基于生姜特性的姜油功效及应用前景

李 桐，王苑力，郭咪咪，杨剀舟，栾 霞✉

（1. 国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037；2. 广州福汇食品科技有限公司，广东 广州 511400）

生姜是一种原产于东南亚的单子叶姜科植物，现被广泛种植在亚洲，非洲，印度以及其他热带地区[1]。在我国，截止到2018年，生姜种植面积达448万公顷[2]。姜根茎含有60%～70%的碳水化合物，3%～8%的粗纤维，9%的蛋白质，8%的灰分，3%～6%的脂肪油和2%～3%的挥发油。由此可见，生姜的主要功能性成分都包含在挥发性油脂，也就是姜油中。姜的特征性风味是由于姜油酮、松果油、姜油和挥发性油所组成，按鲜重计，姜油含量最高，为姜的3%。生姜中的挥发性香精油主要包含倍半萜类，以 α-姜油烯（30%～70%）为主要成分，少量其他倍半萜类物质：β-倍半萜烯（15%～20%），β-双丁香烯（10%～15%），α-法呢烯和单萜类化合物（β-水芹烯、樟脑、桉叶油、香叶醇、柠檬醛）等[5]。在医学上，生姜被认定对胃肠道有一定的刺激性。生姜可增加胃肠道的运动能力，并具有抗菌、抗病毒、镇痛作用和解热特性[3]，所以理论上食用姜油可以达到相同的作用。

由于生姜具有多种抗氧化，抗炎症特性，目前人们对生姜的关注也越来越多。涉及到提取和鉴定生物活性，以及对其药理性质进行验证。近年更是有很多生姜对健康有益的文章发表。Ghasemzadeh在2010年发表的文章中阐述了生姜表现的高抗氧化活性和优秀的药用潜力与生姜中含有的总酚含量有关。此外，在他的研究报告中还得出生姜的总酚含量和生姜的品种有关系[4]。本文综述姜油加工工艺的进展及姜油的益处，并对姜油作为的应用前景进行展望。

1 姜油

1.1 姜油制备

干燥和制油是生姜的主要加工方式。新姜的水分含量很高，大约为85%～95%，由于微生物的关系导致新姜很容易腐烂，保质期较短。因此将新鲜的生姜进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为选姜—清洗—干燥—粉碎—蒸馏—油水分离等几个阶段[7]。

1.1.1 常规萃取姜油技术

溶剂萃取和蒸汽蒸馏的常规技术仍然是商业上生产姜油树脂和挥发油的最常用方法。但是，这些方法都具有主要缺点，例如涉及多个单元操作的复杂过程（萃取，分离等），较高的操作温度会导致主要活性化合物及其收率的降解变化等。除此之外，使用的有机溶剂如己烷、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、异丙醇、乙醇、二氯乙烷等对健康有害，其中的一些溶剂已显示出致癌作用[8]。除此以外，在加氢蒸馏过程中，需要将生姜物料进行干燥，这样既可以妨碍微生物的滋生，又可以减少鲜姜的水分含量，促进生姜油的提取。干燥时间根据生姜物料的水分含量和干燥温度一般需要3～7 d。这种方法操作简单，但弊端也很明显。由于干燥可以使生姜中的某些化学成分挥发或者降解，以至于降低成品精油的含量[9]。于是为了消除干燥带来的影响并提高提取效率，酶被运用到生姜的预处理上。有研究表明，经过酶促法处理的百里香在加水蒸馏后，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%。生姜经过酶处理后，有助于帮助维持姜油的质量[10-12]。

1.1.2 超临界CO2萃取姜油

近些年，超临界萃取被运用到姜油的萃取中。在超临界状态下CO2的底临界压力为73.82 Pa，温度为 31 ℃，这个温度可以使对热敏感的物质不会分解[13]。除此以外，利用超临界CO2无毒，非爆炸，容易获取等特性，通过改变萃取时的温度和压力，可以选择性的萃取到想要的精油特性[14-15]。有文献指出在35 ℃，250 Pa的压力，超临界CO2每分钟15 g的条件下萃取到的姜油树脂量为 6.87%[16]。在提取生姜精油的尝试中，有文献给出了最佳工艺为在60 ℃，275.8 Pa的压力，提取时间为 90 min条件下姜油的出油率为2.74%[17]。由于6-姜酚是姜油中最主要的抗氧化，抗炎物质，所以姜油中的6-姜酚含量也是超临界萃取生姜精油的重要考察指标。经过实验室优化，在35 ℃，150 Pa的压力，超临界CO2每分钟15 g的条件下萃取到的姜油树脂量为 3.10%，但其中6-姜酚的含量占20.69%[18]。经过对比文献我们可以发现，超临界CO2萃取生姜精油，在压力范围低于150 Pa时得到的挥发性精油含量较高，在高于200 Pa时得到的数值含量较高。

可以预见将酶促反应和超临界 CO2萃取结合，各取其长，在干燥阶段减少功能性化合物的损失，在萃取阶段提高萃取效率，减少对环境的污染，找到合适于商业的条件，将是未来姜油萃取的重要研究方向。

1.2 姜油性状

生姜萃取物包括了生姜精油和树脂，根据国标GB：1886.29—2015的标准，经过精炼的姜油为黄色或淡黄色油状液体，具有生姜特征的气味，这是因为生姜经过加工后保留下来的姜辣素组分与挥发油组分[19]。虽然在现行国标并未提及姜油的卫生及质量要求。但在行业标准LS/T3257—2017中对姜油的卫生、质量、感官评价以及包装等进行了详细的阐述[20]。

1.3 姜油功效

王贵林等在2006年的研究表明，因为姜油中含有挥发油及辣味成分，对炎症有一定的抗性效果[21]。因为姜油的辣味物质主要为姜酚，所以姜油的主要功效如生姜一样，对急性肝损伤的保护作用，抗过敏作用和减肥的作用也被证实[22-24]。除此以外，有研究表明，姜油对桔青菌、酿酒酵母、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有一定的抑制效果[25]。

2 基于生姜特性的姜油对健康的影响

生姜经过超临界萃取的姜油，包含了生姜绝大部分的功能特性，对健康的影响也和生姜相同。

2.1 刺激消化系统

生姜对消化系统的刺激作用最常见，姜油的特性也包含此特性。生姜具有帮助唾液分泌的作用，刺激唾液产生，因此可以帮助吞咽。在医学上，生姜是传统且常用的药物，用于治疗消化系统疾病。生姜刺激肝脏产生胆汁酸并将其分解为胆汁。已知胆汁酸在脂肪的消化和吸收中起重要作用。食用生姜还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。饮食中的生姜也可以有益刺激小肠粘膜的终末消化酶，包括糖化酶。据报道，在高脂喂养的情况下，饮食生姜可通过增加胆汁的分泌和增加胰腺脂肪酶的活性来刺激饮食脂肪的消化和吸收[26-28]。

2.2 对肠道的保护作用

辛辣香料生姜对胃肠道及其粘膜糖蛋白有积极的保护作用。实验证明亲脂性香料与周围脂质和这些脂质附近的疏水部分具有生物活性相互作用，从而调节了膜的动力学，减少对膜酶蛋白的空间限制并改变其构象[29]。

2.3 减脂和抗糖尿病的功效

食用生姜还有降脂功效，有益于控制体重，因此降低了患心血管疾病的风险[30]。与此同时，一些实验表明，生姜具有抗糖尿病的作用。体外、体内和临床试验已证明姜具有降血糖作用[31]。抗糖尿病作用的潜在机制涉及胰岛素释放及其敏感性，以及改变的碳水化合物和脂质代谢的逆转[32]。生姜中负责此作用的有效成分是姜醇和松果酚[33]。生姜还显示出对继发于肝，肾，眼和神经系统的糖尿病继发性并发症的显著保护作用[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自由基清除超过了 BHT的，在 IC50浓度为抑制DPPH的0.64 μg/mL。生姜提取物抑制羟自由基的程度比槲皮素高。6-姜酚的化学预防作用和化学保护作用通常与其抗氧化和抗炎活性有关。生姜在存在 Fe3+和抗坏血酸盐的情况下，可降低磷脂脂质体的过氧化作用[34]。活性氮（如一氧化氮）已被暗示影响信号转导并导致 DNA损伤导致癌变。6-姜酚被证明是一氧化氮合成的有效抑制剂，也是脂多糖激活的巨噬细胞对过氧亚硝酸盐介导损伤的有效保护剂[35]。

2.5 抗炎特性

脂质过氧化物和活化的巨噬细胞在关节炎和其他炎性疾病中起着至关重要的作用。生姜成分通过抑制花生四烯酸代谢来抑制炎症过程[36]。最近，有研究表明，生姜对炎症部位合成和分泌的细胞因子有效。细胞因子是淋巴细胞，巨噬细胞，成纤维细胞和其他细胞在炎症部位分泌的小蛋白，并充当参与免疫和炎症反应的细胞之间的化学信使。发现姜可以调节在慢性炎症中激活的某些生化途径；抑制炎症反应中涉及的几个基因的诱导，并且这些基因中的一些编码细胞因子，趋化因子和可诱导的酶环加氧酶-2（COX-2）[37-39]。6-姜酚选择性抑制巨噬细胞促炎细胞因子的产生，但不影响抗原呈递细胞的功能。因此，6-姜酚起抗炎化合物的作用，可用于治疗炎症而不干扰巨噬细胞的抗原呈递功能[40]。

2.6 预防癌症

越来越多的研究表明，姜提取物及其生物活性化合物对几种癌细胞（包括乳腺癌、宫颈癌、结肠直肠癌、白血病、肝癌、肺癌、鼻咽癌、卵巢癌、前列腺癌和视网膜母细胞瘤）的细胞毒作用具有可喜的结果。6-姜酚在人结肠癌细胞中具有抗癌和化学预防作用的机制。通过对快速分裂的小鼠结肠细胞进行活力分析确定6-姜酚的安全性[40-41]。结果显示抑制细胞增殖和诱导凋亡，而正常结肠细胞未受影响。结肠癌细胞对6-姜酚的敏感性与胱天蛋白酶8、9、3和7的活化和PARP的裂解有关，提示诱导凋亡细胞死亡。从机理上讲，ERK1/2/JNK/AP-1途径的抑制被认为是6-姜酚对结肠癌的抗癌作用中一种可能的作用方式[42]。

3 姜油的应用前景

姜油已经被批准用作食用与香料，广泛应用于个人护理品、食品和医药等领域，作为单方或复方精油也深受市场亲睐。目前市面上的姜油产品主要是用于刮痧、按摩和推拿的身体保健用油，而近年来姜油的护发应用市场也被看好，姜油调和在洗发露中不仅可以有效防止脱发、白发，并刺激新发生长，还能够驱头风，对偏头痛、周期性头痛也具有一定的治疗作用[43-44]。

在食用方面，姜油的市场价值更为重要且潜力巨大。随着食品加工技术的进步，运用现代工艺技术提取生姜制成的深加工产品，作为高品质、高价值的贸易品越来越受到食品工业的推崇，已逐渐成为食品工业的主要原料之一。我国在姜油的食品化应用中也做出了很多成果：贵州博达医药保健品研究所采用鲜姜粉碎后，用合格的食用色拉油浸提制成纯天然食用调味姜油，具有工艺简便、产品质量稳定、成本低、使用方便、用量少的特点，并申请了专利；广西技术市场在2006年利用姜原料提制出高级的“食用姜油”，属天然的高级食用调味品，这类食用姜油能保持姜的成分和原有的天然辣味，使用方便，并且能保存较长时间，它对咸、甜、酸与苦味的各种食品都适合使用；云南省罗平县生姜加工企业通过改进技术生产的姜油，每年可提炼5 t左右，按当时姜油市场价计算，可实现收入近400万元。另有研究表明，姜油中所含的6-姜酚等活性成分具有明显的抗炎、镇痛作用，因此开发面向军队、运动员等特殊人群的姜油产品，使他们在日常摄入中保证营养的同时还能够缓解身体损伤，具有十分重要的意义[45-48]。目前国内针对此研究方向的产品还属于起步阶段，而欧美市场上已经出现了一系列的姜油保健产品，他们宣称的功效主要体现在：刺激消化、促进胃肠健康、促进心血管健康、作为抗炎补充剂、减轻因关节炎症和肌肉疼痛而引起的疼痛和肿胀、以及用于止呕、缓解因旅行引起的晕车等。

国际市场方面，姜油的主要用途是在糖果、饮料和烘焙产品中。无论是作为饮料本身还是作为威士忌或朗姆酒等含酒精饮料的补充，姜油的需求都在不断增长。姜油已在国际上商业化，可用于食品和药品加工。为了改善它们的外观，通过撒石灰通过各种方法将某些等级的生姜漂白。姜油的颜色可以从浅黄色到较深的琥珀色不等，并且粘度也可以到水状。在姜油树脂中加入一定量的姜油会在气味和刺激性之间达到所需的平衡。预计到2022年，香精油市场将达到115亿美元，从2016年到2022年，复合年增长率为10.1%。

4 讨论

由于对生姜加工技术的提高，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，生姜精油的特性并没有被良好的应用。姜油中富含的倍半萜类和酚类物质有很好的抗氧化和抗肿瘤特性，对消化系统有积极的作用。我国的烹饪中，在增香、去腥上，姜的作用不可或缺，特别是在蒸煮海鲜的时往往要加入生姜。生姜与烹饪用油结合的产品—姜油，在应用场景和营养保健方面有广阔的前景。姜油有多种对健康有益的作用，不仅仅是赋予食物风味，更重要的是利用姜油的抗氧化抗炎特性，在日常饮食中生姜对健康的益处得以转化，这也将使其成为日后烹饪油市场的必要组成部分。