郭孝萱，張蕓丹，邱靜，錢永忠*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，北京 100081；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，北京 100083)

生姜(ZingiberofficinaleRoscoe)是一種藥食兩用植物，具有抗炎、抑菌、抗氧化、抗癌等多種生理功效，在醫(yī)藥領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。近年來，隨著現(xiàn)代食品技術(shù)的發(fā)展和人們對食品營養(yǎng)保健意識的增強(qiáng)，人們對生姜的主要活性物質(zhì)及其生理功能進(jìn)行了深入研究，證明生姜的生理活性和這些生物活性物質(zhì)有很大關(guān)系。然而目前國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于生姜品質(zhì)的評價和等級劃分往往依據(jù)其外觀品質(zhì)，已無法滿足如今大眾對高品質(zhì)、高營養(yǎng)的追求，因此在發(fā)展全民營養(yǎng)的時代背景下，建立依據(jù)營養(yǎng)品質(zhì)的生姜品質(zhì)評價體系成為大勢所趨，并將有力推動以營養(yǎng)為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)發(fā)展體系。因此，本文針對生姜營養(yǎng)品質(zhì)評價指標(biāo)體系構(gòu)建展開討論，篩選出能夠代表生姜營養(yǎng)品質(zhì)的指標(biāo)并對其生物活性進(jìn)行綜述，希望能夠?qū)ι獱I養(yǎng)品質(zhì)等級劃分提供依據(jù)。

1 姜精油

姜精油是生姜中的揮發(fā)油，它賦予了生姜的香氣和部分風(fēng)味，是評判生姜風(fēng)味的主要化學(xué)指標(biāo)之一。生姜中揮發(fā)油總含量在1%～3%，其成分復(fù)雜，主要分為倍半萜烯類(占50%～66%)、氧化倍半萜烯(占17%)、單萜烯類和氧化單萜烯類[1]。研究表明，生姜的健胃、抗?jié)?、護(hù)肝、消炎等功能與姜精油密切相關(guān)[2]，除此之外，姜精油在食物加工過程中能起到去腥、添香等作用，能促進(jìn)消化液分泌，增進(jìn)食欲，因此從生姜食用品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的角度來看，姜精油適合作為品質(zhì)評價的指標(biāo)之一。

1.1 保護(hù)消化系統(tǒng)

姜精油可以通過促進(jìn)胃黏膜合成和減少內(nèi)源性前列腺素釋放來發(fā)揮保護(hù)胃黏膜的作用[3]。姜精油還通過刺激胃蛋白酶原來防止有害物質(zhì)對胃黏膜的損傷，因此姜精油是生姜健胃藥的有效成分，也有研究表明姜酚可以和揮發(fā)油協(xié)同作用發(fā)揮健胃的生理功效[4]。姜精油對腸道具有雙向調(diào)節(jié)的作用，一方面可以松弛腸道，減少蠕動，另一方面可使腸道蠕動增加，用于因脹氣或其他原因引起的腸絞痛。

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]研究了姜精油的體外抗氧化能力，證明姜精油清除DPPH自由基的能力明顯高于合成抗氧化劑丁基羥基茴香醚(BHA)。秦艷等[6]的研究也表明姜精油具有較好的抗氧化活性，其總抗氧化活性明顯優(yōu)于0.50 mg/mL的VC，姜精油還具有良好的清除DPPH和ABTS自由基的能力，且存在明顯劑量效應(yīng)。在細(xì)胞水平上，姜精油可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原系統(tǒng)、提高抗氧化能力、清除自由基發(fā)揮對Raw 264.6細(xì)胞過氧化氫損傷模型的保護(hù)作用[7]。

1.3 抗癌活性

大量體外試驗和動物試驗證明，姜精油可以抑制腫瘤生長，在癌癥的預(yù)防及治療中有廣闊的運用前景。Santos等[8]研究了姜精油對宮頸癌細(xì)胞的毒性，發(fā)現(xiàn)給藥后細(xì)胞膜完整性喪失、細(xì)胞內(nèi)容物泄漏、染色質(zhì)縮合，這些結(jié)果說明姜精油對宮頸癌細(xì)胞具有強(qiáng)烈的細(xì)胞毒性；姜精油還可以抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖，通過激活p53基因?qū)е缕涞蛲?，這些結(jié)果揭示了姜精油的潛在抗癌活性。

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，姜精油具有廣譜的抑菌效果，對真菌、細(xì)菌都有一定的抑制作用，尤其對真菌的抑制效果強(qiáng)于常見的食品防腐劑山梨酸鉀[11]。姜精油可以抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長，在發(fā)揮抗菌活性過程中具有熱穩(wěn)定性、抗酸和抗堿的特點[12]。姜精油可以抑制革蘭氏陽性細(xì)菌銅綠假單胞菌的活性，同時也對革蘭氏陰性菌鼠傷寒沙門氏菌表現(xiàn)出輕微抑制[13]。另外，生姜揮發(fā)油對30多種鮑曼不動桿菌多重耐藥菌都有強(qiáng)烈的抗菌作用，提示其可作為治療人類病原體和多重耐藥菌感染的天然抑菌劑[14]。

2 姜酚

姜酚是生姜中的主要活性物質(zhì)，也是姜辣素的重要組分之一，姜辣素沒有揮發(fā)性，它給生姜帶來特征性的辛辣口味。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-姜酚常被作為評價生姜品質(zhì)的指標(biāo)。姜酚含量和種類因生姜的產(chǎn)地差異很大，每100 g干姜中的總姜酚量在0.96～2.96 g之間[15]。研究表明，姜酚具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、抗凝血等多種生物活性。

2.1 抗炎作用

姜酚是生姜中的主要辛辣成分，研究表明6-姜酚可以上調(diào)蛋白激酶磷酸酶5(MKP5)的水平，進(jìn)而降低TNF-α、IL-1β、NF-κβ、IL-6、COX-2等的表達(dá)，降低炎癥因子引起的促炎反應(yīng)[16]。Tripathi等[17]證明6-姜酚可以抑制細(xì)菌脂多糖(LPS)刺激 C57B1小鼠的腹膜巨噬細(xì)胞促炎因子TNF-α、IL-12和IL-1β的分泌，降低NFκB水平，6-姜酚這種抗炎活性是其具有抗癌功能的重要機(jī)制之一。Li等[18]在IL-1β誘導(dǎo)的HuH7肝細(xì)胞炎癥模型上研究6-姜酚抗炎機(jī)理，發(fā)現(xiàn)6-姜酚可以降低炎癥因子IL-6、IL-8和SAA1的mRNA表達(dá)，改善炎癥和氧化應(yīng)激，也可以降低IL-1β刺激下的COX-2表達(dá)上調(diào)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，發(fā)現(xiàn)姜酚可以通過抑制炎癥介質(zhì)NO和PGE2的釋放來發(fā)揮抗炎活性。

2.2 抗氧化作用

姜酚的分子結(jié)構(gòu)中具有酚類結(jié)構(gòu)和β-羥基酮結(jié)構(gòu)，因此具有很強(qiáng)的抗氧化活性。一方面，姜酚可以加強(qiáng)抗氧化物質(zhì)與底物的親和性；另一方面，姜酚能夠提供電子清除自由基。在Kuhad等[20]的研究中，6-姜酚能夠減輕順鉑對大鼠腎臟造成的氧化性損傷，降低脂質(zhì)過氧化，增加谷胱甘肽水平、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性。在體外抗氧化實驗中，6-姜酚能夠增強(qiáng)豬油的抗氧化能力，在相同劑量下姜酚的抗氧化能力優(yōu)于VC、VE以及PG、BHA和BHT等合成抗氧化劑[21]。在亞砷酸鈉誘導(dǎo)的小鼠胰島素抵抗和氧化應(yīng)激模型上，6-姜酚可以改善血糖的升高和氧化應(yīng)激，增加SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽水平[22]。6-姜酚還可以通過降低活性氧族和/或氮族和恢復(fù)抗氧化系統(tǒng)來阻止β-淀粉樣肽(Aβ)引起的細(xì)胞毒性和細(xì)胞凋亡[23]。

2.3 抗腫瘤作用

姜酚誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡是其抗腫瘤作用的主要機(jī)制之一。在胃癌細(xì)胞中，6-姜酚可以通過增加腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)誘導(dǎo)的caspase-3/7活化來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[24]。另外，6-姜酚可能通過組織蛋白酶D增加細(xì)胞色素C的釋放，進(jìn)而引起HepG2細(xì)胞凋亡[25]。細(xì)胞周期蛋白 D1(cyclin D1)是在很多腫瘤發(fā)生過程中過表達(dá)的一種原癌基因，而非甾體類消炎藥活化基因1(NAG1)被證實具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，研究發(fā)現(xiàn) 6-姜酚可以抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞cyclin D1的表達(dá)，同時上調(diào)NAG1的表達(dá)水平，起到抗癌的作用[26]。

6-姜酚可以通過阻滯腫瘤細(xì)胞的增殖周期誘導(dǎo)凋亡。細(xì)胞增殖周期的紊亂是導(dǎo)致細(xì)胞癌變的重要原因之一。6-姜酚可降低癌細(xì)胞中cyclin 蛋白和CDKs的表達(dá)，阻滯了腫瘤細(xì)胞從G1期向S期的過渡[27]。另外，6-姜酚可以引起人體結(jié)腸癌細(xì)胞G2/M期阻滯，由此引起ROS增加，p53，p27Kip1和p21Cip1表達(dá)水平增加，引起細(xì)胞凋亡[28]。

6-姜酚對腫瘤細(xì)胞直接的毒性作用也是其抗腫瘤機(jī)制之一。6-姜酚已被證明對COR-L23、Hela、人肝癌細(xì)胞都有毒性作用[29]。另外，6-姜酚在人肺癌細(xì)胞H-1299、小鼠肺癌細(xì)胞CL-13、人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT-116和HT-29中的代謝產(chǎn)物6-姜二醇對這些癌細(xì)胞均具有細(xì)胞毒性[30]。

2.4 抗凝血作用

姜酚被報道可以抑制血小板凝集，且在同樣的實驗條件下姜酚較阿司匹林的抗凝血效果更為突出[31]。Ammit等[32]研究了姜酚及其類似物對花生四烯酸誘導(dǎo)的血小板復(fù)合胺的釋放以及體外凝集效果，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的姜酚及其類似物都可以通過抑制血小板中環(huán)氧化酶活性而顯著抑制花生四烯酸誘導(dǎo)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。姜酚類物質(zhì)存在β-羥基酮基結(jié)構(gòu)，容易脫去一分子水形成相應(yīng)的姜烯酚類物質(zhì)，鮮姜中姜烯酚含量較少，在貯藏加工過程中含量會升高[33]。近年來，隨著6-姜烯酚藥理作用研究的不斷深入，其抗腫瘤、抗炎和抗氧化活性備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。雖然生姜中6-姜烯酚含量較低，然而研究顯示6-姜烯酚的抗氧化、抗炎等生物活性顯著高于6-姜酚[34]，因此筆者將6-姜烯酚作為評價生姜保健品質(zhì)的指標(biāo)之一。

3.1 抗腫瘤作用

6-姜烯酚可以通過多個信號通路使腫瘤細(xì)胞基因的異常表達(dá)得以降低或關(guān)閉，從而達(dá)到抗腫瘤的效果。研究發(fā)現(xiàn)，6-姜烯酚可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞中ROS產(chǎn)生，降低線粒體膜電位，激活caspase途徑，降解DNA，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，同時還發(fā)現(xiàn) N-乙酰半胱氨酸(谷胱甘肽的生物合成的前體)可以不同程度地抑制 6-姜烯酚對細(xì)胞的促凋亡作用[35]。6-姜烯酚通過下調(diào)人結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116細(xì)胞周期蛋白cyclin B、CDK1和CDC 25C以及紡錘體裝配蛋白CDC20、MaD2和Survivin的表達(dá)，造成不可逆的細(xì)胞G2/M期阻滯，從而發(fā)揮促凋亡作用[36]。Hung等[37]的研究表明6-姜烯酚通過抑制Akt/mTOR信號通路誘導(dǎo)非小肺癌細(xì)胞A549自噬最終導(dǎo)致死亡，當(dāng)用自噬抑制劑3-甲基嘌呤(3-MA)預(yù)處理后，6-姜烯酚的抗增殖效果明顯被清除。Ishiguro等[38]研究發(fā)現(xiàn)姜辣素中的6-姜酚和6-姜烯酚可以以不同的作用機(jī)制誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞死亡，此外，6-姜烯酚可以劑量依賴性地抑制環(huán)脂氧化酶活性，具有抗炎活性而且對變態(tài)反應(yīng)也有效。

3.2 抗炎作用

6-姜烯酚被報道具有良好的抗炎作用，它不僅可以抑制環(huán)氧化酶和脂氧合酶代謝產(chǎn)物花生四烯酸和前列腺素E2的產(chǎn)生，還能夠抑制中性粒細(xì)胞激活，具有雙向免疫調(diào)節(jié)作用，使機(jī)體的炎癥反應(yīng)與抗炎反應(yīng)處于一種低水平的平衡狀態(tài)[39]。有研究報道6-姜烯酚能夠減輕LPS誘導(dǎo)的小鼠急性肺損傷，抑制中性粒細(xì)胞浸潤，降低肺泡毛細(xì)血管通透性，減輕肺水腫，并降低TNF-a、IL-1β、IL-6水平，其作用機(jī)制可能與抑制NFκB通路有關(guān)[40]。Moon等[41]的研究發(fā)現(xiàn)，6-姜烯酚可以降低Aβ寡聚物誘導(dǎo)的小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生以及記憶缺陷，具有改善神經(jīng)炎癥的作用。6-姜烯酚還可以抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)，且其效果顯著優(yōu)于6-姜酚，其可能是通過抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路、iNOS和COX-2表達(dá)，并抑制P65向核內(nèi)轉(zhuǎn)移來發(fā)揮抗炎作用。

3.3 抗動脈粥樣硬化

內(nèi)皮功能障礙和氧化低密度脂蛋白(oxLDL)是動脈粥樣硬化早期的重要病理過程。血管平滑肌增殖是導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙的主要因素，陳磊等[42]利用血小板源性生長因子(PDGF)誘導(dǎo)野生型和Toll樣受體4(TLR4)敲除小鼠原代血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)增殖，并利用6-姜烯酚干預(yù)，結(jié)果表明6-姜烯酚可以通過下調(diào)VSMCs中TLR4表達(dá)和其下游蛋白NFκB的表達(dá)劑量依賴性地抑制VSMCs增殖。Wang等[43]研究了6-姜烯酚對oxLDL誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)損傷的保護(hù)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)6-姜烯酚可以降低oxLDL引起的細(xì)胞ROS升高和NFκB活化，并通過降低Bcl-2表達(dá)和caspase-3、caspase-8、caspase-9活性來減輕細(xì)胞的凋亡，這些結(jié)果說明6-姜烯酚可能是一個潛在的可用于治療動脈粥樣硬化的天然產(chǎn)物。

4 生姜黃酮

黃酮類化合物廣泛存在于各種植物中，是植物體內(nèi)的次級代謝產(chǎn)物，具有多種生理功效。生姜中含有大量黃酮類化合物。劉步云等[44]對全國不同地區(qū)32種生姜的黃酮含量進(jìn)行了研究，結(jié)果表明生姜醇提物中黃酮含量在18.69～130.22 mg/g之間，并且生姜提取物的抗氧化能力和黃酮含量呈極顯著相關(guān)。Ghasemzadeh等[45]鑒定了生姜葉片和根莖中總黃酮和類黃酮種類，包括槲皮素、蕓香苷、兒茶素、表兒茶素、山奈酚和柚苷配基。生姜黃酮具有多種生理活性，包括抗氧化、抑菌、抗癌、抗炎等[46]，因此本文將生姜黃酮作為生姜營養(yǎng)品質(zhì)評價的指標(biāo)。

4.1 抗氧化能力

莫開菊等[47]對生姜黃酮進(jìn)行體外抗氧化研究，結(jié)果表明生姜黃酮的還原能力比合成抗氧化劑BHT和PG都高。李文智[48]研究發(fā)現(xiàn)，生姜提取液具有抗氧化活性，將粗姜汁離心后，其上清液比沉淀物的抗氧化活性更好，這與提取上清液中的黃酮類化合物有關(guān)。梅邢等[49]的研究發(fā)現(xiàn)，生姜黃酮可以有效清除超氧陰離子自由基、羥自由基、過氧化氫等，還對DNA損傷具有保護(hù)作用。Fuhrman等[50]發(fā)現(xiàn)，生姜黃酮會沉積在脂蛋白和動脈細(xì)胞上，通過螯合金屬離子，清除活性氧/氮自由基以及保護(hù)抗氧化劑等方式來降低低密度脂蛋白的過氧化。

4.2 抑菌功效

生姜黃酮具有抑菌功效，其可以抑制食品中常見的污染菌，包括大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌以及酵母菌。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)生姜黃酮粗提液可以抑制家蠶病原細(xì)菌青頭敗血病菌和卒倒桿菌，添加生姜黃酮粗提液對卒倒桿菌感染的家蠶具有一定的治療作用，且其效果略好于0.1 mg/mL蠶用鹽酸諾氟沙星[51]。

在消費者追求高品質(zhì)、高營養(yǎng)飲食的背景下，本文篩選出能夠代表生姜營養(yǎng)品質(zhì)的指標(biāo)并對其活性進(jìn)行綜述，所選指標(biāo)包括姜精油、姜酚、姜烯酚和生姜黃酮，這些評價指標(biāo)的構(gòu)建能夠?qū)σ誀I養(yǎng)品質(zhì)為導(dǎo)向的生姜品質(zhì)等級劃分提供思路和參考，也將為以營養(yǎng)為導(dǎo)向的育種、栽培等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程提供方向。然而對于各個指標(biāo)的閾值以及等級劃分方法需要進(jìn)一步研究與討論，仍任重而道遠(yuǎn)。