基于生姜特性的姜油功效及應用前景

李 桐，王苑力，郭咪咪，楊剴舟，欒 霞?

（1. 國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；2. 廣州福匯食品科技有限公司，廣東 廣州 511400）

生姜是一種原產于東南亞的單子葉姜科植物，現被廣泛種植在亞洲，非洲，印度以及其他熱帶地區[1]。在我國，截止到2018年，生姜種植面積達448萬公頃[2]。姜根莖含有60%～70%的碳水化合物，3%～8%的粗纖維，9%的蛋白質，8%的灰分，3%～6%的脂肪油和2%～3%的揮發油。由此可見，生姜的主要功能性成分都包含在揮發性油脂，也就是姜油中。姜的特征性風味是由于姜油酮、松果油、姜油和揮發性油所組成，按鮮重計，姜油含量最高，為姜的3%。生姜中的揮發性香精油主要包含倍半萜類，以 α-姜油烯（30%～70%）為主要成分，少量其他倍半萜類物質：β-倍半萜烯（15%～20%），β-雙丁香烯（10%～15%），α-法呢烯和單萜類化合物（β-水芹烯、樟腦、桉葉油、香葉醇、檸檬醛）等[5]。在醫學上，生姜被認定對胃腸道有一定的刺激性。生姜可增加胃腸道的運動能力，并具有抗菌、抗病毒、鎮痛作用和解熱特性[3]，所以理論上食用姜油可以達到相同的作用。

由于生姜具有多種抗氧化，抗炎癥特性，目前人們對生姜的關注也越來越多。涉及到提取和鑒定生物活性，以及對其藥理性質進行驗證。近年更是有很多生姜對健康有益的文章發表。Ghasemzadeh在2010年發表的文章中闡述了生姜表現的高抗氧化活性和優秀的藥用潛力與生姜中含有的總酚含量有關。此外，在他的研究報告中還得出生姜的總酚含量和生姜的品種有關系[4]。本文綜述姜油加工工藝的進展及姜油的益處，并對姜油作為的應用前景進行展望。

1 姜油

1.1 姜油制備

干燥和制油是生姜的主要加工方式。新姜的水分含量很高，大約為85%～95%，由于微生物的關系導致新姜很容易腐爛，保質期較短。因此將新鮮的生姜進行干燥和制油是生姜加工的重要加工方法[6]。一般姜油的加工主要分為選姜—清洗—干燥—粉碎—蒸餾—油水分離等幾個階段[7]。

1.1.1 常規萃取姜油技術

溶劑萃取和蒸汽蒸餾的常規技術仍然是商業上生產姜油樹脂和揮發油的最常用方法。但是，這些方法都具有主要缺點，例如涉及多個單元操作的復雜過程（萃取，分離等），較高的操作溫度會導致主要活性化合物及其收率的降解變化等。除此之外，使用的有機溶劑如己烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、異丙醇、乙醇、二氯乙烷等對健康有害，其中的一些溶劑已顯示出致癌作用[8]。除此以外，在加氫蒸餾過程中，需要將生姜物料進行干燥，這樣既可以妨礙微生物的滋生，又可以減少鮮姜的水分含量，促進生姜油的提取。干燥時間根據生姜物料的水分含量和干燥溫度一般需要3～7 d。這種方法操作簡單，但弊端也很明顯。由于干燥可以使生姜中的某些化學成分揮發或者降解，以至于降低成品精油的含量[9]。于是為了消除干燥帶來的影響并提高提取效率，酶被運用到生姜的預處理上。有研究表明，經過酶促法處理的百里香在加水蒸餾后，百里香精油的提取效率提高了 109%，迷迭香精油提取的效率提高了50%，薰衣草精油的提取效率提高了 25%。生姜經過酶處理后，有助于幫助維持姜油的質量[10-12]。

1.1.2 超臨界CO2萃取姜油

近些年，超臨界萃取被運用到姜油的萃取中。在超臨界狀態下CO2的底臨界壓力為73.82 Pa，溫度為 31 ℃，這個溫度可以使對熱敏感的物質不會分解[13]。除此以外，利用超臨界CO2無毒，非爆炸，容易獲取等特性，通過改變萃取時的溫度和壓力，可以選擇性的萃取到想要的精油特性[14-15]。有文獻指出在35 ℃，250 Pa的壓力，超臨界CO2每分鐘15 g的條件下萃取到的姜油樹脂量為 6.87%[16]。在提取生姜精油的嘗試中，有文獻給出了最佳工藝為在60 ℃，275.8 Pa的壓力，提取時間為 90 min條件下姜油的出油率為2.74%[17]。由于6-姜酚是姜油中最主要的抗氧化，抗炎物質，所以姜油中的6-姜酚含量也是超臨界萃取生姜精油的重要考察指標。經過實驗室優化，在35 ℃，150 Pa的壓力，超臨界CO2每分鐘15 g的條件下萃取到的姜油樹脂量為 3.10%，但其中6-姜酚的含量占20.69%[18]。經過對比文獻我們可以發現，超臨界CO2萃取生姜精油，在壓力范圍低于150 Pa時得到的揮發性精油含量較高，在高于200 Pa時得到的數值含量較高。

可以預見將酶促反應和超臨界 CO2萃取結合，各取其長，在干燥階段減少功能性化合物的損失，在萃取階段提高萃取效率，減少對環境的污染，找到合適于商業的條件，將是未來姜油萃取的重要研究方向。

1.2 姜油性狀

生姜萃取物包括了生姜精油和樹脂，根據國標GB：1886.29—2015的標準，經過精煉的姜油為黃色或淡黃色油狀液體，具有生姜特征的氣味，這是因為生姜經過加工后保留下來的姜辣素組分與揮發油組分[19]。雖然在現行國標并未提及姜油的衛生及質量要求。但在行業標準LS/T3257—2017中對姜油的衛生、質量、感官評價以及包裝等進行了詳細的闡述[20]。

1.3 姜油功效

王貴林等在2006年的研究表明，因為姜油中含有揮發油及辣味成分，對炎癥有一定的抗性效果[21]。因為姜油的辣味物質主要為姜酚，所以姜油的主要功效如生姜一樣，對急性肝損傷的保護作用，抗過敏作用和減肥的作用也被證實[22-24]。除此以外，有研究表明，姜油對桔青菌、釀酒酵母、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有一定的抑制效果[25]。

2 基于生姜特性的姜油對健康的影響

生姜經過超臨界萃取的姜油，包含了生姜絕大部分的功能特性，對健康的影響也和生姜相同。

2.1 刺激消化系統

生姜對消化系統的刺激作用最常見，姜油的特性也包含此特性。生姜具有幫助唾液分泌的作用，刺激唾液產生，因此可以幫助吞咽。在醫學上，生姜是傳統且常用的藥物，用于治療消化系統疾病。生姜刺激肝臟產生膽汁酸并將其分解為膽汁。已知膽汁酸在脂肪的消化和吸收中起重要作用。食用生姜還可以刺激胰腺脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和羧肽酶）等消化酶的活性。飲食中的生姜也可以有益刺激小腸粘膜的終末消化酶，包括糖化酶。據報道，在高脂喂養的情況下，飲食生姜可通過增加膽汁的分泌和增加胰腺脂肪酶的活性來刺激飲食脂肪的消化和吸收[26-28]。

2.2 對腸道的保護作用

辛辣香料生姜對胃腸道及其粘膜糖蛋白有積極的保護作用。實驗證明親脂性香料與周圍脂質和這些脂質附近的疏水部分具有生物活性相互作用，從而調節了膜的動力學，減少對膜酶蛋白的空間限制并改變其構象[29]。

2.3 減脂和抗糖尿病的功效

食用生姜還有降脂功效，有益于控制體重，因此降低了患心血管疾病的風險[30]。與此同時，一些實驗表明，生姜具有抗糖尿病的作用。體外、體內和臨床試驗已證明姜具有降血糖作用[31]。抗糖尿病作用的潛在機制涉及胰島素釋放及其敏感性，以及改變的碳水化合物和脂質代謝的逆轉[32]。生姜中負責此作用的有效成分是姜醇和松果酚[33]。生姜還顯示出對繼發于肝，腎，眼和神經系統的糖尿病繼發性并發癥的顯著保護作用[31]。

2.4 抗氧化特性

生姜的刺激性成分，例如6-姜酚和6-巴拉多具有抗氧化和抗炎特性。生姜提取物的DPPH自由基清除超過了 BHT的，在 IC50濃度為抑制DPPH的0.64 μg/mL。生姜提取物抑制羥自由基的程度比槲皮素高。6-姜酚的化學預防作用和化學保護作用通常與其抗氧化和抗炎活性有關。生姜在存在 Fe3+和抗壞血酸鹽的情況下，可降低磷脂脂質體的過氧化作用[34]。活性氮（如一氧化氮）已被暗示影響信號轉導并導致 DNA損傷導致癌變。6-姜酚被證明是一氧化氮合成的有效抑制劑，也是脂多糖激活的巨噬細胞對過氧亞硝酸鹽介導損傷的有效保護劑[35]。

2.5 抗炎特性

脂質過氧化物和活化的巨噬細胞在關節炎和其他炎性疾病中起著至關重要的作用。生姜成分通過抑制花生四烯酸代謝來抑制炎癥過程[36]。最近，有研究表明，生姜對炎癥部位合成和分泌的細胞因子有效。細胞因子是淋巴細胞，巨噬細胞，成纖維細胞和其他細胞在炎癥部位分泌的小蛋白，并充當參與免疫和炎癥反應的細胞之間的化學信使。發現姜可以調節在慢性炎癥中激活的某些生化途徑；抑制炎癥反應中涉及的幾個基因的誘導，并且這些基因中的一些編碼細胞因子，趨化因子和可誘導的酶環加氧酶-2（COX-2）[37-39]。6-姜酚選擇性抑制巨噬細胞促炎細胞因子的產生，但不影響抗原呈遞細胞的功能。因此，6-姜酚起抗炎化合物的作用，可用于治療炎癥而不干擾巨噬細胞的抗原呈遞功能[40]。

2.6 預防癌癥

越來越多的研究表明，姜提取物及其生物活性化合物對幾種癌細胞（包括乳腺癌、宮頸癌、結腸直腸癌、白血病、肝癌、肺癌、鼻咽癌、卵巢癌、前列腺癌和視網膜母細胞瘤）的細胞毒作用具有可喜的結果。6-姜酚在人結腸癌細胞中具有抗癌和化學預防作用的機制。通過對快速分裂的小鼠結腸細胞進行活力分析確定6-姜酚的安全性[40-41]。結果顯示抑制細胞增殖和誘導凋亡，而正常結腸細胞未受影響。結腸癌細胞對6-姜酚的敏感性與胱天蛋白酶8、9、3和7的活化和PARP的裂解有關，提示誘導凋亡細胞死亡。從機理上講，ERK1/2/JNK/AP-1途徑的抑制被認為是6-姜酚對結腸癌的抗癌作用中一種可能的作用方式[42]。

3 姜油的應用前景

姜油已經被批準用作食用與香料，廣泛應用于個人護理品、食品和醫藥等領域，作為單方或復方精油也深受市場親睞。目前市面上的姜油產品主要是用于刮痧、按摩和推拿的身體保健用油，而近年來姜油的護發應用市場也被看好，姜油調和在洗發露中不僅可以有效防止脫發、白發，并刺激新發生長，還能夠驅頭風，對偏頭痛、周期性頭痛也具有一定的治療作用[43-44]。

在食用方面，姜油的市場價值更為重要且潛力巨大。隨著食品加工技術的進步，運用現代工藝技術提取生姜制成的深加工產品，作為高品質、高價值的貿易品越來越受到食品工業的推崇，已逐漸成為食品工業的主要原料之一。我國在姜油的食品化應用中也做出了很多成果：貴州博達醫藥保健品研究所采用鮮姜粉碎后，用合格的食用色拉油浸提制成純天然食用調味姜油，具有工藝簡便、產品質量穩定、成本低、使用方便、用量少的特點，并申請了專利；廣西技術市場在2006年利用姜原料提制出高級的“食用姜油”，屬天然的高級食用調味品，這類食用姜油能保持姜的成分和原有的天然辣味，使用方便，并且能保存較長時間，它對咸、甜、酸與苦味的各種食品都適合使用；云南省羅平縣生姜加工企業通過改進技術生產的姜油，每年可提煉5 t左右，按當時姜油市場價計算，可實現收入近400萬元。另有研究表明，姜油中所含的6-姜酚等活性成分具有明顯的抗炎、鎮痛作用，因此開發面向軍隊、運動員等特殊人群的姜油產品，使他們在日常攝入中保證營養的同時還能夠緩解身體損傷，具有十分重要的意義[45-48]。目前國內針對此研究方向的產品還屬于起步階段，而歐美市場上已經出現了一系列的姜油保健產品，他們宣稱的功效主要體現在：刺激消化、促進胃腸健康、促進心血管健康、作為抗炎補充劑、減輕因關節炎癥和肌肉疼痛而引起的疼痛和腫脹、以及用于止嘔、緩解因旅行引起的暈車等。

國際市場方面，姜油的主要用途是在糖果、飲料和烘焙產品中。無論是作為飲料本身還是作為威士忌或朗姆酒等含酒精飲料的補充，姜油的需求都在不斷增長。姜油已在國際上商業化，可用于食品和藥品加工。為了改善它們的外觀，通過撒石灰通過各種方法將某些等級的生姜漂白。姜油的顏色可以從淺黃色到較深的琥珀色不等，并且粘度也可以到水狀。在姜油樹脂中加入一定量的姜油會在氣味和刺激性之間達到所需的平衡。預計到2022年，香精油市場將達到115億美元，從2016年到2022年，復合年增長率為10.1%。

4 討論

由于對生姜加工技術的提高，生姜中的功能性成分在姜油中也得到了很好的保留。在食用方面，生姜精油的特性并沒有被良好的應用。姜油中富含的倍半萜類和酚類物質有很好的抗氧化和抗腫瘤特性，對消化系統有積極的作用。我國的烹飪中，在增香、去腥上，姜的作用不可或缺，特別是在蒸煮海鮮的時往往要加入生姜。生姜與烹飪用油結合的產品—姜油，在應用場景和營養保健方面有廣闊的前景。姜油有多種對健康有益的作用，不僅僅是賦予食物風味，更重要的是利用姜油的抗氧化抗炎特性，在日常飲食中生姜對健康的益處得以轉化，這也將使其成為日后烹飪油市場的必要組成部分。