生姜营养品质评价指标体系构建

郭孝萱，张芸丹，邱静，钱永忠*

(1.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081；2.中国农业大学 食品学院，北京 100083)

生姜(ZingiberofficinaleRoscoe)是一种药食两用植物，具有抗炎、抑菌、抗氧化、抗癌等多种生理功效，在医药领域有广泛应用。近年来，随着现代食品技术的发展和人们对食品营养保健意识的增强，人们对生姜的主要活性物质及其生理功能进行了深入研究，证明生姜的生理活性和这些生物活性物质有很大关系。然而目前国家标准或行业标准对于生姜品质的评价和等级划分往往依据其外观品质，已无法满足如今大众对高品质、高营养的追求，因此在发展全民营养的时代背景下，建立依据营养品质的生姜品质评价体系成为大势所趋，并将有力推动以营养为导向的农业发展体系。因此，本文针对生姜营养品质评价指标体系构建展开讨论，筛选出能够代表生姜营养品质的指标并对其生物活性进行综述，希望能够对生姜营养品质等级划分提供依据。

1 姜精油

姜精油是生姜中的挥发油，它赋予了生姜的香气和部分风味，是评判生姜风味的主要化学指标之一。生姜中挥发油总含量在1%～3%，其成分复杂，主要分为倍半萜烯类(占50%～66%)、氧化倍半萜烯(占17%)、单萜烯类和氧化单萜烯类[1]。研究表明，生姜的健胃、抗溃疡、护肝、消炎等功能与姜精油密切相关[2]，除此之外，姜精油在食物加工过程中能起到去腥、添香等作用，能促进消化液分泌，增进食欲，因此从生姜食用品质和营养品质的角度来看，姜精油适合作为品质评价的指标之一。

1.1 保护消化系统

姜精油可以通过促进胃黏膜合成和减少内源性前列腺素释放来发挥保护胃黏膜的作用[3]。姜精油还通过刺激胃蛋白酶原来防止有害物质对胃黏膜的损伤，因此姜精油是生姜健胃药的有效成分，也有研究表明姜酚可以和挥发油协同作用发挥健胃的生理功效[4]。姜精油对肠道具有双向调节的作用，一方面可以松弛肠道，减少蠕动，另一方面可使肠道蠕动增加，用于因胀气或其他原因引起的肠绞痛。

1.2 抗氧化活性

研究表明，姜精油具有良好的抗氧化活性。Gurdip Singh等[5]研究了姜精油的体外抗氧化能力，证明姜精油清除DPPH自由基的能力明显高于合成抗氧化剂丁基羟基茴香醚(BHA)。秦艳等[6]的研究也表明姜精油具有较好的抗氧化活性，其总抗氧化活性明显优于0.50 mg/mL的VC，姜精油还具有良好的清除DPPH和ABTS自由基的能力，且存在明显剂量效应。在细胞水平上，姜精油可以通过调节细胞氧化还原系统、提高抗氧化能力、清除自由基发挥对Raw 264.6细胞过氧化氢损伤模型的保护作用[7]。

1.3 抗癌活性

大量体外试验和动物试验证明，姜精油可以抑制肿瘤生长，在癌症的预防及治疗中有广阔的运用前景。Santos等[8]研究了姜精油对宫颈癌细胞的毒性，发现给药后细胞膜完整性丧失、细胞内容物泄漏、染色质缩合，这些结果说明姜精油对宫颈癌细胞具有强烈的细胞毒性；姜精油还可以抑制子宫内膜癌细胞的增殖，通过激活p53基因导致其凋亡，这些结果揭示了姜精油的潜在抗癌活性。

1.4 抗菌活性

生姜的抗菌活性很大程度上得益于其中的姜精油[9,10]。研究表明，姜精油具有广谱的抑菌效果，对真菌、细菌都有一定的抑制作用，尤其对真菌的抑制效果强于常见的食品防腐剂山梨酸钾[11]。姜精油可以抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长，在发挥抗菌活性过程中具有热稳定性、抗酸和抗碱的特点[12]。姜精油可以抑制革兰氏阳性细菌铜绿假单胞菌的活性，同时也对革兰氏阴性菌鼠伤寒沙门氏菌表现出轻微抑制[13]。另外，生姜挥发油对30多种鲍曼不动杆菌多重耐药菌都有强烈的抗菌作用，提示其可作为治疗人类病原体和多重耐药菌感染的天然抑菌剂[14]。

2 姜酚

姜酚是生姜中的主要活性物质，也是姜辣素的重要组分之一，姜辣素没有挥发性，它给生姜带来特征性的辛辣口味。姜酚主要包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚、12-姜酚，其中6-姜酚含量最高，因此6-姜酚常被作为评价生姜品质的指标。姜酚含量和种类因生姜的产地差异很大，每100 g干姜中的总姜酚量在0.96～2.96 g之间[15]。研究表明，姜酚具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗凝血等多种生物活性。

2.1 抗炎作用

姜酚是生姜中的主要辛辣成分，研究表明6-姜酚可以上调蛋白激酶磷酸酶5(MKP5)的水平，进而降低TNF-α、IL-1β、NF-κβ、IL-6、COX-2等的表达，降低炎症因子引起的促炎反应[16]。Tripathi等[17]证明6-姜酚可以抑制细菌脂多糖(LPS)刺激 C57B1小鼠的腹膜巨噬细胞促炎因子TNF-α、IL-12和IL-1β的分泌，降低NFκB水平，6-姜酚这种抗炎活性是其具有抗癌功能的重要机制之一。Li等[18]在IL-1β诱导的HuH7肝细胞炎症模型上研究6-姜酚抗炎机理，发现6-姜酚可以降低炎症因子IL-6、IL-8和SAA1的mRNA表达，改善炎症和氧化应激，也可以降低IL-1β刺激下的COX-2表达上调以及NFκB活性升高。Dugasani等[19]研究了6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚的抗炎活性，发现姜酚可以通过抑制炎症介质NO和PGE2的释放来发挥抗炎活性。

2.2 抗氧化作用

姜酚的分子结构中具有酚类结构和β-羟基酮结构，因此具有很强的抗氧化活性。一方面，姜酚可以加强抗氧化物质与底物的亲和性；另一方面，姜酚能够提供电子清除自由基。在Kuhad等[20]的研究中，6-姜酚能够减轻顺铂对大鼠肾脏造成的氧化性损伤，降低脂质过氧化，增加谷胱甘肽水平、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性。在体外抗氧化实验中，6-姜酚能够增强猪油的抗氧化能力，在相同剂量下姜酚的抗氧化能力优于VC、VE以及PG、BHA和BHT等合成抗氧化剂[21]。在亚砷酸钠诱导的小鼠胰岛素抵抗和氧化应激模型上，6-姜酚可以改善血糖的升高和氧化应激，增加SOD、CAT、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽水平[22]。6-姜酚还可以通过降低活性氧族和/或氮族和恢复抗氧化系统来阻止β-淀粉样肽(Aβ)引起的细胞毒性和细胞凋亡[23]。

2.3 抗肿瘤作用

姜酚诱导肿瘤细胞凋亡是其抗肿瘤作用的主要机制之一。在胃癌细胞中，6-姜酚可以通过增加肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)诱导的caspase-3/7活化来诱导细胞凋亡[24]。另外，6-姜酚可能通过组织蛋白酶D增加细胞色素C的释放，进而引起HepG2细胞凋亡[25]。细胞周期蛋白 D1(cyclin D1)是在很多肿瘤发生过程中过表达的一种原癌基因，而非甾体类消炎药活化基因1(NAG1)被证实具有较强的抗肿瘤活性，研究发现 6-姜酚可以抑制人结直肠癌细胞cyclin D1的表达，同时上调NAG1的表达水平，起到抗癌的作用[26]。

6-姜酚可以通过阻滞肿瘤细胞的增殖周期诱导凋亡。细胞增殖周期的紊乱是导致细胞癌变的重要原因之一。6-姜酚可降低癌细胞中cyclin 蛋白和CDKs的表达，阻滞了肿瘤细胞从G1期向S期的过渡[27]。另外，6-姜酚可以引起人体结肠癌细胞G2/M期阻滞，由此引起ROS增加，p53，p27Kip1和p21Cip1表达水平增加，引起细胞凋亡[28]。

6-姜酚对肿瘤细胞直接的毒性作用也是其抗肿瘤机制之一。6-姜酚已被证明对COR-L23、Hela、人肝癌细胞都有毒性作用[29]。另外，6-姜酚在人肺癌细胞H-1299、小鼠肺癌细胞CL-13、人结肠癌细胞HCT-116和HT-29中的代谢产物6-姜二醇对这些癌细胞均具有细胞毒性[30]。

2.4 抗凝血作用

姜酚被报道可以抑制血小板凝集，且在同样的实验条件下姜酚较阿司匹林的抗凝血效果更为突出[31]。Ammit等[32]研究了姜酚及其类似物对花生四烯酸诱导的血小板复合胺的释放以及体外凝集效果，发现几乎所有的姜酚及其类似物都可以通过抑制血小板中环氧化酶活性而显著抑制花生四烯酸诱导的人血小板凝集。

3 姜烯酚

6-姜烯酚(6-shogaol)是干姜中的主要活性成分。姜酚类物质存在β-羟基酮基结构，容易脱去一分子水形成相应的姜烯酚类物质，鲜姜中姜烯酚含量较少，在贮藏加工过程中含量会升高[33]。近年来，随着6-姜烯酚药理作用研究的不断深入，其抗肿瘤、抗炎和抗氧化活性备受国内外学者的关注。虽然生姜中6-姜烯酚含量较低，然而研究显示6-姜烯酚的抗氧化、抗炎等生物活性显著高于6-姜酚[34]，因此笔者将6-姜烯酚作为评价生姜保健品质的指标之一。

3.1 抗肿瘤作用

6-姜烯酚可以通过多个信号通路使肿瘤细胞基因的异常表达得以降低或关闭，从而达到抗肿瘤的效果。研究发现，6-姜烯酚可以诱导癌细胞中ROS产生，降低线粒体膜电位，激活caspase途径，降解DNA，促进肿瘤细胞凋亡，同时还发现 N-乙酰半胱氨酸(谷胱甘肽的生物合成的前体)可以不同程度地抑制 6-姜烯酚对细胞的促凋亡作用[35]。6-姜烯酚通过下调人结肠癌细胞系HCT116细胞周期蛋白cyclin B、CDK1和CDC 25C以及纺锤体装配蛋白CDC20、MaD2和Survivin的表达，造成不可逆的细胞G2/M期阻滞，从而发挥促凋亡作用[36]。Hung等[37]的研究表明6-姜烯酚通过抑制Akt/mTOR信号通路诱导非小肺癌细胞A549自噬最终导致死亡，当用自噬抑制剂3-甲基嘌呤(3-MA)预处理后，6-姜烯酚的抗增殖效果明显被清除。Ishiguro等[38]研究发现姜辣素中的6-姜酚和6-姜烯酚可以以不同的作用机制诱导胃癌细胞死亡，此外，6-姜烯酚可以剂量依赖性地抑制环脂氧化酶活性，具有抗炎活性而且对变态反应也有效。

3.2 抗炎作用

6-姜烯酚被报道具有良好的抗炎作用，它不仅可以抑制环氧化酶和脂氧合酶代谢产物花生四烯酸和前列腺素E2的产生，还能够抑制中性粒细胞激活，具有双向免疫调节作用，使机体的炎症反应与抗炎反应处于一种低水平的平衡状态[39]。有研究报道6-姜烯酚能够减轻LPS诱导的小鼠急性肺损伤，抑制中性粒细胞浸润，降低肺泡毛细血管通透性，减轻肺水肿，并降低TNF-a、IL-1β、IL-6水平，其作用机制可能与抑制NFκB通路有关[40]。Moon等[41]的研究发现，6-姜烯酚可以降低Aβ寡聚物诱导的小鼠小胶质细胞和星形胶质细胞增生以及记忆缺陷，具有改善神经炎症的作用。6-姜烯酚还可以抑制LPS诱导的小鼠巨噬细胞炎症反应，且其效果显著优于6-姜酚，其可能是通过抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路、iNOS和COX-2表达，并抑制P65向核内转移来发挥抗炎作用。

3.3 抗动脉粥样硬化

内皮功能障碍和氧化低密度脂蛋白(oxLDL)是动脉粥样硬化早期的重要病理过程。血管平滑肌增殖是导致内皮功能障碍的主要因素，陈磊等[42]利用血小板源性生长因子(PDGF)诱导野生型和Toll样受体4(TLR4)敲除小鼠原代血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖，并利用6-姜烯酚干预，结果表明6-姜烯酚可以通过下调VSMCs中TLR4表达和其下游蛋白NFκB的表达剂量依赖性地抑制VSMCs增殖。Wang等[43]研究了6-姜烯酚对oxLDL诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)损伤的保护机制，发现6-姜烯酚可以降低oxLDL引起的细胞ROS升高和NFκB活化，并通过降低Bcl-2表达和caspase-3、caspase-8、caspase-9活性来减轻细胞的凋亡，这些结果说明6-姜烯酚可能是一个潜在的可用于治疗动脉粥样硬化的天然产物。

4 生姜黄酮

黄酮类化合物广泛存在于各种植物中，是植物体内的次级代谢产物，具有多种生理功效。生姜中含有大量黄酮类化合物。刘步云等[44]对全国不同地区32种生姜的黄酮含量进行了研究，结果表明生姜醇提物中黄酮含量在18.69～130.22 mg/g之间，并且生姜提取物的抗氧化能力和黄酮含量呈极显著相关。Ghasemzadeh等[45]鉴定了生姜叶片和根茎中总黄酮和类黄酮种类，包括槲皮素、芸香苷、儿茶素、表儿茶素、山奈酚和柚苷配基。生姜黄酮具有多种生理活性，包括抗氧化、抑菌、抗癌、抗炎等[46]，因此本文将生姜黄酮作为生姜营养品质评价的指标。

4.1 抗氧化能力

莫开菊等[47]对生姜黄酮进行体外抗氧化研究，结果表明生姜黄酮的还原能力比合成抗氧化剂BHT和PG都高。李文智[48]研究发现，生姜提取液具有抗氧化活性，将粗姜汁离心后，其上清液比沉淀物的抗氧化活性更好，这与提取上清液中的黄酮类化合物有关。梅邢等[49]的研究发现，生姜黄酮可以有效清除超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢等，还对DNA损伤具有保护作用。Fuhrman等[50]发现，生姜黄酮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/氮自由基以及保护抗氧化剂等方式来降低低密度脂蛋白的过氧化。

4.2 抑菌功效

生姜黄酮具有抑菌功效，其可以抑制食品中常见的污染菌，包括大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌以及酵母菌。除此之外，研究发现生姜黄酮粗提液可以抑制家蚕病原细菌青头败血病菌和卒倒杆菌，添加生姜黄酮粗提液对卒倒杆菌感染的家蚕具有一定的治疗作用，且其效果略好于0.1 mg/mL蚕用盐酸诺氟沙星[51]。

在消费者追求高品质、高营养饮食的背景下，本文筛选出能够代表生姜营养品质的指标并对其活性进行综述，所选指标包括姜精油、姜酚、姜烯酚和生姜黄酮，这些评价指标的构建能够对以营养品质为导向的生姜品质等级划分提供思路和参考，也将为以营养为导向的育种、栽培等农业生产过程提供方向。然而对于各个指标的阈值以及等级划分方法需要进一步研究与讨论，仍任重而道远。