4 個生姜品種的品比試驗

於志遠，向元園，劉奕清，蔡小東

（長江大學園藝園林學院，香辛作物研究院，湖北 荊州 434025）

生姜（Zingiber officinaleRosc.）是姜科姜屬多年生草本單子葉植物，不僅是廣為栽培的重要香辛保健蔬菜之一，也是醫藥、食品及化工產品的重要原材料[1]。研究表明，除富含淀粉、多糖、脂肪、蛋白質、維生素、微量元素等多種營養成分外[2-4]，生姜及其提取液還具有較為廣泛的生物活性，如抗氧化、抑菌、消炎、抗腫瘤等[5-7]，在食品保鮮、功能食品生產等領域中具有廣泛的應用前景。姜辣素是生姜中的辣味成分，為多種物質構成的混合物，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[2]。生姜的揮發性物質主要是姜精油，含有近百種化學成分，其獨特的香氣可作為香辛料添加到食品中起到增香除腥的作用，其抗氧化、抑菌等活性使其可作為天然保鮮劑延長食品的貨架期[8]。目前，對生姜的利用形式側重于生姜根莖的初級產品，如腌姜、糖醋姜片、姜絲、姜粉等，而提取和合理化利用生姜根莖中的生物活性成分有待進一步研究。

生姜市場需求較大，然而近年來價格波動頻繁，極大增加了生姜種植的市場風險。為規避價格波動帶來的市場風險，有必要提高其活性物質的利用率，開發更多具有保健價值的健康產品，來提高生姜的經濟價值。我國生姜栽培歷史悠久，種質資源豐富，地方品種繁多[1]。該研究以國內較有代表性的鳳頭姜、竹根姜、山東大姜、安丘小黃姜4個地方生姜品種為試材，分析了不同品種間的農藝性狀、活性成分含量、抗氧化活性及其相關性，旨在為生姜的生物活性利用及精深加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜，2020 年4 月中旬種植于長江大學農業科技產業園生姜品種示范基地的簡易塑料大棚中，行距75 cm，株距25 cm，正常管理，11 月下旬收獲。

主要試劑：蘆丁、福林酚、香草醛、沒食子酸、2,2-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇、過硫酸鉀、硝酸鋁、亞硝酸鈉等（上海麥克林生化科技有限公司）。所有試劑均為分析純。

主要儀器：UV-1601 型分光光度計（北京瑞利分析儀器公司），DHG-9070A 鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司），2500Y 高速多功能粉碎機（浙江永康鉑歐五金制品有限公司），KS-5200D 超聲波清洗機（昆山潔力美超聲儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 農藝性狀的測定采取五點取樣法采集樣品，即采收期每個品種隨機選取5 個點，每個點隨機選取5 株，分別測量植株葉片的葉長、葉寬、莖粗（地上莖基部直徑）、株高（地上莖基部到所有葉片自然伸展時的最高處的距離）和每株的分枝數。觀測完畢后，小心挖出完整植株，洗凈泥土晾干后測量根莖長度、根莖寬度、單株根莖鮮重。

1.2.2 姜粉制備收獲的姜塊洗凈、去皮，切成約3 mm 厚的薄片后置于烘箱中60℃烘12 h，然后用高速粉碎機將烘干后的姜片粉碎，過60 目篩網后在干燥器中保存備用。

1.2.3 姜精油含量的測定采用水蒸氣蒸餾法提取姜精油。精確稱取 30.0 g 姜粉置于1 000 mL 圓底燒瓶中，加入500 mL 蒸餾水和3.0 g NaCl，連接揮發油提取器與冷凝管，開啟電熱開關。加熱回流約5 h后關閉電源，打開揮發油提取器旋塞收集精油，經無水Na(SO4)2干燥后稱重。姜精油含量（mg/g）= 提取的姜精油質量（mg）/姜粉質量（g）。

1.2.4 生姜提取液的制備采用超聲波輔助乙醇法提取。準確稱量0.5 g 生姜粉，按料液比1 ∶20（g ∶mL）加入70%乙醇，在200 W 超聲功率下提取30 min 后用三層紗布過濾，收集濾液。濾渣在相同條件下再次提取，合并2 次濾液，用于總酚、總黃酮、姜辣素含量及抗氧化能力的分析。

1.2.5 總酚含量的測定在福林酚法[5]的基礎上略作調整測定不同生姜品種根莖的總酚含量。具體操作：將福林酚試劑用蒸餾水按1 ∶10（v/v）的比例稀釋，吸取1 mL 生姜提取液與5 mL 稀釋后的福林酚試劑混合，放置30 s 后加入2 mL 75 g/L Na2CO3溶液，用蒸餾水定容至10 mL 后搖勻，30℃下靜置60 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作為空白對照，測量其在760 nm 處的吸光度。以沒食子酸為標準品，建立標準曲線y= 0.011 1x+ 0.021 8（R2= 0.999 2）。總酚含量（mg/g）=沒食子酸當量（mg）/姜粉質量（g）。

1.2.6 總黃酮含量的測定總黃酮化合物含量采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法測定[8]，略有調整。吸取1 mL 生姜提取液，加入6 mL 70%乙醇，搖勻后加入5%NaNO2溶液1 mL，搖勻后靜置6 min；接著加入1 mL 10% Al(NO3)3溶液，搖勻，放置6 min；最后加入10 mL 10% NaOH 溶液，用蒸餾水定容至20 mL，搖勻放置15 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作為空白對照于510 nm 處測定其吸光度。以蘆丁為標準品，制作標準曲線y= 0.000 6x+ 0.014 9（R2= 0.997 2）。總黃酮含量（mg/g）=蘆丁當量（mg）/姜粉質量（g）。

1.2.7 姜辣素含量的測定參照黃雪松等[9]的方法，略有調整。吸取0.1 mL 生姜提取液，用無水乙醇定容至10 mL，以無水乙醇作為空白對照于280 nm 波長下測定其吸光度。以香草醛的濃度為橫坐標，以其吸光度為縱坐標繪制標準曲線，建立標準曲線y= 0.057 3x+ 0.029 8（R2= 0.992 7）。姜辣素的含量以mg/g表示。

1.2.8 抗氧化活性分析（1）清除DPPH 自由基能力的測定：參考Shah 等[10]的方法略作調整測定不同生姜品種提取液DPPH 自由基清除率。在10 mL 離心管中依次加入3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液（70%乙醇作為溶劑）和150 μL 生姜提取液，混勻后避光反應30 min，于517 nm 處測定吸光度（A1），同時測定3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液和150 μL 70%乙醇混勻后的溶液吸光度（A0）。DPPH 自由基清除率（%）= [(A0-A1)/A0] × 100。（2）清除ABTS 自由基能力的測定：參照An 等[11]的方法略有調整。先將2.6 mmol/L K2S2O8溶液和7.4 mmol/L ABTS 等體積混勻后室溫避光靜置14 h，然后在734 nm 波長處用pH值7.4 的磷酸緩沖液稀釋上述混合液直至其吸光度為（0.70±0.02），形成 ABTS 工作液備用；在離心管中分別加入40 μL 生姜提取液和3.0 mL ABTS 工作液中，混勻后室溫避光反應25 min，于734 nm 處測定吸光度（AS），同時測定3.0 mL ABTS 工作液+40 μL 70%乙醇混勻后溶液的吸光度（A0）。ABTS 自由基清除率（%）= [ (A0-As)/A0] × 100。

1.3 數據分析

采用SPSS 23.0 軟件對農藝性狀、活性成分含量及抗氧化活性進行統計分析，數據以平均值±標準差表示。各組間均值兩兩比較采用單因素方差分析（ANOVA），農藝性狀與活性成分含量之間的相關性、活性成分含量與抗氧化活性之間的相關性采用Pearson 相關分析法分析。

2 結果與分析

2.1 不同生姜品種采收期的農藝性狀

如圖1 所示，不同生姜品種采收期的地上莖及根莖形態差異較大。鳳頭姜的根莖較小（圖1A），竹根姜的分枝數較多（圖1B），山東大姜的株高在這4 個品種中是最高的（圖1 C），而安丘小黃姜的姜球較小（圖1D）。

圖1 不同生姜品種采收期的地上莖及根莖的形態

對鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的地上部和地下部進行農藝性狀分析，結果如表1 所示。從地上部長勢來看，山東大姜地上部的長勢更加旺盛，其葉長、葉寬及莖粗均為最大值，其中葉長和葉寬均顯著優于其他3 個品種，地上莖顯著高于鳳頭姜和竹根姜。從分枝數來看，竹根姜平均每株分枝數達到33.8 個/株，顯著高于其他3 個品種；而山東大姜的分枝數最少，僅為10.6 個/株，但與鳳頭姜和安丘小黃姜之間差異不顯著。就根莖而言，風頭姜的平均根莖長度和鮮重均為最小值，這2 方面均顯著低于其他3 個品種；而竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的根莖長度無顯著性差異，但安丘小黃姜的根莖寬度顯著低于山東大姜和竹根姜；山東大姜的根莖寬度和根莖鮮重均達到最大值，但這2 個指標與竹根姜相比均沒有顯著差異。

表1 采收期各生姜品種的農藝性狀

2.2 不同生姜品種活性成分的含量

不同生姜品種采收期根莖的活性成分含量存在不同程度的差異，詳見表2。對姜精油含量來說，竹根姜的含量最高（17.50 mg/g），鳳頭姜次之（16.07 mg/g），接著是安丘小黃姜（15.37 mg/g），含量最少的是山東大姜（9.93 mg/g）；顯著性分析結果顯示竹根姜與鳳頭姜的姜精油含量并無顯著性差異，山東大姜的姜精油含量顯著低于其他3 個品種。不同生姜品種的總酚含量差異不顯著，其中鳳頭姜的總酚含量（8.67 mg/g）最高，安丘小黃姜的最低，為8.33 mg/g。鳳頭姜的總黃酮含量最高，達到了11.68 mg/g，顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，但與山東大姜沒有顯著性差異。不同生姜品種根莖姜辣素含量高低依次為鳳頭姜＞山東大姜＞安丘小黃姜＞竹根姜，其中鳳頭姜的含量（7.57 mg/g）約是安丘小黃姜（4.20 mg/g）的1.8 倍，鳳頭姜的姜辣素含量顯著高于其他3 個品種，山東大姜的姜辣素含量顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，而竹根姜和安丘小黃姜的姜辣素含量差異不顯著。總體而言，鳳頭姜根莖的總酚、總黃酮和姜辣素的含量均為最高值，其精油含量與最高的竹根姜相比，也并無顯著性差異。因此，從這些結果中可以看出，鳳頭姜根莖較適宜用于生物活性物質的提取。

表2 不同生姜品種根莖活性成分含量的比較

2.3 不同生姜品種的抗氧化活性分析

不同生姜品種根莖提取液對DPPH 和ABTS 自由基的清除能力如圖2 所示。4 個生姜品種對DPPH 自由基的清除率從高到低依次為鳳頭姜（63.07%）＞山東大姜（62.43%）＞竹根姜（54.87%）＞安丘小黃姜（44.09%）。方差分析結果顯示，鳳頭姜與山東大姜的DPPH 自由基清除率沒有顯著差異，這二者均顯著高于竹根姜和安丘小黃姜，而安丘小黃姜的DPPH 自由基清除顯著低于其他3 個品種。各生姜品種根莖提取液對ABTS 自由基的清除率從高到低排列的趨勢與對DPPH 自由基的清除率一致，依次為鳳頭姜（78.14%）＞山東大姜（71.53%）＞竹根姜（70.20%）＞安丘小黃姜（50.30%）。鳳頭姜的ABTS 自由基清除率顯著高于其他3 個品種，安丘小黃姜的顯著低于其他品種，而竹根姜與山東大姜間沒有顯著差異。風頭姜根莖提取液的抗氧化活性最強，而安丘小黃姜的抗氧化活性最弱。

圖2 不同生姜品種根莖提取物對DPPH 和ABTS自由基的清除能力

2.4 相關性分析

如表3 所示，總酚含量與總黃酮、姜辣素和姜精油的含量均為正相關，姜精油含量與總黃酮含量和姜辣素含量之間均為負相關，而姜辣素含量與總黃酮含量之間表現為極顯著的正相關（0.799）。總酚、總黃酮及姜辣素的含量均與根莖提取液的DPPH、ABTS自由基清除率有一定的正相關，特別是總黃酮含量與DPPH 和ABTS 自由基清除率均表現為極顯著的正相關，相關系數分別為0.752 和0.735，而姜精油含量與DPPH 和ABTS 自由基清除率均為負相關。生姜活性成分含量及根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與其大部分農藝性狀之間表現為負相關。

表3 生姜活性成分含量、抗氧化活性及農藝性狀的相關性分析

3 結 論

通過對鳳頭姜、竹根姜、山東大姜和安丘小黃姜的品比分析，發現各生姜品種的主要農藝性狀如葉寬、莖粗、分枝數、根莖鮮重等存在較大差異，其中風頭姜的平均根莖長度和鮮重顯著低于其他3個品種。鳳頭姜根莖的總酚（8.67 mg/g）、總黃酮（11.68 mg/g）、姜辣素（7.57 mg/g）的含量均為最高值，其姜精油含量（16.07 mg/g）與精油含量最高的竹根姜相比并無顯著性差異。這表明鳳頭姜根莖較適宜用于生物活性物質的提取。抗氧化活性分析結果表明，4 個生姜品種根莖提取液對DPPH 和ABTS 自由基的清除率從高到低依次為鳳頭姜＞山東大姜＞竹根姜＞安丘小黃姜。總酚、總黃酮及姜辣素的含量均與根莖提取液的DPPH、ABTS 自由基清除率正相關，生姜活性成分含量及根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與其大部分農藝性狀之間均表現為負相關。該研究結果可為生姜的生物活性利用及精深加工提供依據，有利于進一步開發生姜的應用價值。

4 討 論

李秀等[12]對46 份生姜種質資源主要農藝性狀進行了調查，結果發現不同生姜品種間的主要農藝性狀如莖粗、分枝數、單株產量等均有較大的差異。筆者研究同樣發現，鳳頭姜、竹根姜、山東大姜、安丘小黃姜之間的葉寬、莖粗、分枝數、根莖鮮重等農藝性狀也存在較大差異。

姜精油和姜辣素的含量受時間、品種和生長區域影響較大。鳳頭姜是湖北省來鳳縣地方優良生姜品種，辛辣適中、風味獨特。楊春海等[13]認為來鳳的鳳頭姜富含姜精油和姜辣素。該試驗結果也顯示，鳳頭姜根莖中的姜精油和姜辣素含量均較高。邢穎等[14]分析了同一品種生姜不同部位的活性成分含量，結果發現其新鮮根莖中的總黃酮、總酚、姜辣素及姜精油含量分別為38.16、17.31、4.30 及29.30 mg/g。除姜辣素含量與該試驗結果（4.20～7.57 mg/g）基本一致外，其他3 種活性成分的含量均遠高于該試驗的測定值。而Shukla 等[4]從干姜中提取的多酚和黃酮含量分別僅有0.96 和1.52 mg/g，遠低于該試驗的測定值。這些差異可能是由于樣品處理方法不同或生姜品種不同等導致的。

生姜中的總酚、總黃酮及姜辣素是其抗氧化活性的主要作用成分[14-15]。生姜活性成分含量與其大部分農藝性狀之間表現為負相關，根莖提取液DPPH、ABTS 自由基清除率與生姜大部分農藝性狀之間也表現為負相關。Shukla 等[4]同樣發現生姜根莖的大小與其生物活性成分含量之間表現為負相關。這表明可以從生姜葉寬、莖粗、根莖鮮重、分枝數等農藝性狀預判其生物活性物質含量或抗氧化活性。

劉步云等[15]研究了32 種生姜的抗氧化及抗炎癥活性，同樣發現不同生姜品種提取液對自由基的清除能力差異較大。抗氧化物質能防止或延緩食品氧化，祛除對生物體有損害的自由基。然而，由于人工合成抗氧化劑對人體健康存在潛在不良影響，因此天然抗氧化劑的研發日益受到人們重視[16,10]。生姜富含多種抗氧化活性物質，以其為原材料開發新型抗氧化食品必將具有廣闊的應用前景。