不同产地生姜、干姜挥发油组分特征分析

李智宁　魏悦　曹静亚　王学方　李晓　范毅　马艳妮　张丽先　李飞飞

摘要：采用水蒸馏法分别提取来自5个省份不同区域的干姜和生姜挥发油，利用气相色谱-质谱（GC-MS）分析了不同产地干姜和生姜提取的精油得率及化学成分，筛选出主成分，比较生姜发汗前后以及干姜片粉碎前后精油差异化成分。结果表明，不同产地生姜和干姜挥发主成分有明显差异，但是提取出的主成分基本一致，含量不同，其中桉树脑可作为鲁姜特征标识物，乙酸香叶酯可作为豫姜的特征标志物;此外，生姜发汗前后及干姜粉碎前后会导致某些成分缺失或富集，且干姜片粉碎后提取精油得率较高。

关键词：生姜;干姜;水蒸馏提取;气相色谱-质谱;特征标志物

中图分类号： R284.1;O657.63  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）19-0215-06

收稿日期：2019-11-25

基金项目：河南省科技攻关项目（编号：182102310695）;河南省科学院科研开发项目（编号：190613033、190613035）。

作者简介：李智宁（1987—），男，河南开封人，硕士，助理研究员，主要从事药物分析与质量标准研究。E-mail：aning072@126.com。

通信作者：范 毅，硕士，副研究员，主要从事中药质量标准研究。E-mail：420001839@qq.com。

姜（Zingiber officinal Rosc）别名白姜、均姜，属姜科姜属多年生草本植物，在我国主要分布于西南部至东南部区域。我国又是世界上主要的姜种植国和出口国之一，而姜作为药食同源植物的典型代表，其贸易主体以价格低廉的鲜姜和干姜为主[1-2]，因此，急需保障道地药材资源保护与价值提升。姜的组分多而复杂，可分为挥发油成分、姜辣素组分和二苯基庚烷成分三大类别[2-4]。传统医药学认为，姜乃药中佳品，主治风寒感冒、喘咳、呕吐、痰饮、胀满、泄泻等。其始载于《神农本草经》，味辛，性热，归脾、胃、肾、心、肺经，具有温中散寒、回阳通脉、燥湿消痰等功效;现代药理学研究表明，生姜和干姜均具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗溃疡、抗胃肠道出血、保护胃黏膜、改善局部血液循环等多种药理作用[2-11]。不同产地的姜因生长环境、气候的不同，不仅其性状、色泽不同，其成分、含量、药性和功效等也呈现一定的差异性[12-13]。然而，国内外研究多集中研究高良姜和山姜的化学成分和药理[14-18]，鲜有报道豫产姜的化学成分及其功能产品。因此，亟待对豫产姜的物质基础进一步研究，特别是挥发性成分，与不同产地、不同品种姜精油进行比对，区别差异化成分，为后期姜道地药材指纹图谱以及特征峰模式识别技术的建立提供数据基础，也为有关姜物质基础及功能产品开发研究提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料 试验试材为豫姜（张良姜、怀姜、信阳姜）、皖姜（安徽姜）、鲁姜（山东大黄姜、山东小黄姜）、川姜（四川姜）、滇姜（云南宝山姜、罗平姜、小黄姜）。试验挑选完整、无虫病害的姜作为试验原料，5批姜采自5个不同省份，其中生姜5个产地，干姜8个产地，经河南省科学院赵天增研究员鉴定，均为姜科植物姜的根茎，标本存放于河南省科学院天然产物重点实验室，标本编号依次为170701、170702、170703、170704、170705。

1.1.2 试剂 试验试剂有无水乙醇、丙酮、冰乙酸（分析纯，北京化工厂有限责任公司）、甲醇、乙腈（LC / MS级别，Fisher Scientific）、甲酸（LC/MS级，Fisher Scientific）、超纯水。

1.1.3 仪器设备 GC-2010 Uira 气相色谱-质谱仪，岛津公司;色谱柱为Rxi-5ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛细管柱;N-1100S-W型旋转蒸发仪，日本东京理化器械株式会社;RE5220型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂;ZDHW型电热套，北京中兴伟业仪器有限公司;HH-6型恒温水浴锅，常州智博瑞仪器制造有限公司;DGX-9143B-2型电热鼓风干燥箱，上海福玛实验设备有限公司;HGJR-01型红外加热电磁炉，河南中良科学仪器有限公司;LPG-5型喷雾干燥器，常州市一新机械厂;HSCE40-24X2型大提取装置，上海研仕机械设备有限公司;TDL-5-A型离心机，上海安亭科学仪器厂;KQ-5WE超声池，昆山市超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样本预处理 将新鲜的生姜洗净，趁鲜切成厚度 5 mm左右姜片，置于电热恒温鼓风干燥箱45 ℃ 烘24 h，粉碎，过三号筛（50目），备用。

1.2.2 提取方法 本试验采取3种提取方法，干姜提取挥发油采用提取方法1（未粉碎）和提取方法2（粉碎），生姜提取揮发油采用提取方法3，3种方法提取步骤：（1）提取方法1。直接称取干姜片约50 g，置于圆底烧瓶中，再分别按照料液比1 g ∶14 mL 加入水溶剂，置电热套中缓缓加热至沸，并保持微沸约5 h，至测定器中油量不再增加，停止加热，放置片刻，读取挥发油量，并计算供试品中挥发油的得率，备用。（2）提取方法2。取干姜片，粉碎，过2号筛制得干姜粉，分别称取干姜粉约50 g，置于圆底烧瓶中，再分别按照料液比1 g ∶14 mL 加入水，置电热套中缓缓加热至沸，并保持微沸约5 h，至测定器中油量不再增加，停止加热，放置片刻，读取挥发油量，并计算供试品中挥发油的得率，备用。（3）提取方法3。鲜姜切成1～2 mm 的小块，称取约100 g，按照料液比1 g ∶3.5 mL 加入水溶剂，余下步骤同干姜处理，最终计算出鲜姜挥发油的得率，备用。

1.2.3 供试品溶液的制备 准确称取挥发油试样200 mg（精确到0.000 01 g）于5.0 mL容量瓶中，用甲醇溶液准确定容，再将配制好的供试品溶液稀释50倍，过0.22 μm 滤膜，进GC-MS系统分析。

1.2.4 色谱条件 色谱柱为Rxi-5ms，30 m×0.25 mm，0.25 μm ;流速为1.39 mL/min，进样量为1 μL，进样口温度为250 ℃;柱温为60 ℃ （持续3 min），以2 ℃/min 升到82 ℃，6 ℃/min升到94 ℃，3 ℃/min 升到106 ℃，5 ℃/min 升到126 ℃，2 ℃/min 升到140 ℃，再以10 ℃/min 升到230 ℃（持续5 min）;分流比100 ∶1。

1.2.5 质谱条件 离子源为EI，扫描模式为Scan模式，离子源温度为240 ℃，接口温度240 ℃，电子能量70 eV，检测器电压0.7 kV，溶剂延迟3.5 min，扫描范围40～600 amu。采集所得的质谱图用美国国家科学技术研究所的NIST 质谱库2011版和2014版（NIST-2011、NIST-2014）进行检索，根据相似度对化合物进行定性，用峰面积归一化法进行定量，计算各组分的相对含量。经 气相色谱-质谱（GC-MS） 分析得到不同产地姜挥发油的总离子色谱图（TIC图），具体见图1和图2。

2 结果与分析

2.1 姜挥发油得率及鉴定化合物数比较

按照上述GC-MS条件对姜油进行分析，不同产地干姜和生姜所得姜挥发油的得率及分离鉴定出的总化合物数见表1和表2。由表1可见，5种不同产地的生姜中怀姜和信阳姜挥发油得率较高，山东姜精油得率较低，鉴定成分基本一致。由表2可见，按照提取方法1制得的3种不同产地干姜相比挥发油得率相差不大，其中安徽干姜得率稍高。按照提取方法2制得8种产地的干姜挥发油得率高于提取方法1提取的，但化合物鉴定数低于提取方法1，可能是因为干姜在制粉过程中造成挥发油成分丢失，而粉末状态下溶液接触面积增大，出油率多。

上述老姜指发汗后生姜，新姜指发汗前生姜。中药“发汗”是指中药含水量较高时，在相对密闭的条件下堆积后经一段时间热闷发酵，使其内部水分外溢，质地变软，变色，增加香味或减少刺激性。

2.2 不同区域姜挥发油分析比较

由表3可见，5个产地生姜挥发油共计鉴定出40种成分，相比所共有的主成分基本相同，但含量有差异，发汗前后主成分存在明显变化。其中，蒎烯、莰烯、水芹烯、桉树脑、香叶醇、乙酸香叶酯、衣兰油烯等香味成分含量较发汗前呈不同程度降低，乙酸香叶酯降低最为明显;而冰片、檸檬醛、姜黄烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯含量较发汗前呈不同程度升高。4种豫姜相比，姜黄烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯4种成分总量张良姜老姜（施加小分子肽肥料）较高，占比高达50.30%，其次为怀姜老姜和信阳姜新姜;然而小分子张良姜蒎烯、莰烯、水芹烯、桉叶油素成分含量较其他豫姜低，这可能是施加小分子肽肥料的原因，营养吸收充足。3种山东大黄姜相比，市售老姜易挥发成分很低，柠檬醛含量也只有4.48%，而姜黄烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯4个主成分总量却高达70.79%，这可能是因为生姜贮存放置时间或者发汗时间越长，含水量越低，易挥发成分越低，而难挥发成分就会越高。

总之，5种不同产地的生姜挥发油成分含量各有差异，特别是山东生姜柠檬醛含量明显较高，水芹烯含量较其他产地生姜低，桉叶油素含量较其他产地高，可作为鲁姜的特征成分;豫姜发汗前均含有乙酸香叶酯且含量较高，可作为其特征成分。因此，不同地域因生长环境及土质营养成分不同而导致挥发油成分含量存在一定差异性。

由表4可见，a、b、c、d 3个产地姜采用“提取方法1”制得挥发油，e～p采用“提取方法2”制得挥发油，来自8个产地的干姜提取出的挥发性成分共鉴定出39种成分。其中，a、b、c、d 4种干姜挥发油鉴定出的挥发性成分较多，主成分一致，但含量有一定差异，其中张良姜挥发油中水芹烯含量最高，达到16.48%，其次是姜烯（13.28%）、莰烯（10.93%）、柠檬醛（10.63%）、桉叶油素（5.20%）、倍半水芹烯（4.99%）、法尼烯（4.73%）;安徽姜挥发油中柠檬醛含量最高，达到18.02%，其次是莰烯（12.75%）、水芹烯（10.88%）、姜烯（9.23%）、桉叶油素（8.40%）、α-蒎烯（4.59%）;山东大黄姜挥发油中柠檬醛含量也是最高，达到18.46%，其次是莰烯（15.12%）、水芹烯（13.99%）、桉叶油素（8.87%）、而姜烯只有（5.59%）、法尼烯和倍半水芹烯共计

4.00%;山东小黄姜挥发油中姜烯含量高达到18.98%，其次是水芹烯（11.93%）、柠檬醛（10.51%）、莰烯（7.25%）、法尼烯（7.08%）、倍半水芹烯（6.92%）。按照“提取方法2”制得的8个产地干姜挥发油中的主成分相比“提取方法1”制得的挥发油发生明显的变化，姜烯、法尼烯、倍半水芹烯3个主成分总量达到64.15%～78.75%，其中四川姜最高;衣兰油烯、姜黄烯和瑟林烯等相对难挥发的物质含量，均比“提取方法1”制得的挥发油稍高;蒎烯、莰烯、水芹烯、桉叶油素、冰片、柠檬醛等易挥发性成分含量均低于提取方法1制得的挥发油。这可能是因为提取方法2制备过程中将干姜片粉碎，导致易挥发性成分丢失，再加上挥发油的溶出表面积增大、料液比增大，从而使得更多相对难挥发性成分被提取出来。

由表3和表4可知，生姜、干姜主成分略有差异，其含量也有所不同，比如提取方法1制得的干姜挥发油中冰片含量比生姜高，而生姜中衣兰油烯含量比干姜高;干姜中蒎烯、莰烯、水芹烯和桉叶油素含量均高于生姜，但是另外3个主成分姜烯、法尼烯和倍半水芹烯含量却均低于生姜。不管是干姜和生姜，柠檬醛含量均相当，而山东姜相对较高。而提取方法2制得的干姜挥发油主成分却有明显的变化，衣兰油烯、姜黄烯、瑟林烯、姜烯、法尼烯、倍半水芹烯6种成分的含量就达到71.95%～84.94%以上，蒎烯、莰烯、水芹烯、桉叶油素、柠檬醛含量却明显低于上述生姜和提取方法1制得的干姜挥发油。

总之，不同产地、不同品种的姜因生长环境、气候的差异，在相同条件下提取出的挥发性成分在数量和质量上均有所不同，但所提取出来的主成分基本一致，而采用将干姜片粉碎的方式提取干姜挥发油会提取出更多的相对难挥发性成分。每种姜挥发性成分的差异性可为后期道地药材指纹图谱以及特征峰模式识别技术的建立区分不同产地姜的道地性和功效成分分离制备提供数据基础。

3 结论与讨论

本研究采用水蒸馏法提取来自5个不同省份干姜和生姜挥发油，在相同条件下所得精油含量，精油化学成分的数量和含量均各有差异，但所提取出的主成分基本一致。研究发现，姜具有独特的药用和食用价值，而姜精油为姜提供独特的芳香风味，同时也具有多种药理作用，如提神镇吐、温中散寒、抗菌消炎等。然而，不同产地的姜因生长环境不同其药性和功效也有一定差异，不同产地、不同品种姜挥发性成分的差异性能否引起药理作用的明显差异还须要进一步深入研究。本研究为不同品种姜制得的精油提取物与制剂等产品的质量评价及临床应用提供基础依据，每种姜挥发性成分的差异性也为后期道地药材指纹图谱的建立以及特征峰识别区分不同产地姜的道地性和功效成分提供科学基础和数据参考。

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