趙二勞，劉樂，徐未芳，楊潔，范建鳳，趙三虎

(忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000)

生姜(ZingiberofficinaleRoscoe)為姜科植物姜的根莖，又名姜、百辣云等，藥食同源，在我國資源豐富[1-2]。作為常用中藥，其味辛，性微溫，歸肺、脾、胃經(jīng)，具有解表散寒、溫中止嘔、化痰止咳之功效[3]，常用于脾胃虛寒、食欲減退、惡心嘔吐、感冒風寒、惡風發(fā)熱等癥。 作為常用調(diào)味佳品，可去腥除膩，增加鮮味，提高菜肴風味[4]?？茖W(xué)研究表明[5-7]，生姜中含有多種功能活性成分，多糖是生姜中主要功能活性成分之一，在醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品、調(diào)味品和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的開發(fā)價值和應(yīng)用前景。研究生姜中多糖的提取及其功能活性，有助于生姜由粗放型應(yīng)用走向精細化應(yīng)用，由低質(zhì)化應(yīng)用向高值化綜合開發(fā)應(yīng)用發(fā)展。目前，有關(guān)生姜多糖提取及其功能活性的研究我國已有一些報道，但尚未有研究總結(jié)。為此，本文梳理概述了我國生姜多糖提取及其功能活性研究現(xiàn)狀，并展望了其研究方向，為生姜多糖進一步研究開發(fā)利用提供了參考與借鑒。

1 生姜多糖提取工藝研究現(xiàn)狀

提取技術(shù)直接影響多糖的提取效率、純度及其活性，研究生姜多糖的提取對生姜多糖開發(fā)利用有重要的實際意義。從植物中提取多糖的方法有多種[8-9]，但目前國內(nèi)有關(guān)生姜多糖的提取方法主要有熱水浸提、酶輔助提取、微波輔助提取、超聲輔助提取和協(xié)同輔助提取等。

1.1 生姜多糖熱水浸提工藝

熱水浸提是最常用、最基本的多糖提取方法，它是依據(jù)多糖不溶于高濃度乙醇而易溶于熱水的性質(zhì)，使原料細胞在熱水中熱力作用下，發(fā)生質(zhì)壁分離，利于細胞內(nèi)和細胞間多糖擴散溶出，再通過乙醇沉淀獲得多糖[10]。影響多糖熱水浸提的因素一般有水溫、料液比、提取時間等。目前，國內(nèi)對熱水浸提生姜中多糖研究相對較多。侯英梅等[11]以脫脂和色素的生姜粉為原料，由正交試驗優(yōu)化的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶10，提取溫度90 ℃，提取時間2.5 h，生姜多糖提取率為7.63%。王曉梅等[12]也以脫脂和色素的生姜粉為原料，確定的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶15，浸提溫度90 ℃，浸提時間2.5 h，生姜多糖提取率為7.58%。鄧勝國等[13]以生姜粉為原料，得到的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶20，浸提溫度90 ℃，浸提時間2.5 h，該工藝下，生姜多糖提取率為5.82%。廖登未等[14]確定的生姜多糖熱水浸提最佳工藝條件為：浸提溫度100 ℃，料液比(g/mL) 1∶20，浸提時間4.0 h，生姜多糖提取率為(11.74±0.23)%。孔得福等[15]由響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶15，浸提溫度89 ℃，浸提時間118 min，該工藝條件下，生姜多糖提取率為4.62%。趙文竹等[16]采用響應(yīng)面法優(yōu)化的生姜多糖熱水浸提最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶41，浸提溫度71.6 ℃，浸提時間104 min，生姜多糖提取率為3.13%。趙叢叢等[17]則以羅平小黃姜為原料，采用正交試驗優(yōu)化的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶20，浸提溫度90 ℃，浸提時間160 min，該工藝條件下，羅平小黃姜多糖提取率為6.16%。另外，夏宇[18]研究了生姜加工副產(chǎn)品生姜皮中多糖的熱水浸提，最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶35，浸提溫度85 ℃，浸提時間2.5 h，該工藝條件下，多糖提取率為1.92%。綜上可知，生姜多糖的熱水浸提具有設(shè)備簡單、工藝容易操作、提取成本較低、提取率較高等優(yōu)勢，但也存在提取溫度較高、提取時間長、能耗較大、產(chǎn)品純度差、經(jīng)濟效率不高等問題，限制了其的生產(chǎn)應(yīng)用。

1.2 生姜多糖酶輔助提取工藝

酶輔助提取是利用酶高度專一性的特點，降解原料細胞組織，強化多糖傳質(zhì)過程，加速多糖溶出，提高多糖提取率[19]。根據(jù)生姜細胞壁的組成，為有效破壞其細胞壁，提高多糖提取率，多采用纖維素酶、果膠酶及蛋白酶等的復(fù)合酶。目前，國內(nèi)對酶輔助提取生姜中多糖的研究較少。馬利華等[20]以新鮮生姜為原料，研究了復(fù)合酶(纖維素酶、果膠酶和木瓜蛋白酶)輔助提取生姜多糖的工藝條件，優(yōu)化的工藝條件：以 pH 4.5的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液為提取劑，料液比(g/mL) 1∶20，纖維素酶、果膠酶和木瓜蛋白酶用量分別為1.0%、0.5%和2.0%，提取溫度50 ℃，提取時間60 min，該工藝下，生姜多糖提取量為272.69 mg/g，多糖純度為69.8%。廖登未等確定的生姜多糖復(fù)合酶(纖維素酶、果膠酶和木瓜蛋白酶)最佳工藝為：在纖維素酶用量63000 U/g底物，果膠酶用量20000 U/g底物，木瓜蛋白酶用量62.5 U/g底物的條件下，料液比(g/mL) 1∶25，pH 7.0，提取溫度40 ℃，提取時間2.0 h，多糖提取率為(20.93±0.20)%。 王蕓等[21]研究了復(fù)合酶(纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶和α-淀粉酶)提取生姜多糖，確定的復(fù)合酶配比為纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶和α-淀粉酶用量分別為1.5%、1.0%、2.0%和2.5%，pH 5.2，料液比(g/mL) 1∶25，提取溫度55 ℃，提取時間60 min，多糖提取率可達22.18%?？梢姡捎妹篙o助提取生姜多糖，提取條件溫和，可明顯提高多糖提取率，但需嚴格控制工藝溫度和pH，提取成本相對較高，經(jīng)濟效益差，且會增加粗多糖中蛋白質(zhì)含量。因此，現(xiàn)僅限于實驗室研究，不太適用于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

1.3 生姜多糖微波輔助提取工藝

微波輔助提取是在微波場中，利用不同極性物質(zhì)吸收微波能的差異，物質(zhì)被選擇性加熱，物質(zhì)細胞吸收微波能后，胞內(nèi)瞬間產(chǎn)生高溫高壓，導(dǎo)致細胞壁破碎，減少傳質(zhì)阻力，促使多糖快速溶出[22]。目前，國內(nèi)有關(guān)生姜多糖微波輔助提取研究相對較少。王穎等[23]研究了生姜多糖微波輔助提取，通過響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶22.21，浸泡時間120.06 min，微波功率247.02 W，微波時間86.43 s，該工藝下，生姜多糖提取率為18.93%。楊曉杰等[24]對去皮生姜和留皮生姜多糖微波輔助提取進行了研究，確定的留皮生姜多糖最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶15，微波功率640 W，微波時間90 s，該工藝下，生姜多糖提取率為7.68%；去皮生姜多糖最佳工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶20，微波功率240 W，微波時間60 s，該工藝下，生姜多糖提取率為5.65%。綜上，微波輔助提取生姜多糖選擇性好、操作工藝簡便、較熱水浸提法可大大縮短提取時間，提高生姜多糖提取率，不失為一種生姜多糖提取的先進技術(shù)，值得深入研究，在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

1.4 生姜多糖超聲輔助提取工藝

超聲輔助提取是利用超聲波的空化、機械、熱效應(yīng)等，對生姜組織細胞壁和細胞膜進行破碎，促進傳質(zhì)，加速生姜多糖溶出[25]。目前，國內(nèi)對超聲輔助提取生姜多糖的研究相對較多。夏樹林等[26]以生姜粉為原料，研究了超聲輔助提取生姜多糖，采用正交試驗法優(yōu)化的最佳提取工藝為：超聲功率480 W，料液比(g/mL) 1∶35，提取溫度60 ℃，超聲時間60 min，該工藝下，生姜多糖提取率為11.32%。林敏等[27]采用響應(yīng)面法優(yōu)化的生姜多糖超聲輔助提取工藝為：料液比(g/mL) 1∶18，超聲功率130 W，提取溫度65 ℃，超聲時間70 min，該工藝下，生姜多糖提取率為1.809%。廖登未等研究了超聲波冰浴提取生姜多糖，確定的最佳工藝為：料液比(g/mL) 1∶25，超聲功率500 W，提取時間30 min，多糖提取率為(7.00±0.04)%。馮鑫[28]研究了生姜加工副產(chǎn)品生姜渣的超聲輔助提取，采用響應(yīng)面法優(yōu)化的工藝條件為：料液比(g/mL) 1∶40，提取溫度74 ℃，超聲功率400 W，提取時間17 min，此工藝條件下，生姜渣粗多糖得率為4.81%。另外，韓冬屏等[29]比較研究了傳統(tǒng)熱水浸提、超聲波和微波輔助3種不同方法對生姜多糖提取的影響，得到提取方法對生姜多糖的提取影響顯著，超聲輔助提取是較好的方法，優(yōu)于傳統(tǒng)熱水浸提和微波輔助提取。綜上可知，超聲輔助提取生姜多糖較熱水浸提法可減少溶劑用量，不需專門加熱，明顯縮短提取時間，提取效率高，為生姜多糖一種有效的提取方法。但因超聲波對環(huán)境污染以及超聲設(shè)備工業(yè)放大等問題尚未解決，目前也僅限于實驗室研究。

1.5 生姜多糖協(xié)同輔助提取工藝

為了利用提取技術(shù)的優(yōu)勢互補，提高生姜多糖的提取率，可采用兩種或多種提取技術(shù)協(xié)同輔助提取。目前，國內(nèi)這方面研究應(yīng)用不少，效果不錯，但有關(guān)生姜多糖協(xié)同輔助提取研究應(yīng)用很少，僅有文獻1篇。劉全德等[30]以遠紅外干燥的生姜粉為原料，采用超聲波-微波協(xié)同提取生姜多糖，由響應(yīng)面法優(yōu)化的最佳工藝條件為：生姜粉粒度≤40目，微波功率258 W，超聲功率50 W，料液比(g/mL) 1∶25，超聲波-微波協(xié)同提取時間85 s，此工藝條件下，生姜多糖提取率為23.65%，比熱水回流浸提6.0 h所得多糖提取率(19.53%)高21.10%。可見，超聲波-微波協(xié)同提取是一種生姜多糖的高效提取方法，值得就生姜多糖協(xié)同輔助提取進行深入研究，以創(chuàng)新生姜多糖提取工藝。

2 生姜多糖的純化工藝

由于生姜成分的復(fù)雜性，從其中提取的多糖不可避免含有蛋白、色素等多種雜質(zhì)，難以滿足進一步研究與實際應(yīng)用要求，因此必須對所提多糖進行純化以分離去除雜質(zhì)，制備純度較高的多糖。秦衛(wèi)東等[31]以多糖保留率和蛋白脫除率為指標，比較了三氯乙酸法、鞣酸法和Sevage法脫除蛋白純化生姜多糖的效果，發(fā)現(xiàn)鞣酸法脫除生姜多糖蛋白效果較好，脫除蛋白后生姜多糖純度為73%左右。王紅萍等[32]研究了文山生姜葉多糖的純化，確定的最佳純化條件為：Sevage法去蛋白，活性炭脫色，95%乙醇沉淀后，選用AB-8樹脂為吸附劑進一步純化，樣品上樣量30 mL，稀釋倍數(shù)20倍，濕樹脂用量10 g，此工藝下，生姜葉多糖含量可達4.5%。王曉梅等通過多次Sevage法除蛋白后，多糖沉淀物再加入乙醇、丙酮反復(fù)洗滌，真空干燥后的精制多糖，產(chǎn)率為5.97%，多糖中總糖含量為18.67%。分析鑒定該精制生姜多糖中不含蛋白、淀粉、多酚等雜質(zhì)，產(chǎn)率高。馮鑫等[33]研究了生姜皮多糖的純化，先后經(jīng)DEAE-纖維素-52陰離子交換樹脂、Sephadex G-100凝膠柱層析純化后，得到3種GE-1、GE-2和GE-3水溶性多糖，純度分別可達(98.06±0.15)%、(97.41±0.42)%和(97.89±0.22)%。而馮鑫則研究了DEAE-纖維素-52陰離子交換樹脂結(jié)合Sephadex G-100凝膠柱層析純化生姜渣多糖，試驗發(fā)現(xiàn)，該工藝對熱水浸提與超聲輔助提取的生姜渣多糖純化效果均較好，純化后多糖含量均較高，且對超聲輔助提取的生姜渣多糖純化效果好于熱水浸提多糖。顯見，目前國內(nèi)有關(guān)生姜多糖純化的研究還較少，純化的方法主要是幾種常規(guī)的方法，生姜多糖純化效果一般，純化技術(shù)沒有新突破，缺乏創(chuàng)新性。

3 生姜多糖功能活性研究現(xiàn)狀

只有明析生姜多糖的功能活性，才能恰當開發(fā)應(yīng)用。目前，國內(nèi)對生姜多糖功能活性的研究不多，很不充分，僅有抗氧化活性、抗疲勞和保護腦缺血損傷作用的研究，難以對生姜多糖的應(yīng)用提供理論支撐。

3.1 生姜多糖抗氧化活性

多糖抗氧化活性是其重要的功能活性之一，目前，國內(nèi)對生姜多糖抗氧化活性的研究相對較多。馬利華等[34]研究了生姜多糖對·OH和DPPH·的清除能力，發(fā)現(xiàn)生姜多糖清除·OH和DPPH·的IC50分別為0.50 mg/mL和0.0272 mg/mL。夏宇的體外抗氧化實驗研究表明，生姜皮多糖對H2O2、·OH、O2-·都有較強的清除作用，在實驗濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)一定的量效關(guān)系。孫靜等[35]通過對超微粉碎的生姜多糖的還原能力、清除·OH、O2-·及體外抗脂質(zhì)過氧化能力的研究表明，生姜多糖具有一定的抗氧化能力，且與濃度具有依賴性。另外，王蕓等[36]、鄧勝國等、趙文竹等和方偉斐等[37]的研究得到類似的結(jié)果，都表明生姜多糖具有清除自由基抗氧化活性。馮鑫、韓冬屏等和楊曉杰等[38]研究表明生姜多糖不但具有抗氧化活性，且提取方法或溫度顯著影響其抗氧化活性。

3.2 生姜多糖抗疲勞作用

夏樹林等通過在體試驗，建立蟾蜍肌肉抗疲勞及產(chǎn)生自由基模型，以及離體測定給藥生姜多糖的蟾蜍腓腸肌中MDA、乳酸含量，分析研究生姜多糖抗疲勞作用。試驗發(fā)現(xiàn)生姜多糖可改善蟾蜍腓腸肌收縮性能，提高蟾蜍腓腸肌的最大收縮力，具有提高蟾蜍腓腸肌收縮性能，且生姜多糖可明顯降低蟾蜍離體腓腸肌中乳酸、MDA 含量，表明生姜多糖具有抗疲勞作用。

3.3 生姜多糖保護腦缺血損傷作用

宋琳琳等[39]采用線栓法建立大鼠大腦動脈腦缺血再灌注損傷模型，通過模型大鼠行為障礙評分、模型大鼠血清中SOD和MDA測定、模型大鼠腦組織中SOD、MDA及NO含量測定以及模型大鼠腦中含水量測定，研究了生姜多糖保護大鼠腦缺血再灌注損傷作用。試驗研究發(fā)現(xiàn)，對腦缺血再灌注損傷模型大鼠給藥生姜多糖，可明顯改善模型大鼠行為障礙，升高模型大鼠血清和腦組織中SOD活性，降低MDA含量；以及降低模型大鼠腦組織中NO含量和含水量。表明生姜多糖具有腦缺血損傷保護作用，分析認為其可能的作用機制與生姜多糖清除氧自由基抗脂質(zhì)過氧化有關(guān)。

4 結(jié)語與展望

在大健康時代，隨著人們崇尚自然，自我保健意識不斷增強，多糖作為一種生物活性大分子物質(zhì)，具有多種功能活性，在生命活動中起著重要的功能活性，在食品、醫(yī)藥、保健品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這為生姜多糖的開發(fā)利用提供了廣闊市場，給生姜多糖的工業(yè)化生產(chǎn)帶來了機遇和挑戰(zhàn)，也為我國豐富的生姜資源精深開發(fā)提供了良機。就目前情況而言，我國對許多天然產(chǎn)物中多糖進行了較深入的研究，取得不少成果[40]，一些已應(yīng)用于人們的日常生活。但有關(guān)生姜多糖的研究還相對較少，特別是有關(guān)生姜多糖功能活性的研究更少，生姜多糖的構(gòu)效關(guān)系、作用機制極少涉及，這極不利于生姜多糖的開發(fā)利用，離生姜多糖產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求還相距甚遠。因此，今后對生姜多糖的研究，首先應(yīng)參考、借鑒其他天然產(chǎn)物中多糖提取純化的成熟經(jīng)驗和技術(shù)，深入開展生姜多糖的提取純化工藝研究，簡化提取純化工藝，創(chuàng)新生姜多糖提取純化工藝，實現(xiàn)生姜多糖的高效提取純化。其次，應(yīng)系統(tǒng)研究生姜多糖的功能活性，明晰生姜多糖的功能活性。最后，要積極開展生姜多糖構(gòu)效關(guān)系、作用機制的研究，理清生姜多糖結(jié)構(gòu)與功能活性的關(guān)系，為生姜多糖高值化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。此外，也應(yīng)研究利用一些現(xiàn)代新興技術(shù)如3D技術(shù)等，修飾生姜多糖結(jié)構(gòu)，以增強其功能活性，提高其臨床應(yīng)用價值。由此，實現(xiàn)生姜多糖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，使生姜多糖在促進人們健康生活中發(fā)揮積極作用。