山奈的活性成分及在食品工業中應用的研究進展

項昭保，平雪麗，屠大偉

（重慶工商大學環境與資源學院，重慶 400067）

山奈是姜科山柰屬山奈（Kaempferia galangaL.）的干燥根莖，別名沙姜、三萘子（《海上方》）、三賴（《本草品匯精要》）、山辣（《本草綱目》）等[1]。在我國主要產于廣東、廣西、云南、四川、貴州、海南、福建、臺灣等地，產地不同其化學成分亦有不同的特點[2]。山奈既是常用食品香辛料，又有良好的藥用價值，藥食兩用[3]。《植物名實圖考長編》載：“按《救荒本草》有野山柰，即此。滇南同甘松香、桂皮等為五香，充食料用”。《中國藥典》記載，山奈姜味辛性溫，具有溫中散寒，行氣止痛，除濕辟穢的功效，主治胃寒疼痛、寒濕吐瀉、胸脘脹滿、心腹冷痛、牙痛、風濕關節痛、跌打損傷等疾病[4]。

山奈中富含對甲氧基肉桂酸乙酯、山奈酚等活性物質，具有多種生物活性，且食用安全。急性毒性試驗、亞急性毒性試驗、血液學分析、皮膚刺激試驗等一系列檢測，均未見有毒性、異常、刺激等跡象[5]。當前山奈主要用于食品香料調味品，少數用于中藥復方。山奈良好的生物活性并未得到合理利用，為進一步深入研究以及合理開發利用山奈資源，更好地發揮山奈的食療作用，增進人類的健康。本文對山奈的生理活性成分及目前在食品工業中的應用進行綜述，為山奈資源的進一步深度開發和高效利用提供理論依據。

1 山奈的化學成分

1.1 揮發性成分

山奈作為天然香料，其中含有大量的揮發性成分，得率約在2%～4%。國內外學者通過提取它的揮發油成分并進行分析，共分析鑒定出200 多種化學成分，其中含量最多的是對甲氧基肉桂酸乙酯，對山奈的香氣起著重要作用[6]。除此之外，還有很多相對含量超過5%的成分，具體見表1（每篇文獻由于使用原料的產地及方法不同，測出的含量有所差異，該表以其中測得的最高含量為準）。

表1 山奈揮發油中的主要化學成分Table 1 Main chemical constituents in volatile oil of Kaempferia galanga L.

1.2 黃酮類

山奈中的黃酮類化合物主要是山奈酚[15]、山奈素和槲皮素[16]，它們均屬于黃酮醇類化合物，封傳華等[17]利用高效液相色譜法對不同產地山奈藥材中山奈素含量進行了檢測，含量在0.08%～0.18%之間。黃酮類化合物是一類存在于多種植物中的含有多個酚羥基的化合物，具有多種潛在的藥用價值。它們的化學結構式見圖1。

圖1 山奈中分離出的黃酮類化合物Fig.1 Flavonoids isolated from Kaempferia galanga L.

1.3 酚酸類、二芳基庚烷類和苯丙素類化合物

Yao 等[18]從山奈根莖中分離出了6 種苯丙素類化合物（1～6）、四種酚酸類化合物（7～10）、1 種新的酚類糖苷化合物（11）以及6 種二芳基庚烷類化合物（12～17），并根據質譜和核磁共振數據確定了它們的結構，如圖2～圖4 所示，它們的總含量約為0.066%。Wang 等[19]應用D101 大孔樹脂，Sephadex LH-20 和制備液相等色譜方法，從山奈中分離出不同的二芳基庚烷類分別為C-1 磺酸化雙苯庚烷差向異構體山奈磺酸A（18）和山奈磺酸B（19）（見圖4）。

圖2 山奈中分離得苯丙素類化合物Fig.2 Phenylpropanoids isolated from Kaempferia galanga L.

圖3 山奈中分離得酚酸類化合物Fig.3 Phenolics isolated from Kaempferia galanga L.

圖4 山奈中分離出的二芳基庚烷類化合物Fig.4 Diarylheptanoids isolated from Kaempferia galanga L.

1.4 萜類

山奈中也發現了萜類化合物，以二萜為主。Tungcharoen 等[20]采用乙醇回流的方法對山奈中的物質進行提取，然后用正己烷萃取，得到了正己烷組分。采用硅膠柱色譜對正己烷組分進行分離純化，并采用紫外光譜、紅外光譜、核磁共振等手段對分離得到的物質進行結構鑒定，得到了10 種異戊烷二萜，如圖5 所示，其中包含8 種已知的異戊烷二萜（1～8）和2 種新異戊烷二萜（9～10），它們的總含量約為0.261%。此外，在山奈精油還分離出了一種新的單萜[21]（11）和常見單萜龍腦（12）。

圖5 山奈中分離出的萜類化合物Fig.5 Terpenoids isolated from Kaempferia galanga L.

1.5 其它

劉本國等[22]采用超臨界流體萃取技術制備了沙姜的超臨界二氧化碳提取物，并從中發現了谷甾醇（提取物中含量0.66%）和豆甾醇（提取物中含量1.27%）等植物甾醇。Srivastava 等[23]對印度西孟加拉邦的山奈進行了成分分析，發現其山奈中脂肪的含量為1.66%，蛋白質含量為5.92%，其較低的脂肪含量適合超重的人食用。

山奈中富含碳水化合物（72.04%）和纖維素（7.93%），其碳水化合物含量與谷物相當，高于姜科和豆科植物[23]，Xu 等[24]提取和純化了山奈中的水溶性多糖，并通過紫外光譜，高效凝膠滲透色譜，傅立葉變換紅外光譜和離子色譜來檢測它的結構。結果表明，山奈多糖是具有吡喃糖環骨架模式的酸性多糖，主要由阿拉伯糖和半乳糖組成，平均分子量為

8.5×105Da。

曾榮等[25]對山奈中的無機元素進行了測量，發現其中含有大量有益的無機元素，例如鉀（1350 mg/kg）、鎂（2950 mg/kg）、鈣（350.5 mg/kg）、錳（412 mg/kg）、鋅（46.5 mg/kg）、鐵（16 mg/kg）等，而有害元素的含量卻很低，例如砷（<0.01 mg/kg）和鉛（<0.01 mg/kg）。這些人體所需的微量元素，合理食用可以調節體內代謝，促進身體健康。黃巧燕等[26]也曾采用微波消解法測定山奈中的無機元素，發現鉀元素（18600 mg/kg）含量極高，也含有其他有益元素，而對人體有害的微量元素鈹（0.02 mg/kg）、鎘（1.192 mg/kg）、鉛（2.61 mg/kg）、鉈（0.078 mg/kg）的含量則微不足道。

2 山奈的生物活性

2.1 調節心血管系統

山奈中的某些成分對血糖以及糖尿病并發癥有調節作用。山奈中的山奈酚、槲皮素等具有維護溶酶體膜穩定性、維持滲透壓、抑制N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（N-acetyl-β-D -glucosaminidase，NAGase）等糖苷酶釋放等作用，從而可以調節血糖水平[27]。α-淀粉酶是淀粉消化過程中的一種關鍵酶，抑制α-淀粉酶活性，可有效控制餐后血糖的升高，而山奈酚可對α-淀粉酶以非競爭性的方式產生一定程度的抑制作用[28]。糖尿病腎病是糖尿病常見的微血管并發癥，山奈酚對高糖條件下人腎小球內皮細胞氧化應激及凋亡具有抑制作用[27]。

山奈酚還對心肌的缺血再灌注損傷以及血管內皮細胞的氧化損傷均具有保護作用。對缺血心肌實行灌注治療后，可能會出現代謝功能障礙、凋亡、心律失常等癥狀，而在缺血心肌模型中加入山奈酚進行處理后，發現山奈酚可有效緩解心肌的缺血再灌注損傷[29]。血管內皮細胞是血管壁的屏障，可以維持血管的正常功能，血管內皮損傷會引發動脈粥樣硬化。山奈酚可以緩解脂蛋白的過氧化作用，減少氧化型低密度脂蛋白（oxidized low-density lipo-protein, ox-LDL）對內皮細胞的氧化損傷，從而預防和治療動脈粥樣硬化[30]。

He 等[31]通過斑馬魚血管生成測定法對山奈提取物的抗血管生成作用進行測試，結果正己烷部位和乙酸乙酯部位的抗血管生成作用明顯，并從中發現了兩種活性物質：反式對甲氧基肉桂酸乙酯和山奈酚，經進一步的實驗證明，反式對甲氧基肉桂酸乙酯在體內和體外均具有良好的活性，其抗血管生成的作用機制可能與制血管內皮生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor, VEGFR）和血管生成素信號系統（Angiopoietin-tie, ANGPT-TIE）的信號通路有關。

2.2 抗腫瘤活性

山奈中提取到的多種活性物質對癌細胞有抑制作用。Ali 等[9]研究了山奈的甲醇提取物在瑞士白色小鼠的體內外抗腫瘤活性，結果表明該提取物對癌細胞產生強烈抑制作用，使得癌細胞數減少，小鼠存活時間延長，細胞形態改變，細胞膜起泡、核碎裂等，且抗癌活性與提取物中總酚含量和總黃酮含量呈顯著正相關。

Gunasekaran 等[32]以雄性白色大鼠為研究對象，用1,2-二甲基肼（1,2-dimethylhyrdrazine，DMH）誘導大鼠結腸癌發生，使得小鼠異常隱窩病灶（aberrant crypt foci, ACFs）增加，轉錄因子（NF-κB p65）的核移位增加，炎癥因子（iNOS, COX-2） 、細胞因子（TNFα, IL-6）、細胞周期蛋白、細胞抗凋亡蛋白（Bcl-2）等均增加，促凋亡蛋白表達減少。此后使用山奈中苯丙素類化合物對甲氧基肉桂酸乙酯進行調節，發現上述病理現象均可恢復正常。

多項研究表明，山奈酚可抑制癌細胞增殖。蛋白激酶CK2 是癌細胞生長階段所需的，而山柰酚是蛋白激酶CK2 的有效抑制劑[33]。另外，山奈酚還能抑制食管癌細胞、胃癌細胞[34]、肝癌細胞[35]、人鼻咽癌CNE2[36]細胞、非小細胞肺癌[37]、乳腺癌[38]、膽囊癌[39]、胰腺癌[40]、黑色素瘤細胞B16[41]等癌細胞增殖，誘導細胞凋亡。

Srivastava[23]評估了從山奈中的水提物和關鍵化合物對9 個人癌細胞系的抗增殖潛力，并報告了其對正常的腹膜巨噬細胞的安全性。結果表明山奈對MDA-MB-231 和WRL-68 細胞具有抑制作用。其中活性成分對甲氧基肉桂酸乙酯可通過抑制細胞內活性氧的產生來抑制癌細胞的增殖。

Yang 等[24]采用熱水浸提法提取了山奈中的多糖，通過體內抗腫瘤實驗表明，該多糖能夠有效保護腫瘤小鼠的胸腺和脾臟，抑制腫瘤增殖，提高T 細胞、B 細胞的增殖能力，且有劑量依賴性。

2.3 抗氧化和抗光老化活性

Ching Yuen Venus[42]等研究了山奈熱水提取物的抗氧化作用，通過DPPH、ABTS 自由基清除實驗、還原鐵分析和總多酚含量評估提取物的抗氧化活性，結果發現提取物的自由基清除活性與濃度有良好的量效關系，對還原鐵的抗氧化性最強。Ali 等[9]利用DPPH、ABTS 和NO 自由基清除實驗，對山奈甲醇提取物體外抗氧化活性進行了評價，結果表明其具有良好的抗氧化活性，IC50分別是16.58、8.24、38.16 μg/mL。山奈的不同提取部位的抗氧化活性也不同，項昭保等[43]采用DPPH 和ABTS 法測試了山奈不同提取部位的抗氧化活性，結果表明氯仿部位的抗氧化活性最強，其次是乙酸乙酯和正丁醇部位。此外有研究[22]發現，山奈中還含有植物甾醇，且其中的豆甾醇和谷甾醇具有一定清除DPPH 自由基的能力。

張君等[44]發現通過提高腦組織抗氧化的能力，山柰酚可改善雙側頸總動脈永久性結扎誘導的慢性腦缺血大鼠的學習記憶能力障礙和協調運動功能障礙，對缺血性中風具有一定的治療潛能。

山奈的正己烷提取物可以抑制酪氨酸酶的活性和黑色素的生成[45]，有研究表明其主要有效成分為對甲氧基肉桂酸乙酯[46]，可望開發為皮膚增白劑用于治療色素沉積性疾病。Pratama 等[47]用印尼麒麟菜提取物與山奈提取物按不同比例制備防曬霜，并采用DPPH 法進行抗氧化檢測，發現防曬霜中山奈提取物占比30%時，抗氧化活性最好。

2.4 抗炎作用

炎癥是機體對損傷和感染的正常生物反應，一氧化氮是眾所周知的內源性細胞信號分子，并且在許多生理過程中充當重要的介質。藥理學研究已經證明炎癥與NO 的過量產生有關。Sulaiman 等[48]發現山奈提取物有顯著的鎮痛活性和抗炎活性，且都具有良好的量效關系。有望開發出新型藥物來對抗疼痛，替代目前具有副作用的阿片類物質。Ching Yuen Venus[42]研究了山奈熱水提取物的抗炎活性作用機制，發現山奈提取物通過抑制NO、TNF-α的分泌以及iNOS 和TNF-α的mRNA 表達，發揮出抗炎作用。

Yao 等[49]發現從山奈中分離得到的二芳基庚烷類化合物對脂多糖（LPS）誘導巨噬細胞RAW 264.7 細胞系中NO 的產生具有抑制作用，二芳基庚烷類化合物可能是山奈抗炎作用的功效成分。Tungcharoen 等[20]在山奈提取物中分離得到了十種異戊烷二萜，且其中化合物5、6、8、9 具有良好的抗炎活性，可以抑制iNOS（一氧化氮合酶）的mRNA表達；化合物5、6 還可以抑制COX-2（環氧合酶2）的mRNA 表達。

山奈活性物質可以通過多種途徑來抑制炎癥反應。Umar 等[50]對石油醚、氯仿、甲醇、水提取物的抗炎作用進行了評價，發現氯仿提取物的抗炎活性最強，通過GC-MS 確定了對甲氧基肉桂酸乙酯為氯仿提取物主要成分，推測可能通過抑制環氧合酶來產生抗炎作用。Jagadish 等[51]測試了山奈石油醚提取物對大鼠急性和慢性炎癥的影響，比較它們對炎癥的效果以及發現可能的機制。結果表明石油醚提取物通過抑制中性細胞浸潤，有效抑制大鼠急慢性炎癥，化學分析表明提取物中含有對甲氧基肉桂酸乙酯。山奈酚可抑制神經炎癥，保護血腦屏障功能，從而改善腦缺血再灌注對神經功能造成的損傷，其抗炎機制與抑制NF-κB 通路的激活有關[52]。

2.5 殺蟲抑菌作用

山奈提取物具有一定的殺蟲活性。Li 等[53]采用水蒸氣蒸餾法提取山奈揮發油成分，并從中分離出了肉桂酸乙酯、對甲氧基肉桂酸乙酯和反式肉桂醛等化合物，將提取物和分離物分別進行了殺線蟲毒性評價，結果表明精油提取物及其主要分離物（肉桂酸乙酯、對甲氧基肉桂酸乙酯和反式肉桂醛）對谷物的活性囊腫線蟲均表現出強殺線蟲活性，有望開發為防止禾谷類囊腫線蟲的殺線蟲劑。Liu 等[54]也采用類似的方法研究山奈精油及其主要分離活性物質對書虱的接觸毒性和熏蒸毒性，結果表明精油對書虱表現出接觸毒性和熏蒸毒性，其中肉桂酸乙酯的接觸毒性最強，1,8-桉樹腦的熏蒸毒性最強。

Parjo 等[55]經十年研究發現了山奈醇提物具有體外抗真菌活性，并將此提取物配制成水包油護發霜，對其理化性質進行了評價，發現其具有良好的油水不分離的特性，有應用于抗真菌水乳膏的潛力。除此之外，Lakshmanan 等[56]在山奈中分離出對甲氧肉桂酸乙酯，發現其具有體外抗結核活性，并對結核分枝桿菌H37Ra 和H37Rv 菌株具有抑制作用。

山奈中的山奈酚能夠抑制神經氨酸酶活性，并對流感病毒H1N1 和H9N2 都具備較高的抑制能力[57]。吉米麗汗等[58]發現金花清感顆粒中的山柰酚可能通過與ACE2 結合作用于PTGS2、BCL2 和CASP3 等靶點調節多條信號通路，從而可能發揮對新冠病毒COVID-19 的治療作用。Kitani 等[59]從山奈根莖衍生的放線菌菌株的菌絲中提取出一種新的環狀脂質肽—胱氨酸酰胺B，其可以抑制登革病毒NS2B/NS3 復合物的蛋白酶活性。

2.6 其它作用

除了以上幾種功能外，山奈的水提物還可以清除亞硝酸鹽、阻斷亞硝胺合成[60]。山奈丙酮提取物的石油醚、氯仿和甲醇部位對瑞士白色小鼠均具有明顯的鎮靜作用[61]。山奈的乙醇提取物顯示出中樞神經系統抑制作用[62]，山奈中的山奈酚能夠顯著提高去卵巢大鼠的骨密度[63]，明顯抑制大鼠尿液中骨鈣和磷的流失，能夠治療骨質疏松，且其作用機制可能與抑制骨吸收有關。山奈中山柰素可通過下調JNK 信號通路來有效地抑制鈦顆粒引起顱骨的骨丟失[64]，有望開發成一種治療破骨相關疾病的藥物。山奈酚還可減少脂質積累[65]，體現出抗肥胖作用。

3 山奈在食品工業中的應用

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，“治未病”的大健康理念越來越深入人心。山奈以其獨特的香味、眾多的活性成分和廣泛的藥理作用在中藥方劑和食品中廣泛應用，其在食品常作為香料來烹飪各種美味佳肴，山奈的各種提取物也被常常被加入各種食品充當功能因子。

3.1 香料及調味料

山奈具有獨特的香味，常常被人們用作調味料應用于多種食品中。例如著名的粵菜山奈白切雞[66]，其主要的輔料就是山奈，它既可以讓雞肉吃起來香而不膩，又可以抑制微生物的生長；此外在廣東，人們還把砂鍋石斑魚與山奈結合起來，使得石斑魚更加的香氣撲鼻[67]；還有絕味鴨脖[68]的辣味鹵汁里也添加了山奈，通過與其他香料的香味調和，使得鴨脖有一種獨特的香味；清涼火鍋底料[69]和四川麻辣燙[70]的香料包中也有添加山奈作為香料，使得火鍋以及麻辣燙更加的麻辣鮮香；王志江等[71]還研究了新型山奈豬肉干的加工工藝，發現當沙姜添加量為3%時，豬肉干的口感最佳、品質較好，既能賦予肉干良好的風味，又可以保持肉干的組織形態。

3.2 抗氧化膜及防腐劑

自由基會導致食物的脂質過氧化從而引起食物變質，雖然通過添加合成抗氧化劑可以預防食品氧化，但人工合成抗氧化劑存在一定的安全問題，對天然抗氧化劑的關注越來越多[72]。山奈具有良好的抗氧化和抑菌作用，食用安全，在食品抗氧化和防腐中應用前景廣泛。盧洪成等[73]利用山奈提取物發明了一種抗氧化膜，既可以用于果蔬及肉類的抗氧化，而且無毒無害可食用，是一種天然的植物提取物抗氧化膜；田玉紅等[74]通過對山奈油提取過程中得到的水相廢液進行純化結晶，得到了順式對甲氧基肉桂酸乙酯和反式對甲氧基肉桂酸乙酯的混合物，經檢驗，該混合物不僅具有抑菌作用，還具有自由基清除作用，且香氣怡人，可以作為天然食品防腐劑。

3.3 功能食品

利用藥食兩用資源功效部位開發功能食品受到越來越多的關注[75]，山奈藥食兩用、生理功效多、食用安全，將其開發功能食品前景廣泛。張俊輝等[76]發明了一種保健腐乳，在腐乳中加入了山奈等藥材，并通過多種工序使其營養成分進入到腐乳中，使得腐乳具有開胃消食的保健功能；明毅強等[77]發明了一種山奈苦蕎營養保健丸的加工方法，該方法提高了山奈的利用率和營養價值，制得的保健丸既可沖水作為飲料，又可拌成營養糊，具有溫中散寒、開胃消食、理氣止痛等功效；黃騰慶[78]發明了一種山奈軟糖，綠色天然、Q 彈香甜，還具有健胃消食的作用。

4 總結和展望

山奈藥食兩用，歷史悠久，在食品中主要被用作香料或調味品，其香味物質基礎揮發油的研究比較深入；在臨床中多與其他藥物配伍用于治療高血壓、風濕病、發炎、消化不良和其他胃病。然而除香料及調味料外，山奈不適合作為食物直接食用，在食品中應用較少；山奈的活性部位、功效成分也沒有在功能食品中得到體現，在“治未病”的大健康理念越來越深入人心的當今時代，充分利用生物活性多樣、產量巨大的山奈，開發出功效明確的功能食品很有意義。對山奈資源的開發利用以下三點應特別關注：

第一，注重山奈化學成分的系統研究，目前山奈的研究主要集中在揮發油成分，其他成分如黃酮、酚酸類、萜類和苯丙素類化合物等目前僅發現30 余個。產地不同、植物中化學成分一般相差很大，山奈國內外廣泛種植，不同產地山奈化學成分研究也有少量報道，但是對某一產地的山奈化學成分系統研究尚未有報道。只有明確了不同產地山奈的化學成分，才能更有針對性地開發利用山奈資源。

第二，加強山奈活性部位和功效成分的研究，山奈的藥理活性中醫典籍有報道，現代藥理實驗也證實和發現了山奈提取物的一些生物活性，但活性篩選較多，深入研究較少，依據活性追蹤尋找活性部位和功效成分的研究更少。活性部位是進一步開發功能食品的基礎，功效成分及進一步的作用機制研究，是開發新型藥物的前提，這都有利于山奈資源的高值化利用。今后的研究應進一步利用現代藥理評價和篩選技術尋找山奈活性部位和功效成分，切實推動山奈資源高值化開發。

第三，山奈資源的綜合利用，當前主要利用山奈的地下部分，地上部分被當作一種沒有價值的農業殘留物丟棄，造成了很大的資源浪費。今后的研究可以利用活性追蹤與系統分離相結合尋找山奈地上部分的活性部位與功效成分，并與山奈地下部分的活性部位和功效成分研究相結合，增加山奈活性部位和功效成分的來源，同時充分利用了之前被視為毫無價值的農業殘留物，切實提高山奈資源的經濟效益和社會效益。

總之，山奈藥食兩用，應用廣泛、種植面積廣、產量大，但目前主要以原料形式用于食品調味料和中成藥復方，化學成分研究不系統、功效成分研究不深入，明確功效作用的功能食品尚未開發出。今后應進一步加強山奈化學成分、活性部位和功效成分的研究，充分利用山奈良好的生物活性，明確其物質基礎，更好地利用山奈的食療作用，增進人類的健康。