生姜中功能活性成分对人体健康的影响

邵言蹊

（上海康识食品科技有限公司，上海 201103）

0 引言

生姜，姜科属植物，植株长40～100 cm，根茎呈不规则块状，扁平肥厚，厚度为1～3 cm，原产于东南亚，是一种热带和亚热带植物，在中国、印度、越南、澳大利亚等地均有种植，目前在我国山东、云南、贵州、四川等地普遍种植[1]，FAO 数据显示，2020 年我国生姜的总产量已达到1 190 万t[2]。在日常生活中，生姜主要被用作调味品和香料，除此之外，也会被加工成姜产品，如泡姜、糖姜片、姜酒、姜汁气泡水、姜丸等。

随着营养意识的提升，人们对身体健康的关注度持续增加，体重管理与代谢健康已成为了未来食品的研究热点，人们对健康及保健方面的支出逐渐增长。生姜作为众多药食同源原料中最广泛的原料之一，由于其具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、改善脂质代谢[3]等特性，被广泛应用于医学研究中，并用于治疗疾病。国外关于生姜的生物功能研究较多，但在我国对于生姜的生物功能研究尚不成熟。通过对生姜中的主要活性成分对人体机能的影响及其在食品中的应用进行分析，并结合实际应用对生姜的未来发展进行展望，旨在为后续生姜的研究提供系统参考，促进生姜的精深加工及综合利用。

1 生姜主要品种

生姜品种多样，除了日常所见到的大黄姜和小黄姜，还有西坝生姜、白姜、凤头姜、面姜、怀姜、香姜、红芽姜等。

生姜主要品种特点见表1，不同品种生姜见图1。

图1 不同品种生姜

表1 生姜主要品种特点

2 生姜中的主要活性物质

生姜化学组成较丰富，目前经研究确认的生姜成分已达400 余种。

生姜的主要成分见表2。

表2 生姜的主要成分/%

由表2 可知，生姜的主要成分为脂类、可溶性糖类、蛋白质、纤维素、脂类、淀粉及一些干物质。生姜中的主要活性成分为姜辣素、姜黄素、姜精油、姜黄酮、生姜蛋白酶。除此之外，生姜中还含有较多的矿物质元素，如铁、锰、铜、锌、硒、镉、镁等；较多的氨基酸，如人体所必需的8 种氨基酸和其他10 种人体非必需的氨基酸。所以，生姜的活性成分具有较高的利用价值和研究意义。

2.1 姜辣素

姜辣素是生姜产生辛辣味的主要成分，其构成极其丰富，主要分为三大类型，分别为姜醇类（gingerols）、姜烯酚类（shogaols）、姜酮类（gingerones）。姜辣素具有很高的药用价值，可以促进血液循环、改善心脑血管疾病、改善肠胃功能，可在一定程度上降低得胃癌的风险，消炎镇痛，对风湿性关节炎有一定治疗效果，较强的抗氧化作用，提高人体免疫力，缓解恶心、呕吐等症状[4]。

为了准确测定姜辣素含量，通常需要先将其进行提取，提取方法直接影响到后期含量的测试结果，目前关于姜辣素的提取方法较多。

姜辣素提取方法见表3。

表3 姜辣素提取方法

其次，检测方法也对姜辣素的含量和成分造成影响，如利用液相-质谱联用（liquid chromatograph mass spectrometer，LC MS） 的检测方法能检测出6 -姜烯醇、8 - 姜烯醇、10 - 姜烯醇、6 - 姜烯酚[5]，高效液相色谱-飞行时间质谱（high performance liquid chromatography-time of flight mass spectrometer，HPLC-TOF/MS） 检测方法能鉴定出19 种姜辣素类化合物，其中6 -姜烯酚含量最高，其次为10 -姜烯酚和8 -姜烯酚[6]。

2.2 姜黄素

姜黄素是一种天然色素，无毒无害，同时也是生姜中具有药用作用的成分。其不仅可以入药，还可以作为色素使用，在作为色素使用的同时还具有抑菌、抗炎的作用。现有研究表明，姜黄素类的成分已有40 余种，主要成分有3 种，分别为姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素。姜黄素除作为色素外，还具有一定降血脂的作用，其机制主要是通过调节高血脂引起的肌酸代谢、糖酵解、糖异生、胆碱代谢等代谢途径的紊乱，使机体恢复正常的代谢稳态，从而起到一定降血脂的作用。

2.3 姜精油

姜精油，一种淡黄色、透明状的黏稠液体，是生姜独特气味的来源，主要从生姜的根茎中提取，提取方式主要2 种，分别为以压榨法、水蒸气蒸馏法、溶剂沉淀法为代表的传统提取法，以超临界CO2萃取法、超声复合酶法、超声波辅助萃取法为代表的现代提取法。现有研究发现，姜精油中的成分已有100 多种。

姜精油主要成分见表4。

表4 姜精油主要成分/%

姜精油主要有活血化瘀、促进伤处愈合、缓和情绪、减轻疲倦、调理月经及消化系统、抑菌的作用。

2.4 生姜蛋白酶

生姜蛋白酶是生姜的根茎中发现的一种巯基蛋白酶，可分解胶原蛋白和肌动球蛋白。其主要提取方法有2 种，分别是超滤提取法和溶剂提取法，目前生姜蛋白酶的提取是采用超滤和溶剂结合的方法。生姜蛋白酶是一种安全绿色的食品添加剂，只需要很小的剂量就可达到相应的效果，目前已被应用于食品加工制造，可达到节省成本和资源的作用。生姜蛋白酶主要作用有嫩化各种肉类、澄清各种酒类和凝结各种乳制品、化妆品的增香纯化等。例如，我国南方小吃“姜撞奶”，就是利用生姜蛋白酶加入到牛奶中制成的。其机理主要是生姜蛋白酶具有凝乳因子的作用，使得牛乳中的αs -酪蛋白和β -酪蛋白在钙离子的作用下变性，从而形成网络状的凝胶体系。

2.5 姜黄酮

黄酮类化合物是最普遍的植物酚类物质之一，其浓度和生物活性，常常可以用来预测和控制一些药材的品质。目前，黄酮类化合物主要从银杏叶、葛根、荷叶、生姜的根茎和叶中提取。黄酮类化合物是存在于许多植物中的一种生物活性化合物，其中一些已在传统东方医学中使用了数千年。高效液相色谱（High performance liquid chromatography，HPLC）等分析技术已广泛应用于分析黄酮类化合物的组成和活性，生姜中的黄酮类物质以双氢黄酮为主，除此之外，还有副姜油酮、黄酮醇等，其提取方式主要有有机溶剂提取法、碱液提取法、超临界流体提取法等。黄酮类化合物是一种天然抗氧化物质，能够清除超氧自由基，从而显示抗衰老特性，并在一定程度上可降低癌症的风险，且其抗氧化能力强于柠檬酸和抗坏血酸。

3 生姜对人体机能的影响

3.1 预防和治疗肥胖相关疾病

肥胖正逐渐在全球蔓延，如果不加干预的话，在2030 年，全球将会有超过1/4 的人成为超重人群[7]，进而引发许多严重疾病。引起肥胖的原因主要是高脂肪、高热量的饮食及遗传，导致人体消耗的能量远低于人体摄入的能力，进而使得脂肪量增多、血脂浓度升高。预计到2025 年，全球患糖尿病的人数将超过3.25 亿人。所以，预防和治疗肥胖将成为全球范围内最大的健康问题。

生姜由于其药食同源的作用，逐渐成为国内外预防肥胖的研究热点。越来越多的研究学者证实了生姜具有降血脂和降血糖的作用[8]，且给出了相关机制。关于生姜降血脂的机制，有以下几个方面：

（1） 生姜通过降低肝脏、内脏中mRNA 的表达，从而起到降血脂的作用。Matsuda A 等人[9]对生姜调节脂质代谢机理进行了研究，利用体外动物试验，检测生姜对高脂肪相关基因表达的影响。结果表明，喂食生姜组的大鼠类视黄醇结合蛋白mRNA 在肝脏中上的表达低于高胆固醇饮食组，表明生姜会降低高血脂症大鼠肝脏脂肪、内脏脂肪中的mRNA 的表达，从而改善脂质代谢的作用。

（2） 生姜通过调节肝细胞核因子的表达，从而起到降血脂的作用。Alireza S 等人[10]以溶剂法提取了干姜中的活性成分，用于喂养大鼠，6 周后对大鼠进行心脏采血和肝脏采样，通过生物分析、实时聚合酶链反应、组织切片对生姜中活性成分降低乙醇诱导的血脂增高进行表征，结果表明，生姜对酒精处理大鼠肝细胞核因子4α 的表达有增强作用，从而达到改善酒精引起的血脂异常。

（3） 生姜通过调节脂质代谢，从而起到降血脂的作用。Lai Y S等人[11]将蒸汽蒸馏法制备的姜精油，喂养6 周龄C57BL/6J 雄性大鼠，16 周后通过血清化学分析、组织染色、肝脏生化分析、蛋白印迹分析来表征生姜的保肝作用及机制。结果发现，姜精油对于非酒精性脂肪性肝病的确有保护作用，姜精油起到降血脂的作用，其机制主要是降低血清中游离脂肪酸、甘油三酯和总胆固醇的含量，减少大鼠体内的脂肪堆积、抑制高脂饮食刺激的脂质生物合成和氧化应激反应、增强小鼠肝脏的抗氧化功能，减少炎症反应。同时，Tometsuka C等人[12]的研究结果也表明，生姜蛋白酶诱导血脂的降低是通过脂质代谢的长期改变而发生的，而不是短暂抑制脂质吸收，每天补充生姜蛋白酶有助于预防或者减轻肥胖和高脂血症的可能性。黑姜提取物通过改善葡萄糖、乳酸和脂质代谢，增强肌细胞的能量产生，从而起到预防肥胖的作用[13]。

（4） 生姜通过调控能量代谢相关基因，从而起到预防肥胖的作用，生姜对能量代谢和肥胖的影响，主要从体重、体脂及体脂指数（Body mass index，BMI） 来进行评估，且其影响的程度与其活性成分、剂量、使用时间有关[14]。Sayed S等人[15]收集新鲜生姜冷冻干燥过程中的液体，用于喂养成年的Wistar 大鼠，观察大鼠体重的变化，检测大鼠肝脏和白色脂肪组织中胆固醇及相关基因表达情况。发现生姜中确实有些成分可以减少大鼠体重的增加，改善大鼠的能量代谢，其调控相关基因主要是肝肉碱棕榈酰转移酶1（Hepatic carnitine palmitoyltransferas-e1，CPT-1）、丙酮酸激酶（Pyruvate kinase，PK）、酰基辅酶a 氧化酶（Acyl-coa oxidase，ACO） 和葡萄糖转运蛋白2（Glucose transporter 2，GLUT-2），通过上调这些基因的表达，从而起到预防肥胖的作用。

3.2 抗癌作用

生姜对于抗癌也有较好的效果，目前关于生姜抗癌功能的研究也越来越多。研究表明，生姜除因其辛辣味在众多菜肴及饮料中发挥作用，还具有一定的抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗癌作用。生姜中的抗癌成分主要是6 -姜烯酚类和6 -姜烯醇类等，其中6 -姜烯酚类的抗癌能力要强于后者[16]。关于生姜的抗癌机制，主要有以下2 个方面：①6 -姜烯酚类物质通过重要的介质发挥其抗肿瘤作用，涉及关键的细胞过程，如细胞周期停滞、诱导癌细胞死亡[17]、氧化还原稳态失衡、抑制细胞增殖、血管生成、迁移和癌细胞扩散[18]。研究人员将肿瘤细胞移植到SMMC-7721 小鼠身上，发现6 -姜烯酚类可通过诱导凋亡、激活半胱天冬酶- 3、灭活相关应激蛋白eIF2，达到抑制肿瘤生长的功效[19]。②6 -姜烯酚类物质通过抑制基质金属蛋白酶和尿激酶型纤溶酶原激活剂的转录和翻译，发挥其抗转移性肝癌细胞的侵袭活性[20]。

结肠癌是消化道中常见的一种恶性肿瘤，具有发病迅速、转移性强、复发率高的病理特点。2019 年，在世界范围内，结直肠癌的发病率排名第三，死亡率排名第四。目前已有研究表明，6 -姜烯酚类物质通过诱导人类结肠癌细胞HCT-116 和人类肺癌细胞H-1299 的程序性死亡，从而达到抗癌作用[21]。

乳腺癌被称为全球女性社区中最具破坏性的癌症，是一种与乳腺组织中细胞不受控制的增殖有关的疾病。大多数乳腺癌在小叶或连接小叶的导管中形成肿块乳头。在全球范围内，乳腺癌是全球女性第二大死因，并且被视为发达国家和发展中国家的严重医疗保健负担之一。很多因素都会引起乳腺癌的发生，比如性别、久坐的生活方式、饮食、饮酒、年龄、家庭病史，以及一些生殖和激素因素等。如今，科学家们热衷于提取植物性植物化学物质，并将它们用作乳腺癌抗癌剂。目前已有研究表明，生姜中的10 -姜辣素衍生物可通过抑制细胞表皮生长因子受体在雌激素受体中的作用，从而抑制乳腺癌细胞增殖，最终达到抑制癌症的作用[22]。

3.3 抗氧化作用

生姜除了具有预防和治疗肥胖相关疾病、抗癌作用等生物学效应之外，同时还具有抗氧化的作用。相关研究表明，生姜中具有高抗氧化活性的物质为6-姜酚及其衍生物，且其不同部位的抗氧化活性不同，其抗氧化活性部位由高到低依次是老根、鲜根、姜叶、姜茎[23]。

关于生姜提取物的抗氧化功能机制，科学家们也对其进行了研究，目前主要有以下2 个方面：①生姜提取物通过调节氨基酸、碳水化合物和脂质代谢，从而达到抗衰老的作用。Zhou Y Z 等人[24]采用超声辅助溶剂法的方法提取了干姜中的活性成分，用于喂养3 日龄的雄性果蝇，通过实时酶链聚合反应和代谢组学对姜中活性成分的抗氧化机制进行了研究，证实了这一结论。②生姜提取物通过保护线粒体功能，协调氧化-抗氧化平衡来起到抗氧化的作用[25]。

3.4 抗炎症作用

近年来，人们对研究生姜及其成分对病理状况的药理作用越来越感兴趣，除了生姜预防肥胖、抗癌、抗氧化等作用之外，关于生姜的抗炎作用研究也越来越多[26]。已有研究人员对姜原料进行了临床试验，受试者为7 名诊断为类风湿性关节炎的患者（男性和女性，年龄在50～67 岁），在3 个月的时间内食用5 g 新鲜或0.5～1.0 g 干姜，证实生姜确实具有缓解疼痛、提高关节灵活性和减少僵硬的作用[27]。有研究认为，癌症可能是由于炎症引起[28]，为了证明生姜提取物在体内癌症模型中有抗炎作用，Habib S等人[29]通过宫颈癌组织切片的免疫组织化学染色，以生姜提取物处理（100 mg/kg，口服） 动物与对照组相比，发现肝癌诱导基因的表达显著降低。该研究还表明，生姜提取物处理组大鼠的乳腺癌组织和肝癌细胞中的肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor，TNF） 水平与对照组相比也有显著降低。

膝关节炎症，是一种退行性骨关节炎症，主要发生在中老年人群中。症状较轻时表现为膝盖红肿、行动时膝盖酸痛等，严重时可能导致关节畸形、残疾等，引起膝关节炎的原因有很多，如长时间的下蹲、膝关节受寒等。生姜具有一定的抗炎作用，其机制主要是调节炎症反应中的细胞因子来起到抗炎的作用[30]。机理是生姜提取物可导致炎性细胞因子IL-4，IFN-γ 和IL-17 的血清水平显著降低，从而起到抗炎的作用[31]。

肺部感染对人类来说也是一种较为常见的疾病，如果不及时医治，将会诱发一系列的疾病，如脑瘫等。研究表明，生姜可以减轻小鼠哮喘模型中的肺部炎症，其有效物质是6 -姜烯酚类，作用机制主要是通过抑制前列腺素（PGE2） 释放，从而起到抗炎的作用[32]。

4 结语

未来食品的发展不仅要解决食物的供给和能量补充，更多的营养健康、食用方式及精神愉悦方面的问题将越来越被消费者所重视。生姜作为一种调味原料已应用了2 000 多年，作为药食同源原料中使用最广泛的原料之一，被广泛应用于食品中，如生姜果冻、生姜软糖、姜汁挂面、姜汁豆腐、姜脯、芒果姜饯、姜撞奶等。作为一种功能性食品原料，由于生姜具有较浓的刺激性气味，在食品应用方面具有一定的局限性，所以如何开发出更好的生姜活性物质分离方法，既能保留功能，又能降低刺激性气味，使其成为既有利于人体身体健康，又容易被大众所接受的功能食品原料，将是生姜研究的发展方向。