不同品系湘玉竹主要功能成分及抗氧化和抗糖基化活性

朱晓慧，王锋*，杨华，苏小军，李清明，江雪梅，郭红英

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南长沙 410128；2.湖南省发酵食品工程技术研究中心，湖南长沙 410128；3.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 410128）

玉竹[Polygonatumodoratum（Mill.）Druce]又名尾参、地管子、铃铛菜、葳蕤，为百合科黄精属多年生草本植物，是国家卫健委公布的药食同源的食材[1]。在吉林、湖南、浙江等16 个地区均有分布[2]。湖南玉竹也称湘玉竹，栽培历史悠久，栽培面积居全国首位，是湖南地道药材。玉竹是常用的滋补类食材，以干燥根茎入药，味甘，性微寒，具有养阴润燥、生津止渴等功效[3]，广东、湖南等地居民通常用其与畜禽肉类进行煲汤食用。研究表明，玉竹的有效成分主要来源于其自身所含的多糖类[4]、总黄酮类[5]、氨基酸[6]等成分，在提高免疫力[7]、调节肠道微生物[8]、降血糖[9]、抗菌[10]、抗肿瘤[11]、抗氧化[12]、抗衰老[13]等方面具有很好的开发前景。

湖南邵东是传统的玉竹生产大县，素有“玉竹之乡”的美誉，“邵东玉竹”为国家地理标志农产品，全县玉竹种植面积达6 000 公顷，年产玉竹约5.34 万t，年产值5.4 亿元，玉竹加工量占全国的75%，销售量占全国的90% 以上，出口量居全国第一[14]。近年来，随着脱贫攻坚和乡村振兴工作的深入开展，湖南邵阳、郴州、怀化等多个地区均将发展玉竹产业作为乡村振兴的抓手，玉竹种植面积增长迅速。玉竹的扩繁多采用种茎扩繁，生产中，留种主要考虑的是玉竹的产量及园艺性状，而对其功能成分含量考虑较少。深入研究不同品系玉竹的功能成分及作用，对开发玉竹资源具有积极意义。

本试验收集邵东农户种植较多的麻杆、红杆、连竹、红杆猪屎尾、猪屎尾5 个品系湘玉竹，测定其水分、灰分、质构、蛋白质、还原糖、多糖、总黄酮、总酚的含量，比较其体外抗氧化活性及抑制晚期糖基化末端产物（advanced glycation end products，AGEs）能力，分析各组分含量与抗氧化活性及抗糖基化能力的相关性，以期为玉竹进一步开发利用提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

5 个品系玉竹分别为麻杆、红杆、连竹、红杆猪屎尾、猪屎尾，采自湖南省邵东市。

芦丁标准品（纯度≥98%）、没食子酸标准品（纯度为99.04%）：成都曼思特生物科技有限公司；荧光素钠（纯度为97%）、奎诺二甲基丙烯酸酯（水溶性维生素E，纯度为97%）、偶氮二异丁脒盐酸盐（2，2′-azobis-2-methyl-propan-imidamide，dihydrochloride，AAPH）（纯度为97%）、葡萄糖分析对照品（纯度≥99%）：上海麦克林生化科技有限公司；1，1-二苯基-2-苦肼基（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）：梯希爱（上海）化成工业发展有限公司；2，2′-联氨-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐[2，2′-azino-bis（3-ethylbenzothiazo-line-6-sulfonic acid），ABTS]、2，4，6-三吡啶基三嗪（2，4，6-tripyridin-2-yl-1，3，5-triazine，TPTZ）：上海瑞永生物科技有限公司；氨基胍（amino guanidine，AG）（纯度≥98%）：美国Sigma 公司；牛血清蛋白、硫酸、甲醇、乙醇、甲苯、三氯化铁、氢氧化钠、硼酸、硫酸铜、硫酸钾（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

AL204 型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JXFSTPRP-11-01 型全自动液氮冷冻研磨机：上海净信实业发展有限公司；TGW16 型台式高速微量离心机：长沙英泰仪器有限公司；Varioskan Lux 型多功能微孔读数仪：美国赛默飞世尔科技有限公司；K9840型自动凯氏定氮仪：山东海能科学仪器有限公司；101A-3ET 型电热鼓风干燥箱：上海亚泰仪表有限公司；F-7000 型荧光分光光度计：日本日立公司；TAXT Plus 型物性测试仪：英国Stable Micro System 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料预处理

新鲜玉竹洗净切片，60 ℃热风干燥至含水量＜10%，由全自动液氮冷冻研磨机研磨，过70 目筛后得玉竹粉，密封保存备用。

1.3.2 玉竹理化指标测定

1.3.2.1 水分含量的测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[15]测定新鲜玉竹水分含量。

1.3.2.2 灰分含量的测定

参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》[16]测定新鲜玉竹灰分含量。

1.3.2.3 蛋白质含量的测定

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》[17]中凯氏定氮法测定玉竹粉蛋白质含量。

1.3.3 玉竹硬度的测定

硬度的测定参照曹荣等[18]的方法并稍作修改。新鲜玉竹洗净去皮后，横向切成1.0 cm 的小段，去除靠近头部和尾部的部分，取剩余玉竹段进行测定。采用物性测试仪进行穿刺试验，选用SMS P/2（针形）探头，测定玉竹的硬度。穿刺测试程序参数为测前速度1 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度1 mm/s，穿刺距离3 mm，触发力2.0 g。

1.3.4 玉竹总酚、总黄酮、还原糖、多糖含量的测定

总酚含量的测定参照王何柱等[19]的方法。总黄酮含量的测定参照徐洪宇等[20]的方法。参照黄俊学等[21]的方法测定还原糖含量。多糖含量的测定参照中国药典（2020 版）热水回流法[22]。

1.3.5 玉竹体外抗氧化实验

1.3.5.1 样品预处理

参照张会林等[23]等的方法进行样品预处理并稍作修改。称取玉竹粉各15 g 于250 mL 锥形瓶中，加入纯甲醇100 mL，超声辅助提取30 min，5 000 r/min 离心10 min，残渣按上述步骤重复提取3 次，合并上清液。将所得上清液旋蒸浓缩后，并定容至50 mL，即得质量浓度为300 mg/mL 的样品溶液。将其用纯甲醇溶液稀释成25、50、75、100、125、150、200、250、300 mg/mL的不同质量浓度样品溶液，测定其抗氧化活性。

1.3.5.2 DPPH 自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力、铁离子还原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）、氧自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）的测定

DPPH 自由基清除能力的测定参照Zhao 等[24]的方法。ABTS+自由基清除能力的测定参照Cheng 等[25]的方法。FRAP 的测定参照Cheng 等[25]的方法。ORAC的测定参照唐兰芳[26]的方法。

1.3.6 玉竹抗糖基化能力的测定

抗糖基化能力的测定参照杨生辉等[27]的方法。

1.4 数据分析

试验数据均采用Excel 2007、SPSS 24.0 与Origin 2021 进行分析处理。数据用平均值±标准差表示，采用最小显著差数法（least significance difference，LSD）进行显著性分析（P＜0.05），Pearson 法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同品系玉竹主要功能成分及硬度测定结果

不同品系玉竹主要功能成分及硬度测定结果见表1。

表1 不同品系玉竹主要功能成分及硬度Table 1 Functional components and hardness of different species of Polygonatum odoratum

由表1 可知，猪屎尾水分含量为（65.05±0.66）%，显著低于其余品系（P＜0.05）。猪屎尾被认为是最正宗的湘玉竹，是湖南栽培最多的玉竹品系。5 个玉竹品系中，麻杆、红杆、连竹、红杆猪屎尾4 个品系的蛋白质、总酚、总黄酮、还原糖、多糖含量均高于猪屎尾，且上述5 种成分含量高低顺序均为麻杆＞红杆＞连竹＞红杆猪屎尾＞猪屎尾。麻杆灰分含量为（3.09±0.12）%，超出中国药典规定要求（＜3%），用来制作饮片存在灰分含量不合格的风险，但用作食材则品质较优；其它4 种玉竹灰分含量均＜3%，其中猪屎尾灰分含量最低，为（1.01±0.08）%。

硬度是表示物体软硬程度的物理量，主要取决于物体本身的弹性模量、屈服强度、塑性、脆性，以及内部分子结构、结晶状态及原子间的键结合力等因素[28]。由表1 可知，硬度最小的是麻杆，硬度为（511.39±59.96）g，最大的为猪屎尾，硬度为（715.91±73.39）g。

2.2 不同品系玉竹体外抗氧化能力比较

2.2.1 不同品系玉竹清除DPPH 自由基与ABTS+自由基能力比较

DPPH 自由基与ABTS+自由基清除能力的测定是常见的体外抗氧化方法，2 种自由基被清除的机制不同，前者主要涉及氢转移，后者是一种带正电荷的自由基，其清除过程主要涉及电子转移[29]。不同品系玉竹对DPPH 自由基的清除能力如图1所示。

图1 不同品系玉竹对DPPH 自由基的清除能力Fig.1 Scavenging ability of different species of Polygonatum odoratum against DPPH free radical

由图1A 可知，玉竹质量浓度为50～300 mg/mL时，5 个品系的玉竹醇提物对DPPH 自由基的清除率都随着玉竹质量浓度的升高而增强，呈良好的线性关系。不同品系的玉竹醇提取物对DPPH 自由基活性的清除作用存在明显差异，玉竹质量浓度范围为50～300 mg/mL 时，麻杆对DPPH 自由基的清除率均高于其余4 个玉竹以及VC的DPPH 自由基清除率。当麻杆浓度为300 mg/mL 时，对DPPH 自由基的清除率为（97.38±1.91）%，半抑制浓度（IC50）值为（115.8±5.70）mg/mL。由图1B 可知，不同品系玉竹的DPPH 自由基IC50值：麻杆＜红杆＜连竹＜红杆猪屎尾＜猪屎尾。

不同品系玉竹对ABTS+自由基的清除能力如图2所示。

图2 不同品系玉竹对ABTS+自由基的清除能力Fig.2 Scavenging ability of different species of Polygonatum odoratum against ABTS+free radical

ABTS+自由基是由ABTS 盐与过硫酸钾发生氧化反应生成的，当向其溶液中补充自由基清除剂后，蓝绿色变淡，其吸光度也会随着抗氧化剂的抗氧化能力的增加而降低。因而，ABTS+自由基清除率可以作为评价样品抗氧化能力的重要指标[30]。由图2A 可知，玉竹质量浓度在25～150 mg/mL 时，各个品系玉竹醇提物对ABTS+自由基都具有一定的清除能力，且随着玉竹质量浓度的增加，玉竹醇提物对ABTS+自由基清除能力逐渐升高。在样品质量浓度为150 mg/mL 时，麻杆、红杆、连竹、红杆猪屎尾、猪屎尾对ABTS+自由基清除率分别为（87.27±3.21）%、（71.73±2.53）%、（69.43±1.42）%、（53.70±1.17）%、（46.58±1.72）%。由图2B 可知，不同品系玉竹的ABTS+自由基IC50值：麻杆＜红杆＜连竹＜红杆猪屎尾＜猪屎尾。

2.2.2 不同品系玉竹Fe3+还原能力比较

FRAP 是指抗氧化物在酸性环境下还原Fe3+产生Fe2+的能力，可作为样品中总抗氧化能力的评价指标[31]。Fe3+还原能力与抗氧化能力呈正相关，同时FRAP 值越大，对Fe3+还原能力就越强。不同品系玉竹对铁离子还原能力如图3所示。

图3 不同品系玉竹的铁离子还原能力Fig.3 Ferric reducing antioxidant power of different species of Polygonatum odoratum

由图3 可知，不同品系玉竹之间的FRAP 值存在明显差异，麻杆的FRAP 值最高，为（8.88±0.21）μmol/g，猪屎尾的FRAP 值最低，为（4.14±0.06）μmol/g。总黄酮类化合物、总酚类化合物等活性物质对抗氧化能力有显著的影响，可能由于麻杆总黄酮、总酚含量较高，因此导致其抗氧化能力最强。

2.2.3 不同品系玉竹氧自由基吸收能力比较

ORAC 法是目前检测抗氧化剂抗氧化能力的标准方法，被广泛应用于食品、药品等抗氧化能力的检测[32]。不同品系玉竹的氧自由基吸收能力值如图4所示。

图4 不同品系玉竹的氧自由基吸收能力值Fig.4 Oxygen radical absorption capacity of different species of Polygonatum odoratum

由图4 可知，不同品系玉竹之间的ORAC 值存在明显差异，麻杆的ORAC 值最高，为（0.57±0.01）mmol/g；猪屎尾的ORAC 值最低，为（0.13±0.01）mmol/g。

2.3 不同品系玉竹抗糖基化能力比较

糖基化终末产物（AGEs）可在人体内自发生成并累积，人体长期高血糖会促使血液中的血清蛋白、血红蛋白等与血糖发生非酶糖基化反应。机体中AGEs 的积累会激活AGEs 受体的表达，增加氧化压力，促进血小板聚集以及炎症因子和血管内皮生长因子的表达，降低腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）的产生，是人体糖尿病、阿尔兹海默症以及心脑血管疾病发生的重要因素[33]。不同品系玉竹对AGEs 抑制率如图5所示。

图5 不同品系玉竹对AGEs 抑制率Fig.5 Inhibition of different species of Polygonatum odoratum against AGEs

由图5 可知，玉竹对于AGEs 的抑制效果具有明显的浓度依赖性，随着玉竹质量浓度的增加，对AGEs 的抑制率在不断提高。玉竹质量浓度在0.25～1.25 mg/mL时，5 个品系玉竹对AGEs 的抑制率虽然低于同浓度阳性对照氨基胍（AG），但均表现出很强的抗糖基化能力。

2.4 不同品系玉竹中活性成分与抗氧化和抗糖基化相关性分析

植物中总酚和总黄酮结构中的邻位酚羟基很容易被氧化成醌类结构，使得总酚和总黄酮具有较强捕捉自由基的能力和抗氧化活性，并且抗氧化活性强弱与其总酚和总黄酮类物质含量的高低、种类、结构有关[34]。有研究表明，多糖可有效缓解晚期糖基化终末产物及其受体功能紊乱状况[35]。不同品系玉竹中总酚、总黄酮、多糖含量与4 种抗氧化试验及抗糖基化试验结果的相关系数见表2。

表2 不同品系玉竹中多糖、总黄酮、总酚含量与抗氧化活性和抗糖基化的相关性分析Table 2 Correlation analysis of polysaccharides，total flavonoids and total polyphenols in different species of Polygonatum odoratum with antioxidant and anti-glycosylation activities

由表2 可知，3 种活性成分的含量与抗氧化和抗糖基化活性的相关性强。DPPH 自由基清除能力、ORAC 值与多糖、总黄酮含量相关性极显著，DPPH 自由基清除能力与总酚含量相关性显著。ABTS+自由基清除能力与总黄酮、总酚含量相关性显著，与多糖含量相关性极显著。FRAP 值、抗糖基化能力与多糖、总酚含量相关性显著，与总黄酮含量相关性极显著。DPPH自由基清除能力、FRAP 值、ORAC 值、抗糖基化能力试验中，3 种活性成分对其贡献大小依次为总黄酮、多糖、总酚含量；ABTS+自由基清除能力试验中，3 种活性成分对其贡献大小依次为多糖、总黄酮、总酚含量。

3 结论

不同品系湘玉竹在营养成分和功能特性方面存在着一定的差异，品系不同，功能成分含量存在较大的差异，麻杆的蛋白质、总黄酮、还原糖含量均是猪屎尾的2 倍以上。通过对5 个品系湘玉竹主要功能成分的测定，水分、灰分含量最低的为猪屎尾，分别为（65.05±0.66）%、（1.01±0.08）%，蛋白质、总酚、总黄酮、还原糖、多糖含量最高的均为麻杆，含量分别为（5.99±0.03）%、（20.57±2.42）mg/g、（1.55±0.07）mg/g、（38.37±0.72）mg/g、（78.66±1.73）mg/g。

抗氧化和抗糖基化是总黄酮、总酚和多糖等重要活性成分的表现形式，其含量越高，样品的抗氧化和抗糖基化能力越强。从自由基清除能力、Fe3+还原能力和氧自由基吸收能力3 个方面对5 个不同品系湘玉竹体外抗氧化活性进行评定，能较全面地反映样品的抗氧化能力，结果证实玉竹具有较强的抗氧化能力。5个品系湘玉竹中抗氧化能力最强的均为麻杆，当玉竹质量浓度为300 mg/mL 时，麻杆对DPPH 自由基的清除率达（97.38±1.91）%，当质量浓度为150 mg/mL 时，对ABTS+自由基的清除率达（87.27±3.21）%，FRAP 值为（8.88±0.21）μmol/g，ORAC 值为（0.57±0.01）mmol/g。非酶糖基化过程中常伴随着自由基的产生，加剧了机体的氧化应激状态。因此，抗氧化活性能够在一定程度上解释其抗糖基化能力。5 个品系湘玉竹中抗氧化能力最强的麻杆，抗糖基化能力也最强，当玉竹质量浓度为1.25 mg/mL时，麻杆对AGEs 抑制能力达到（87.38±1.17）%。

麻杆作为食材使用，品质和功能成分含量高，质量优良，而猪屎尾虽然功能成分含量在5 个品系中最低，但其折干率最高，灰分低，符合药典要求，可制成质量优良的饮片。湖南玉竹资源丰富，可以充分发挥玉竹的药食两用的作用并加强玉竹优良品种（系）的选育，为湘玉竹资源的合理开发提供一条有效的途径。