1.2 姜黄中的主要化学物质及其生物活性研究进展
姜黄根茎中的化学成分主要包括姜黄油和姜黄素类化学物质，此外还含有树脂类、多糖类、甾醇类、脂肪酸、蛋白类、生物碱以及一些微量元素等物质。主要活性成分姜黄素和姜黄油具有抗氧化、抗癌、抗感染和抗病毒等多种生物活性，广泛应用于食品、化妆品、医药等领域。
1.2.1 姜黄油及其生物活性研究进展
姜黄油是利用水蒸气蒸馏或有机溶剂萃取等提取技术从姜黄的根茎中萃取得到的一种挥发性物质。姜黄油为橙黄色且具有辛辣芳香气味的液体。20～25℃时，姜黄油的相对密度为0.9211～0.9430，折射率为1.4650～1.5130［4］。由于品种、产地、气候及生长环境的差异，导致姜黄油的含量和成分有较大差别，姜黄中姜黄油的含量一般为4.8%～7.2%，其主要成分包括姜黄酮、去氢姜黄酮、姜黄烯、水芹烯、姜烯、樟脑、柠檬烯、莪术醇、莪术酮、莪术二酮、莪术烯醇及桉油精等，特征成分为姜黄烯、姜黄酮和去氢姜黄酮。姜黄油主要成分为单萜类及倍半萜类化合物及其衍生物，其中倍半萜类化合物的含量高于单萜类化合物的含量［5～7］。
研究表明，姜黄油具有抗癌、抑菌、降低人体皮肤粗糙度、驱虫、治疗心血管疾病等多种生物活性［8］，现已应用于食品、医药、化工等行业中。
1.2.1.1 姜黄油的抑菌作用
姜黄油对细菌、寄生虫、致病真菌等均具有一定的抑制作用［9～11］。Apisariyakul等［12］的研究表明，姜黄油可有效地抑制动物皮肤真菌和致病真菌的生长。Singh等［13］的研究表明，姜黄油可以抑制念珠菌、刺孢盘等菌丝体的生长。
1.2.1.2 姜黄油的消炎作用
姜黄油具有较好的消炎活性，对早期和晚期的炎症均具有抑制作用。Chandra等［14］的研究表明，口服姜黄油用量为0.1mg·kg-1·d-1时能抑制急性肿胀，并认为其抑制机理可能对肾上腺-垂体轴（adreno-hypophyseal）有兴奋作用。
1.2.1.3 姜黄油的抗肿瘤作用
姜黄油对肿瘤有明显抑制作用，且能增强免疫功能。研究表明，姜黄油能抑制人急性早幼粒白血病细胞株HL-60和肝胚细胞癌细胞株HepG2的增殖，并能促进BALB/C小鼠脾细胞的增殖［15］。
1.2.1.4 姜黄油的驱虫作用
Tawatsin等［16］的研究表明，姜黄油对三种蚊媒——A.aegypti、Anopheles dirus和Culex quinquefasciatus均具有一定的驱除效果，与5%的香草醛联用，驱蚊时间可达到8h。此外，姜黄油还可以驱除其他害虫，Tripathi等［17］的研究表明，姜黄油对谷蠹、玉米象（Sitophilus zeamais）和赤拟谷盗等仓储害虫的毒性、产卵驱避和种群均具有抑制活性。
1.2.1.5 姜黄油的抗突变作用
赵泽贞等［18］的研究表明，姜黄油具有抗突变效应。姜黄油既能保护细胞免受损伤，又能促使已突变细胞的DNA修复；既有细胞外直接灭活致突变的抗突变作用，又有细胞内的抗突变效应。
1.2.1.6 姜黄油对呼吸系统的作用
姜黄油可明显增加小鼠呼吸道酚红分泌和大鼠痰的排出量，表明其能促进呼吸道腺体分泌，发挥祛痰作用。对浓氨水诱发的大鼠咳嗽以及枸橼酸诱发的豚鼠咳嗽，姜黄油的加入能明显延长引咳潜伏期和减少咳嗽次数，达到镇咳效果。对组胺诱发的豚鼠哮喘，预先使用姜黄油，可明显延长哮喘潜伏期，具有一定的预防作用［19］。
1.2.1.7 姜黄油的抗氧化活性
姜黄油是一种安全无毒的天然抗氧化剂［20］。其抗氧化作用一般通过清除自由基或增强抗氧化生物酶的活性来实现。Mara.等［21］研究了不同方法提取得到的姜黄提取物抑制脂质过氧化的能力，结果表明，单独使用姜黄油也表现出良好的抗氧化活性。Jeng-Leun等［22］采用三种不同方法研究了姜黄油的抗氧化性能，结果表明，姜黄油具有清除DPPH·自由基的能力。江琰等［23］的研究表明，姜黄油对黄豆油、芝麻油、油菜籽油、花生油等食用植物油脂均具有较强的氧化抑制作用。Priyanka等［24］的研究表明，姜黄油除可以直接对过氧化亚硝酸盐等进行清除、抑制脂质过氧化反应和DNA氧化损伤外，还可以增加超氧歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶的活性。
1.2.2 姜黄素及其生物活性研究进展
姜黄色素是一类黄色的二苯基庚烃物质的统称，主要包括姜黄素（C21H20O6）、脱甲氧基姜黄素（C20H18O5）、双脱甲氧基姜黄素（C19H16O4）、四氢姜黄素、脱甲氧基四氢姜黄素和双脱甲氧基四氢姜黄素（见图1-1）。本节主要讲姜黄素。姜黄不同部位中姜黄素含量差异较大，其中姜黄的根茎中姜黄素含量最高，而根须中一般较低。目前，姜黄素是世界上销量最大的天然色素之一，其安全无毒，且具有多种生物活性，其在食品、药品等领域得到了广泛应用。
图1-1 姜黄色素的结构
1.2.2.1 姜黄素的抗肿瘤活性
美国癌症研究中心（NCI）将姜黄素列为第三代化学预防药。姜黄素对直肠癌、结肠癌、乳腺癌、肝癌、前列腺癌、胃癌及皮肤癌等多种肿瘤细胞的产生、增殖和转移均具有抑制作用。研究表明，姜黄素的抗癌机制包括调控癌基因和抑制癌基因、抗NO的作用、抑制环氧合酶-2（COX-2）的活性以及诱导细胞周期停止和细胞凋亡等［25］。
Kuttan等［26］的研究表明，姜黄提取物和姜黄素对CHO细胞的生长具有明显的抑制作用。Kawamori等［27］对雄性F344小鼠在致癌物质处理前、处理期间以及处理后以姜黄素进行给药，结果表明，掺入0.2%的姜黄素能有效抑制小鼠结肠癌的发生。
1.2.2.2 姜黄素的抗炎症活性
姜黄素对急性、亚急性、慢性炎症均有抑制作用，因而姜黄素可用于治疗肝炎、肺炎、胰腺炎等多种炎症。姜黄素通过减少中性粒细胞的浸润、抑制脂质过氧化反应、降低丝氨酸活性来抑制结肠细胞的炎症反应。Rao等［28］的研究表明，姜黄素具有较强的抗炎作用，其疗效与非甾体抗炎药接近。
1.2.2.3 姜黄素的抗氧化活性
氧自由基与人体许多疾病的病理生理过程有密切关系，活性氧自由基过量时易导致癌症、心血管疾病、阿尔茨海默病等疾病的发生［29］，同时自由基也与食物加工与储存过程中的腐败变质有关。因此，对植物抗氧化成分的筛选是近年来研究的热点问题。
Masuda等［30］的研究表明，姜黄素捕获自由基后经过氧化反应生成香兰醛、阿魏酸和姜黄素二聚体等。姜黄素二聚体具有稳定的二氢呋喃结构，在姜黄素的抗氧化过程中具有重要作用。姜黄素能提高生物体内血液及组织中抗氧化酶的活性，包括铜/锌超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶、葡萄糖-6-磷酸酶等，从而有效地清除各种自由基，减少过氧化物酶体、硫代巴比妥酸盐（TBARS）等的产生，减少氧化应激反应［31］。
1.2.2.4 姜黄素的杀虫活性
Su等［32］研究了姜黄的石油醚提取物对赤拟谷盗（Tribolium castaneum H.）的驱避活性，采用680μg·cm-2姜黄石油醚提取物对赤拟谷盗进行处理，驱避率高达92.6%；处理4天后，依然表现出较强的驱避活性，驱避率仍达到67.5%。化学成分研究表明姜黄石油醚提取物主要成分为姜黄素芳香酮、姜黄酮和姜黄素等化合物。
Jilani等［33］研究了姜黄对储粮害虫的驱避、拒食和生长方面的抑制活性。结果表明：姜黄粉对谷仓象鼻虫（Sitophilus granaries L.）和谷蠹（Rhyzopertha dominica E.）的抑制活性最高；姜黄的石油醚提取物对赤拟谷盗的活性比丙酮提取物和乙醇提取物均要高。
丁伟［34］的研究表明：姜黄乙醚提取物对黏虫（Mythimna separata W.）的胃毒作用最好，48h的死亡率为65%；而其乙醇提取物在2mg·L-1的浓度下对嗜卷书虱（Liposcelis bostrychophila B.）具有明显的熏蒸活性，24h的死亡率达到95%。
张永强等［35］研究了姜黄不同溶剂提取物对朱砂叶螨的抑制活性，结果表明，姜黄正己烷提取物、苯提取物、无水乙醚提取物、甲醇提取物和水提取物对朱砂叶螨均具有良好的抑制活性。
1.2.2.5 姜黄素的抗菌活性
研究表明：姜黄氯仿提取物对西红柿晚枯萎病菌（TLB）有抑制活性，其抑制率达到80%；姜黄正己烷提取物对TLB和大麦粉霉病菌（BPM）均表现出较高的抑制活性，抑制率均能达到100%，同时，其对稻鞘枯瘟病菌（RSB）和黄瓜灰霉病菌（CGM）也具有一定的抑制作用，其抑制率分别为80%和50%；而姜黄乙酸乙酯提取物和水提取物对稻瘟病菌（RCB）、RSB、CGM、TLB、小麦叶锈病菌（WLR）和BPM的抑制作用不明显［36］。
杨帮［37］采用生长速率法研究了姜黄提取物对玉米小斑病菌（Helminthosporium）、棉花枯萎病菌（Fusarium oxysporum）、柑橘绿霉病菌（Penicillium digitatum）和小麦纹枯病菌（Rhizoctonia cerealis）等病原真菌的抑制活性。结果表明，姜黄提取物对玉米小斑病菌和小麦纹枯病菌有较好的抑制作用，其中姜黄乙醚提取物对玉米小斑病菌的抑制效果最好，其EC50为0.4688g·L-1；姜黄石油醚提取物对小麦纹枯病菌的抑制效果最好，其EC50为0.0340g·L-1。
1.2.2.6 姜黄素的降血脂作用
Asai等［38］的研究表明，姜黄素能降低小鼠高脂血症的血脂，同时可使肝酰基辅酶A还原酶的活性明显增高，降脂作用机制可能是姜黄素改变了脂肪酸的代谢过程。
Suresh Babu等［39］的研究表明，姜黄素能有效改善糖尿病大鼠的代谢状况，其降脂作用可能与胆固醇分解代谢增强有关。
1.2.2.7 姜黄素的护肝作用
姜黄素对四氯化碳、黄曲霉毒素B1、对乙酰氨基酚、铁和环磷酰胺等诱导的肝损伤具有一定的保护作用。姜黄素可显著降低酒精和多不饱和脂肪酸喂饲动物的血中碱性磷酸酶、γ-谷氨酰转移酶及组织中胆固醇、甘油三酯（TG）和游离脂肪酸的含量，使肝和肾组织中的磷脂显著降低，表明姜黄素具有预防实验性脂肪肝的作用［40］。
姜黄素能显著降低Fe2+诱发肝损伤大鼠的肝脂质过氧化物水平，还能有效抑制P450和谷胱甘肽转移酶的活性［41］。刘永刚等［42］以CCl4复制肝纤维化大鼠模型，结果表明，姜黄素可显著降低肝纤维化大鼠血清中ALT、AST的含量，减轻肝细胞脂肪变性及炎性细胞浸润；还能显著降低血清中HA、LN、NO的含量及肝组织中Hyp、MDA的含量，抑制肝脏胶原纤维的增生。阿米洛利和姜黄素对二甲基亚硝胺诱导的大鼠肝纤维化和三乙酸亚硝酸铁诱导的大鼠肝纤维化均有抑制作用，且二者有一定的协同作用［43，44］。
除此之外，姜黄素还具有保护神经、心血管、肾脏，治疗眼科疾病，抗胆结石等多种生理活性。