豫產張良姜揮發性成分研究

李智寧 李曉 李自紅 王學方 范毅 馬艷妮 魏悅

摘要：采用水蒸餾法、亞臨界法和超臨界法提取揮發油，并利用氣相色譜-質譜（GC-MS）技術分析了3種方法提取的姜揮發油的化學成分，并對張良姜揮發油的數據進行了分析和評價。結果表明，3種方法提取的干姜和生姜精油共鑒定出39種成分，占總揮發油的94.5%～99.9%，所得主成分及含量各有差異，其中水蒸餾法提取的水芹烯、莰烯、姜烯、檸檬醛含量較高，占比60%～70%，而超臨界和亞臨界方法提取的姜黃烯、姜烯、法尼烯和倍半水芹烯含量較高，占比高達80%～90%。首次比較了不同方法提取豫產張良姜揮發油的化學成分，確定水蒸餾法提取成分較多，主成分也較多，但揮發油得率較低，含量也與超臨界和亞臨界提取有較大差異;而亞臨界提取姜揮發油得率較高，且工藝簡單，質量穩定，但是差異化學成分能否導致藥理作用的差異還有待進一步研究。

關鍵詞：張良姜;水蒸餾;超臨界;亞臨界;GC-MS

中圖分類號：R284.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）23-0189-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.047? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the volatile constituent of Zhangliang ginger in Henan Province

LI Zhi-ning，LI Xiao，LI Zi-hong，WANG Xue-fang，FAN Yi，MA Yan-ni，WEI Yue

（Biotechnology Developing Center of Henan Academy of Sciences/Henan Ke Gao Zhong bid Testing Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： Water distillation， supercritical and subcritical methods were used to extract volatile oils from fresh ginger and dried ginger， and the yield and chemical composition of volatile oil from ginger extracted by several methods were analyzed and evaluated by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The procedure allowed the identification of 39 components among three methods， representing 94.5% to 99.9% of the total oil extracted. Among them， the contents of phellandene， terpene， zingiberene， and citral extracted by water distillation were higher， accounting for 60%～70%， while the contents of curcumene， zingiberene， farnesene， and sesquipene extracted from the supercritical and subcritical methods were higher， accounting for up to 80%～90%. The chemical components of volatile oil extracted from Zhangliang ginger by different methods were compared for the first time， and it was determined that there were many more components and main components extracted by water distillation， but the yield of volatile oil was lower， and the content was also significantly different from supercritical and subcritical extraction. The volatile oil of ginger extracted with subcritical method had high yield， simple process and stable quality. However， it remains to be further research whether the differential components can lead to differences in pharmacological effects.

Key words： Zhangliang ginger; water distillation extraction; supercritical fluid extraction; subcritical extraction; GC-MS

姜（Zingiber officinal Rosc）別名生姜、干姜、白姜、均姜，屬姜科（Zingiberaceae）姜屬多年生草本植物，是一種重要調味料，也是亞洲傳統的藥食兩用植物[1]。姜的組分多而復雜，可歸屬為揮發油成分、姜辣素組分和二苯基庚烷成分三大類別[2-4]。中國傳統醫藥學認為，姜乃藥中佳品，主治風寒感冒、喘咳、嘔吐、痰飲、脹滿、泄瀉等。其始載于《神農本草經》，味辛，性熱，歸脾、胃、腎、心、肺經，具有溫中散寒、回陽通脈、祛燥濕消痰等功效。現代藥理學研究表明，鮮姜和干姜均具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗腫瘤、抗潰瘍、抗胃腸道出血、胃黏膜保護、改善局部血液循環等多種藥理作用[4-7]。傳統的揮發油提取方法有水蒸餾提取[8]、有機溶劑浸提[1]等，但姜油難以從細胞中分離出來，耗時長且提取率低[9]，目前有超臨界提取法[10-15]、亞臨界提取法[14]、超聲波法以及酶法提取[9，10]等，不同方法提取的姜精油成分、含量和功效也不同[15，16]，此外，國內外研究多集中在高良姜、山姜的化學成分和藥理的研究[17-19]，也有其非藥用部位姜葉、莖的成分研究[20-22]，但鮮有報道豫產姜的化學成分、藥理及其功能產品的研究。因此，本研究以豫產姜的典型代表——張良姜為對象，對其成分進行了初步研究，比較了不同方法提取的姜精油成分差異性，以期為合理開發利用豫產姜提供參考，也為進一步開發相關姜揮發油制劑產品及其功效成分提供更多理論和科學基礎。

1? 材料與方法

1.1? 原料與試劑

挑選完整、無蟲病害的張良姜作為試驗原料;無水乙醇、丙酮、冰乙酸（分析純，北京化工廠）;甲醇、乙腈（LC/MS級別，Fisher Scientific）;甲酸（LC/MS級，Fisher Scientific）;超純水（娃哈哈礦泉水）。

1.2? 儀器設備

GC-2010Uira型氣相色譜-質譜儀（日本島津公司）;色譜柱為Rxi-5ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛細管柱;N-1100S-W型旋轉蒸發儀（日本東京理化）;RE5220型旋轉蒸發儀（上海亞榮生化儀器廠）;ZDHW型電熱套（北京中興偉業儀器有限公司）;HH-6型恒溫水浴鍋（常州智博瑞儀器制造有限公司）;DGX-9143B-2型電熱鼓風干燥箱（上海福瑪試驗設備有限公司）;HGJR-01型紅外加熱電磁爐（河南中良科學儀器有限公司）;超臨界萃取裝置、亞臨界萃取裝置、LPG-5型噴霧干燥器（常州市一新機械廠）;HSCE40-24X2型大提取裝置（上海研究機械設備有限公司）;TDL-5-A型離心機（上海安亭科學儀器廠）;KQ-5WE超聲池（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.3? 方法

1.3.1? 樣本預處理? 將新鮮的張良姜洗凈，趁鮮切成厚度5 mm左右姜片，置于電熱恒溫鼓風干燥箱45 ℃烘24 h，粉碎，過三號篩（50目），備用。

1.3.2? 提取方法

1）水蒸餾提取。分別稱取干姜粉50.00、87.50 g（精確至0.01 g），置于圓底燒瓶中，再分別按照料液比1∶14、1∶12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，讀取揮發油量，并計算供試品中揮發油的含量。鮮姜切成1～2 mm的小塊，稱取約50 g，按照料液比1∶5加入水溶劑，余下步驟同干姜處理，計算出鮮姜揮發油的率。

2）超臨界提取。稱取175 g干姜粉置于超臨界CO2萃取裝置中，分別以275.8 kPa壓力條件下，35 ℃提取2 h，45 ℃提取3 h，55 ℃提取5 h，讀取揮發油量，并計算供試品中揮發油的含量。

3）亞臨界萃取。稱取20 kg干姜粉或者鮮姜置于亞臨界萃取裝置中，以丁烷為夾帶劑，40 ℃提取3～5 h，讀取揮發油量，計算供試品中揮發油的含量。

1.3.3? 供試品溶液的制備? 準確稱取揮發油試樣約20 mg于5.0 mL容量瓶中，用甲醇溶液定容，再將配置好的供試品溶液稀釋50倍，過0.22 μm濾膜，進GC-MS系統分析。

1.3.4? 色譜條件? 色譜柱：Rxi-5ms，30 m×0.25 mm，0.25 μm;流速1.39 mL/min;進樣量1 μL;進樣口溫度250 ℃;柱溫60 ℃（保持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 ℃（保持5 min），分流比100∶1。

1.3.5? 質譜條件? 離子源EI，Scan掃描模式;離子源溫度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;經 GC-MS分析得到不同產地姜油的總離子色譜（TIC圖）見圖 1。A為鮮姜水蒸餾提取（料液比1∶5）;B為干姜水蒸餾提取（料液比1∶14）;C為干姜水蒸餾提取（料液比1∶12）;D為干姜超臨界提取（35 ℃，2 h）;E為干姜超臨界提取（45 ℃，3 h）;F為干姜超臨界提取（55 ℃，5 h）;G為亞臨界干姜油;H為亞臨界鮮姜油。

2? 結果與分析

2.1? 姜揮發油得率及鑒定化合物數比較

按照上述GC-MS條件對姜油進行分析，3種方法所得姜油的得率及分離鑒定出的總化合物數見表1。由表1可知，水蒸餾提取干姜揮發油與超臨界提取干姜油揮發油得率相差不大，但水蒸餾提取法提取成分相對較多，亞臨界方法提取干姜油得率較高，超臨界提取方法以275.8 kPa，45 ℃提取3 h條件下較好。

2.2? 不同提取方法姜揮發油GC-MS分析

吸取供試品溶液1 μL，按照“1.3.4”“1.3.5”條件進樣分析，采集所得的質譜圖用美國國家科學技術研究所的NIST質譜庫2011版和2014版（NIST-2011，NIST-2014）進行檢索，根據相似度對化合物進行定性，用峰面積歸一化法進行定量，計算各組分的相對含量，結果見表2。各峰經質譜掃描后得到姜油的質譜圖，經計算機 NIST-2011和NIST-2014質譜庫數據系統檢索、文獻查閱、人工譜圖解析， 共鑒定出39種成分，由表2可以看出，水蒸餾提取出成分較多， 其次是亞臨界提取。由A、B、C法可以看出，鮮姜水蒸餾提取（料液比1∶5）時相比干姜水蒸餾提取時所得姜烯（20.04%）、α-法尼烯（7.06%）、β-倍半水芹烯（6.70%）含量較高，但是α-蒎烯（2.97%）、莰烯（8.90%）、水芹烯（14.72%）、月桂烯（1.38%）卻只有干姜的50%左右。另外水蒸餾法提取鮮姜和干姜時，還提取出了冰片、香葉醇、香茅醇、橙花叔醇、金合歡烯和檀香腦等成分，其中檀香腦占比7.61%，而干姜料液比1∶14、1∶12時提出成分和含量幾乎相當，干姜料液比1∶14時檸檬醛（16.31%）含量稍高。由D、E、F法可以看出，超臨界法提取時所得主要成分為姜黃烯、姜烯、α-法尼烯、β-倍半水芹烯，而以275.8 kPa壓力下，35 ℃提取2 h的條件下提取效果較好，其中姜黃烯、姜烯，α-法尼烯、β-倍半水芹烯含量最高，分別達到8.36%、46.90%、17.01%、16.99%，占整個成分的89.26%，并且隨著溫度升高、提取時間增加，這4個主要成分逐漸降低。由G、H法可以看出，亞臨界方法提取的主要成分與超臨界方法提取的主要成分相當，所不同的是亞臨界提取時含有檸檬醛，也是主成分之一，但是亞臨界提取鮮姜時所得檸檬醛（17.28%）含量較高，而姜黃烯（2.65%）、姜烯（28.59%）、α-法尼烯（9.30%）、β-倍半水芹烯（8.55%）卻只有亞臨界干姜的一半，這可能是因為亞臨界方法提取鮮姜和干姜時稱取質量相同，由于含水量不同導致鮮姜中的主成分含量較低。綜上所述，3種方法提取干姜和生姜精油所得的成分、含量各有差異，其中水蒸餾法提取成分較多，主成分較多，含量也與超臨界和亞臨界提取有較大差異，試驗可為姜物質基礎及產品開發研究提供更多理論和科學依據。

3? 小結與討論

研究采用不同方法提取豫產張良姜揮發油，所得揮發油化學成分種類及相對含量均有差異。其中水蒸餾法提取成分較多，主成分較多，但是揮發油得率較低，含量也與超臨界和亞臨界提取有很大差異，這可能是因為水蒸餾法是最傳統的提取方法，提取條件比較溫和，揮發性成分保留較多，而超臨界和亞臨界方法提取時較低沸點或者小分子化合物保留較少，提取的大分子化合物較多或者非揮發性成分較多。超臨界和亞臨界提取姜揮發油得率較高，但是亞臨界方法工藝相對簡單且質量穩定，可以考慮將亞臨界法作為提取姜揮發油的理想方法。研究還發現，姜具有獨特的藥用和食用價值，而姜精油為姜提供獨特的芳香風味，同時也具有多種藥理作用，如提神鎮吐、溫中散寒、抗菌抗炎等，然而，不同方法提取出的姜揮發性成分的差異性能否引起藥理作用的明顯差異還需要進一步深入研究。

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