11 种地理标志黄精活性成分及其抗氧化活性分析

任晋乐，栾明宝，邓欣，曾为

（1. 浙江农林大学，浙江 杭州 311300；2. 中国农业科学院 麻类研究所，湖南 长沙 410205）

中药材黄精为天门冬科Asparagaceae 黄精属Polygonatum黄精P.sibiricum、多花黄精P.cyrtonema和滇黄精P.kingianum的干燥根茎，在我国已有两千余年的药用历史，在《本草纲目》和《神农本草经》中均有记载，被广泛应用于中药领域，具有滋补养生、调养脾胃、益肺止咳、润肺益肾的作用[1]。黄精富含多糖、皂苷、总酚和黄酮等活性成分[2]，现代医学证明其具有提高免疫力、抗衰老和抗氧化等功能，在临床上可以用于治疗糖尿病、动脉粥样硬化等疾病[3]。目前，中国是全球最大的黄精生产国，黄精相关食品、药品、保健品和化妆品等的需求越来越大，黄精产业迎来增长爆发期[4-5]。

黄精属植物适应性强，广泛分布在我国东北、华北、西南和华东地区[6]，其中地理标志黄精以生长环境优越、品质优良为特点，是众多黄精种源的佼佼者。地理标志产品旨在保护和促进特定地理区域的产业和文化，提高其产品附加值和市场竞争力。因此，选择能广泛代表黄精产业的11 种黄精地理标志产品，对其进行活性成分检测和抗氧化能力分析，能了解黄精地理标志产品的品质和功效，为消费者、研究人员和生产人员提供参考，为相关领域的开发和应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品 11 种地理标志黄精样品，于2022 年10—11 月收集5 年生仿野生栽培的品质优良的新鲜块茎，样品名称、产地及其对应编号如表1。

表1 11 种地理标志黄精样品信息Tab. 1 Information of Polygonatum spp. rhizomes with different geographical indications

1.1.2 试剂 主要试剂有购于索莱宝生物科技公司的无水乙醇（AR）、冰乙酸（AR）、香草醛（AR）硫酸、碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、葡萄糖、薯蓣皂苷、薯蓣皂苷元、人参皂苷Rb1 对照品、芦丁、没食子酸等，以及索莱宝生物科技公司的2，2-联苯基-1-苦基肼基（DPPH）、2，2'-联氨-双二胺盐（ABTS）自由基清除能力试剂盒和南京建成生物有限公司的铁离子还原能力（FRAP）测定试剂盒。

1.1.3 仪器与设备 主要仪器有ME204/02 电子分析天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）、RS-FS1401 多功能粉碎机（合肥荣事达小家电有限公司）、ZXRD-B5210 恒温电热鼓风干燥箱（上海智城分析仪器制造有限公司）、F-100s 超声波清洗仪（深圳钰洁清洗设备有限公司）、TECAN Infinite 200 PRO 全自动酶标仪（瑞士TECAN 公司）、UV2700 紫外可见分光光度计（日本Himadzu 公司）、DZKW-D-6 电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理 将来自不同地区的地理标志黄精的5 年生块茎洗净、切片、60 ℃烘干、粉碎、过60 目筛，备用。不同地区的黄精样品均为2.5 kg 左右，同一种黄精样品处理时分为三组独立进行，并且重复三次。

1.2.2 样品有效成分测定 蛋白质测定：不同黄精样品按照蛋白质含量检测试剂盒（BC3185）要求进行测定。

还原糖测定：配置葡萄糖标准品溶液，测量其不同浓度溶液在540 nm 处的吸光度，以吸光度为纵坐标，标准品浓度为横坐标绘制标准曲线。标准曲线结果为：y= 4.388 1x－0.230 1，R² = 0.997 9，在0.05 ～ 0.25 mg·mL-1浓度范围内线性良好。样品按照还原糖含量检测试剂盒（BC0230）要求进行测定，将样品提取液进行吸光度测定，根据标准曲线计算还原糖含量（mg·g-1）。

总多糖测定：参考《中国药典》[7]中黄精多糖含量测定方法，以葡萄糖标准溶液浓度为横坐标，测定582 nm处吸光度为纵坐标，绘制标准曲线为y= 2.911 3x+ 0.014 6，R² = 0.999 6，在0 ～ 0.276 mg·mL-1的浓度范围内线性良好。根据标准曲线公式计算黄精样品相应葡萄糖质量，进一步得到不同黄精样品的多糖含量（%）。

总皂苷测定：以人参皂苷Rb1 的质量为横坐标，550 nm 处的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线y= 2.261 8x+0.032 8，R² = 0.999 8。参考王天梅等[8]的研究方法，根据上述标准曲线，测定黄精总皂苷含量（%）。

总黄酮测定：配置芦丁标准品溶液，以芦丁标准品浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线y= 0.350 8x－0.000 8，R² = 0.999 3。采用亚硝酸钠-硝酸铝显色法计算黄精中的总黄酮含量。根据芦丁标准曲线计算黄精总黄酮的含量（%）。

总酚测定：参考冯庭辉等的方法[9]，以没食子酸为标准品，绘制标准曲线，结果表明，标准曲线在0 ～ 0.528 mg·mL-1范围内线性关系良好，标准曲线为y= 13.324x+ 0.068 2，R² = 0.997 5。以福林酚和碳酸钠溶液处理显色，测定黄精中的总酚含量（%）。

1.2.3 抗氧化物质的测定 ABTS 自由基清除能力：使用从索莱宝公司购买的ABTS 自由基清除能力测定试剂盒（BC4770）对样品进行测试，并按以下公式计算ABTS 自由基清除率（D）：D=[A0－（As－Ac）]/A0*100%，式中，A0为空白管吸光度，As为样品吸光度，Ac为对照品吸光度。

DPPH 自由基清除能力：使用从索莱宝公司购买的DPPH 自由基清除能力测定试剂盒（BC4750）对样品进行测试，DPPH 清除率（D）计算公式为：D=[A0－（As－Ac）]/A0*100，式中，A0为空白管吸光度，As为样品吸光度，Ac为对照品吸光度。

FRAP 测定：采用铁离子还原/抗氧化能力（Ferric reducing ability of plasma ，FRAP）法测定，配置FRAP试剂工作溶液，将5 μL 样品提取物与180 μL 工作溶液混合，在37 ℃温育3 ～ 5 min，在593 nm 处测定吸光度，使用硫酸亚铁溶液（0.5 ～ 10 mg·mL-1）为标准品，以标准品浓度为横坐标，吸光度为纵坐标得到标准曲线，结果为y= 0.290 1x+ 0.134 5，R² = 0.998 4。将样品吸光度带入标准曲线，最后按以下公式计算样品的FRAP（D）。结果以每克样品干质量的亚铁离子当量毫摩尔（mmol Fe2+·g-1DW）表示。计算公式为：D= [（Ac－As）/Ac] ×100，式中，Ac是对照品的吸光度，As是样品的吸光度。

1.3 数据分析

所有试验数据均测3 次，以平均值±标准差的形式表示。使用SPSS 软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 样品活性成分含量比较

2.1.1 蛋白质含量分析 由表2 可知，11 个样品的蛋白质含量范围为27.950 3 ～ 74.534 2 mg·mL-1。除了金寨黄精、安化黄精、泰山黄精与天问山黄精的蛋白质含量无显著差异外，其余黄精的蛋白质含量均有显著差异（P<0.05），其中，黔阳黄精的蛋白质含量最高，铜鼓黄精的蛋白质含量最低。蛋白质含量相对于其他5 种成分的含量来说处于较高的水平，说明蛋白质是黄精的主要食用成分。

表2 11 种地理标志黄精活性成分含量比较Tab. 2 The content of active pharmaceutical ingredient from Polygonatum spp. rhizomes with 11 geographical indications

2.1.2 还原糖含量分析 11 个样品的还原糖含量范围为14.959 4 ～ 38.537 2 mg·mL-1。除新化黄精、黔阳黄精与耿马滇黄精，泰山黄精与铜鼓黄精的还原糖含量无显著差异外，其余样品的还原糖含量均有显著差异（P<0.05）。相对于其他5 种指标来看，各样品还原糖含量的差异较小，相对稳定。

2.1.3 多糖含量分析 多糖含量是《中国药典》中评价黄精药用质量的重要指标。11 个样品的多糖含量范围在9.691 0% ～ 16.583 7%，均满足《中国药典》中对黄精多糖含量大于7%的要求，其中除九华黄精、黔阳黄精和江山黄精的多糖含量无显著差异外，其余黄精的多糖含量均有显著性差异（P<0.05）。其中安化黄精、新化黄精和略阳黄精的多糖含量较高。

2.1.4 皂苷含量分析 11 个样品的皂苷含量范围为2.230 5% ～ 5.356 7%，其中九华黄精的皂苷含量最高，达5.356 7%，除金寨黄精与铜鼓黄精、安化黄精与泰山黄精的皂苷含量无显著性差异外，其余黄精的皂苷含量均有显著差异（P<0.05）。

2.1.5 黄酮含量分析 11 个样品的黄酮含量范围为0.488 2% ～ 1.593 2%，其中，泰山黄精的黄酮含量最高，金寨黄精的黄酮含量最低，并且与其余黄精的黄酮含量有显著性差异（P<0.05）。

2.1.6 总酚含量分析 11 个样品的总酚含量范围为0.173 6% ～ 0.634 4%，其中，泰山黄精的总酚含量最高，铜鼓黄精的总酚含量最低，并且与其余黄精的总酚含量有显著性差异（P<0.05）。

2.2 抗氧化活性分析

以ABTS 自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力和FRAP 3 个指标来反映不同黄精样品的抗氧化能力强弱，以浓度为1 mg·mL-1的维生素C 溶液为阳性对照（其自由基清除能力大于99%），对11 个样品的抗氧化能力进行比较分析，结果见表3。

表3 11 种地理标志黄精的抗氧化活性Tab. 3 Antioxidant activity of Polygonatum spp. rhizomes with 11 geographical indications

2.2.1 ABTS 自由基清除能力分析 由表3 可知，11 个样品的ABTS 自由基清除能力范围在36.841 9% ～65.152 7%，其中，金寨黄精的ABTS 自由基清除能力最低，泰山黄精的ABTS 自由基清除能力最高，除金寨黄精与天问山黄精、略阳黄精与耿马滇黄精、新化黄精与江山黄精的ABTS 自由基清除能力无显著性差异外，其余样品间的ABTS 自由基清除能力均有显著差异（P<0.05）。

2.2.2 DPPH 自由基清除能力分析 11 个样品的DPPH 自由基清除能力范围在36.264 8% ～ 65.602 7%，其中，铜鼓黄精的DPPH 自由基清除能力最低，九华黄精的DPPH 自由基清除能力最高，除金寨黄精、新化黄精、江山黄精与黔阳黄精的DPPH 自由基清除能力无显著差异外，其余各样品的DPPH 自由基清除能力均有显著差异（P<0.05）。

2.2.3 FRAP 11 个样品的FRAP 范围在0.402 3 ～ 1.386 5 mmol Fe2+·g-1DW，其中，耿马滇黄精的FRAP 最低，泰山黄精的FRAP 最高，且泰山黄精与其他黄精的FRAP 差异显著（P<0.05），各黄精样品的FRAP 相较于其余两个指标差异较小。

2.3 相关性分析

对不同黄精样品的抗氧化活性（ABTS 自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力和FRAP）与成分（蛋白质、还原糖、总多糖、总皂苷、总黄酮和总酚）进行相关性分析，结果见表4。

表4 黄精活性成分与抗氧化活性之间的相关性Tab. 4 Correlation between active ingredients and antioxidant activity of Polygonatum spp. rhizomes

由表4 可知，11 种地理标志黄精样品的总酚含量与ABTS 自由基清除能力和FRAP 呈显著正相关（P<0.05），其相关系数分别为0.726 和0.714；总黄酮含量与FRAP 呈显著正相关（P<0.05），相关系数为0.718；总皂苷含量与FRAP 呈显著负相关（P<0.05），相关系数为－0.64；而总多糖含量和还原糖含量对抗氧化活性的影响不如其余指标，蛋白质含量和总皂苷含量对抗氧化活性呈负相关或弱正相关。

2.4 聚类分析

对11种地理标志黄精样品的3种抗氧化活性进行系统聚类分析，采用平方Euclidean 距离为度量准则，得到聚类分析结果如图1 所示。当距离＞15 时，样品可以分为2 类；当距离在10 ～ 15 时，样品可以分为3 类，其中安化黄精、泰山黄精、略阳黄精、九华黄精和耿马滇黄精为第1 类，天问山黄精为第2 类，金寨黄精、新化黄精、黔阳黄精、江山黄精、铜鼓黄精为第3 类。结合具体数据分析可得，样品的抗氧化活性第1 类>第2 类>第3 类，因此安化黄精、泰山黄精、略阳黄精、九华黄精和耿马滇黄精的综合抗氧化能力较好。

图1 11 个黄精样品的聚类分析树状图Fig. 1 Cluster dendrogram of Polygonatum spp. rhizomes with 11 geographical indications

2.5 主成分分析

对黄精成分和抗氧化活性这9 个变量的原始数据进行主成分分析，通过降维将各个变量提取为3 个因子，为保证数据的完整性和可靠性，累计方差贡献率在80%以上。

由表5 所得，因子1 的方差贡献率达35.508%，主要代表为总皂苷、总酚、总黄酮和FRAP；因子2 的方差贡献率为24.104%，主要代表为多糖、蛋白质和还原糖；因子3 的方差贡献率为21.599%，主要代表为ABTS自由基清除率和DPPH 自由基清除率。

表5 旋转后因子载荷矩阵、特征值、贡献率及因子权重Tab. 5 Load matrix, feature value, contribution rate and weight of factors

由表6 表明，九华黄精的因子1 得分最高，说明九华黄精与其余黄精样品相比，其总皂苷、总酚、总黄酮含量和FRAP 相对其他样品较高，更具优势。黔阳黄精的因子2 得分最高，说明其在总多糖、蛋白质和还原糖相较于其余样品更好。根据综合得分进行判断，11 种地理标志黄精样品的品质从高到低分别为黔阳黄精、新化黄精、江山黄精、略阳黄精、安化黄精、泰山黄精、金寨黄精、九华黄精、铜鼓黄精、天问山黄精和耿马滇黄精。

3 结论与讨论

不同产地黄精的活性成分和抗氧化能力各有区别，何晓梅等[10]对5 个产地的黄精样品的多糖进行体外抗氧化活性测定，发现不同黄精粗多糖对DPPH 自由基和ABTS 自由基都有不同的清除能力，并呈现一定的剂量关系。马永强等[11]对6 个产地的黄精样品进行基本成分测定，发现黄精多糖和黄酮等成分可以有效评价黄精的综合品质。王丹等[12]对湖南和四川地区的黄精样品进行活性成分测定，发现不同产地中的多花黄精多糖含量相对较高，总黄酮含量相对较低。我们通过测定11 种地理标志黄精样品的活性成分和抗氧化活性，发现除少数样品之间无显著性相关外（P>0.05），其余样品的活性成分和抗氧化活性均有显著性相关（P<0.05）；泰山黄精的ABTS 自由基清除率和FRAP 最强，九华黄精的DPPH 自由基清除率最强；相关性分析结果表明，总酚、总黄酮、还原糖和总皂苷是影响黄精抗氧化活性的重要成分；聚类分析结果表明安化黄精、泰山黄精、略阳黄精、九华黄精和耿马滇黄精的综合抗氧化能力较好；主成分分析结果表明，黔阳黄精综合得分排名第一，其次是新化黄精、江山黄精、略阳黄精、安化黄精、泰山黄精等，与聚类分析结果基本一致。本研究对11 种地理标志黄精样品的主要成分和抗氧化活性进行了探究，为黄精抗氧化机制分析奠定了数据基础，可以为黄精产业发展提供一定的参考。