生姜的营养成分及其加工产品研究进展

于梓芃，黄泽天，崔文甲，弓志青，宋莎莎*，贾凤娟*

（1.山东省农业科学院农产品研究所，农业农村部新食品资源加工重点实验室，山东省农产品精深加工技术重点实验室，山东济南 250100；2.阳谷县农业农村局，山东聊城 252300）

生姜原产于东南亚，是姜科薯芋类多年生宿根草本植物姜（Zingiber officinaleRosc）的根茎，在我国多地均有栽培，主要分布在我国的中部、南部。

我国是世界上生姜的主产国，生姜年收获面积可达23.26万hm2，年产量达1 000万t[1]。生姜不耐低温，适宜储藏温度较高（10～15 ℃），一般10 ℃以下便会受到冷害。受冷害的姜感官性状与理化性质发生改变，主要表现为表面迅速皱缩，并出现渗水，升温后很快腐烂变质，严重影响食用品质。姜瘟病是一种生姜腐败性疾病，发病率为20%～30%，严重地块超过50%，对姜及其加工品质都有严重影响。近年来，姜瘟病普遍发生，极大地降低了姜产量，对生姜市场造成了严重打击[2]。

随着食品产业的发展，人们的养生和保健意识不断提高。生姜作为一种天然保健食品，逐渐受到人们重视，不少研究人员已经开始探究它在预防疾病及养生保健和治疗病症等领域的重要作用。随着食品加工工艺及技术的不断进步，用姜制作的生姜汁饮料等各类深加工产品越来越受到食品行业的青睐，国外开发得比较成熟，但在我国尚处于起步阶段。本文就生姜的营养成分、药理作用及主要加工产品的研究现状做了系统分析，并结合实际展望了生姜营养成分及加工品的研究前景，以促进生姜的综合利用及精深加工。

1 生姜主要营养及功能成分

1.1 生姜的营养成分

生姜中营养成分很多，约200多种化合物，其中干物质13.2%～15.5%、总脂类约5.7%～14.5%、总可溶性糖2.02%～5.345%、粗蛋白含量7.98%～10.04%、纤维素5.23%～5.95%，淀粉5.78%～8.88%[3]。生姜含有多种功能成分，如姜椒素、姜烯酚、姜酮等，还含有挥发油类如姜精油、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

姜精油是新鲜生姜根茎叶中提取出来的，呈淡黄色透明的微精油状黏稠液体，具有独特的酸性生姜气味芳香。姜精油的提取方式主要是水蒸气蒸馏，几乎没有不易充分挥发的化学物质，得到的油分具有一定的挥发性。姜精油的提取包括四个步骤：烘干磨粉、水浴提取、离心洗涤、蒸馏回收。将生姜切片烘干，磨成粉末，在一定温度下以乙醇为提取剂提取一定时间，离心后将滤渣用乙醇洗涤，一同放入蒸馏烧瓶内进行旋转蒸发，回收乙醇后可得到较纯净的姜精油[6]。

近年来，姜精油中已发现的组分有100多种，主要分为倍半萜烯类（50%～60%）和氧化倍半萜烯（17%）两类。由于生姜的品种、产地及生长环境的不同，它的成分含量不同。姜精油在水中不易溶解，但溶于有机溶剂（如酒精），旋光度为28～45°，折射率为1.488～1.494，密度为0.871～0.882 g/mL[7]。姜精油主要作用是为食品和饮料添加香味、调味和用作香精的原料、药用材料等。由于提取工艺复杂，成本较高，因此姜精油价格十分高昂。

姜精油的主要疗效分为皮肤疗效、心理疗效、生理疗效三种。皮肤疗效主要表现为有助于消散瘀血、治疗创伤、调理皮肤等；心理疗效主要有温暖情绪、缓解疲倦等；生理疗效则主要表现在调理月经及消化系统等。生姜是健胃中药，姜精油是其中的有效成分，其作用机理是刺激胃蛋白酶原，防止胃黏膜因接触有害物质而产生损伤。姜精油是天然的食品香料，味香、性温，却无辛辣味，且有令人愉悦的独特芳香，主要应用于食品领域，尤其是在饮料、焙烤食品、姜酒等的调味上发挥作用。姜精油含有的特殊生姜香气，可作为高品质的浓缩调味料，替代传统香辛料，应用于食品加工及烹调中。此外，姜精油还可用于日化用品，作为男士香水的香精香料，还具有很高的药用价值[8]。李雨露[9]研究发现，姜精油不仅能明显改善急性血瘀大鼠的血液流变性，使红细胞变形指数升高，而且还可以对抗高分子右旋糖酐引起的微循环障碍，抑制血瘀大鼠内源和外源性凝血途径，有效改善高凝状态。

1.2.2 姜辣素

姜辣素存在于鲜姜中，具辛辣味，指的是与姜辣素相关的多种辣味化学成分（如姜酚，姜酮、姜醇等）混合总称。按照官能团所连烃链的不同，通常分为姜醇类（gingerols）、姜烯酚类（shogaols）、副姜油酮类（paradols）、姜酮类（gingerone）、姜二酮类（gingerdiones）、姜二醇类（gingerdiols）等不同类型[10]。

姜辣素是生姜特有的呈味物质，具有抗氧化、改善心血管和胃肠道、增强免疫等功能作用，在抑制血小板聚集等方面也具有独特功效[11]。姜辣素能在一定程度上抑制体内细菌的活性，对其他抑菌剂的作用呈中度敏感性。姜辣素的不同化学成分使其具有不同的临床医药利用价值。姜醇提取物兴奋剂对急性麻醉者和猫的局部血管运动中枢和局部心脏都有快速促进的作用，同时通过扩大局部血管和心脏促进体内血液快速运输[12]。姜辣素的抗氧化功效较为突出，其作用机理是通过使自身氧化来降低油脂内部及周围的O2含量，从而使油脂的氧化程度降低。当姜辣素与姜精油发挥协同作用时，其对不饱和脂肪酸含量相对较高的油脂的抗氧化作用要优于对饱和脂肪酸含量较高的油脂的抗氧化作用。

姜辣素常见的提取方法有溶剂提取、超声辅助提取、微波辅助提取等。其中，溶剂提取法是利用相似相溶原理，选择适当溶剂将姜辣素类成分溶出，其优点是工艺简便且适用于工业化生产，缺点是提取时间较长、提取温度更高、所得产品杂质多等。超声辅助提取法是利用超声波的空化、机械和热效应等作用，有效破坏生姜细胞结构，促使姜辣素类成分快速溶出；其优点是时间短、能耗低、提取温度低、有利于保护姜辣素活性、提取效率高、可大批量工业化生产等，缺点是超声波对环境有一定的污染。另外，微波辅助提取法是利用微波效应，瞬间产生高温高压使生姜细胞壁破裂，从而使姜辣素快速溶出。可见，微波辅助提取法提取姜辣素不仅可以大大缩短提取时间，并且还具有优良的选择性、提取快、提取效率高等优点；但主要缺点是提取成本较高，如今仅限于实验室的临床研究[13]。

1.2.3 黄酮类化合物

黄酮类化合物是一种次级植物代谢成分，是植物中多酚类物质最重要的成分之一，具有降糖、抗氧化、抑菌消炎等多种功效，可治疗心血管疾病等。生姜中富含黄酮类化合物，其含量与生姜品种、栽培时间、切割方式和提取液所暴露的环境、暴露时间等有密切的关系。生姜黄酮类化合物会沉积在脂蛋白和动脉细胞上，通过螯合金属离子、清除活性氧或氮及发挥抗氧化剂的保护作用来减弱低密度脂蛋白的过氧化。同时，可以通过对还原型辅酶Ⅱ等细胞氧化酶的抑制来减弱巨噬细胞的氧化应激。

生姜黄酮类化合物常见的提取方法有热水提取法、有机溶剂提取法、碱液提取法、超临界流体提取法等。近年来的许多研究涉及优化提取法，包括超声辅助提取、微波辅助提取、酶解辅助提取等的优化。如王娜等[14]对超声辅助提取法进行了优化研究，结果显示，溶剂为90%乙醇，超声温度为80 ℃，料液比1∶20，超声波强度为80 Hz，提取50 min为最佳工艺。此条件下，生姜黄酮提取量为23.331 mg/g。此外，郭艳华等[15]对微波辅助法的提取工艺进行优化，发现当以50%乙醇为提取剂，料液比1∶40（g/mL），微波功率为464 W、提取时间60 s时，提取效果最好，总黄酮得率为1.59%。

2 生姜的药理作用

除了作为生活常见的调味料外，姜还具有较高的药用价值。生姜性温味辛，在中医药领域有广泛的应用，用作矫味剂、健胃剂、发汗剂、芳香兴奋剂、驱风药、镇痛药等，具有一定的抑菌作用，还有显著的抗疲劳作用[16]。

2.1 解表驱寒、消炎抗菌

生姜具有解表驱寒、温中止呕、镇痛消炎等功效，早期用于治疗伤风感冒、胃寒呕吐等症状。近年来发现，生姜具有减轻晕车、晕船等产生的头晕、恶心、呕吐等症状的功效。另外鲜姜汁对大肠杆菌群、青霉菌、啤酒酵母具有明显的抑制效果[17]。一项研究表明，食用生姜制备的姜颗粒可降低肠道炎性反应，加快肠道自我修复速度，降低炎性细胞因子（TNF-α、IL-6和IL-1β）水平，增加抗炎细胞因子（IL-10、IL-22）水平，有效预防慢性肠炎和溃疡性肠炎导致的相关疾病[18]。夏季食品易受细菌污染，且细菌在高温下生长繁殖快，服用适量生姜可预防急性肠胃炎，降低肠道炎症对机体的不适反应。

2.2 抗氧化

生姜中的辛辣成分主要为酚类、β-二酚酮、姜辣素、二苯基庚烷类等化合物，这些化合物能抑制体内过氧化脂质的生成，清除自由基，具有较强的抗氧化和抑制肿瘤作用。陈莉华等[19]采用超声法提取姜辣素，考察了其对植物油和动物油的抗氧化活性。结果表明，姜辣素可明显降低两者的过氧化值。在植物油中，应用姜辣素7 h后，植物油的过氧化值降低率达到最大值（36.3%）；在动物油中，姜辣素使用2 h左右就能达到23.1%的最大效果。与目前普遍使用的抗氧化剂相比，生姜具有更明显的抗氧化功效，进而有更好的抗衰老功效。

2.3 促进血液循环、降血脂

研究显示，生姜是一种抗高血脂症药物，生姜乙醇提取物降低了试验兔子的血清脂蛋白和磷脂等的含量，从而降低动脉粥样硬化程度[20]。另外，生姜醇提物还能明显抑制血小板聚集，从而延缓血液凝固[21]。利用生姜油脂提取还原酶可有效阻止活性脂蛋白大量侵入冠状动脉壁，从而有效改善动脉血管扩张结构，调整人体胆固醇功能转化，促进人体高密度脂蛋白快速转运，使人体胆囊废物排出和抗胆固醇凝血功能，是治疗动脉粥样硬化症的抑制类药剂，具有广泛的应用及发展前景[22]。

用生姜泡酒，可利用其祛风寒、解毒防暑、通经络的作用，缓解炎症疾病[23]。生姜可榨汁调敷成“三伏贴”，即用榨取的姜汁与药粉调匀，敷于穴位，可促进血液循环，消除炎症，达到“冬病夏治”的作用[24]。

2.4 抗肿瘤

癌症是目前医学领域最难攻克的难题，现阶段治疗策略如手术、放疗、激素疗法和化学疗法等，均会对患者产生不同程度的后遗症。传统中草药在癌症治疗领域的应用范围正在增加，人们对中草药的信任度增加，相信其可以缓解癌症症状，甚至治愈。现代医学发现，生姜中含有的姜油树脂和姜酚能明显抑制Raji细胞中非洲淋巴细胞肿瘤病毒的活性，在一定程度上抑制癌细胞生长[25]。曾慧兰等[26]通过建立白血病细胞的蛋白质二维凝胶电泳结合质谱技术，对K562细胞凋亡的蛋白表达差异用6-姜酚进行了诱导。结果表明，6－姜酚的作用虽然存在一定时间和剂量上的差别，但能明显诱导K562细胞凋亡。此外，生姜通过P-糖蛋白（P-gp）抑制抗癌药物的外流，并在体外和体内对某些肿瘤细胞具有化疗效果，具有化学预防和抗肿瘤特性[27]。

2.5 缓解前庭刺激症状

前庭器官是人的感受器，能使人感受到自身的运动状态和头在空间的位置。若受到刺激，会引发晕动病，出现头晕、恶心和强烈的不适感，从而导致晕船、晕车等。姜正林等[28]研究表明，生姜有类似于东莨菪碱的抗晕动性作用，且作用较强。另外，生姜有止呕的功效，能缓解患者的呕吐症状，咀嚼鲜生姜片可有效治疗患者化疗或其他治疗过后的呕吐症状，此法还可有效缓解口干和预防口腔溃疡，且简单易行、安全可靠，在中药领域用途较为广泛[29]。

3 生姜的主要加工品及应用

生姜在食品及药品领域具有广阔的应用前景。多年来，中国人食用生姜主要是作为烹饪调味料，其他姜制品很少且价格较高。其实，生姜进行一系列的加工处理后可增加营养和药用价值，其提取物可用于多个领域。

3.1 日化产品

生姜的提取物中含有多种活性成分，这些成分对皮肤癖菌、白色念珠菌和口腔致病菌有一定的抑制作用，能用作抗衰老剂、抗氧化剂、抗炎剂、生发促进剂、保湿剂和除臭剂。目前，生姜在日用品及化妆品中应用较多。以洗发用品为例，生姜提取物对于治疗头屑有一定的效果，主要药理作用是促进头皮微血管的血液循环，并能激活毛囊组织，改善头屑多的症状。此外，生姜提取物还可明显抑制与头屑形成有关的孢子菌的作用，因此加入姜提取剂的洗发用品，对治疗头屑有效果。另外，添加了0.5%～2%生姜提取物的牙膏，不仅不会对口感产生不良影响，而且还能发挥解热、消炎、止血等功效[30]。

3.2 调味品

生姜具有特殊的辛辣味和香气，是人们日常调味普遍采用的一类蔬菜。无论炒菜还是蒸煮，生姜都是必不可少的调味品。煮汤时加入生姜，既可以去除食材的腥味，又可以将自身特有的清香气息带入汤中，达到解腻提鲜的效果。

另外，运用现代工艺技术制成的生姜油树脂为生姜资源利用提供了更广阔的前景。生姜油树脂是食品工业的主要原料之一，它具有生姜辛香料物质的全部香气和味道。生姜油树脂的应用对推动调味品行业朝着深加工、工业化方向发展有重要作用[31]。

3.3 姜粉

生姜喜温暖湿润，易受冷害而改变本身的感官性状及理化性质，从而降低了食用价值。将生姜加工成姜粉，既可用作调味或固体饮品，又可增加其功效，即在药材和保健食品中加入姜。另外有研究显示，姜粉对丙烯酰胺的形成具有抑制作用，而丙烯酰胺是一种具有神经毒性、遗传毒性和潜在毒性的致癌物质。姜粉、姜辣素和6-姜酚的浓度变化和丙烯酰胺抑制率趋势呈非线性变化，当三者的添加量水平分别为200、0.2、0.02 mg/g时，抑制率达到最大值，依次为53.2%、62.8%和23.5%[32]。姜粉可应用于食品和药品等多个领域，故姜粉具有广泛的应用领域。

3.4 姜汁饮料

姜汁饮料具有独有的芳香风味，味辛辣，有保健养生功效，有一定的加工历史。现有的姜汁饮料主要有浑浊型、澄清型、复合型等。姜汁可乐茶、姜汁蜂蜜水、姜汁红糖水等姜汁饮料，因有辛辣的口感和健康养生的功效深受人们喜爱。

杨永利等[33]以罗汉果汁和生姜汁为主要原料，复配柠檬酸、木糖醇等辅料，开发出具有驱寒、止咳、润肺、生津等功效的罗汉果生姜保健产品。傅锋等[34]将营养丰富的姜、番茄和草莓混合，制成一种新型复合型果味饮料，有浓郁的果香，均匀无悬浮物，为生姜果味饮料的深加工和研究开发提供了思路。

3.5 姜酒

姜酒中含有姜辣素，能有效促进皮肤的血管扩张，故生姜与酒的结合，对治疗高血压具有良好的作用。对于女性来说，生姜酒美容养颜。其原理是有效地促进了局部的血液循环，使皮肤中多余的黑色素排出，有效地祛除脸上的色斑及暗沉。另外，姜酒可以活血散寒，长期饮用可治疗月经不调和胃寒。

姜酒以生姜为原料，由于其高营养而越来越受广大消费者的喜爱。姜辣素是姜酒中主要的功能成分，具有强烈的生物活性和药理功能。但是，姜辣素有辣味，含量越高，辣度就越强，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，影响了姜酒的感官及品质[35]。研究表明，在姜酒风味的呈味物质中，6-姜酚的影响最大。但是由于6-姜酚易受温度影响，极不稳定，热处理时间越短，含量越多，并且在高温处理的过程中，姜酚的保存率与度数成正比。另外，由于姜中含有大量的姜辣素，使酵母起发困难，故市场上的姜酒多为浸泡酒，发酵酒较少。因此，研究姜辣素的含量与姜酒品质的关系、对不被姜辣素所影响的优秀菌株进行筛选、开发先进的发酵技术是未来姜酒市场的研究热点。

3.6 其他

提取生姜残余物（姜片、姜条）经定量浸渍、干燥、成型等工艺可制备成麻辣、泡椒等风味的休闲食品[36]。此外，生姜的加工产品还有姜丝辣酱、脱水姜片、腌姜、糖醋酥姜等[37]。

4 展望

生姜是卫生部公布的第一批药食兼用的植物资源，同时有优良的保健作用，也是广大人民喜爱的一种食品。目前，专家对生姜研究的重点主要集中在功能和作用上，对生姜提取的工艺中姜辣素、姜精油等成分的研究较为普遍，但这些成分仅限于对提取方法的研究，缺乏对纯化和具体成分的研究；在功效方面，许多研究证明生姜具有很好的杀菌消毒、开胃止吐、抗炎性、抗衰老和抑制肿瘤的功效，对癌症有较好的预防和治疗效果，但由于对人类病毒的作用机理尚无详细研究，因此姜目前还没有大范围应用于人类病毒的辅助治疗，在临床使用方面较为欠缺。另一方面，生姜在深加工领域不成熟，国内的深加工程度不如国外。在不破坏生姜活性成分的情况下，将生姜转变为高附加值的食物、药材是目前食品工艺中的一个难题。姜辣素中的有效化学成分性质不稳定，易受环境及条件影响，其含量也不多，且不易提取，加工次数多会增大损失等问题还需要进一步分析和解决。因此，需要尽快研发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。相信随着人们对生姜活性的深入研究，生姜的应用会逐渐覆盖食品和药品等各个领域，发挥更大的作用。