生姜的營養成分及其加工產品研究進展

于梓芃，黃澤天，崔文甲，弓志青，宋莎莎*，賈鳳娟*

（1.山東省農業科學院農產品研究所，農業農村部新食品資源加工重點實驗室，山東省農產品精深加工技術重點實驗室，山東濟南 250100；2.陽谷縣農業農村局，山東聊城 252300）

生姜原產于東南亞，是姜科薯芋類多年生宿根草本植物姜（Zingiber officinaleRosc）的根莖，在我國多地均有栽培，主要分布在我國的中部、南部。

我國是世界上生姜的主產國，生姜年收獲面積可達23.26萬hm2，年產量達1 000萬t[1]。生姜不耐低溫，適宜儲藏溫度較高（10～15 ℃），一般10 ℃以下便會受到冷害。受冷害的姜感官性狀與理化性質發生改變，主要表現為表面迅速皺縮，并出現滲水，升溫后很快腐爛變質，嚴重影響食用品質。姜瘟病是一種生姜腐敗性疾病，發病率為20%～30%，嚴重地塊超過50%，對姜及其加工品質都有嚴重影響。近年來，姜瘟病普遍發生，極大地降低了姜產量，對生姜市場造成了嚴重打擊[2]。

隨著食品產業的發展，人們的養生和保健意識不斷提高。生姜作為一種天然保健食品，逐漸受到人們重視，不少研究人員已經開始探究它在預防疾病及養生保健和治療病癥等領域的重要作用。隨著食品加工工藝及技術的不斷進步，用姜制作的生姜汁飲料等各類深加工產品越來越受到食品行業的青睞，國外開發得比較成熟，但在我國尚處于起步階段。本文就生姜的營養成分、藥理作用及主要加工產品的研究現狀做了系統分析，并結合實際展望了生姜營養成分及加工品的研究前景，以促進生姜的綜合利用及精深加工。

1 生姜主要營養及功能成分

1.1 生姜的營養成分

生姜中營養成分很多，約200多種化合物，其中干物質13.2%～15.5%、總脂類約5.7%～14.5%、總可溶性糖2.02%～5.345%、粗蛋白含量7.98%～10.04%、纖維素5.23%～5.95%，淀粉5.78%～8.88%[3]。生姜含有多種功能成分，如姜椒素、姜烯酚、姜酮等，還含有揮發油類如姜精油、嘌呤化合物、活性多糖和糖蛋白等成分[4-5]。

1.2 生姜的主要功能性成分

1.2.1 姜精油

姜精油是新鮮生姜根莖葉中提取出來的，呈淡黃色透明的微精油狀黏稠液體，具有獨特的酸性生姜氣味芳香。姜精油的提取方式主要是水蒸氣蒸餾，幾乎沒有不易充分揮發的化學物質，得到的油分具有一定的揮發性。姜精油的提取包括四個步驟：烘干磨粉、水浴提取、離心洗滌、蒸餾回收。將生姜切片烘干，磨成粉末，在一定溫度下以乙醇為提取劑提取一定時間，離心后將濾渣用乙醇洗滌，一同放入蒸餾燒瓶內進行旋轉蒸發，回收乙醇后可得到較純凈的姜精油[6]。

近年來，姜精油中已發現的組分有100多種，主要分為倍半萜烯類（50%～60%）和氧化倍半萜烯（17%）兩類。由于生姜的品種、產地及生長環境的不同，它的成分含量不同。姜精油在水中不易溶解，但溶于有機溶劑（如酒精），旋光度為28～45°，折射率為1.488～1.494，密度為0.871～0.882 g/mL[7]。姜精油主要作用是為食品和飲料添加香味、調味和用作香精的原料、藥用材料等。由于提取工藝復雜，成本較高，因此姜精油價格十分高昂。

姜精油的主要療效分為皮膚療效、心理療效、生理療效三種。皮膚療效主要表現為有助于消散瘀血、治療創傷、調理皮膚等；心理療效主要有溫暖情緒、緩解疲倦等；生理療效則主要表現在調理月經及消化系統等。生姜是健胃中藥，姜精油是其中的有效成分，其作用機理是刺激胃蛋白酶原，防止胃黏膜因接觸有害物質而產生損傷。姜精油是天然的食品香料，味香、性溫，卻無辛辣味，且有令人愉悅的獨特芳香，主要應用于食品領域，尤其是在飲料、焙烤食品、姜酒等的調味上發揮作用。姜精油含有的特殊生姜香氣，可作為高品質的濃縮調味料，替代傳統香辛料，應用于食品加工及烹調中。此外，姜精油還可用于日化用品，作為男士香水的香精香料，還具有很高的藥用價值[8]。李雨露[9]研究發現，姜精油不僅能明顯改善急性血瘀大鼠的血液流變性，使紅細胞變形指數升高，而且還可以對抗高分子右旋糖酐引起的微循環障礙，抑制血瘀大鼠內源和外源性凝血途徑，有效改善高凝狀態。

1.2.2 姜辣素

姜辣素存在于鮮姜中，具辛辣味，指的是與姜辣素相關的多種辣味化學成分（如姜酚，姜酮、姜醇等）混合總稱。按照官能團所連烴鏈的不同，通常分為姜醇類（gingerols）、姜烯酚類（shogaols）、副姜油酮類（paradols）、姜酮類（gingerone）、姜二酮類（gingerdiones）、姜二醇類（gingerdiols）等不同類型[10]。

姜辣素是生姜特有的呈味物質，具有抗氧化、改善心血管和胃腸道、增強免疫等功能作用，在抑制血小板聚集等方面也具有獨特功效[11]。姜辣素能在一定程度上抑制體內細菌的活性，對其他抑菌劑的作用呈中度敏感性。姜辣素的不同化學成分使其具有不同的臨床醫藥利用價值。姜醇提取物興奮劑對急性麻醉者和貓的局部血管運動中樞和局部心臟都有快速促進的作用，同時通過擴大局部血管和心臟促進體內血液快速運輸[12]。姜辣素的抗氧化功效較為突出，其作用機理是通過使自身氧化來降低油脂內部及周圍的O2含量，從而使油脂的氧化程度降低。當姜辣素與姜精油發揮協同作用時，其對不飽和脂肪酸含量相對較高的油脂的抗氧化作用要優于對飽和脂肪酸含量較高的油脂的抗氧化作用。

姜辣素常見的提取方法有溶劑提取、超聲輔助提取、微波輔助提取等。其中，溶劑提取法是利用相似相溶原理，選擇適當溶劑將姜辣素類成分溶出，其優點是工藝簡便且適用于工業化生產，缺點是提取時間較長、提取溫度更高、所得產品雜質多等。超聲輔助提取法是利用超聲波的空化、機械和熱效應等作用，有效破壞生姜細胞結構，促使姜辣素類成分快速溶出；其優點是時間短、能耗低、提取溫度低、有利于保護姜辣素活性、提取效率高、可大批量工業化生產等，缺點是超聲波對環境有一定的污染。另外，微波輔助提取法是利用微波效應，瞬間產生高溫高壓使生姜細胞壁破裂，從而使姜辣素快速溶出。可見，微波輔助提取法提取姜辣素不僅可以大大縮短提取時間，并且還具有優良的選擇性、提取快、提取效率高等優點；但主要缺點是提取成本較高，如今僅限于實驗室的臨床研究[13]。

1.2.3 黃酮類化合物

黃酮類化合物是一種次級植物代謝成分，是植物中多酚類物質最重要的成分之一，具有降糖、抗氧化、抑菌消炎等多種功效，可治療心血管疾病等。生姜中富含黃酮類化合物，其含量與生姜品種、栽培時間、切割方式和提取液所暴露的環境、暴露時間等有密切的關系。生姜黃酮類化合物會沉積在脂蛋白和動脈細胞上，通過螯合金屬離子、清除活性氧或氮及發揮抗氧化劑的保護作用來減弱低密度脂蛋白的過氧化。同時，可以通過對還原型輔酶Ⅱ等細胞氧化酶的抑制來減弱巨噬細胞的氧化應激。

生姜黃酮類化合物常見的提取方法有熱水提取法、有機溶劑提取法、堿液提取法、超臨界流體提取法等。近年來的許多研究涉及優化提取法，包括超聲輔助提取、微波輔助提取、酶解輔助提取等的優化。如王娜等[14]對超聲輔助提取法進行了優化研究，結果顯示，溶劑為90%乙醇，超聲溫度為80 ℃，料液比1∶20，超聲波強度為80 Hz，提取50 min為最佳工藝。此條件下，生姜黃酮提取量為23.331 mg/g。此外，郭艷華等[15]對微波輔助法的提取工藝進行優化，發現當以50%乙醇為提取劑，料液比1∶40（g/mL），微波功率為464 W、提取時間60 s時，提取效果最好，總黃酮得率為1.59%。

2 生姜的藥理作用

除了作為生活常見的調味料外，姜還具有較高的藥用價值。生姜性溫味辛，在中醫藥領域有廣泛的應用，用作矯味劑、健胃劑、發汗劑、芳香興奮劑、驅風藥、鎮痛藥等，具有一定的抑菌作用，還有顯著的抗疲勞作用[16]。

2.1 解表驅寒、消炎抗菌

生姜具有解表驅寒、溫中止嘔、鎮痛消炎等功效，早期用于治療傷風感冒、胃寒嘔吐等癥狀。近年來發現，生姜具有減輕暈車、暈船等產生的頭暈、惡心、嘔吐等癥狀的功效。另外鮮姜汁對大腸桿菌群、青霉菌、啤酒酵母具有明顯的抑制效果[17]。一項研究表明，食用生姜制備的姜顆粒可降低腸道炎性反應，加快腸道自我修復速度，降低炎性細胞因子（TNF-α、IL-6和IL-1β）水平，增加抗炎細胞因子（IL-10、IL-22）水平，有效預防慢性腸炎和潰瘍性腸炎導致的相關疾病[18]。夏季食品易受細菌污染，且細菌在高溫下生長繁殖快，服用適量生姜可預防急性腸胃炎，降低腸道炎癥對機體的不適反應。

2.2 抗氧化

生姜中的辛辣成分主要為酚類、β-二酚酮、姜辣素、二苯基庚烷類等化合物，這些化合物能抑制體內過氧化脂質的生成，清除自由基，具有較強的抗氧化和抑制腫瘤作用。陳莉華等[19]采用超聲法提取姜辣素，考察了其對植物油和動物油的抗氧化活性。結果表明，姜辣素可明顯降低兩者的過氧化值。在植物油中，應用姜辣素7 h后，植物油的過氧化值降低率達到最大值（36.3%）；在動物油中，姜辣素使用2 h左右就能達到23.1%的最大效果。與目前普遍使用的抗氧化劑相比，生姜具有更明顯的抗氧化功效，進而有更好的抗衰老功效。

2.3 促進血液循環、降血脂

研究顯示，生姜是一種抗高血脂癥藥物，生姜乙醇提取物降低了試驗兔子的血清脂蛋白和磷脂等的含量，從而降低動脈粥樣硬化程度[20]。另外，生姜醇提物還能明顯抑制血小板聚集，從而延緩血液凝固[21]。利用生姜油脂提取還原酶可有效阻止活性脂蛋白大量侵入冠狀動脈壁，從而有效改善動脈血管擴張結構，調整人體膽固醇功能轉化，促進人體高密度脂蛋白快速轉運，使人體膽囊廢物排出和抗膽固醇凝血功能，是治療動脈粥樣硬化癥的抑制類藥劑，具有廣泛的應用及發展前景[22]。

用生姜泡酒，可利用其祛風寒、解毒防暑、通經絡的作用，緩解炎癥疾病[23]。生姜可榨汁調敷成“三伏貼”，即用榨取的姜汁與藥粉調勻，敷于穴位，可促進血液循環，消除炎癥，達到“冬病夏治”的作用[24]。

2.4 抗腫瘤

癌癥是目前醫學領域最難攻克的難題，現階段治療策略如手術、放療、激素療法和化學療法等，均會對患者產生不同程度的后遺癥。傳統中草藥在癌癥治療領域的應用范圍正在增加，人們對中草藥的信任度增加，相信其可以緩解癌癥癥狀，甚至治愈。現代醫學發現，生姜中含有的姜油樹脂和姜酚能明顯抑制Raji細胞中非洲淋巴細胞腫瘤病毒的活性，在一定程度上抑制癌細胞生長[25]。曾慧蘭等[26]通過建立白血病細胞的蛋白質二維凝膠電泳結合質譜技術，對K562細胞凋亡的蛋白表達差異用6-姜酚進行了誘導。結果表明，6－姜酚的作用雖然存在一定時間和劑量上的差別，但能明顯誘導K562細胞凋亡。此外，生姜通過P-糖蛋白（P-gp）抑制抗癌藥物的外流，并在體外和體內對某些腫瘤細胞具有化療效果，具有化學預防和抗腫瘤特性[27]。

2.5 緩解前庭刺激癥狀

前庭器官是人的感受器，能使人感受到自身的運動狀態和頭在空間的位置。若受到刺激，會引發暈動病，出現頭暈、惡心和強烈的不適感，從而導致暈船、暈車等。姜正林等[28]研究表明，生姜有類似于東莨菪堿的抗暈動性作用，且作用較強。另外，生姜有止嘔的功效，能緩解患者的嘔吐癥狀，咀嚼鮮生姜片可有效治療患者化療或其他治療過后的嘔吐癥狀，此法還可有效緩解口干和預防口腔潰瘍，且簡單易行、安全可靠，在中藥領域用途較為廣泛[29]。

3 生姜的主要加工品及應用

生姜在食品及藥品領域具有廣闊的應用前景。多年來，中國人食用生姜主要是作為烹飪調味料，其他姜制品很少且價格較高。其實，生姜進行一系列的加工處理后可增加營養和藥用價值，其提取物可用于多個領域。

3.1 日化產品

生姜的提取物中含有多種活性成分，這些成分對皮膚癖菌、白色念珠菌和口腔致病菌有一定的抑制作用，能用作抗衰老劑、抗氧化劑、抗炎劑、生發促進劑、保濕劑和除臭劑。目前，生姜在日用品及化妝品中應用較多。以洗發用品為例，生姜提取物對于治療頭屑有一定的效果，主要藥理作用是促進頭皮微血管的血液循環，并能激活毛囊組織，改善頭屑多的癥狀。此外，生姜提取物還可明顯抑制與頭屑形成有關的孢子菌的作用，因此加入姜提取劑的洗發用品，對治療頭屑有效果。另外，添加了0.5%～2%生姜提取物的牙膏，不僅不會對口感產生不良影響，而且還能發揮解熱、消炎、止血等功效[30]。

3.2 調味品

生姜具有特殊的辛辣味和香氣，是人們日常調味普遍采用的一類蔬菜。無論炒菜還是蒸煮，生姜都是必不可少的調味品。煮湯時加入生姜，既可以去除食材的腥味，又可以將自身特有的清香氣息帶入湯中，達到解膩提鮮的效果。

另外，運用現代工藝技術制成的生姜油樹脂為生姜資源利用提供了更廣闊的前景。生姜油樹脂是食品工業的主要原料之一，它具有生姜辛香料物質的全部香氣和味道。生姜油樹脂的應用對推動調味品行業朝著深加工、工業化方向發展有重要作用[31]。

3.3 姜粉

生姜喜溫暖濕潤，易受冷害而改變本身的感官性狀及理化性質，從而降低了食用價值。將生姜加工成姜粉，既可用作調味或固體飲品，又可增加其功效，即在藥材和保健食品中加入姜。另外有研究顯示，姜粉對丙烯酰胺的形成具有抑制作用，而丙烯酰胺是一種具有神經毒性、遺傳毒性和潛在毒性的致癌物質。姜粉、姜辣素和6-姜酚的濃度變化和丙烯酰胺抑制率趨勢呈非線性變化，當三者的添加量水平分別為200、0.2、0.02 mg/g時，抑制率達到最大值，依次為53.2%、62.8%和23.5%[32]。姜粉可應用于食品和藥品等多個領域，故姜粉具有廣泛的應用領域。

3.4 姜汁飲料

姜汁飲料具有獨有的芳香風味，味辛辣，有保健養生功效，有一定的加工歷史。現有的姜汁飲料主要有渾濁型、澄清型、復合型等。姜汁可樂茶、姜汁蜂蜜水、姜汁紅糖水等姜汁飲料，因有辛辣的口感和健康養生的功效深受人們喜愛。

楊永利等[33]以羅漢果汁和生姜汁為主要原料，復配檸檬酸、木糖醇等輔料，開發出具有驅寒、止咳、潤肺、生津等功效的羅漢果生姜保健產品。傅鋒等[34]將營養豐富的姜、番茄和草莓混合，制成一種新型復合型果味飲料，有濃郁的果香，均勻無懸浮物，為生姜果味飲料的深加工和研究開發提供了思路。

3.5 姜酒

姜酒中含有姜辣素，能有效促進皮膚的血管擴張，故生姜與酒的結合，對治療高血壓具有良好的作用。對于女性來說，生姜酒美容養顏。其原理是有效地促進了局部的血液循環，使皮膚中多余的黑色素排出，有效地祛除臉上的色斑及暗沉。另外，姜酒可以活血散寒，長期飲用可治療月經不調和胃寒。

姜酒以生姜為原料，由于其高營養而越來越受廣大消費者的喜愛。姜辣素是姜酒中主要的功能成分，具有強烈的生物活性和藥理功能。但是，姜辣素有辣味，含量越高，辣度就越強，姜酒中酒精和生姜二者的辣味共同作用，辣度比一般白酒高，所以喝后容易反胃，影響了姜酒的感官及品質[35]。研究表明，在姜酒風味的呈味物質中，6-姜酚的影響最大。但是由于6-姜酚易受溫度影響，極不穩定，熱處理時間越短，含量越多，并且在高溫處理的過程中，姜酚的保存率與度數成正比。另外，由于姜中含有大量的姜辣素，使酵母起發困難，故市場上的姜酒多為浸泡酒，發酵酒較少。因此，研究姜辣素的含量與姜酒品質的關系、對不被姜辣素所影響的優秀菌株進行篩選、開發先進的發酵技術是未來姜酒市場的研究熱點。

3.6 其他

提取生姜殘余物（姜片、姜條）經定量浸漬、干燥、成型等工藝可制備成麻辣、泡椒等風味的休閑食品[36]。此外，生姜的加工產品還有姜絲辣醬、脫水姜片、腌姜、糖醋酥姜等[37]。

4 展望

生姜是衛生部公布的第一批藥食兼用的植物資源，同時有優良的保健作用，也是廣大人民喜愛的一種食品。目前，專家對生姜研究的重點主要集中在功能和作用上，對生姜提取的工藝中姜辣素、姜精油等成分的研究較為普遍，但這些成分僅限于對提取方法的研究，缺乏對純化和具體成分的研究；在功效方面，許多研究證明生姜具有很好的殺菌消毒、開胃止吐、抗炎性、抗衰老和抑制腫瘤的功效，對癌癥有較好的預防和治療效果，但由于對人類病毒的作用機理尚無詳細研究，因此姜目前還沒有大范圍應用于人類病毒的輔助治療，在臨床使用方面較為欠缺。另一方面，生姜在深加工領域不成熟，國內的深加工程度不如國外。在不破壞生姜活性成分的情況下，將生姜轉變為高附加值的食物、藥材是目前食品工藝中的一個難題。姜辣素中的有效化學成分性質不穩定，易受環境及條件影響，其含量也不多，且不易提取，加工次數多會增大損失等問題還需要進一步分析和解決。因此，需要盡快研發高效提取和深加工方法，最大限度地保留姜辣素等有效成分。相信隨著人們對生姜活性的深入研究，生姜的應用會逐漸覆蓋食品和藥品等各個領域，發揮更大的作用。