加工過程對生姜主要成分、功效和應用影響的研究進展

孫 璐，王 萌，趙曉燕?，朱運平，張曉偉，劉紅開，郭 嬋

（1.濟南大學 烹飪學院食品科學與營養系，山東 濟南 250022；2.北京工商大學 食品與健康學院，北京 100048）

生姜在我國栽培歷史悠久，品種較多且有當地特色，主要有萊蕪大姜、昌邑面姜、銅陵白姜、青州竹根姜、山農一號生姜、浙江小姜等。此外，生姜在古醫藥典籍中記載，具有驅寒解毒，溫經止嘔等功效，是藥食兩用食物。現代研究發現，生姜由100多種化學組分構成，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，傳統的加工方式有切片、干燥和炮制等方法，現代加工方式是在未加工或簡單初加工的基礎上進行有效成分的提取，使有效成分分別發揮自己特有的功能，應用于不同領域當中。因為加工方法不同，所以會對生姜的主要成分、藥用療效和食用口感等方面有明顯的影響[2]。目前，生姜所發揮的藥理作用已應用于化妝品、食品和醫藥領域中，具有廣闊的發展前景。本文將介紹生姜的不同加工方法以及加工過程中會對有效成分、功效和應用所產生的影響進行論述。

1 生姜的主要組成成分

生姜的組成成分較多且復雜，營養價值較高，含水量可達85%，主要的組成成分包括揮發性的姜精油、非揮發性的姜辣素、二苯基庚烴類物質、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性的透明淡黃色液體，組分較多以萜類物質為主[4]。姜辣素主要是通過有機溶劑提取出的不具有揮發性的黃色粘稠液體，都含有3-甲氧基-4-羥基苯基官能團，決定了生姜辣味的程度[5]。二苯基庚烴類物質以姜黃素最為常見，為橙黃色結晶粉末，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構與性質，其特有的凝乳性引起國內學者的廣泛研究[3]。生姜多糖是在榨取姜汁時產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，為生姜的綜合利用開發帶來新的思路。

2 生姜的加工方式

生姜作為中國傳統種植的經濟作物，不僅種類多產量高，而且價格低廉，是我們日常生活中必不可少的食材之一，更是在我國傳統中藥治療方案中發揮著重要的作用。經過多年的臨床實踐，為更好的發揮藥效，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，產生了炮姜和姜炭這兩種炮制品，將生姜的藥性加以調整修飾，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，擴大了應用的范圍。

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

現如今生姜進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。因主要成分化學性質的不同，所以提取方式方法有很多種，包括有機溶劑浸提、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 加工過程對生姜結構的影響

3.1 主要成分及含量

生姜在我國有著悠久的歷史，獨特的風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性和化學性質不穩定的特點，所以在加工過程中會對主要成分造成一定的損失。

李玉新等[19]將鮮姜、干姜、炮姜、姜炭為例進行檢測，結果如表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，這是因為生姜含水量多，所以主要成分含量較低。加工成干姜時，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，但是當烘干溫度達到 70 ℃時，其中所含有的姜酚類物質隨加工時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化學性質活潑，發生了氧化反應[20-21]。4個樣品中 6-姜烯酚含量的排列順序為姜炭>炮姜>干姜>鮮姜，這一現象說明在進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果。干姜進行炮制制成炮姜和姜炭的過程中，隨著溫度的升高，使部分多糖的結構發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，測定結果表明了加工的時間越長，所含有的揮發油就越少，這與揮發油中的單萜類成分因為受熱導致分解或者因為加工時間增加而跟隨空氣揮發有關[22]。采用氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）分析生姜及其三種制品的揮發油成分，測定得出生姜揮發油中含有100多種成分、干姜60種成分、炮姜18種成分、姜炭3種成分[22]。綜上結果表明了加工過程中溫度和時間對功效的影響較大，進一步驗證了加工過程會對生姜的主要成分產生影響。

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 生姜的細胞結構

Azian等[24]通過光學顯微鏡對生姜、干姜橫切面進行觀察，從中發現在未經過加工的鮮姜有著完整的薄壁細胞，實質細胞中包裹著大量的淀粉顆粒，而經過加工制成干姜后，完整的細胞壁出現了明顯的破損，細胞之間的界限基本模糊，這與干燥過程中脫水有關。細胞中所含有的淀粉顆粒、姜精油、姜油樹脂隨著細胞壁的破損擴散在整個組織中。生姜進行深加工往往采用有機溶劑浸提的方法，以乙醇浸提為例，將鮮姜與干姜浸泡3 h后進行觀察，載玻片顯示鮮姜的薄壁細胞壁較為完整但是有壓縮的現象，說明了乙醇浸提僅僅破壞了油細胞，但是實質細胞壁并未受到影響；干姜在干燥過程中實質細胞壁已經破損，經過乙醇的浸泡油細胞破裂，散布在整個組織中。綜上所述，表明加工過程中其含有的有效成分會因溫度的變化、所用時間的長短、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 加工過程對生姜功能特性的影響

生姜在我國藥用歷史悠久，早在《神農本草經》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]，隨著農耕的逐步發展，擴大了生姜的種植面積，不僅提高了農作經濟效益，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、藥方功效及其應用病癥[26-28]。由此看出，在古代人們就對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]對生姜加工制品有效成分的檢測以及抗氧化性的測定，得出總酚含量由高到低依次排序為干姜>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為烘烤等原因除去了大部分水分，一些有效成分損失或者發生不同程度的轉變，抗氧化性跟隨有效成分的變化而變化，掌握這一規律可以更好的發揮其功能特性。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可抑制二磷酸腺苷（ADP）和丙烯酸（AA）誘導的血小板聚集，但是經過進一步加工后的姜炭卻具有凝血的功能，這是因為加工過程中姜酚類物質大量揮發或被破壞，減少了對ADP和AA的抑制，與此同時生姜表面形成了炭素以及鞣質等物質，炭素具有較強的吸附功能，促進了凝血因子的活性，鞣質具有收縮血管的作用，證實了加工過程會導致有效成分的轉變，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稱之為血瘀癥，主要是血管中局部產生凝結，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，發揮抗凝的作用。為探究不同加工后的生姜與抗凝血性相關性分析，韓教授等[30]研究結果表明，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節代謝物至正常水平，而炮姜的抗凝血作用不大，由此可見鮮姜對血瘀癥最有效，其次是干姜。近年來我國郭星漢等[31]在炮姜治療虛寒性出血大鼠模型的影響結果中指出，炮姜可以有效縮短凝血時間，調整凝血四項指標，達到溫經止血的作用。

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，脫脂乳凝膠的強度在pH6.0達到高峰，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現 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，孔隙增大進而持水力增強。

5 加工過程對生姜應用影響

5.1 初步加工

生姜的加工對其有效成分、功效都有著不同程度上的影響，這也直接導致了生姜在應用方面的不同。初加工的姜片應用于菜肴的制作中，多數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合，利用其抑菌性來延長貨架期，但是由于姜汁含有淀粉易產生沉淀，可以加澄清劑進行改善。干姜適用于治療脾胃陽虛、四肢發寒以及咳喘人群；炮姜因加工時間長于干姜，除去更多的揮發油減少了辛燥的性質，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；姜炭加工時間長于炮姜，其揮發油幾乎損失，適用于產后血崩，吐血等急癥[25-28]。姚夢雪等[33]通過對比生姜、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，由此更加驗證加工過程對生姜的功效作用發生改變，影響其應用。

5.2 深度加工

現代對于生姜的加工更加精細化，將生姜含有的主要活性物質提取出，利用其不同的功能特性與其他領域相結合，從而擴大了生姜的應用范圍，例如姜精油因良好的抑菌性與材料領域相結合，用天然材料改善常規合成材料造成的環境問題，制成基于聚乙烯醇/阿拉伯樹膠/殼聚糖（PVA/GA/CS）復合膜，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因良好的抗氧化性和抗炎性與醫藥領域結合，有效抑制癌細胞增長和改善炎癥帶來的疼痛，可作為輔助治療的有效成分[35]。鮮姜片中發現了生姜蛋白酶，為植物性蛋白酶家族添加了新成員，生姜蛋白酶具有較強的水解蛋白活力和凝乳性，可在適當的溫度下，將膠原纖維和結締組織中的蛋白質降解[36]，起到了嫩化肉類的作用，從而應用于肉類食品加工領域中，姜撞奶是目前熱度較高的點心之一，操作簡單便捷，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]，對大鼠腦缺血再灌注損傷具有保護作用，即避免了生物資源的浪費，又增加了生姜副產物。

6 結論與展望

生姜自古以來就有較高的食用價值和醫藥療效，前期我們對生姜進行加工是為了利用其特有的辛辣風味，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，將主要成分進行分離提取，使含有的主要成分可以分別發揮自身的功能特性，應用于不同病癥的治療。在食品、藥品、化妝品等各個領域備受青睞。加工過程會對生姜所含有的主要組成成分產生影響，使其藥效發生改變，調節了生姜的辛燥，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約生物資源，而現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，從而擴大生姜的應用價值，帶來更好的經濟效益。