不同产地药食同源黄精的成分及体外抗氧化研究
2023-06-09罗霜王剑波陈柯宇付家莉王雪
罗霜 王剑波 陈柯宇 付家莉 王雪
摘要:文章研究了8個不同产地黄精的营养成分及活性成分含量,并进行主成分分析,筛选出黄精优势产地,并对黄精水提物进行体外抗氧化活性测定,为进一步研究和利用黄精水提物作为天然抗氧化剂提供理论依据;根据食品国家标准对黄精的基本营养成分含量进行测定,测定黄精的总多糖、总黄酮、总皂苷、总酚含量,利用主成分分析法对不同产地黄精成分进行综合评价,筛选出黄精优势产地,并采用DPPH自由基、ABTS+自由基以及超氧阴离子(O2-)自由基清除率对不同产地黄精水提物的抗氧化能力进行评价。对各产地黄精的综合质量做出评价,其综合评分排序为Y福建>Y四川>Y安徽>Y江西>Y广西>Y贵州>Y湖南>Y湖北,产自福建省漳州市的黄精综合评分最高,可达到1.561,福建、四川为黄精的优势产区。不同产地黄精水提物均有一定的自由基清除能力,且具有剂量依耐性,其中四川产黄精的DPPH自由基、ABTS+自由基和超氧阴离子(O2-)自由基清除能力最强。黄精须根中营养成分及活性成分种类多且含量丰富,不同产地黄精的水提物均具有抗氧化活性,可进行进一步的开发研究。
关键词:黄精;营养成分;活性成分;主成分分析;抗氧化
中图分类号:TS201.2文献标志码:A 文章编号:1000-9973(2023)06-0059-07
Abstract: In this paper, the content of nutrients and active components of rhizoma polygonati from eight different places of origin is studied, the principal component analysis is carried out to screen out the dominant places of origin of rhizoma polygonati, and the in vitro antioxidant activity of rhizoma polygonati water extract is determined, which provides a theoretical basis for further research and utilization of rhizoma polygonati water extract as the natural antioxidant. According to the national food standards, the content of the basic nutrients of rhizoma polygonati is determined, the content of total polysaccharides, total flavonoids, total saponins and total phenols of rhizoma polygonati is determined, and the components of rhizoma polygonati from different places of origin are comprehensively evaluated by principal component analysis to screen out the dominant places of origin of rhizoma polygonati.
The antioxidant capacity of water extract of rhizoma polygonati from different places of origin is evaluated by DPPH free radical, ABTS+ free radical and superoxide anion (O2-) free radical scavenging rates. The comprehensive quality of rhizoma polygonati from various places of origin is evaluated, the comprehensice scores are ranked as YFujian>YSichuan>YAnhui>YJiangxi>YGuangxi>YGuizhou>YHunan>YHubei. The comprehensice score of rhizoma polygonati from Zhangzhou, Fujian is the highest, which can reach 1.561. It can be seen that Fujian and Sichuan are the dominant places of origin of rhizoma polygonati. The water extracts of rhizoma polygonati from different places of origin all have certain free radical scavenging capacity and the scavenging capacity is dose-dependent, among which, the DPPH free radical, ABTS+ free radical and superoxide anion (O2-) free radical scavenging capacity of rhizoma polygonati from Sichuan is the strongest. There are many kinds of nutrients and active components in the fibrous root of rhizoma polygonati, and their content is rich. The water extracts of rhizoma polygonati from different places of origin all have antioxidant activity, which can be further developed and studied.
Key words: rhizoma polygonati; nutrients; active components; principal component analysis; antioxidation
黄精又名“老虎姜”、“鸡头参”,为百合科多年生草本植物,《中国药典》中收录的黄精种类主要包括多花黄精、滇黄精和黄精,分布于云南、四川、湖南、貴州等地。作为一种传统名贵中药材,黄精在我国具有悠久的食用历史[1],且为药食同源植物之一。黄精性味甘甜、爽口,入药部位主要为根茎,黄精营养成分含量丰富,化学成分主要包括黄精多糖、甾体皂苷、黄酮、多酚、木质素和氨基酸[2]。中医认为,黄精归肝、脾、肾经,具有补脾益气、滋肾润肺[3-4]之功效,主治脾胃虚弱、体倦乏力、口干食少、心悸气短、内热消渴、肺虚燥咳、劳嗽久咳、肾虚头晕、腰膝酸软、须发早白、糖尿病、高血压等病症,是一种天然补益药[5]和食疗佳品。现代药理研究[6]发现,黄精在抗氧化[7-8]、延缓衰老[9]、抗肿瘤[10]、解压抗疲劳[11]、免疫调节[12]等方面均有较好的作用,将黄精开发成食品或利用其甘甜风味和各种功能,将其提取物开发成调味品加入到食品中,既能调节食品风味,又能达到提高食品功能的作用。黄精食品加工时通常是将以黄精制成的浸提液或将黄精生品低温烘干后打粉与食品配套,能够较方便地将黄精添加到食品中,从而达到增加食品功能性和营养性的目的。目前市面上常见的黄精食品(或黄精功能性食品)主要有黄精米酒[13]、黄精茶[14]、黄精酸奶[15]、黄精压片糖果、黄精发酵功能饮料、黄精复合饮料等。随着人们健康理念的增强,作为一种具有巨大潜力的药食同源植物食品,黄精的需求量正在增长。
本研究在测定不同产地黄精生品中基本营养成分及活性成分的基础上进行主成分分析,对8个不同产地黄精的成分及其含量进行综合评价,筛选出黄精优势产地,并采用DPPH自由基、ABTS+自由基以及超氧阴离子(O2-)自由基清除率对8个不同产地黄精水提物的抗氧化能力进行评价,为研究和利用黄精作为天然抗氧化剂[16]、天然功能性食品原材料、天然调味品提供了理论依据,为黄精水提物在食品及调味品领域的应用提供了参考基础。
1 试验材料与主要仪器设备
1.1 材料与试剂
黄精:产地分别为安徽省池州市(S1)、福建省漳州市(S2)、广西壮族自治区桂林市(S3)、贵州省施秉县(S4)、江西省宜春市(S5)、湖北省黄冈市(S6)、湖南省张家界市(S7)、四川省宜宾市(S8)。D-无水葡萄糖标准品(批号:AF20110804,纯度≥98.0%)、芦丁对照品(批号:AZ21080201,纯度≥98.0%)、没食子酸对照品(批号:AF22051007,纯度≥98.0%)、人参皂苷Rb1(批号:AZ21090302,纯度≥98.0%):成都埃法生物科技有限公司;乙腈、甲醇:色谱纯,美国TEDIA天地试剂公司;抗坏血酸(维生素C)、苯酚、硫酸、无水乙醇、盐酸、氯仿、NaNO2、Al(NO3 )3、NaOH、福林酚、Na2CO3、DPPH、ABTS、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH):分析纯,成都润泽本土化工有限公司。
1.2 主要仪器设备
Milli-Q超纯水处理系统 美国Millipore公司;HWS-24电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司;H1650高速离心机 湖南湘仪离心机仪器有限公司;BSM-420.3电子分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;FW100粉碎机、101-2AB鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司;SHB-Ⅲ真空泵 天津市心雨仪器有限公司;UV-1800PC外可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;KQ-500DB数超声波清洗器 江苏昆山超声仪器有限公司。
2 试验方法
2.1 样品前处理
将新鲜黄精根茎洗净、切片,于50 ℃烘箱中烘干,磨粉,过80目筛备用,用于总酚、总黄酮、多糖、总皂苷、基本营养成分及氨基酸组成测定。水分含量采用新鲜样品测定。
2.2 基本营养成分的测定[17]
灰分含量测定:参照GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;粗脂肪含量测定:参照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;蛋白质含量测定:参照GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》;氨基酸种类及含量测定:参照GB 5009.124-2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》;水分含量测定:参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》;碳水化合物含量测定:参照GB 28050-2011《预包装食品营养标签通则》。
2.3 活性成分的测定
2.3.1 总多糖含量测定[18]
D-无水葡萄糖标准曲线:精密称取0.100 g葡萄糖干燥标准品,溶于100 mL蒸馏水中,得1 mg/mL无水葡萄糖标准溶液。精密移取对照品溶液0.2,0.4,0.6,1,1.4 mL分别置于10 mL具塞刻度试管中,各加蒸馏水至1.0 mL,摇匀,分别加入1 mL现配的6%苯酚溶液,摇匀,再加入7 mL浓硫酸,再次摇匀,加蒸馏水至10 mL,于40 ℃水浴30 min,取出,冰水浴5 min,以相应试剂作空白。采用紫外可见分光光度法,于486 nm波长处测定吸光度。以吸光度为纵坐标、浓度为横坐标,得到D-无水葡萄糖标准曲线:Y=0.007 3X-0.000 9(R2=0.999 4)。
样品中总多糖含量的测定:分别精密称定不同产地的黄精细粉0.25 g置于圆底烧瓶中,加80%乙醇150 mL,加热回流1 h,趁热过滤,残渣用80%热乙醇洗涤3次,每次10 mL,将残渣及滤纸置于烧瓶中,加水150 mL,加热回流1 h,趁热过滤,残渣及烧瓶用热水洗涤4次,每次10 mL,合并滤液与洗液,冷却,转移至250 mL容量瓶中,加水定容至刻度,摇匀,精密量取l mL,置于10 mL具塞干燥试管中,按照标准曲线的制备方法,自“加蒸馏水至1.0 mL”起,依法测定吸光度,利用标准曲线计算,即得总多糖含量。
2.3.2 总黄酮含量测定[19-20]
芦丁标准曲线的绘制:精密称取芦丁对照品4.00 mg,用50%乙醇溶液超声溶解,转移至10 mL容量瓶中并定容,得芦丁对照品溶液。分别吸取芦丁对照品溶液0.1,0.2,0.4,0.6,1.0 mL置于10 mL具塞刻度试管中,加入0.3 mL 5% NaNO2溶液,摇匀,静置反应6 min,再加入0.3 mL 10% Al(NO3)3溶液,静置反应6 min,最后加入2 mL 4% NaOH溶液,加50%乙醇溶液至刻度,静置15 min,以相应试剂作空白。采用紫外可见分光光度法,于510 nm处测定吸光度。以对照品浓度为横坐标、相应的吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线:Y=0.011 2X-0.000 2(R2=0.999 4)。
样品中总黄酮含量的测定:分别精密称取各产地黄精细粉约1.5 g,置于25 mL磨口锥形瓶中,加入15 mL 50%乙醇溶液(加入1%的盐酸溶液),超声(250 W,40 kHz)提取1 h,过滤,旋转蒸发至干,用50%乙醇溶液溶解于EP管中并定容至1.5 mL。取0.3 mL,按照芦丁标准曲线制备的显色方法进行测定,并按照标准曲线计算黄精中总黄酮的含量。
2.3.3 总酚含量测定[21-22]
没食子酸标准曲线的绘制:精密称取没食子酸对照品13 mg,加入70%乙醇溶液,使其充分溶解并定容至50 mL。分別精密量取没食子酸对照品溶液20,60,100,140,200 μL置于10 mL具塞刻度试管中,依次加入3.2 mL蒸馏水,福林酚显色试剂200 μL,充分振荡后静置6~8 min,加入15% Na2CO3溶液500 μL,摇匀,于室温下避光反应2 h,以相应试剂作空白。采用紫外可见分光光度法,于765 nm处测定吸光度。以对照品浓度为横坐标、相应的吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线:Y=0.148 5X+0.051 9(R2=0.999 1)。
样品中总酚含量的测定:精确称取不同产地黄精粉末样品0.5 g于50 mL磨口具塞锥形瓶中,加入25 mL 70%乙醇溶液,超声(250 W,40 kHz)提取3次,每次30 min,合并3次提取上清液,旋转蒸发至干,用70%乙醇溶液溶解并定容至1 mL。准确吸取40 μL供试品溶液,依照没食子酸标准曲线的测定方法测定并计算黄精样品中总酚的含量。
2.3.4 总皂苷含量测定[23]
人参皂苷Rb1标准曲线的绘制:精密称取10.0 mg人参皂苷Rb1标准品,加甲醇溶液溶解并定容至10 mL,得人参皂苷Rb1标准品溶液。依次移取标准品溶液0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mL于具塞刻度试管中,加入0.2 mL 5%香草醛-冰醋酸溶液,0.8 mL 5%高氯酸溶液,摇匀后于60 ℃水浴加热15 min,冷却2 min后加冰醋酸至5 mL,摇匀,室温反应10 min,采用紫外可见分光光度法,于568 nm处测定吸光度。以人参皂苷Rb1标准品浓度为横坐标、对应的吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线:Y=3.455X+0.013 5(R2=0.999 5)。
样品中总皂苷含量的测定:精密称取不同产地黄精粉末约3 g于100 mL磨口具塞锥形瓶中,加入60 mL蒸馏水,于45 ℃、250 W、40 kHz条件下超声辅助提取3 h,冷却后过滤,旋转蒸发至干,溶于蒸馏水中,定容至60 mL,取1 mL样品溶液,依照人参皂苷Rb1标准曲线的测定方法测定并计算黄精样品中总皂苷的含量。
2.4 体外抗氧化活性测定[24]
2.4.1 样品的制备
称取不同产地黄精粉末样品约200 g,分别加入10,8,8倍的水加热回流提取3次,每次2 h,合并滤液,静置,取上清液,滤液减压浓缩至干,低温干燥。加入蒸馏水溶解,制成1.0 mg/mL的不同产地黄精样品溶液;以1 mg/mL的维生素C溶液为阳性对照,将样品和维生素C溶液分别稀释,配制成0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg/mL质量浓度的溶液。
2.4.2 DPPH自由基清除率的测定[25]
取不同产地不同浓度的黄精样品溶液1 mL,分别加入2 mL 0.2 nmol/L的DPPH溶液混合,充分振荡,室温下避光反应30 min,于517 nm处测定吸光度,以蒸馏水代替样品作为空白对照,以甲醇溶液代替反应液为样品对照,计算公式如下:
DPPH清除率(%)=[1-(A1-A2)/A0]×100%。
式中:A1为样品吸光度;A2为样品对照吸光度;A0为空白对照吸光度。
2.4.3 ABTS+自由基清除能力的测定[26]
取7 nmol/L ABTS溶液与2.45 mmol/L过硫酸铵混合,避光氧化12 h,利用生理盐水稀释至在734 nm处的吸光度为0.8±0.02。取1 mL不同产地不同浓度的黄精样品溶液和维生素C阳性对照溶液,加入2 mL ABTS溶液充分混合,室温反应6 min,于734 nm处测定吸光度。以蒸馏水代替样品作为空白对照,以生理盐水代替反应液为样品对照,计算公式如下:
ABTS+清除率(%)=[1-(A1-A2)/A0]×100%。
式中:A1为样品吸光度;A2为样品对照吸光度;A0为空白对照吸光度。
2.4.4 超氧阴离子自由基(O2-·)清除能力的测定[27]
取1 mL不同产地不同浓度的黄精样品溶液及维生素C溶液于具塞刻度试管中,分别加入1 mL 557 μmol/L NADH、1 mL 45 μmol/L吩嗪硫酸甲酯(phenazine methosulfate,PMS)、1 mL 108 μmol/L NBT混匀,于25 ℃温浴5 min,于波长560 nm处测定吸光度。以蒸馏水作空白对照,按下式计算清除率:
O2-·清除率(%)=[1-(A1-A2)/A0]×100%。
式中:A1为样品吸光度;A2为样品对照吸光度;A0为空白对照吸光度。
2.5 数据处理
采用Origin 2022、SPSS 25.0、Excel软件进行数据处理分析及绘图。试验数据均为3次重复测定的平均值,计算结果以“平均值±标准差”表示。
3 结果与分析
3.1 黄精基本营养成分含量
黄精性味甘甜,含有大量的淀粉、糖类、蛋白质以及氨基酸,可生食,亦可作为药膳进补。8个产地黄精的水分、灰分、蛋白质、粗脂肪、碳水化合物、氨基酸含量及组成见表1和表2。各产地的水分含量没有显著差异,可能与黄精生品生长年限相似有关,福建黄精的脂肪含量最多,湖北黄精的脂肪含量在检出限以下,各产地黄精的蛋白质含量各不相同,湖北黄精的蛋白质含量最低,江西黄精的蛋白质含量最高,其原因可能与黄精的品种有关。有研究表明,鸡头黄精与滇黄精的蛋白质含量要高于多花黄精,且不同的生长环境对黄精蛋白质含量的积累有影响。从灰分含量分析,贵州和湖北两个产地的黄精灰分含量最低,这可能与生长环境的湿度有一定的联系。各产地黄精的碳水化合物含量差异不大,说明影响黄精碳水化合物含量最主要的因素是生长年限而不是产地和品种。
3.2 不同产地多花黄精主要活性成分含量
8個不同产地黄精总多糖、总黄酮、总酚、总皂苷的含量见表3。贵州黄精的总多糖含量最高,江西黄精的总多糖含量最低,但是8个产地的黄精总多糖含量均达到《中国药典》标准(以无水葡萄糖计,>7.0%)。福建和安徽黄精的黄酮含量远高于其他产地。福建黄精的总酚含量最高,其次是四川、江西、广西、贵州4个产地。贵州黄精的总皂苷含量最高,其次是湖南。
3.3 主成分分析
利用SPSS 25.0软件对数据进行标准化处理,使其服从正态分布,并消除量纲影响,之后进行主成分分析,提出3个主成分,得到初始特征值,见表4。载荷系数见表5,主成分向量见表6。
由表4可知,以特征值大于1为原则,经PCA提取得到3个主成分,第1主成分(Y1)的特征值为4.81,方差贡献率为48.10%,反映蛋白质、粗脂肪、氨基酸总量、灰分的含量信息(载荷系数>0.8),均为高度正相关;第2主成分(Y2)的特征值为1.84,方差贡献率为18.36%,反映总多糖、总皂苷、总酚的含量信息,载荷系数>0.5,呈现显著正相关;第3主成分(Y3)的特征值为1.70,方差贡献率为17.05%,反映水分和总黄酮的含量信息,载荷系数为0.776和0.562。3个主成分的累计方差贡献率为83.51%,表示能反映黄精成分80%以上的信息,因此,利用以上3个主成分对不同产地黄精的成分含量进行评价是可行的。以3个主成分的载荷系数及特征值计算得到特征向量,以特征向量为系数得到3个主成分的函数方程:Y1=-0.077X水分+0.367X灰分+0.406X蛋白质+0.390X粗脂肪-0.435X碳水化合物+0.376X氨基酸总量-0.128X总多糖+0.306X总黄酮+0.315X总酚-0.033X总皂苷。Y2=-0.088X水分-0.169X灰分+0.077X蛋白质+0.125X粗脂肪-0.020X碳水化合物+0.082X氨基酸总量+0.647X总多糖-0.329X总黄酮+0.428X总酚+0.474X总皂苷。Y3=0.594X水分+0.283X灰分-0.285X蛋白质+0.196X粗脂肪+0.034X碳水化合物-0.322X氨基酸总量+0.107X总多糖+0.430X总黄酮+0.039X总酚+0.381X总皂苷。以3个主成分对应的方差贡献率为权重计算得到综合得分,相关排名结果见表7,得到综合评分模型函数为Y=0.481Y1+0.184Y2+0.170Y3。结果显示福建黄精综合评分达到1.561,高于其他产地的黄精,由此可以对各产地黄精的综合质量做出评价,其排序为Y福建>Y四川>Y安徽>Y江西>Y广西>Y贵州>Y湖南>Y湖北,可以看出福建、四川为黄精的优势产区。
由图1和表8可知,在质量浓度为0~1.0 mg/mL时,不同产地黄精水提物具有较好的DPPH自由基清除能力,并呈现出浓度依赖性。不同产地黄精水提物对DPPH自由基清除能力的顺序为Vc>四川(S8)>福建(S2)>江西(S5)>广西(S3)=安徽(S1)>湖北(S6)>湖南(S7)>贵州(S4),四川宜宾的黄精水提物的DPPH自由基清除能力最强,在质量浓度为1.0 mg/mL时,清除率可达到74.08%,IC50为0.44 mg/mL,虽然远低于维生素C的93.74%,但是相较于其他产地具有较强的清除能力,说明四川宜宾的黄精水提物中具有DPPH自由基清除能力的成分含量更高。
3.4.2 ABTS+自由基的清除能力
由图2和表8可知,在质量浓度为0~1.0 mg/mL时,不同产地黄精水提物具有较好的ABTS+自由基清除能力,并呈现出浓度依赖性。不同产地黄精水提物对ABTS+自由基清除能力的顺序为VC>四川(S8)>福建(S2)>广西(S3)>江西(S5)>湖北(S6)>安徽(S1)>湖南(S7)>贵州(S4),四川宜宾的黄精水提物的ABTS+自由基清除能力最强,当质量浓度达到1.0 mg/mL时,清除率为79.84%,IC50为0.41 mg/mL。
3.4.3 超氧阴离子自由基(O2-·)的清除能力
由图3和表8可知,在质量浓度为0~1.0 mg/mL时,不同产地黄精水提物具有较好的超氧阴离子自由基(O2-·)清除能力,并呈现出浓度依赖性。不同产地黄精水提物对超氧阴离子自由基清除能力的顺序为VC>四川(S8)>福建(S2)>广西(S3)>湖北(S6)>湖南(S7)>江西(S5)>安徽(S1)>贵州(S4),四川宜宾的黄精水提物的超氧阴离子自由基清除率最高,达到62.64%,IC50为0.65 mg/mL,其次是福建漳州市黄精水提物,清除率为58.46%。
4 结果与讨论
不同产地的黄精成分含量存在一定的差异,本试验利用主成分分析法对采样的8个产地的黄精中的营养成分和活性成分进行综合评价,福建黄精的综合评分最高,其次是四川、安徽等地,可以看出,在以上8个产地中,福建和四川为黄精的优势产地,该产地的黄精品质较好,营养物质丰富。该方法能更加全面、客观地评价黄精的综合品质,经主成分分析后得到3个主成分,累计方差贡献率达到83.51%,表示该分析方法能反映黄精成分80%以上的信息。黄精具有抗氧化、延缓衰老、调节免疫力等功能,本研究通过体外抗氧化试验,利用黄精水提液对DPPH自由基、ABTS+自由基、超氧阴离子自由基(O2-·)的清除能力,评价不同产地黄精水提液的体外抗氧化活性,可以看出各产地的黄精水提液都有一定的体外抗氧化活性,且呈现出剂量依赖性,四川产地的黄精水提物清除DPPH自由基能力、ABTS+自由基能力、超氧阴离子自由基(O2-·)能力最强,IC50分别为0.44,0.41,0.65 mg/mL,不同产地黄精水提物的体外抗氧化活性趋势大概一致,但是清除能力存在一定差异,表明不同产地黄精水提物的抗氧化活性存在一定差异,其原因可能与不同产地黄精的水溶性成分含量有关。综上,对不同产地黄精的比较以及对黄精水提物的体外抗氧化研究,可以为后续更多的黄精食品(或黄精功能性食品)的开发提供理论依据,且为后期食品原料的选择提供理论参考。
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