姜酚的生物活性述评

[收稿日期]　2004-07-05[基金项目]　国家高技术研究发展计划专项经费(2001AA248021)资助项目[作者简介]　黄雪松(1957-),男,教授,博士,研究方向:食品化学与果蔬深加工姜酚的生物活性述评黄雪松,　宴日安,　吴建中(暨南大学食品科学与工程系,广东广州510632)[摘　要]　姜酚[1-(3′-甲氧基-4′-羟基苯)-5-羟基-3-脂肪酮类]是生姜中的活性成分,呈现生姜的典型辣味.因其分子中有β-羟基酮结构,理化性质极不稳定;其含量因产地、炮制方法等贮存加工条件不同而不同(一般质量分数为1%～3%).现代医学研究证实姜酚有强心、防治心血管疾病、抗凝血、抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗溃疡、止呕、止晕、抑制前列腺素合成、预防胃黏膜损伤、利胆、防腐杀虫、驱虫、护肤美容等十几种生物活性;姜酚参与生物代谢,其毒性较低.姜酚可作为评价生姜及其药物品质的客观指标,也可开发为药物或用于生产保健食品.[关键词]　生姜;　姜酚;　生物活性[中图分类号]　T Q243.19 [文献标识码]　A [文章编号]　1000-9965(2005)03-0434-06Bioactivation of gingerol from ginger (Zingiber officinale R oscoe)H UANG Xue -s ong ,　Y AN Ri -an ,　W U Jian -zhong(Department of F ood Science and T echnology ,Jinan Univerty ,G uangzhou 510632,China )[Abstract]　G ingerols[1-(3′-methoxyl -4′-hydroxybenzene )-5-hydroxy -3-aliphat 2ic ketone ]are the com pounds of the bioactivities and the principles in ginger (Zingiber o fficinal R oscoe ).The contents of gingerols vary with the different agricultural operation and processing methods and are often 1%～3%based on the dried weight.It has been shown that the gingerols have the effects of cardiotonic action ,antiplatelet ,antioxidation ,antitum or ,anti -ulcer ,antiemetic ,curring m orning diseases ,inhibition of insect and microorganism ,m olluscicida and s o on.The gingerols can take part in the metabolism in the liver and their toxicity to living things is low.The gingerols can be used in the healthy food ,medicine ,insectcide and s o on.[K ey w ords]　ginger (Zingiber o fficinale R oscoe );　gingerol ;　bioactivity 生姜是姜科植物姜(Zingiber Officinale R oscoe )的新鲜根茎,既是调味佳品,可以去鱼肉腥味,也是工业上提取香精的重要原料,更是宝贵的中药材(生姜、鲜姜汁、生姜皮,以及加工炮制后煨姜、炮姜、姜炭等都是治病常第26卷第3期2005年6月 暨南大学学报(自然科学版) Journal of Jinan University (Natural Science ) V ol.26N o.3　Jun.2005用的药),能够疆御百邪,有发表、散寒、止呕、化痰等功效.因其“可蔬、可和、可果,可药,其利之博矣”,《神龙本草经》把它列为上品.中医视其为止呕圣药,中国大陆和台湾药典均收载的姜流浸膏、姜酊目前仍然是广为应用的胃病良药.我国民间流传有:“晨吃三片姜,赛过人参汤”、“冬有生姜,不怕风霜”等谚语.正是因为这些药食经验的总结,我国卫生部将生姜规定为药食兼用资源.现代科学研究证实了生姜的这些保健特性和药食兼用特性都与姜酚有直接或间接的关系.本文拟综述姜酚的主要生物活性.1　姜酚的化学结构及其主要化学性质姜酚(G ingerol ),有人称其为姜醇、姜辣素等,但它们与姜酚是不同的概念.姜醇(Z ingiberol )的相对分子质量为222;姜辣素(Pungent principle )则是姜酚、姜脑等与生姜有关辣味物质的总称.姜酚包括单芳环和双芳环庚烷两类.单芳环类姜酚又包括①6-姜酚、②8-姜酚、③10-姜酚、④12-姜酚、甲基-6-姜酚等成分(见图1);①n =4,6-姜酚;②n =6,8-姜酚;③n =8,10-姜酚;④n =10,12-姜酚图1　单芳环类姜酚 双芳环庚烷类姜酚也包括许多成分,其结构差异主要是芳环取代基不同(见图2).目前明确的姜酚类物质有10多种,这些成分的性质、结构是类似的,其分子结构中都有C3-羰基和C5-羟基(即β-羟基酮结构),该结构特点使得姜酚的化学性质极不稳定.例如,在酸性条件(pH <415)下,C4的活泼氢极易与C5的羟基一起脱水形成姜脑(Shogaol )[1].侧链的长短影响姜酚的生物活性.酚羟基是姜酚具有抗氧化作用的结构基础.姜酚分子中的酚羟基、羰基、羟基官能团使姜酚具有一般酚类、酮类、仲醇类物质的共性,能够发生这些化合物的一般化学反应.⑤1-(3′-甲氧基-4′-羟基苯)-7-(4′-羟基苯)-5-羟基-3-庚酮;⑥1-(3′,5′-二甲氧基-4′-羟基苯)-7-(3′,5′-二甲氧基-4′-羟基苯)-5-羟基-3-庚酮;⑦1-(3′-甲氧基-4′-羟基苯)-7-(3′,5′-二甲氧基-4′-羟基苯)-5-羟基-3-庚酮;⑧1-(3′-甲氧基-4′-羟基苯)-7-(3′-甲氧基-4′-羟基苯)-5-羟基-3-庚酮图2　双芳环庚烷类姜酚2　姜酚的含量姜酚含量和种类因生姜的产地变异很大,每100g 干姜中的总姜酚量在0196～2196g [2];姜酚的含量还因生长期等而不同(见表1).534第3期黄雪松等:　姜酚的生物活性述评 表1　夏威夷生姜生长期间6-姜酚的变化[2]mg ・kg -1定植后时间/周湿基6-姜酶干基6-姜酚定植后时间/周湿基6-姜酶干基6-姜酚125979.326103914.81696418.928118413.51870814.530111012.12072313.632123811.92287115.334154711.324100116.4生姜不同部位姜酚的含量差异也很大,如:每100g 干姜粉中含姜酚(11022±01011)g ,而每100g 姜皮中的姜酚仅为(0128±01003)g [3]. 由于姜酚不稳定,姜及其制品经加工或贮存后,其姜酚质量分数均降低.如每100g 干姜粉的姜酚为(11022±01011)g 时,经炮制后的炮姜其姜酚每100g 仅为(0125±01004)g [3].不同的生姜、不同的姜制品中,所含姜酚的种类和质量分数不同,决定了它们具有不同的生物活性.3　姜酚的生物活性(1)抗氧化作用:姜酚具有显著的抗氧化作用[4].其抗氧化效果强于维生素E 和丁基羟基茴香醚,能明显地清除生物体中羟基自由基和超氧自由基(H O 1和1O -2)及降低肝脑组织中的脂质过氧化物.生姜还一直作为抗氧化香料而被广泛应用于肉类保鲜、防止油脂酸败等等.这些抗氧化作用均与姜酚的酚类结构和β-羟基酮结构有关.何丽娅(1996)等在家兔急性完全性脑缺血再灌注模型上观察生姜的脑复苏效应时,发现生姜提取液(017g ・kg -1,静注)能抑制脑组织脂质过氧化产物M DA 的生成,提高脑组织中S OD 活性和Na +-K +-ATP 酶活性,清除体内自由基所造成的神经细胞膜的脂质过氧化性损伤,减轻脑细胞膜的通透性;能有效地保护缺血再灌注大脑的过氧化氢酶活性,同时改善缺血组织代谢和缺氧状况,减少乳酸生成,明显降低乳酸含量从而减轻组织代谢性酸中毒;一定程度上保护细胞膜的完整性.作者根据生姜提取液中主要含有姜酚的事实,认为生姜提取液的上述抗氧化活性是由姜酚产生的.(2)抗肿瘤作用:Park [5]利用ICR 小鼠皮肤肿瘤模型,证实6-姜酚具有抗肿瘤刺激因子活性的作用.局部使用6-姜酚可明显抑制7,12-双苯蒽引起的雌性ICR 小鼠的表皮乳头状瘤生成.Lee 等[5]研究了6-姜酚诱导的H L -60细胞凋亡作用.发现30～50μm ol/L 姜酚可明显地抑制H L -60细胞的DNA 合成和活性,6-姜酚诱导产生的细胞毒和抑制细胞繁殖物质与细胞凋亡有关,研究结果表明6-姜酚具有细胞毒和细胞抑制剂作用.(3)对中枢神经的作用:池田正树证实,姜酚能抑制小鼠自发运动(215mg ・kg -1静注);抑制脱氧麻黄碱引起的亢进运动(315mg ・kg -1静注;140mg ・kg -1口服);还可以延长环己烯(hex obarbital )巴比妥的睡眠作用(315mg ・kg -1静注).姜酚不影响受试动物的体温.姜酚对大鼠因酵母所致的发热呈现解热作用(140mg ・kg -1口服).姜酚对小鼠马钱子碱痉挛呈现延长死亡时间的作用(315mg ・kg -1静注).姜酚对大鼠(Randall -Selitto 法)和小鼠(醋酸歪扭法)有镇痛作用(1175mg ・kg -1静注;70～140mg ・kg -1口服)[6].(4)强心作用:8-姜酚(1×10-6～3×10-5m ol )对豚鼠的离体左心房,有增加收缩能力的作用,对豚鼠右心房既有增加收缩能力的作用,又有变时性(chronotropic )作用.8-姜酚(3×10-6m ol )可以增加离体心房细胞的纵向收缩的程度和速率.虽然8-姜酚增加心房收缩压,但1×10-6～3×10-5m ol 的8-姜酚几乎不影响豚634 暨南大学学报(自然科学版)2005年鼠左心房的功能.用钙电极测定胞间(extravesicular )的钙离子浓度表明:8-姜酚(3×10-6～3×10-5m ol )加速心肌网的钙离子吸收.姜酚(1×10-6～3×10-5m ol )激活心肌网(Sarcoplasmic Reticulum )Ca 2+-ATP 酶活性(EC 50,4×10-6)[7].Maier 等[8]证实姜酚可以刺激Ca 2+-ATP 酶活性、促进人心脏肌浆网的钙离子吸收,对心脏功能衰竭恢复正常功能有直接作用.(5)预防胃黏膜损伤:6-姜酚(100mg ・kg -1,P 1O )可以抑制“盐酸-乙醇”造成的胃黏膜损伤作用(抑制率:5415%),从而认为其有保护胃黏膜的作用[9].(6)利胆作用:以Wistar 雄性大鼠(250g )为实验动物,通过胆管给药,015～1h 后,大鼠胆汁的分泌明显增加(类似于对比的参考药物脱氢胆酸钠).6-姜酚的利胆作用在给药4h 后仍很明显.10-姜酚的利胆作用弱于6-姜酚[10].(7)杀虫、抗病原微生物和杀菌防腐作用:生姜乙醇提取物有杀灭钉螺作用.干姜醇提物及其所含姜酚和姜脑有显著灭螺和抗血吸虫作用,5mg/L 姜酚可完全消除曼氏血吸虫毛蚴对蜗牛以及尾蚴对小鼠的感染.A 2garwal [11]报道了6-姜酚具有抑制昆虫生长,使昆虫厌食、体积收缩直至死亡.其对昆虫(Spilosma oblique )的制剂量EC 50=9177μg ・m L -1.姜酚对爱滋病人易感菌Mycobacterium avium 和Mycobacterium tuberculosis 有极显著的抑制作用.提取的粗姜酚对二者的抑制率分别为85%～95%(100μg ・m L -1)和90%～95%(100μg ・m L -1).姜酚对真菌(Rhizoctonia s olani )的抑制剂量EC 50=90mg ・L -1[12].(8)抗凝血作用:体外实验证实,姜酚可以抑制凝血酶原激酶诱导的血小板聚集.姜提取物抑制血小板环氧合酶产生,与凝血酶原激酶产生、血小板聚集有剂量-效应关系.K aren [13]认为姜酚是一类新型、有潜力、可望替代阿司匹林的血小板活性抑制剂.姜酚抑制花生四烯酸(EC 50=0175μm ol )诱导的血小板聚集效果与阿司匹林类似,其IC 50分别是,阿司匹林:(2314±316)μm ol ,6-姜酚:(7317±112)μm ol ,8-姜酚:(6217±813)μm ol ;它们的最低抑制浓度分别是,阿司匹林:(610±110)μm ol ,6-姜酚:(10±319)μm ol ,8-姜酚:(10±312)μm ol.(9)对神经中枢的作用:①止呕和抗运动病作用.姜酚是生姜止呕的有效成分,姜酚可以显著地抑制硫酸铜引起的呕吐.Y ang [14]用AAPH[2,2’-azobis (2-amidinopropane )dihydrochloride ]脂质体诱导的呕吐模型证实10-姜酚(50mg ・kg -1)的呕吐抑制率为85%.国内外对生姜止呕作用做了大量研究[15].美国、丹麦、瑞士等国家已有用生姜生产的止呕、抗晕药物,供人们乘车、乘船时服用.也有许多用生姜防止孕妇呕吐的草药配方.②抑制前列腺素的生物合成:日本学者发现6-姜酚明显抑制前列腺素的生物合成,其有效剂量IC 50为515μm ol ,是前列腺素生物合成抑制剂消炎痛(indomethacin )的4倍[16].③姜酚能够抑制角叉胶引起的大鼠足浮肿(140mg ・kg -1口服)[17].(10)预防胃黏膜溃疡:Y oshikawa [18]证实6-姜酚对盐酸-乙醇诱导的消化道溃疡有抑制作用,其抑制率为5715%(150mg ・kg -1),但其抑制作用低于6-姜脑和6-姜磺酸.4　姜酚在生物体内的代谢和毒性Naora [19]报道6-姜酚在大鼠体内从进入血浆到完全消失,肾的排泄根本不起作用.而在四氯化碳诱发肝中毒的终末阶段,6-姜酚的血浆含量是升高的.在四氯化碳中毒的大鼠中,6-姜酚的消除半衰期明显增长,从815增至1110min.6-姜酚和血清蛋白结合的程度超过90%,而且受四氯化碳毒性的影响很小.这些现象表明6-姜酚是部分地通过肝脏排除的.后来的动物实验(大白鼠,饲喂6-姜酚)证实:胆汁中含有绝大部分的6-姜酚代谢产物[20].饲喂6-姜734第3期黄雪松等:　姜酚的生物活性述评 酚60h 后,胆汁分泌积累得6-姜酚葡萄糖苷,并且尿中有6种成分含量发生了变化,他们的量分别为饲喂量的48%和16%.虽然未在尿中检测到6-姜酚的代谢产物,但据光谱分析和化学分析发现,在酶解尿液的乙酸乙酯提取物中有6种微量成分,即:①6-姜酚葡萄糖苷,②香草醛酸,③叶酸,④4-羟基-6-氧-8-(4-羟基-3-甲氧基)-辛酸,⑤4-(4-羟基-3-甲氧基)-丁酸,⑥9-羟基-6-姜酚和6-姜酚(少量).这些结果表明:肾的排泄基本不起作用.对消化道消毒后,化合物①～⑥在尿中的分泌量减少.另一方面,将6-姜酚和大鼠肝组织一起培养时,培养液中可捡出9-羟基-6-姜酚、6-姜酚二醇和6-姜酚葡萄糖苷.姜酚的急性毒性(LD 50,小鼠,dd 系,雄性):2515mg ・kg -1(静注);581mg ・kg -1(腹腔注射);250mg ・kg -1(口服)[6].关于姜酚的致突变作用没有定论.有报道认为姜酚有致突变作用,并认为姜酚分子脂肪链的羟基是导致其诱变作用的活性基团[21].但后来,T arjan 等[22]人研究则认为姜酚具有抗突变作用.综上所述,姜酚具有多方面的生物活性,是生姜药效作用的主要成分之一.因此,生姜可用作开发抗衰老、抗肿瘤、抗疲劳、美容提神等功能食品的原料.笔者认为今后的任务是要对姜酚进行分离、纯化,并对其理化性质、生物活性尤其是药理、保健作用进行深入细致的研究,以便为生姜及其制品的合理应用,尤其新型药物和生姜保健(功能)食品的开发提供必要的依据.[参考文献][1]　C ORNE LL D W.Natural pungent com pounds in examination of the gingerols ,shogaols ,paradols and related com 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