4 个生姜品种的品比试验

於志远，向元园，刘奕清，蔡小东

（长江大学园艺园林学院，香辛作物研究院，湖北 荆州 434025）

生姜（Zingiber officinaleRosc.）是姜科姜属多年生草本单子叶植物，不仅是广为栽培的重要香辛保健蔬菜之一，也是医药、食品及化工产品的重要原材料[1]。研究表明，除富含淀粉、多糖、脂肪、蛋白质、维生素、微量元素等多种营养成分外[2-4]，生姜及其提取液还具有较为广泛的生物活性，如抗氧化、抑菌、消炎、抗肿瘤等[5-7]，在食品保鲜、功能食品生产等领域中具有广泛的应用前景。姜辣素是生姜中的辣味成分，为多种物质构成的混合物，其中姜酚类和姜酮类物质是生姜发挥药理作用的主要活性成分[2]。生姜的挥发性物质主要是姜精油，含有近百种化学成分，其独特的香气可作为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为天然保鲜剂延长食品的货架期[8]。目前，对生姜的利用形式侧重于生姜根茎的初级产品，如腌姜、糖醋姜片、姜丝、姜粉等，而提取和合理化利用生姜根茎中的生物活性成分有待进一步研究。

生姜市场需求较大，然而近年来价格波动频繁，极大增加了生姜种植的市场风险。为规避价格波动带来的市场风险，有必要提高其活性物质的利用率，开发更多具有保健价值的健康产品，来提高生姜的经济价值。我国生姜栽培历史悠久，种质资源丰富，地方品种繁多[1]。该研究以国内较有代表性的凤头姜、竹根姜、山东大姜、安丘小黄姜4个地方生姜品种为试材，分析了不同品种间的农艺性状、活性成分含量、抗氧化活性及其相关性，旨在为生姜的生物活性利用及精深加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为凤头姜、竹根姜、山东大姜和安丘小黄姜，2020 年4 月中旬种植于长江大学农业科技产业园生姜品种示范基地的简易塑料大棚中，行距75 cm，株距25 cm，正常管理，11 月下旬收获。

主要试剂：芦丁、福林酚、香草醛、没食子酸、2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）（国药集团化学试剂有限公司）；无水乙醇、过硫酸钾、硝酸铝、亚硝酸钠等（上海麦克林生化科技有限公司）。所有试剂均为分析纯。

主要仪器：UV-1601 型分光光度计（北京瑞利分析仪器公司），DHG-9070A 鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司），2500Y 高速多功能粉碎机（浙江永康铂欧五金制品有限公司），KS-5200D 超声波清洗机（昆山洁力美超声仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 农艺性状的测定采取五点取样法采集样品，即采收期每个品种随机选取5 个点，每个点随机选取5 株，分别测量植株叶片的叶长、叶宽、茎粗（地上茎基部直径）、株高（地上茎基部到所有叶片自然伸展时的最高处的距离）和每株的分枝数。观测完毕后，小心挖出完整植株，洗净泥土晾干后测量根茎长度、根茎宽度、单株根茎鲜重。

1.2.2 姜粉制备收获的姜块洗净、去皮，切成约3 mm 厚的薄片后置于烘箱中60℃烘12 h，然后用高速粉碎机将烘干后的姜片粉碎，过60 目筛网后在干燥器中保存备用。

1.2.3 姜精油含量的测定采用水蒸气蒸馏法提取姜精油。精确称取 30.0 g 姜粉置于1 000 mL 圆底烧瓶中，加入500 mL 蒸馏水和3.0 g NaCl，连接挥发油提取器与冷凝管，开启电热开关。加热回流约5 h后关闭电源，打开挥发油提取器旋塞收集精油，经无水Na(SO4)2干燥后称重。姜精油含量（mg/g）= 提取的姜精油质量（mg）/姜粉质量（g）。

1.2.4 生姜提取液的制备采用超声波辅助乙醇法提取。准确称量0.5 g 生姜粉，按料液比1 ∶20（g ∶mL）加入70%乙醇，在200 W 超声功率下提取30 min 后用三层纱布过滤，收集滤液。滤渣在相同条件下再次提取，合并2 次滤液，用于总酚、总黄酮、姜辣素含量及抗氧化能力的分析。

1.2.5 总酚含量的测定在福林酚法[5]的基础上略作调整测定不同生姜品种根茎的总酚含量。具体操作：将福林酚试剂用蒸馏水按1 ∶10（v/v）的比例稀释，吸取1 mL 生姜提取液与5 mL 稀释后的福林酚试剂混合，放置30 s 后加入2 mL 75 g/L Na2CO3溶液，用蒸馏水定容至10 mL 后摇匀，30℃下静置60 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作为空白对照，测量其在760 nm 处的吸光度。以没食子酸为标准品，建立标准曲线y= 0.011 1x+ 0.021 8（R2= 0.999 2）。总酚含量（mg/g）=没食子酸当量（mg）/姜粉质量（g）。

1.2.6 总黄酮含量的测定总黄酮化合物含量采用亚硝酸钠-硝酸铝比色法测定[8]，略有调整。吸取1 mL 生姜提取液，加入6 mL 70%乙醇，摇匀后加入5%NaNO2溶液1 mL，摇匀后静置6 min；接着加入1 mL 10% Al(NO3)3溶液，摇匀，放置6 min；最后加入10 mL 10% NaOH 溶液，用蒸馏水定容至20 mL，摇匀放置15 min，以1 mL 70%乙醇代替生姜提取液作为空白对照于510 nm 处测定其吸光度。以芦丁为标准品，制作标准曲线y= 0.000 6x+ 0.014 9（R2= 0.997 2）。总黄酮含量（mg/g）=芦丁当量（mg）/姜粉质量（g）。

1.2.7 姜辣素含量的测定参照黄雪松等[9]的方法，略有调整。吸取0.1 mL 生姜提取液，用无水乙醇定容至10 mL，以无水乙醇作为空白对照于280 nm 波长下测定其吸光度。以香草醛的浓度为横坐标，以其吸光度为纵坐标绘制标准曲线，建立标准曲线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 自由基能力的测定：参考Shah 等[10]的方法略作调整测定不同生姜品种提取液DPPH 自由基清除率。在10 mL 离心管中依次加入3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液（70%乙醇作为溶剂）和150 μL 生姜提取液，混匀后避光反应30 min，于517 nm 处测定吸光度（A1），同时测定3.0 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液和150 μL 70%乙醇混匀后的溶液吸光度（A0）。DPPH 自由基清除率（%）= [(A0-A1)/A0] × 100。（2）清除ABTS 自由基能力的测定：参照An 等[11]的方法略有调整。先将2.6 mmol/L K2S2O8溶液和7.4 mmol/L ABTS 等体积混匀后室温避光静置14 h，然后在734 nm 波长处用pH值7.4 的磷酸缓冲液稀释上述混合液直至其吸光度为（0.70±0.02），形成 ABTS 工作液备用；在离心管中分别加入40 μL 生姜提取液和3.0 mL ABTS 工作液中，混匀后室温避光反应25 min，于734 nm 处测定吸光度（AS），同时测定3.0 mL ABTS 工作液+40 μL 70%乙醇混匀后溶液的吸光度（A0）。ABTS 自由基清除率（%）= [ (A0-As)/A0] × 100。

1.3 数据分析

采用SPSS 23.0 软件对农艺性状、活性成分含量及抗氧化活性进行统计分析，数据以平均值±标准差表示。各组间均值两两比较采用单因素方差分析（ANOVA），农艺性状与活性成分含量之间的相关性、活性成分含量与抗氧化活性之间的相关性采用Pearson 相关分析法分析。

2 结果与分析

2.1 不同生姜品种采收期的农艺性状

如图1 所示，不同生姜品种采收期的地上茎及根茎形态差异较大。凤头姜的根茎较小（图1A），竹根姜的分枝数较多（图1B），山东大姜的株高在这4 个品种中是最高的（图1 C），而安丘小黄姜的姜球较小（图1D）。

图1 不同生姜品种采收期的地上茎及根茎的形态

对凤头姜、竹根姜、山东大姜和安丘小黄姜的地上部和地下部进行农艺性状分析，结果如表1 所示。从地上部长势来看，山东大姜地上部的长势更加旺盛，其叶长、叶宽及茎粗均为最大值，其中叶长和叶宽均显著优于其他3 个品种，地上茎显著高于凤头姜和竹根姜。从分枝数来看，竹根姜平均每株分枝数达到33.8 个/株，显著高于其他3 个品种；而山东大姜的分枝数最少，仅为10.6 个/株，但与凤头姜和安丘小黄姜之间差异不显著。就根茎而言，风头姜的平均根茎长度和鲜重均为最小值，这2 方面均显著低于其他3 个品种；而竹根姜、山东大姜和安丘小黄姜的根茎长度无显著性差异，但安丘小黄姜的根茎宽度显著低于山东大姜和竹根姜；山东大姜的根茎宽度和根茎鲜重均达到最大值，但这2 个指标与竹根姜相比均没有显著差异。

表1 采收期各生姜品种的农艺性状

2.2 不同生姜品种活性成分的含量

不同生姜品种采收期根茎的活性成分含量存在不同程度的差异，详见表2。对姜精油含量来说，竹根姜的含量最高（17.50 mg/g），凤头姜次之（16.07 mg/g），接着是安丘小黄姜（15.37 mg/g），含量最少的是山东大姜（9.93 mg/g）；显著性分析结果显示竹根姜与凤头姜的姜精油含量并无显著性差异，山东大姜的姜精油含量显著低于其他3 个品种。不同生姜品种的总酚含量差异不显著，其中凤头姜的总酚含量（8.67 mg/g）最高，安丘小黄姜的最低，为8.33 mg/g。凤头姜的总黄酮含量最高，达到了11.68 mg/g，显著高于竹根姜和安丘小黄姜，但与山东大姜没有显著性差异。不同生姜品种根茎姜辣素含量高低依次为凤头姜＞山东大姜＞安丘小黄姜＞竹根姜，其中凤头姜的含量（7.57 mg/g）约是安丘小黄姜（4.20 mg/g）的1.8 倍，凤头姜的姜辣素含量显著高于其他3 个品种，山东大姜的姜辣素含量显著高于竹根姜和安丘小黄姜，而竹根姜和安丘小黄姜的姜辣素含量差异不显著。总体而言，凤头姜根茎的总酚、总黄酮和姜辣素的含量均为最高值，其精油含量与最高的竹根姜相比，也并无显著性差异。因此，从这些结果中可以看出，凤头姜根茎较适宜用于生物活性物质的提取。

表2 不同生姜品种根茎活性成分含量的比较

2.3 不同生姜品种的抗氧化活性分析

不同生姜品种根茎提取液对DPPH 和ABTS 自由基的清除能力如图2 所示。4 个生姜品种对DPPH 自由基的清除率从高到低依次为凤头姜（63.07%）＞山东大姜（62.43%）＞竹根姜（54.87%）＞安丘小黄姜（44.09%）。方差分析结果显示，凤头姜与山东大姜的DPPH 自由基清除率没有显著差异，这二者均显著高于竹根姜和安丘小黄姜，而安丘小黄姜的DPPH 自由基清除显著低于其他3 个品种。各生姜品种根茎提取液对ABTS 自由基的清除率从高到低排列的趋势与对DPPH 自由基的清除率一致，依次为凤头姜（78.14%）＞山东大姜（71.53%）＞竹根姜（70.20%）＞安丘小黄姜（50.30%）。凤头姜的ABTS 自由基清除率显著高于其他3 个品种，安丘小黄姜的显著低于其他品种，而竹根姜与山东大姜间没有显著差异。风头姜根茎提取液的抗氧化活性最强，而安丘小黄姜的抗氧化活性最弱。

图2 不同生姜品种根茎提取物对DPPH 和ABTS自由基的清除能力

2.4 相关性分析

如表3 所示，总酚含量与总黄酮、姜辣素和姜精油的含量均为正相关，姜精油含量与总黄酮含量和姜辣素含量之间均为负相关，而姜辣素含量与总黄酮含量之间表现为极显著的正相关（0.799）。总酚、总黄酮及姜辣素的含量均与根茎提取液的DPPH、ABTS自由基清除率有一定的正相关，特别是总黄酮含量与DPPH 和ABTS 自由基清除率均表现为极显著的正相关，相关系数分别为0.752 和0.735，而姜精油含量与DPPH 和ABTS 自由基清除率均为负相关。生姜活性成分含量及根茎提取液DPPH、ABTS 自由基清除率与其大部分农艺性状之间表现为负相关。

表3 生姜活性成分含量、抗氧化活性及农艺性状的相关性分析

3 结 论

通过对凤头姜、竹根姜、山东大姜和安丘小黄姜的品比分析，发现各生姜品种的主要农艺性状如叶宽、茎粗、分枝数、根茎鲜重等存在较大差异，其中风头姜的平均根茎长度和鲜重显著低于其他3个品种。凤头姜根茎的总酚（8.67 mg/g）、总黄酮（11.68 mg/g）、姜辣素（7.57 mg/g）的含量均为最高值，其姜精油含量（16.07 mg/g）与精油含量最高的竹根姜相比并无显著性差异。这表明凤头姜根茎较适宜用于生物活性物质的提取。抗氧化活性分析结果表明，4 个生姜品种根茎提取液对DPPH 和ABTS 自由基的清除率从高到低依次为凤头姜＞山东大姜＞竹根姜＞安丘小黄姜。总酚、总黄酮及姜辣素的含量均与根茎提取液的DPPH、ABTS 自由基清除率正相关，生姜活性成分含量及根茎提取液DPPH、ABTS 自由基清除率与其大部分农艺性状之间均表现为负相关。该研究结果可为生姜的生物活性利用及精深加工提供依据，有利于进一步开发生姜的应用价值。

4 讨 论

李秀等[12]对46 份生姜种质资源主要农艺性状进行了调查，结果发现不同生姜品种间的主要农艺性状如茎粗、分枝数、单株产量等均有较大的差异。笔者研究同样发现，凤头姜、竹根姜、山东大姜、安丘小黄姜之间的叶宽、茎粗、分枝数、根茎鲜重等农艺性状也存在较大差异。

姜精油和姜辣素的含量受时间、品种和生长区域影响较大。凤头姜是湖北省来凤县地方优良生姜品种，辛辣适中、风味独特。杨春海等[13]认为来凤的凤头姜富含姜精油和姜辣素。该试验结果也显示，凤头姜根茎中的姜精油和姜辣素含量均较高。邢颖等[14]分析了同一品种生姜不同部位的活性成分含量，结果发现其新鲜根茎中的总黄酮、总酚、姜辣素及姜精油含量分别为38.16、17.31、4.30 及29.30 mg/g。除姜辣素含量与该试验结果（4.20～7.57 mg/g）基本一致外，其他3 种活性成分的含量均远高于该试验的测定值。而Shukla 等[4]从干姜中提取的多酚和黄酮含量分别仅有0.96 和1.52 mg/g，远低于该试验的测定值。这些差异可能是由于样品处理方法不同或生姜品种不同等导致的。

生姜中的总酚、总黄酮及姜辣素是其抗氧化活性的主要作用成分[14-15]。生姜活性成分含量与其大部分农艺性状之间表现为负相关，根茎提取液DPPH、ABTS 自由基清除率与生姜大部分农艺性状之间也表现为负相关。Shukla 等[4]同样发现生姜根茎的大小与其生物活性成分含量之间表现为负相关。这表明可以从生姜叶宽、茎粗、根茎鲜重、分枝数等农艺性状预判其生物活性物质含量或抗氧化活性。

刘步云等[15]研究了32 种生姜的抗氧化及抗炎症活性，同样发现不同生姜品种提取液对自由基的清除能力差异较大。抗氧化物质能防止或延缓食品氧化，祛除对生物体有损害的自由基。然而，由于人工合成抗氧化剂对人体健康存在潜在不良影响，因此天然抗氧化剂的研发日益受到人们重视[16,10]。生姜富含多种抗氧化活性物质，以其为原材料开发新型抗氧化食品必将具有广阔的应用前景。