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摘要 [目的]研究姜精油的香气成分及其生物活性。[方法]试验采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定姜精油香气成分，同时对姜精油的体外抗氧化活性进行了测定，包括总抗氧化活性、清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2，2′-联氮-双（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基的能力等。[结果]香气成分方面，姜精油共鉴定出52个化合物，包括烯类24种，醇类16种，酸类5种，酮类3种，醛类2种，酯类1种，芳香类化合物1种；抗氧化性方面，姜精油具有较好的抗氧化活性，较高的DPPH自由基及ABTS自由基清除能力。[结论]研究可为姜精油的开发利用提供参考依据。
关键词 姜精油；香气成分；生物活性
中图分类号 TS201.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）18-0104-03
Abstract [Objective] To study aroma components and biological activities of ginger essential oil.[Method] The aromatic components of ginger essential oil were analyzed by GCMS.Biological activities in vitro were also studied，including total antioxidant activity and DPPH，ABTS radical scavenging ability.[Result] The results showed that aromatic components of ginger essential oil were identified 52 chemical compounds，including 24 kinds of alkene，16 kinds of alcohols，5 kinds of acids，3 kinds of ketone，2 kinds of aldehyde，1 kinds of esters and 1 kinds of aromatic compounds.In addition，ginger essential oil had good antioxidant activity and removal ability of DPPH free radicals and ABTS free radicals.[Conclusion] The study can provide reference basis for development and utilization of ginger essential oil.
Key words Ginger essential oil；Aromatic components；Biological activities
生姜，為多年生宿根草本植物姜（Zingiber Officinale Rosc.）的根茎，是一种广泛应用的药食两用植物，原产于太平洋群岛，现在我国的中部、东南部及西南部也广泛栽培[1-2]。生姜的营养价值极为丰富，浑身是宝，人们还常用生姜来清血和治疗关节炎、伤风、发寒、咳嗽等[3-4]。
生姜中含有大量的挥发油，为棕色透明的油状液体，具有浓郁的芳香风味精油和油树脂[5-6]。姜油难溶于水，易溶于酒精等有机溶剂，沸点为150～300 ℃，折射率为1.488～1.494，旋光度为-28°～-45°，密度为0.871～0.882 g/mL[7-8]。目前，常采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定姜精油中的化学成分。迄今为止，生姜精油中已發现100多种组分，主要成分为倍半萜烯类碳水化合物、氧化倍半萜、单萜烯类碳水化合物及氧化单萜烯类[9]。生姜具有明显的镇吐、抗炎、抗氧化、抗癌和抗菌作用，能够延缓神经类疾病的发生与发展，具有抗体内外血管生成以及降血糖、降血脂、降血压的作用[10-16]。笔者对姜精油的香气成分及其生物活性进行研究，主要采用GC-MS技术测定香气成分，同时对姜精油总抗氧化活性、清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2，2′-联氮-双（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基的能力进行了测定。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料与试剂。生姜；DPPH·（AR）、ABTS+（AR），购于Sigma公司；抗坏血酸（VC）、乙二胺四乙酸（EDTA）、结晶紫、FeSO4、磷酸钠、钼酸铵、铁氰化钾、三氯乙酸等，均为国产分析纯。
1.1.2 主要仪器。
YF-102型高速中药捣碎机，浙江瑞安市永历制药机械有限公司；HP7890-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司；RE-52C旋转蒸发仪，巩义市予华仪器设备有限公司；FA1004电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；SHB-3循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂；KQ5200超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；UV754N紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；SFE-1L超临界CO2萃取设备，广州汉维冷气机电有限公司。
1.2 方法
1.2.1 生姜精油的制备。将生姜在50 ℃条件下干燥，粉碎后过20目筛。取500 g生姜粉投入萃取釜中，采用超临界二氧化碳对生姜精油进行萃取；萃取条件：萃取压力30 MPa，萃取温度30 ℃，萃取时间100 min；萃取结束后，从解析釜中放出萃取物，得到约13 g深黄色液体。
1.2.2 微胶囊的制备GC-MS分析条件。
色谱条件：选用HP-INNWAX MS苯基甲基硅氧烷毛细管（30.0 m×250 μm×0.25 μm）；升温程序：40 ℃保持5 min，以5 ℃/min升到60 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升到 285 ℃，保持5 min；高纯氦气为载气，体积流量为0.9 mL/min，分流比为10∶1；进样口温度为250 ℃；进样量为1 μL。 质谱条件：电离方式为EI，电子轰击能量70 eV，离子源温度280 ℃，四极杆温度150 ℃，扫描范围40～450 amu，溶剂延迟时间0.5 min。
1.2.3 姜精油抗氧化能力的测定。
1.2.3.1 总抗氧化能力的测定[17]。
采用磷钼络合物法对姜精油的总抗氧化活性进行测定。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同浓度梯度的姜精油样品溶液。配制磷钼试剂，其终浓度为0.6 mol/L浓硫酸、28.0 mmol/L 磷酸钠和4.0 mmol/L钼酸铵的溶液。在10 mL具塞试管中，分别加入0.4 mL样品液、4.0 mL磷钼试剂液，并在95 ℃水浴中恒温保温90 min，然后在波长695 nm下测其吸光度，每个试样做3次平行样，取平均值。试验以0.50 mg/mL的VC作为阳性对照。
1.2.3.2 DPPH自由基的清除作用测定[18-19]。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同浓度梯度的姜精油样品溶液，用95%的乙醇配制24 mg/mL的DPPH溶液，取1 mL的样品液加入4 mL的DPPH溶液中，混合均匀，避光30 min，在波长517 nm处测定吸光度值，记录为Ai，以加1 mL蒸馏水的DPPH溶液为空白对照，测定吸光度值，记录为A0。每个试样做3次平行样，取平均值。以1.00 mg/mL的VC作为阳性对照。DPPH自由基的清除率按照下式計算：
DPPH自由基清除率（%）=A0-AiA0×100%
1.2.3.3 ABTS自由基的清除作用测定[20]。
ABTS自由基储备液的制备：将5 mL的7 mmol/L ABTS·与88 μL的140 mmol/L K2S2O8混合，室温避光的条件下静置过夜制成ABTS自由基储备液。
用无水乙醇将ABTS自由基储备液稀释，使其在波长734 nm处得吸光度为0.70±0.02，并在30 ℃平衡。试验需在30 ℃条件下进行。将不同体积（20～100 μL）的样品加入2 mL ABTS自由基溶液中，6 min后测其吸光度，记录为Ai，测定2 mL ABTS自由基溶液中与样品体积相同的无水乙醇混合后的吸光度值，记录为A0，测定2 mL无水乙醇溶液与不同体积样品液的吸光度，记录为Aj。试验以1.00 mg/mL的VC作为阳性对照。ABTS自由基清除率按下式计算：
ABTS自由基清除率（%）=（1-Ai-AjA0）×100%
2 结果与分析
2.1 姜精油GC-MS分析结果
试验利用气相色谱-质谱联用仪对超临界法制备的姜精油进行了成分分析，总离子流见图1，具体成分分析见表1。姜精油共鉴定出52个化合物，包括烯类24种（75.658%），醇类16种
（9.967%），酸类5种（3.238%），酮类3种（6.583%），醛类2种（1.403%），酯类1种（0.066%），芳香类化合物1种（0.023%）。姜精油已经鉴定出的化合物中，含量超过2%的成分有α-姜烯（42.397%）、B-倍半水芹烯（13.675%）、β-水芹烯（6.193%）、姜酮（5.349%）、崁烯（4.292%）、十六酸（2.196%）。
姜精油不僅香气成分含量高，而且其中也含有较多种具有应用价值的化学成分，可为姜精油的开发利用提供一定的参考依据。其中含量最高的成分姜烯，具有鲜花的香气特征，并且具有多种生物活性，如抗病毒、抗氧化、抗溃疡等功效，可应用于化妆品及香料领域[21]。B-倍半水芹烯与姜烯等同属倍半萜烯类化合物，均为姜油的主要活性成分[22]。研究证实，其性质同姜烯相似，具有多种生物活性。β-水芹烯具有柑橘、胡椒的清凉香气，可用于食用香料，主要用于配制柑橘类和香辛料类香精油，还可用于生物活性杀虫剂等。姜酮又称姜油酮、香草基丙酮，是我国《食品添加剂使用卫生标准》（GB 2760—2014）规定容许可按生产需要适量配制的一种食品香料，姜油酮可用于日化香精配方中，主要用作浓郁香型香精的增甜剂[23]。
2.2 姜精油的抗氧化活性
2.2.1 姜精油的总抗氧化活性。
该试验采用磷钼络合物法测定了姜精油的总抗氧化活性，受试样品液的吸光度越大则表明其抗氧化活性越强。由图2可知，姜精油具有较好的抗氧化活性，在试验范围内，姜精油的总抗氧化活性明显优于0.50 mg/mL的VC，且样品的抗氧化活性随着体积的增加而增加，有着良好的量效关系。
2.2.2 姜精油对DPPH自由基的清除作用。
DPPH自由基是一种非常稳定，以氮为中心的质子自由基，被广泛用于抗氧化剂的研究[24]。DPPH自由基有3个芳环结构，是芳香类自由基，可用来研究抗氧化剂样品与DPPH自由基结合或直接捕获DPPH自由基的行为，可大概推测抗氧化剂对芳香类自由基的清除能力[25]。DPPH自由基的化学性质较稳定，不易被清除，若受试样品能够清除它，则表示受试样品的自由基清除能力较强。
由图3可以看出，姜精油对DPPH自由基有明显的清除作用，并且随着精油体积的增加，精油对DPPH自由基的清除率也逐渐增加。在试验测试范围内，对DPPH自由基的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。
2.2.3 姜精油对ABTS自由基的清除作用。ABTS自由基清除法是一种广泛应用于样品抗氧化能力测定的方法，具有操作简单快速等优点。由图4可知，姜精油对ABTS自由基具有较好的清除能力，在受试的浓度范围内，其对ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。随着姜精油体积的增加，对ABTS自由基清除力也逐渐增强，但其增幅减少，说明样品浓度与ABTS自由基清除力间不仅存在计量依赖关系，还存在着饱和效应。 3 结论
（1）采用GC-MS对姜精油的香气成分进行了测定，姜精油共鉴定出52个化学物，包括烯类24种，醇类16种，酸类5种，酮类3种，醛类2种，酯类1种，芳香类化合物1种。姜精油已经鉴定出的化合物中，含量超过2%的成分有α-姜烯、B-倍半水芹烯、β-水芹烯、姜酮、崁烯、十六酸。姜精油不仅香气成分含量高，而且其中也含有较多种具有应用价值的化学成分，为姜精油的开发利用提供一定的基础。
（2）对姜精油的总抗氧化活性及自由基清除能力的测定结果表明，姜精油具有较好的抗氧化活性，且在试验范围内姜精油的总抗氧化活性明显优于0.50 mg/mL的VC，且样品的抗氧化活性随着体积的增加而增加，有着良好的量效关系；姜精油对DPPH自由基有明显的清除作用，并且随着精油体积的增加，对DPPH自由基的清除率也逐渐增加。在试验测试范围内，精油对DPPH的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。姜精油对ABTS自由基具有较好的清除能力，在受试的浓度范围内，其对ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。
参考文献
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关键词 姜精油；香气成分；生物活性
中图分类号 TS201.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）18-0104-03
Abstract [Objective] To study aroma components and biological activities of ginger essential oil.[Method] The aromatic components of ginger essential oil were analyzed by GCMS.Biological activities in vitro were also studied，including total antioxidant activity and DPPH，ABTS radical scavenging ability.[Result] The results showed that aromatic components of ginger essential oil were identified 52 chemical compounds，including 24 kinds of alkene，16 kinds of alcohols，5 kinds of acids，3 kinds of ketone，2 kinds of aldehyde，1 kinds of esters and 1 kinds of aromatic compounds.In addition，ginger essential oil had good antioxidant activity and removal ability of DPPH free radicals and ABTS free radicals.[Conclusion] The study can provide reference basis for development and utilization of ginger essential oil.
Key words Ginger essential oil；Aromatic components；Biological activities
生姜，為多年生宿根草本植物姜（Zingiber Officinale Rosc.）的根茎，是一种广泛应用的药食两用植物，原产于太平洋群岛，现在我国的中部、东南部及西南部也广泛栽培[1-2]。生姜的营养价值极为丰富，浑身是宝，人们还常用生姜来清血和治疗关节炎、伤风、发寒、咳嗽等[3-4]。
生姜中含有大量的挥发油，为棕色透明的油状液体，具有浓郁的芳香风味精油和油树脂[5-6]。姜油难溶于水，易溶于酒精等有机溶剂，沸点为150～300 ℃，折射率为1.488～1.494，旋光度为-28°～-45°，密度为0.871～0.882 g/mL[7-8]。目前，常采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定姜精油中的化学成分。迄今为止，生姜精油中已發现100多种组分，主要成分为倍半萜烯类碳水化合物、氧化倍半萜、单萜烯类碳水化合物及氧化单萜烯类[9]。生姜具有明显的镇吐、抗炎、抗氧化、抗癌和抗菌作用，能够延缓神经类疾病的发生与发展，具有抗体内外血管生成以及降血糖、降血脂、降血压的作用[10-16]。笔者对姜精油的香气成分及其生物活性进行研究，主要采用GC-MS技术测定香气成分，同时对姜精油总抗氧化活性、清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2，2′-联氮-双（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基的能力进行了测定。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料与试剂。生姜；DPPH·（AR）、ABTS+（AR），购于Sigma公司；抗坏血酸（VC）、乙二胺四乙酸（EDTA）、结晶紫、FeSO4、磷酸钠、钼酸铵、铁氰化钾、三氯乙酸等，均为国产分析纯。
1.1.2 主要仪器。
YF-102型高速中药捣碎机，浙江瑞安市永历制药机械有限公司；HP7890-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司；RE-52C旋转蒸发仪，巩义市予华仪器设备有限公司；FA1004电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；SHB-3循环水多用真空泵，郑州杜甫仪器厂；KQ5200超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；UV754N紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；SFE-1L超临界CO2萃取设备，广州汉维冷气机电有限公司。
1.2 方法
1.2.1 生姜精油的制备。将生姜在50 ℃条件下干燥，粉碎后过20目筛。取500 g生姜粉投入萃取釜中，采用超临界二氧化碳对生姜精油进行萃取；萃取条件：萃取压力30 MPa，萃取温度30 ℃，萃取时间100 min；萃取结束后，从解析釜中放出萃取物，得到约13 g深黄色液体。
1.2.2 微胶囊的制备GC-MS分析条件。
色谱条件：选用HP-INNWAX MS苯基甲基硅氧烷毛细管（30.0 m×250 μm×0.25 μm）；升温程序：40 ℃保持5 min，以5 ℃/min升到60 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升到 285 ℃，保持5 min；高纯氦气为载气，体积流量为0.9 mL/min，分流比为10∶1；进样口温度为250 ℃；进样量为1 μL。 质谱条件：电离方式为EI，电子轰击能量70 eV，离子源温度280 ℃，四极杆温度150 ℃，扫描范围40～450 amu，溶剂延迟时间0.5 min。
1.2.3 姜精油抗氧化能力的测定。
1.2.3.1 总抗氧化能力的测定[17]。
采用磷钼络合物法对姜精油的总抗氧化活性进行测定。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同浓度梯度的姜精油样品溶液。配制磷钼试剂，其终浓度为0.6 mol/L浓硫酸、28.0 mmol/L 磷酸钠和4.0 mmol/L钼酸铵的溶液。在10 mL具塞试管中，分别加入0.4 mL样品液、4.0 mL磷钼试剂液，并在95 ℃水浴中恒温保温90 min，然后在波长695 nm下测其吸光度，每个试样做3次平行样，取平均值。试验以0.50 mg/mL的VC作为阳性对照。
1.2.3.2 DPPH自由基的清除作用测定[18-19]。取20～100 μL 20%的姜精油，用丙酮配制不同浓度梯度的姜精油样品溶液，用95%的乙醇配制24 mg/mL的DPPH溶液，取1 mL的样品液加入4 mL的DPPH溶液中，混合均匀，避光30 min，在波长517 nm处测定吸光度值，记录为Ai，以加1 mL蒸馏水的DPPH溶液为空白对照，测定吸光度值，记录为A0。每个试样做3次平行样，取平均值。以1.00 mg/mL的VC作为阳性对照。DPPH自由基的清除率按照下式計算：
DPPH自由基清除率（%）=A0-AiA0×100%
1.2.3.3 ABTS自由基的清除作用测定[20]。
ABTS自由基储备液的制备：将5 mL的7 mmol/L ABTS·与88 μL的140 mmol/L K2S2O8混合，室温避光的条件下静置过夜制成ABTS自由基储备液。
用无水乙醇将ABTS自由基储备液稀释，使其在波长734 nm处得吸光度为0.70±0.02，并在30 ℃平衡。试验需在30 ℃条件下进行。将不同体积（20～100 μL）的样品加入2 mL ABTS自由基溶液中，6 min后测其吸光度，记录为Ai，测定2 mL ABTS自由基溶液中与样品体积相同的无水乙醇混合后的吸光度值，记录为A0，测定2 mL无水乙醇溶液与不同体积样品液的吸光度，记录为Aj。试验以1.00 mg/mL的VC作为阳性对照。ABTS自由基清除率按下式计算：
ABTS自由基清除率（%）=（1-Ai-AjA0）×100%
2 结果与分析
2.1 姜精油GC-MS分析结果
试验利用气相色谱-质谱联用仪对超临界法制备的姜精油进行了成分分析，总离子流见图1，具体成分分析见表1。姜精油共鉴定出52个化合物，包括烯类24种（75.658%），醇类16种
（9.967%），酸类5种（3.238%），酮类3种（6.583%），醛类2种（1.403%），酯类1种（0.066%），芳香类化合物1种（0.023%）。姜精油已经鉴定出的化合物中，含量超过2%的成分有α-姜烯（42.397%）、B-倍半水芹烯（13.675%）、β-水芹烯（6.193%）、姜酮（5.349%）、崁烯（4.292%）、十六酸（2.196%）。
姜精油不僅香气成分含量高，而且其中也含有较多种具有应用价值的化学成分，可为姜精油的开发利用提供一定的参考依据。其中含量最高的成分姜烯，具有鲜花的香气特征，并且具有多种生物活性，如抗病毒、抗氧化、抗溃疡等功效，可应用于化妆品及香料领域[21]。B-倍半水芹烯与姜烯等同属倍半萜烯类化合物，均为姜油的主要活性成分[22]。研究证实，其性质同姜烯相似，具有多种生物活性。β-水芹烯具有柑橘、胡椒的清凉香气，可用于食用香料，主要用于配制柑橘类和香辛料类香精油，还可用于生物活性杀虫剂等。姜酮又称姜油酮、香草基丙酮，是我国《食品添加剂使用卫生标准》（GB 2760—2014）规定容许可按生产需要适量配制的一种食品香料，姜油酮可用于日化香精配方中，主要用作浓郁香型香精的增甜剂[23]。
2.2 姜精油的抗氧化活性
2.2.1 姜精油的总抗氧化活性。
该试验采用磷钼络合物法测定了姜精油的总抗氧化活性，受试样品液的吸光度越大则表明其抗氧化活性越强。由图2可知，姜精油具有较好的抗氧化活性，在试验范围内，姜精油的总抗氧化活性明显优于0.50 mg/mL的VC，且样品的抗氧化活性随着体积的增加而增加，有着良好的量效关系。
2.2.2 姜精油对DPPH自由基的清除作用。
DPPH自由基是一种非常稳定，以氮为中心的质子自由基，被广泛用于抗氧化剂的研究[24]。DPPH自由基有3个芳环结构，是芳香类自由基，可用来研究抗氧化剂样品与DPPH自由基结合或直接捕获DPPH自由基的行为，可大概推测抗氧化剂对芳香类自由基的清除能力[25]。DPPH自由基的化学性质较稳定，不易被清除，若受试样品能够清除它，则表示受试样品的自由基清除能力较强。
由图3可以看出，姜精油对DPPH自由基有明显的清除作用，并且随着精油体积的增加，精油对DPPH自由基的清除率也逐渐增加。在试验测试范围内，对DPPH自由基的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。
2.2.3 姜精油对ABTS自由基的清除作用。ABTS自由基清除法是一种广泛应用于样品抗氧化能力测定的方法，具有操作简单快速等优点。由图4可知，姜精油对ABTS自由基具有较好的清除能力，在受试的浓度范围内，其对ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。随着姜精油体积的增加，对ABTS自由基清除力也逐渐增强，但其增幅减少，说明样品浓度与ABTS自由基清除力间不仅存在计量依赖关系，还存在着饱和效应。 3 结论
（1）采用GC-MS对姜精油的香气成分进行了测定，姜精油共鉴定出52个化学物，包括烯类24种，醇类16种，酸类5种，酮类3种，醛类2种，酯类1种，芳香类化合物1种。姜精油已经鉴定出的化合物中，含量超过2%的成分有α-姜烯、B-倍半水芹烯、β-水芹烯、姜酮、崁烯、十六酸。姜精油不仅香气成分含量高，而且其中也含有较多种具有应用价值的化学成分，为姜精油的开发利用提供一定的基础。
（2）对姜精油的总抗氧化活性及自由基清除能力的测定结果表明，姜精油具有较好的抗氧化活性，且在试验范围内姜精油的总抗氧化活性明显优于0.50 mg/mL的VC，且样品的抗氧化活性随着体积的增加而增加，有着良好的量效关系；姜精油对DPPH自由基有明显的清除作用，并且随着精油体积的增加，对DPPH自由基的清除率也逐渐增加。在试验测试范围内，精油对DPPH的清除能力稍低于1.00 mg/mL的VC。姜精油对ABTS自由基具有较好的清除能力，在受试的浓度范围内，其对ABTS自由基清除力略低于1.00 mg/mL VC。
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