在1%～3%，具有特殊香氣，主要化學成分是單萜和倍半萜類化合物［12］。姜精油中的倍半萜類和單萜類物質的含氧衍生物有較強的生物活性，具有良好的抗菌［13］、抗氧化［14］、抑制中樞神經系統興奮［2］等作用。

由前所述，6-姜酚是生姜發揮藥理作用的主要成分，而揮發油同樣具有較為顯著的藥理作用。現行中國藥典規定6-姜辣素為生姜質量評價的指標成分，有失全面和科學性。然而目前尚未見將6-姜辣素與姜精油中主要活性成分共同作為生姜質量評價指標的文獻報道。故本研究同時分析了不同產地姜精油的成分及6-姜辣素含量，擬將生姜主要特征性活性成分姜烯、姜黃烯及6-姜辣素共同作為其質量控制指標成分，這樣可以更加全面的評價生姜的質量，為完善藥典單一的質量評價指標奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 實驗樣品和對照品

實驗樣品:新鮮生姜樣品由9 個不同地區(長沙、攸縣、河南、湖北、岳陽、山東、郴州、婁底、唐山)的學生于2014 年2 月21、22 日兩天在其居住地購買后帶來實驗室，依次編號為1～9 號，每種生姜樣品500 克洗凈后于40oC 烘干表面水分備用。

對照品:6-姜酚。購自國家標準物質網，20 mg/支，含量＞98%，批號為MUST-13012303。

1.1.2 主要試劑

甲醇(色譜純，天津市彪仕科技發展有限公司)、磷酸(色譜純，長沙市湘科精細化工廠)、乙腈(色譜純，天津市賽孚瑞科技有限公司)。

1.1.3 主要儀器

高效液相色譜裝置(LC-20AD，島津公司)、電子分析天平(AUY120，島津公司)、GC-MS 儀(6890/5973 型，安捷倫公司)、超聲波清洗器(KH-500V 型，昆山禾創超聲儀器有限公司)、水蒸氣蒸餾裝置。

1.2 揮發油的提取

本實驗采用現行藥典中水蒸氣蒸餾法提取生姜的揮發油。選取無腐爛、無霉變的生姜。稱取生姜200 g，切成碎末，置于2000 mL 圓底燒瓶中，并加入1000 mL 蒸餾水，進行生姜精油的提取。保持微沸5 h 后停止加熱，冷卻，將提取的揮發油移至進樣瓶中，避光冷藏備用。

1.3 揮發油化學成分GC/MS 分析

色譜條件:色譜柱:DB-5MS 彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。升溫程序:起始溫度50 ℃，以4.00 ℃/min 的速率升溫到200 ℃，保持3.00 min;總分離時間為37.25 min。進樣口溫度為250 ℃，載氣為氦氣，載氣流量為1.0 mL/min(恒流)，進樣量為:0.5 μL，分流比為:5∶1。

質譜條件:標準電子轟擊(EI)離子源(70 eV)，離子源溫度:230 ℃;四級桿溫度:130 ℃，接口溫度:280 ℃;電子倍增器電壓:1.812 KV;掃描質量范圍:30～450 amu，溶劑延遲3 min。

定性定量方法:采用質譜庫檢索結合色譜保留指數進行組分定性鑒定，以峰面積歸一法計算各組分的百分含量。

1.4 姜辣素的提取

對1～9 號生姜進行以下處理:取2.0 g 已切成碎末的生姜于帶塞的圓底燒瓶中，精密稱定，再精密加入甲醇25 mL，稱定重量，加熱回流1 h，待溶液冷卻后，再稱定重量，用甲醇補足減失的重量，搖勻，過濾，取續濾液，定容于25 mL 的容量瓶中，并置于冰箱中冷藏備用。

1.5 姜辣素的HPLC 含量測定

1.5.1 色譜條件

島津公司LC-20AD 高效液相色譜儀，型號規格:LC-20AD。色譜柱:XB-C18(4.6×250 mm);流動相:乙腈-0.01%磷酸(45/55);檢測波長:280 nm;流動相流速:1.00 mL/min，進樣量:20 μL。

1.5.2 6-姜酚的標準曲線的繪制

以6-姜酚的含量表示姜辣素的含量。精密稱取6-姜酚對照品5.8 mg 定容于25 mL 的容量瓶中，得到質量濃度為232 μg/mL 的6-姜酚標準溶液。用微量移液器精密移取已配制好的6-姜酚標準溶液200 μL 于進樣瓶中，并標號為1。將姜辣素標準溶液分別用甲醇稀釋2 倍、4 倍、8 倍、16 倍，得到質量濃度為116、58.0、29.0、14.5 μg/mL 的標準品溶液，依次標號為2、3、4、5 號。分別取該系列對照品溶液各20 μL，注入液相色譜儀，按上述色譜條件測定，從而得到相應的峰面積值，繪制標準曲線。

1.5.3 精密度試驗

日內精密度:分別精取1.5.2 中的1、3、5 號對照品溶液10 μL，按照上述色譜條件，重復進樣5次，分別記錄一系列峰面積，計算液相色譜儀的日內精密度。

日間精密度:分別精取1.5.2 中的1、3、5 號對照品溶液10 μL，按照上述色譜條件，每隔24 h 進樣一次，連續3 天，分別記錄一系列峰面積，計算液相色譜儀的日間精密度。

1.5.4 加樣回收率實驗

分別取2.0 g 已切成碎末的7 號郴州生姜4 份于帶塞的圓底燒瓶中，標號為1、2、3、4，精密稱定，再精密加入甲醇25 mL，分別稱定重量。在2、3、4號中分別加入2 mL 濃度分別為14.5、58.0、232 μg/mL 對照品溶液，加熱回流1 h，待溶液冷卻后，再稱定重量，用甲醇補足減失的重量，搖勻，過濾，取續濾液，定容于25 mL 的容量瓶中。分別取樣20 μL 注入液相色譜儀進行測定。

1.5.5 樣品的測定

將9 種已提取出姜辣素的樣品按1.5.1 的色譜條件進行姜辣素含量的測定。

2 結果與討論

2.1 生姜揮發油GC/MS 分離譜圖及其成分含量分析

按照1.2 所述方法提取1～9 號產地生姜中的揮發油，采用GC/MS 法按照1.3 中所述條件進行分析，得到了揮發油總離子流圖，9 種不同產地的生姜揮發油總離子流圖形貌相似，但組分含量存在差異。通過檢索NIST 質譜庫確定揮發油的成分，利用峰面積歸一法計算各組分含量，9 種生姜揮發油的定性定量結果按照出峰時間順序列于表1。從表1 可見，不同產地生姜揮發油化學成分及相對含量各有不同，其中能夠鑒定出的組分數在24～28 種之間，占揮發油含量的85.31%～93.67%，主要為單萜和倍半萜化合物，且樣品中單萜類化合物含量占總組分的50% 以上。單萜化合物中主要有α-蒎烯(0.88%～4.1%)、莰烯(3.54%～14.53%)、冰片(0.34%～3.58%)、β-水芹烯(9.96%～20.15%)、檸檬醛(6.52%～12.49%)、β-檸檬醛(3.96%～7.44%)等，β-水芹烯含量最高。倍半萜類化合物中主要有姜黃烯(tr～5.52%)、姜烯(13.81%～19.74%)、β-紅沒藥烯(2.63%～3.34%)、β-倍半水芹烯(5.08%～6.22%)等，以姜烯含量為最高。生姜揮發油的主要化學成分與文獻報道的基本一致，但也存在一定的差異。文獻報道生姜揮發油中倍半萜化合物含量占50.66%，其中姜黃烯的含量為11.416%［15］。而本研究中倍半萜化合物含量僅占25%～36%，單萜化合物含量超過50%。姜黃烯的含量最多為5.52%，而姜烯含量高達13.81%～19.74%。這可能是因為不同的產地，氣候等因素對生姜化學成分有一定的影響。

表1 不同產地生姜揮發油定性定量結果Table 1 Qualitative and quantitative results of ginger essential oils from different origins

注:“-”:未檢出;“tr”:少量。Note:“-”:not detected;“tr”:trace amount.

2.2 生姜姜辣素HPLC 分析鑒定結果

2.2.1 HPLC 分離效果

根據1.5.1 所述的色譜條件，進行標準樣品與樣品的姜辣素的測定，得到的色譜分離情況如圖1所示。由圖可知，分離效果好，6-姜酚色譜峰保留時間約為13.6 min。

圖1 6-姜酚標準品(A)和樣品(B)高效液相色譜圖Fig.1 HPLC chromatograms of 6-gingerol standard(A)and tested sample(B)

2.2.2 線性關系的考察

依據1.5.2 的實驗方法，測定6-姜酚系列標準溶液的峰面積。以6-姜酚的含量(μg/mL)為橫坐標，相應色譜峰面積為縱坐標進行線性回歸計算。結果表明6-姜酚在14.5～232 μg/mL 的濃度范圍內線性關系良好。回歸方程為:Y=14000X+49637，R2=0.9998。

2.2.3 精密度實驗

依據1.5.3 的實驗方法進行精密度試驗，計算得儀器日內精密度的相對標準偏差RSD 及日間精密度RSD。梔子苷濃度為14.5 μg/mL 時，日內精密度RSD 1.7%，日間精密度RSD 2.9%;梔子苷濃度為58.0 μg/mL 時，日內與日間精密度RSD 分別為0.8%和1.2%;梔子苷濃度為232 μg/mL 時，日內與日間精密度RSD 分別為0.42%和0.6%。由此得知，該儀器精密度良好。

2.2.4 加樣回收率實驗

由1.5.4 中所述方法測定對7 號生姜進行加樣回收率實驗，重復測量5 次，結果如表2 所示。數據表明加樣平均回收率為96.16%±2.49%。

表2 加樣回收率實驗(n=5，x±S)Table 2 Recovery experiment results(n=5，x±S)

2.2.5 樣品的測定

按照1.4 中方法提取1～9 號生姜樣品中的姜辣素，并在1.5.1 的色譜條件下，進樣量為10 μL，進行HPLC 分析，平行測定測3 次，得到的相應峰面積，再根據標準曲線的回歸方程計算出6-姜酚的含量，經過數據分析得到的結果如表3 所示。由表3可知，9 種生姜樣品中6-姜酚含量各有不同，在0.067%～0.391%之間，其中4 號生姜中6-姜酚的含量最高達到0.391%，是3 號生姜中6-姜酚含量的5.8 倍，但所有樣品中6-姜酚的含量均不低于0.050%，符合2010 版中國藥典的要求。

表3 不同產地生姜中6-姜酚的含量(n=3，x±S)Table 3 The contents of gingerols in ginger samples from different origins(n=3，x±S)

2.3 生姜主要活性成分的比較分析

生姜醇提取物中6-姜酚的含量和生物活性最高，具有抗氧化、抗腫瘤、抑菌、保肝、抑制細胞衰老等多種藥用價值［5］。本研究中9 種生姜樣品中6-姜酚的含量均符合2010 版中國藥典的要求。然而生姜揮發油中多種成分也具有重要作用，如β-水芹烯具有祛痰、殺蟲等重要的生理活性［16］，檸檬醛、β-檸檬醛可用作制造柑橘香味食品香料，冰片具有發汗、興奮、鎮痙、驅蟲等作用［17］，α-蒎烯對白色念珠菌的生物合成有顯著的抑制作用［18］，莰烯、冰片、檸檬醛、β-檸檬醛都有殺菌等作用［19］;倍半萜類化合物姜烯可作止痛劑［17］，姜黃烯有一定的抑癌活性［20］，姜烯和姜黃烯同時具有抗病毒、抗生育、抗潰瘍［15］等多種活性，β-紅沒藥烯也具有一定的抗生育活性［21］。因此，僅以6-姜酚的含量評價生姜質量顯然有些片面。本文對生姜揮發油的定性定量分析結果顯示，姜烯、姜黃烯為生姜揮發油中具有重要生理活性的主要特征性成分。鑒于此，我們提出將姜烯、姜黃烯與6-姜酚共同作為生姜的質量評價指標。

3 結論

通過對9 種不同產地的生姜主要活性成分的比較分析，得到如下結論:(1)從9 種不同產地的生姜揮發油中鑒定出24～28 種化學成分，含量在85.31%～93.67%之間，主要為單萜和倍半萜類化合物，其中β-水芹烯和姜烯含量最高;(2)9 種生姜樣品中姜辣素含量各有不同，在0.067%～0.391%之間，均符合現行中國藥典規定的不低于0.050%的規定;(3)主要活性成分姜烯(13.81%～19.74%)和姜黃烯(tr～5.52%)含量高，且為姜的特征成分，因此提出以姜烯、姜黃烯和6-姜酚共同作為生姜的質量評價指標。

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