不同产地生姜营养成分分析及生姜多糖性质研究
作者： 刘军萍 黄德春 陈贵堂
摘 要：目的：深入开发生姜资源。方法：选取15个不同产地且具有代表性的生姜测定其水分、灰分、粗纤维、粗脂肪、可溶性多糖、可溶性蛋白、总酚等营养成分含量，并采用超声波冰浴提取不同产地生姜粗多糖，进行总糖、糖醛酸、硫酸基、蛋白质及单糖组成性质研究。结果：安徽阜阳、云南红河、浙江丽水三地营养成分得分最高，不同产地生姜粗多糖的性质也有所差异。结论：可根据不同产地生姜的营养成分结构及其性质，合理选择生姜进行科学性研究。
关键词：不同产地；生姜；营养成分；生姜多糖
生姜属于姜科姜属多年生草本植物的新鲜根茎［1］，具有独特的芳香和刺激性辣味，适宜生长在热带、亚热带及温带地区［2］。中国是生姜的发源地之一，有研究认为，姜的原始发源地或许会在古黄河与长江流域之间的地区［3］，中国的生姜产量在国际排行榜里位居榜首［4］。在中国，生姜主要分布在长江以南的东西部地区［5］。我国生姜种质资源丰富，生姜的栽培品种可分为疏苗型和密苗型两类，疏苗型代表品种主要有山东莱芜大姜和疏轮大肉姜，密苗型代表品种主要有莱芜片姜、浙江红瓜姜和广东密轮细肉姜［6］。根据生姜的颜色又可分为灰白皮姜、白黄皮姜和黄皮姜。生姜含有姜油酮、姜酚等生理活性物质，不仅是传统的烹饪食材，同时它也是一个传统中医的药材。中医认为，生姜能够升温解表、和胃止呕、温肺止咳等解毒作用［7］。药理研究表明，生姜具有抗炎、抗菌、抗氧化、抗癌、降血糖血脂、改善心脑血管系统等多种生物活性［8］。有关生姜的研究主要集中在种植与栽培，一般化学成分分析以及药理研究等几个方面，对不同产地生姜主要营养成分的研究却很少。研究我国不同产地生姜的主要成分差异对生姜产业的发展也具有一定的重要意义，为此，本研究选择15个不同产地具有代表性的生姜测定其主要营养成分和分析姜多糖性质。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验样品 15个不同地区的生姜分别购买于广西百色、河南焦作、云南红河、山东莱芜、福建福州、安徽阜阳、江西吉安、四川成都、贵州黔南、湖北恩施、湖南株洲、山东潍坊、浙江丽水、陕西汉中、江苏徐州，将每种生姜样品洗净切片于恒温干燥箱55～60 ℃至干燥，粉碎过80目筛，装于自封袋4 ℃保存备用。
1.1.2 主要试剂 浓硫酸、盐酸、苯酚、石油醚、无水乙醚、丙酮、三氟乙酸、氯化钡、明胶、 葡萄糖，南京化学试剂有限公司；无水乙醇，无锡市亚盛化工有限公司；氢氧化钠，西陇化工股份公司；果糖、半乳糖、木糖、鼠李糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、阿拉伯糖、岩藻糖，上海源叶生物科技有限公司；氯仿、正丁醇、丙酮、四硼酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、碳酸钠，上海凌峰化学试剂有限公司；没食子酸、福林酚、PMP试剂，北京索莱宝科技有限公司；乙腈、甲醇，上海星可高纯溶剂有限公司；考马斯亮蓝、牛血清蛋白标准品，国药集团化学试剂有限公司。
1.1.3 主要仪器 JY92-ⅡN超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技有限公司；PD-1C-50真空冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；ATX224分析天平，岛津有限公司；SZF-06粗脂肪测定仪、CXC-06粗纤维素测定仪，上海新嘉电子有限公司；TM-0612P陶瓷纤维马弗炉，北京盈安美诚有限公司；RE-5205旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；KH7200型超声波清洗器，昆山禾创超声仪器有限公司；GZX-9070 MBE电热鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司设备厂；HH-42数显恒温搅拌循环水箱，常州国华电器有限公司；TU-1901双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；LC-20AT高效液相色谱仪，日本岛津；LXJ-Ⅱ型低速大容量多管离心机，上海安亭科学仪器厂；DFY-500摇摆式高速中药粉碎，温岭市林大机械有限公司。
1.2 方法
1.2.1 不同产地生姜各营养成分测定（1）水分含量测定采用直接干燥法［9］。（2）灰分含量测定采用直接灰分法［10］。（3）粗脂肪含量测定采用索氏提取法［11］，利用SZF-06粗脂肪测定仪完成样品中粗脂肪含量的测定。（4）粗纤维含量测定采用国标法［12］，利用CXC-06粗纤维测定仪完成样品中粗纤维含量的测定。（5）可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝法［13］，以牛血清白蛋白为标样绘制考标准曲线。（6）可溶性糖含量测定采用苯酚硫酸法［14］，以标准葡萄糖为标样标绘制标准曲线。（7）生姜总酚含量测定采用福林酚法［15］，以没食子酸为标样绘制标准曲线，并在实际操作基础上稍作修改。
1.2.2 数据分析 利用SPSS 19.0统计软件［16］，对不同产地生姜各营养成分的数据进行主成分分析。根据软件计算各营养成分的特征值、贡献率及累积贡献率来确定主成分的个数，由各营养成分的特征向量，计算出主成分的函数表达式，整合不同产地生姜各营养成分的综合得分，最后根据综合得分选出营养品质较好的地区。
1.2.3 不同产地生姜多糖性质分析 （1）生姜粗多糖的制备：用分析天平称取适量姜粉于烧杯中，加入25倍体积蒸馏水，放置于超声波细胞破碎机（冰浴，超声提取30 min、功率500 W），离心（4 000 r/min，20 min）过滤取滤液，50℃旋蒸滤液至原体积的1/4，加入sevage试剂（氯仿：正丁醇=4∶1）除蛋白，此操作重复5次，取出上清液并加入四倍体积无水乙醇醇沉过夜，离心得沉淀，再加入丙酮、乙醚、无水乙醇除杂此操作重复2次，将沉淀复溶并透析，透析液冷冻干燥即得粗多糖制品。（2）蛋白质含量测定：参考马斯亮蓝法［17］，以牛血清蛋白为标样绘制标准曲线。将样品配成浓度为0.1 mg/mL的样品溶液，移取1 mL的样品溶液，加入5 mL的考马斯亮蓝溶液，反应20 min后，于595 nm处测吸光度。（3）总糖含量测定：采用硫酸苯酚法，参考1.2.1以葡萄糖为标样绘制标准曲线。取 0.l mg/mL的样品溶液2 mL，加入1 mL 5%苯酚溶液、5 mL浓硫酸，反应30 min后，于490 nm处测定吸光度。（4）糖醛酸含量测定：采用间羟基联苯法［18］，以D-葡萄糖醛酸为标样绘制标准曲线。取100 μL浓度为1 mg/mL的样品溶液，加蒸馏水补足1 mL，加入6 mL四硼酸钠/硫酸溶液，沸水浴反应6 min，冷却至室温，加入间羟基联苯80 μL，摇匀，室温反应30 min，在525 nm处测定吸光度。（5）硫酸基含量测定：采用明胶-氯化钡法［19］，以硫酸钾为标样绘制标准曲线。精确称取10 mg样品，加入5 mL mol/L的盐酸溶液，于100 ℃恒温加热器中水解6 h，过滤除去不溶物，取0.5 mL水解液加入1 mol/L的盐酸溶液补足至3 mL，加入3 mL 0.5%氯化钡-明胶溶液，涡旋混匀后，反应15 min，在360 nm处测定吸光度。（6）单糖分析：采用PMP衍生化法进行测定［20］，分别取10种单糖（甘露糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、岩藻糖）进行衍生化，再进行高效液相分析。取100 μL浓度为2 mg/mL的多糖样品溶液和100 μL 4 mol/L的三氟乙酸于4 mL EP管中，涡旋混匀，密封后在100 ℃的恒温干燥箱中反应120 min水解多糖，将水解液衍生化后再进行高效液相分析。
2 结果与分析
2.1 各标准曲线
各标准曲线汇总见表1。
2.2 不同产地生姜营养成分含量分析
如表2所示，7种营养成分中，水分所占比例最高，可溶性糖所占比例最低。营养成分所占比例表现为水分＞粗纤维＞灰分＞粗脂肪＞总酚＞可溶性蛋白＞可溶性糖。由表可知，不同产地的生姜水分、粗脂肪和总酚含量无较明显的差异性；其他五种营养成分都存在不同程度的差异性，例如安徽阜阳生姜的灰分含量仅占0.82%左右，而云南红河生姜的灰分含量高达3.60%；贵州黔南生姜的粗纤维含量仅占1.82%，而山东潍坊的粗纤维含量高达6.57%；不同产地的生姜粗脂肪含量没有很明显的差异性，通常在1.5%至3%的范围内；大多数产地生姜的可溶性蛋白质含量都在1%左右，但安徽阜阳生姜的可溶性蛋白质含量极少，仅有0.02%；15个产地中的生姜可溶性糖含量也存在明显差异，其中江苏徐州生姜可溶性糖含量为0.35%，而福建福州和山东潍坊仅含0.07%。
2.3 SPSS统计主成分分析
用以评判主成分影响能力的统计量主要是特征值、方差贡献率和累计贡献率，通常将特征值λ>1的主成分选入主成分模型。根据分析结果选取3个主成分，特征值为λ1=2.1156、λ2=1.992、λ3=1.051，方差贡献率分别为30.804%、28.464%、15.007%，累计贡献率为74.276%。对特征值开方可得三个主成分的特征向量，分别为√—λ1=1.468、√—λ2=1.411、√—λ3=1.025。三个主成分的表达式分别为：
Y1=0.482Х1+0.466Х2-0.149Х3+0.121Х4-0.313Х5+0.558Х6+0.323Х7
Y2=-0.343Х1+0.356Х2+0.505Х3-0.566Х4+0.126Х5+0.099Х6+0.393Х7
Y3=0.276Х1+0.155Х2-0.382Х3-0.364Х4+0.745Х5+0.147Х6-0.210Х7
因变量Х分别表示为原先的灰分、粗纤维、粗脂肪等七个变量的标准化变量，将其带入表达式并相加Y1、Y2、Y3的值即可得每个产地各营养成分的综合得分。如表3所示，综合得分情况为安徽阜阳＞云南红河＞浙江丽水＞山东潍坊＞湖北恩施＞江西吉安＞江苏徐州＞福建福州＞广西百色＞山东莱芜＞湖南株洲＞陕西汉中＞河南焦作＞四川成都＞贵州黔南。
2.4 不同产地生姜多糖性质研究
如表4所示，15个产地生姜粗多糖中各成分含量表现出较明显的差异性，其中安徽阜阳生姜多糖中蛋白质含量仅占2.79%，而贵州黔南生姜多糖中含量高达47.76%；安徽阜阳总糖含量高达84.76%，而贵州黔南总糖含量仅有19.7%；广西百色生姜粗糖中糖醛酸按含量占11.92%，山东莱芜粗糖中仅含1.5%；云南红河生姜粗糖中硫酸基含量为3.17%左右，贵州黔南粗糖中仅含0.94%。如表5所示，15个产地生姜粗糖中各单糖组成及其摩尔比有所不同，但几乎都含有甘露糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖，大多数含有阿拉伯糖，少数含有葡萄糖醛酸、岩藻糖；仅山东潍坊含有木糖；其中甘露糖摩尔占比为2%～12%；核糖摩尔占比为1%～8%；鼠李糖摩尔占比为4%～25%；葡萄糖醛酸摩尔占比为6%到12%；葡萄糖摩尔占比在13%～41%，半乳糖摩尔占比在23%～48%，阿拉伯糖摩尔占比为13%～37%。