通过蒸汽蒸馏和超临界CO?流体萃取法提取的生姜精油的风味特征

《South African Journal of Botany》：Aroma profiles of ginger essential oils extracted by steam distillation and supercritical CO 2 fluid extraction

生姜蒸汽蒸馏（GDP-SD）与超临界CO2萃取（GDP-SFE）得到的精油挥发性成分及气味特征对比研究。共鉴定121种化合物，α-zingiberene为主要成分，GDP-SFE呈现更强烈的辛辣、甜、柑橘、果香及土腥味，而GDP-SD带有独特水味。α-zingiberene（rOAV=100）和芳樟醇（rOAV=100）分别主导姜香和甜味，为姜产品开发提供科学依据。

　　

郭向阳

信阳师范学院茶与食品科学学院，中国信阳464000

摘要

关于不同提取方法所得姜精油香气成分的研究较少，尽管香气化合物对其风味和生物活性至关重要。本研究利用气相色谱-质谱技术，结合相对香气活性值（rOAV）测定和感官评价，全面分析了通过蒸汽蒸馏（GDP-SD）和超临界CO₂流体萃取（GDP-SFE）获得的姜精油的香气特征。共鉴定出121种挥发性化合物，其中α-姜烯在两种提取方法中均含量最高。GDP-SFE提取的精油具有更强的辛辣、甜味、柑橘类、果香和泥土香气，而GDP-SD提取的精油中仅检测到强烈的水样香气。鉴定出的20种关键香气化合物的rOAV值均大于1，其中α-姜烯（rOAV=100）和芳樟醇（rOAV=100）分别是GDP-SD和GDP-SFE提取的姜样香气和甜味的主要贡献者。本研究为姜制品的生产、质量控制及资源利用提供了宝贵的见解。

引言

姜（Zingiber officinale Roscoe）是一种多年生草本植物，属于姜科，以其特有的辛辣、刺激性和风味而闻名于世，广泛分布于全球，尤其是在亚洲（Kiran等人，2013年）。作为一种重要的天然成分，姜被广泛用于烹饪中，能有效去除不良气味并提升菜肴的辛辣风味（Schaller和Schieberle，2020年）。由于其辛辣、温性和无毒的特性，姜在传统中医中常被用来暖胃、止吐、缓解恶心和缓解感冒症状（Feng等人，2011年）。此外，姜还具有显著的生物活性，具有抗肿瘤、抗菌、抗真菌和抗氧化作用，并有助于降低血脂和减轻肥胖，显示出作为功能性食品中天然营养成分的潜力（Garza-Cadena等人，2023年）。因此，姜在食品工业、化妆品、医药和农药领域有广泛的应用（Wong等人，2023年）。

姜精油主要从姜根茎中提取，以其显著的药理特性、治疗功效、生物活性和抗氧化能力而著称（Cárdenas-Toro等人，2025年）。除了健康方面的作用外，姜精油还具有重要的经济价值，在工业和日常生活中都有广泛应用。它们被用作食品和饮料行业的调味剂，在化妆品行业中因其芳香特性而被使用，甚至在家用清洁产品中因其天然香气和潜在的抗菌性能而受到青睐（Yang等人，2024年）。这些精油的独特姜样香气是其感官特性和经济价值的关键因素。这种独特的香气主要归因于其中的挥发性化合物，如姜辣素、姜醇和姜酮等关键化学成分，这些成分不仅定义了姜精油的香气特征，还支撑了其促进健康的功能（Garza-Cadena等人，2023年）。鉴于香气在决定姜制品市场接受度和消费者认可度方面的关键作用，研究姜精油的挥发性化合物及相关香气成分变得十分重要。全面了解姜精油的香气组成、香气特征和感官特性有助于评估风味质量，改进储存和保鲜技术，并促进姜制品的研发和利用。

蒸汽蒸馏（SD）和超临界CO₂流体萃取（SFE-CO₂）是两种常用的从芳香植物中提取精油和提取物的方法，包括姜（Chen等人，2024年）。SD因其快速提取能力、操作简便性而受到青睐，成为工业生产中最常用的方法（Guo和Wang，2020年）。相比之下，SFE-CO₂通过在超临界条件下分离和富集挥发油和油树脂，能够获得相对完整和真实的香气，常用于生产高品质的姜精油（Kamaruddin等人，2023年）以及分离生物活性化合物，特别是姜醇和姜辣素等酚类活性成分（Cárdenas-Toro等人，2025年；Chen等人，2024年）。在姜相关产品的工业生产中，SD和SFE-CO₂是主要的提取方法，所得到的姜精油和提取物是常见的工业化产品。以往的研究主要集中在评估姜衍生产品的健康促进作用（Cárdenas-Toro等人，2025年）、研究姜油与姜黄素联合使用的协同抗炎效果（Bhinge等人，2025年）、探索其在食品包装或保鲜中的潜在应用（Zhang等人，2023年），以及分析传统切片处理对新鲜姜油特性的影响（Samia等人，2026年）。此外，一些研究还探讨了干燥处理对姜精油质量的影响（Osae等人，2021年）。然而，这些研究的一个关键局限性在于它们仅基于浓度或相对丰度来分析挥发性化合物，以识别关键香气成分，而没有深入探讨化学组成与感官感知之间的内在关联。此外，大多数研究的提取温度（55–60 °C）远低于实际工业生产中的温度。尽管有些研究使用SFE-CO₂来提取和分离姜中的关键活性成分（Chen等人，2024年），但据我们所知，目前仍缺乏关于在模拟工业条件下通过SD和SFE-CO₂提取的姜精油挥发性成分和香气差异的比较分析，这严重限制了以香气为导向的产品开发。

本研究利用气相色谱-质谱（GC–MS）技术，结合相对香气活性值（rOAV）测定、主成分分析（PCA）和感官评价，全面分析了姜精油的香气特征，旨在揭示通过SD和SFE-CO₂方法提取的姜精油的香气特性。本研究为更好地理解姜精油的香气成分提供了数据基础，为姜相关产品的生产、质量控制及资源利用提供了科学依据。

章节片段

姜精油的挥发性成分

表1显示了两种姜精油样品的挥发性成分组成，总离子色谱图见图S1。共鉴定出121种挥发性化合物，其中GDP-SD提取的样品中含有89种，GDP-SFE提取的样品中含有110种，分别占各自样品总挥发物含量的96.41%和98.55%。其中，有57种和64种挥发性化合物的相对含量超过0.1%，分别占总量的95.31%和96.82%

试剂和材料

姜（Zingiber officinale Roscoe）根茎购自中国山东省莱芜市的本地市场。关于姜样品的详细信息见补充材料。这些样品使用ALPHA 1–4 LD plus型冷冻干燥机（Martin Christ Freeze Dryer，德国）进行冷冻干燥。随后，将姜样品研磨并通过350 μm筛网过滤（上海电久机械制造有限公司，上海）

结论

结论表明，姜精油的香气特征受到所采用提取方法的显著影响。通过GC–MS、rOAV测定、PCA和感官评价的全面分析，两种提取方法共鉴定出121种挥发性化合物，其数量、比例和香气特征存在显著差异。烯烃类化合物在数量和比例上均占主导地位，分别占

披露声明

作者未报告任何潜在的利益冲突。

作者贡献声明

郭向阳：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，软件使用，资源调配，项目管理，方法学设计，研究实施，资金获取，数据分析，概念构思。

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号32573083）和河南省科技重点项目（编号252102110093）的支持。