李智宁 李晓 李自红 王学方 范毅 马艳妮 魏悦

摘要：采用水蒸馏法、亚临界法和超临界法提取挥发油，并利用气相色谱-质谱（GC-MS）技术分析了3种方法提取的姜挥发油的化学成分，并对张良姜挥发油的数据进行了分析和评价。结果表明，3种方法提取的干姜和生姜精油共鉴定出39种成分，占总挥发油的94.5%～99.9%，所得主成分及含量各有差异，其中水蒸馏法提取的水芹烯、莰烯、姜烯、柠檬醛含量较高，占比60%～70%，而超临界和亚临界方法提取的姜黄烯、姜烯、法尼烯和倍半水芹烯含量较高，占比高达80%～90%。首次比较了不同方法提取豫产张良姜挥发油的化学成分，确定水蒸馏法提取成分较多，主成分也较多，但挥发油得率较低，含量也与超临界和亚临界提取有较大差异;而亚临界提取姜挥发油得率较高，且工艺简单，质量稳定，但是差异化学成分能否导致药理作用的差异还有待进一步研究。

关键词：张良姜;水蒸馏;超临界;亚临界;GC-MS

中图分类号：R284.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）23-0189-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.047           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the volatile constituent of Zhangliang ginger in Henan Province

LI Zhi-ning，LI Xiao，LI Zi-hong，WANG Xue-fang，FAN Yi，MA Yan-ni，WEI Yue

（Biotechnology Developing Center of Henan Academy of Sciences/Henan Ke Gao Zhong bid Testing Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： Water distillation， supercritical and subcritical methods were used to extract volatile oils from fresh ginger and dried ginger， and the yield and chemical composition of volatile oil from ginger extracted by several methods were analyzed and evaluated by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The procedure allowed the identification of 39 components among three methods， representing 94.5% to 99.9% of the total oil extracted. Among them， the contents of phellandene， terpene， zingiberene， and citral extracted by water distillation were higher， accounting for 60%～70%， while the contents of curcumene， zingiberene， farnesene， and sesquipene extracted from the supercritical and subcritical methods were higher， accounting for up to 80%～90%. The chemical components of volatile oil extracted from Zhangliang ginger by different methods were compared for the first time， and it was determined that there were many more components and main components extracted by water distillation， but the yield of volatile oil was lower， and the content was also significantly different from supercritical and subcritical extraction. The volatile oil of ginger extracted with subcritical method had high yield， simple process and stable quality. However， it remains to be further research whether the differential components can lead to differences in pharmacological effects.

Key words： Zhangliang ginger; water distillation extraction; supercritical fluid extraction; subcritical extraction; GC-MS

姜（Zingiber officinal Rosc）別名生姜、干姜、白姜、均姜，属姜科（Zingiberaceae）姜属多年生草本植物，是一种重要调味料，也是亚洲传统的药食两用植物[1]。姜的组分多而复杂，可归属为挥发油成分、姜辣素组分和二苯基庚烷成分三大类别[2-4]。中国传统医药学认为，姜乃药中佳品，主治风寒感冒、喘咳、呕吐、痰饮、胀满、泄泻等。其始载于《神农本草经》，味辛，性热，归脾、胃、肾、心、肺经，具有温中散寒、回阳通脉、祛燥湿消痰等功效。现代药理学研究表明，鲜姜和干姜均具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤、抗溃疡、抗胃肠道出血、胃黏膜保护、改善局部血液循环等多种药理作用[4-7]。传统的挥发油提取方法有水蒸馏提取[8]、有机溶剂浸提[1]等，但姜油难以从细胞中分离出来，耗时长且提取率低[9]，目前有超临界提取法[10-15]、亚临界提取法[14]、超声波法以及酶法提取[9，10]等，不同方法提取的姜精油成分、含量和功效也不同[15，16]，此外，国内外研究多集中在高良姜、山姜的化学成分和药理的研究[17-19]，也有其非药用部位姜叶、茎的成分研究[20-22]，但鲜有报道豫产姜的化学成分、药理及其功能产品的研究。因此，本研究以豫产姜的典型代表——张良姜为对象，对其成分进行了初步研究，比较了不同方法提取的姜精油成分差异性，以期为合理开发利用豫产姜提供参考，也为进一步开发相关姜挥发油制剂产品及其功效成分提供更多理论和科学基础。

1  材料与方法

1.1  原料与试剂

挑选完整、无虫病害的张良姜作为试验原料;无水乙醇、丙酮、冰乙酸（分析纯，北京化工厂）;甲醇、乙腈（LC/MS级别，Fisher Scientific）;甲酸（LC/MS级，Fisher Scientific）;超纯水（娃哈哈矿泉水）。

1.2  仪器设备

GC-2010Uira型气相色谱-质谱仪（日本岛津公司）;色谱柱为Rxi-5ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛细管柱;N-1100S-W型旋转蒸发仪（日本东京理化）;RE5220型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）;ZDHW型电热套（北京中兴伟业仪器有限公司）;HH-6型恒温水浴锅（常州智博瑞仪器制造有限公司）;DGX-9143B-2型电热鼓风干燥箱（上海福玛试验设备有限公司）;HGJR-01型红外加热电磁炉（河南中良科学仪器有限公司）;超临界萃取装置、亚临界萃取装置、LPG-5型喷雾干燥器（常州市一新机械厂）;HSCE40-24X2型大提取装置（上海研究机械设备有限公司）;TDL-5-A型离心机（上海安亭科学仪器厂）;KQ-5WE超声池（昆山市超声仪器有限公司）。

1.3  方法

1.3.1  样本预处理  将新鲜的张良姜洗净，趁鲜切成厚度5 mm左右姜片，置于电热恒温鼓风干燥箱45 ℃烘24 h，粉碎，过三号筛（50目），备用。

1.3.2  提取方法

1）水蒸馏提取。分别称取干姜粉50.00、87.50 g（精确至0.01 g），置于圆底烧瓶中，再分别按照料液比1∶14、1∶12加入水溶剂，置电热套中缓缓加热至沸，并保持微沸约5 h，至测定器中油量不再增加，停止加热，放置片刻，读取挥发油量，并计算供试品中挥发油的含量。鲜姜切成1～2 mm的小块，称取约50 g，按照料液比1∶5加入水溶剂，余下步骤同干姜处理，计算出鲜姜挥发油的率。

2）超临界提取。称取175 g干姜粉置于超临界CO2萃取装置中，分别以275.8 kPa压力条件下，35 ℃提取2 h，45 ℃提取3 h，55 ℃提取5 h，读取挥发油量，并计算供试品中挥发油的含量。

3）亚临界萃取。称取20 kg干姜粉或者鲜姜置于亚临界萃取装置中，以丁烷为夹带剂，40 ℃提取3～5 h，读取挥发油量，计算供试品中挥发油的含量。

1.3.3  供试品溶液的制备  准确称取挥发油试样约20 mg于5.0 mL容量瓶中，用甲醇溶液定容，再将配置好的供试品溶液稀释50倍，过0.22 μm滤膜，进GC-MS系统分析。

1.3.4  色谱条件  色谱柱：Rxi-5ms，30 m×0.25 mm，0.25 μm;流速1.39 mL/min;进样量1 μL;进样口温度250 ℃;柱温60 ℃（保持3 min），以2 ℃/min升到82 ℃，6 ℃/min升到94 ℃，3 ℃/min升到106 ℃， 5 ℃/min升到126 ℃，2 ℃/min升到140 ℃，再以10 ℃/min升到230 ℃（保持5 min），分流比100∶1。

1.3.5  質谱条件  离子源EI，Scan扫描模式;离子源温度240 ℃;接口温度240 ℃;电子能量70 eV;检测器电压0.7 kV;溶剂延迟3.5 min。扫描范围40～600 amu;经 GC-MS分析得到不同产地姜油的总离子色谱（TIC图）见图 1。A为鲜姜水蒸馏提取（料液比1∶5）;B为干姜水蒸馏提取（料液比1∶14）;C为干姜水蒸馏提取（料液比1∶12）;D为干姜超临界提取（35 ℃，2 h）;E为干姜超临界提取（45 ℃，3 h）;F为干姜超临界提取（55 ℃，5 h）;G为亚临界干姜油;H为亚临界鲜姜油。

2  结果与分析

2.1  姜挥发油得率及鉴定化合物数比较

按照上述GC-MS条件对姜油进行分析，3种方法所得姜油的得率及分离鉴定出的总化合物数见表1。由表1可知，水蒸馏提取干姜挥发油与超临界提取干姜油挥发油得率相差不大，但水蒸馏提取法提取成分相对较多，亚临界方法提取干姜油得率较高，超临界提取方法以275.8 kPa，45 ℃提取3 h条件下较好。

2.2  不同提取方法姜挥发油GC-MS分析

吸取供试品溶液1 μL，按照“1.3.4”“1.3.5”条件进样分析，采集所得的质谱图用美国国家科学技术研究所的NIST质谱库2011版和2014版（NIST-2011，NIST-2014）进行检索，根据相似度对化合物进行定性，用峰面积归一化法进行定量，计算各组分的相对含量，结果见表2。各峰经质谱扫描后得到姜油的质谱图，经计算机 NIST-2011和NIST-2014质谱库数据系统检索、文献查阅、人工谱图解析， 共鉴定出39种成分，由表2可以看出，水蒸馏提取出成分较多， 其次是亚临界提取。由A、B、C法可以看出，鲜姜水蒸馏提取（料液比1∶5）时相比干姜水蒸馏提取时所得姜烯（20.04%）、α-法尼烯（7.06%）、β-倍半水芹烯（6.70%）含量较高，但是α-蒎烯（2.97%）、莰烯（8.90%）、水芹烯（14.72%）、月桂烯（1.38%）却只有干姜的50%左右。另外水蒸馏法提取鲜姜和干姜时，还提取出了冰片、香叶醇、香茅醇、橙花叔醇、金合欢烯和檀香脑等成分，其中檀香脑占比7.61%，而干姜料液比1∶14、1∶12时提出成分和含量几乎相当，干姜料液比1∶14时柠檬醛（16.31%）含量稍高。由D、E、F法可以看出，超临界法提取时所得主要成分为姜黄烯、姜烯、α-法尼烯、β-倍半水芹烯，而以275.8 kPa压力下，35 ℃提取2 h的条件下提取效果较好，其中姜黄烯、姜烯，α-法尼烯、β-倍半水芹烯含量最高，分别达到8.36%、46.90%、17.01%、16.99%，占整个成分的89.26%，并且随着温度升高、提取时间增加，这4个主要成分逐渐降低。由G、H法可以看出，亚临界方法提取的主要成分与超临界方法提取的主要成分相当，所不同的是亚临界提取时含有柠檬醛，也是主成分之一，但是亚临界提取鲜姜时所得柠檬醛（17.28%）含量较高，而姜黄烯（2.65%）、姜烯（28.59%）、α-法尼烯（9.30%）、β-倍半水芹烯（8.55%）却只有亚临界干姜的一半，这可能是因为亚临界方法提取鲜姜和干姜时称取质量相同，由于含水量不同导致鲜姜中的主成分含量较低。综上所述，3种方法提取干姜和生姜精油所得的成分、含量各有差异，其中水蒸馏法提取成分较多，主成分较多，含量也与超临界和亚临界提取有较大差异，试验可为姜物质基础及产品开发研究提供更多理论和科学依据。

3  小结与讨论

研究采用不同方法提取豫产张良姜挥发油，所得挥发油化学成分种类及相对含量均有差异。其中水蒸馏法提取成分较多，主成分较多，但是挥发油得率较低，含量也与超临界和亚临界提取有很大差异，这可能是因为水蒸馏法是最传统的提取方法，提取条件比较温和，挥发性成分保留较多，而超临界和亚临界方法提取时较低沸点或者小分子化合物保留较少，提取的大分子化合物较多或者非挥发性成分较多。超临界和亚临界提取姜挥发油得率较高，但是亚临界方法工艺相对简单且质量稳定，可以考虑将亚临界法作为提取姜挥发油的理想方法。研究还发现，姜具有独特的药用和食用价值，而姜精油为姜提供獨特的芳香风味，同时也具有多种药理作用，如提神镇吐、温中散寒、抗菌抗炎等，然而，不同方法提取出的姜挥发性成分的差异性能否引起药理作用的明显差异还需要进一步深入研究。

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