多花黄精根茎氨基酸年间动态变化规律研究

吴媛　丛尧华　陈阳　林永胜　周先治

摘要 ［目的］研究不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸含量差异。［方法］采用全自动氨基酸分析仪测定不同生长年限的多花黄精根茎中氨基酸的含量，以不同生长年限根茎的氨基酸含量为样本，采用聚类、主成分和逐步回归分析建立多花黄精根茎质量综合评价函数。［结果］不同生长年限的多花黄精根茎中检测出17种氨基酸，其中谷氨酸、精氨酸和天冬氨酸的含量明显高于其他氨基酸，人体必需氨基酸含量由大到小依次为1年生＞2年生＞3年生＞4年生＞5年生；不同生长年限的多花黄精根茎中总氨基酸含量1年生和2年高于4年生和5年生，3年生的最低。经综合评判，多花黄精的适宜采收期为4年。［结论］该研究为多花黄精根茎采收提供科学依据。

关键词 多花黄精；氨基酸；动态变化；聚类分析；主成分分析

中图分类号 R 284.1文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）15-0150-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.037

Study on the Annual Dynamic Changes of Amino Acids in Polygonatum cyrtonema Rhizomes

WU Yuan1，CONG Yao-hua1，CHEN Yang2 et al

（1.Technology Center，Xiamen Customs，Xiamen，Fujian 361026;2.Agricultural Bio-resources Research Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou，Fujian 350003）

Abstract ［Objective］To study the differences of amino acid content in P.cyrtonema rhizome with different growth years.［Method］A fully automated amino acid analyzer was used to determine the amino acid content in P.cyrtonema rhizomes of different growth years.The amino acid content in P.cyrtonema rhizomes of different years was used as samples，and a comprehensive evaluation function for the quality of P.cyrtonema rhizomes was established using clustering，principal component analysis and stepwise regression analysis.［Result］Seventeen kinds of amino acid were detected from the P.cyrtonema rhizomes of different growth years，of which the contents of glutamic acid，arginine and Aspartic acid were significantly higher than other amino acids.The content of essential amino acid in the human body from large to small was 1 year old>2 years old>3 years old>4 years old>5 years old.The total amino acid content in P.cyrtonema rhizomes with different growth years was higher at 1 year and 2 years than at 4 and 5 years，and the lowest at 3 years.After comprehensive evaluation，the suitable harvesting period for P.cyrtonema was 4 years.［Conclusion］This study provides a scientific basis for harvesting the P.cyrtonema rhizomes.

Key words Polygonatum cyrtonema;Amino acid;Dynamic change;Clustering analysis;Principal component analysis

多花黃精（Polygonatum cyrtonema）为百合科（Liliaceae）黄精属植物，是2020版《中国药典》的中药材黄精3个基原药之一［1］。肥厚的地下根茎为多花黄精主要的药用部位，干燥根茎具有补气养阴、健脾、润肺、益肾等功效。许多学者对多花黄精根茎的有效成分进行了研究，发现了多种化学成分，主要包括多糖［2-5］、甾体皂苷［6-7］、黄酮［8］、生物碱［9］和氨基酸［10-11］，其中多糖和甾体皂苷类成分含量较大［12-13］。现代药理研究表明，黄精具有抗衰老、调节免疫力、调血脂、改善记忆力、抗肿瘤、抗菌等药用价值［14-18］。

氨基酸具有较好的营养和药用价值，研究显示氨基酸对调节人体血压、激素分泌、营养和能量代谢、肿瘤抑制方面具有重要作用［19-21］。人体氨基酸主要分为必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸不能直接合成，需从饮食中获取。多花黄精根茎中氨基酸含量较高，王曙东等［22］测定发现根茎中氨基酸含量为8.92%；黄赵刚等［10］研究发现不同产地的黄精氨基酸含量存在显著差异。陈祖海等［11］研究发现多花黄精新品种“丽精1号”必需氨基酸营养丰富。不同生长年限的多花黄精根茎的氨基酸含量变化规律研究鲜见报道，该研究通过测定不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸含量变化，以不同生长年限根茎的氨基酸含量为样本，采用聚类、主成分和逐步回归分析首次建立了多花黄精根茎质量综合评价函数，为多花黄精根茎采收提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试材

生长1、2、3、4、5年的多花黄精带须新鲜根茎于2020年6月10日取自光泽县崇仁乡崇仁村的多花黄精种苗育苗大棚和林下规范化栽培基地。由多花黄精根茎生长节数判断生长年限，所有资源经福建中医药大学胡娟教授形态鉴定为多花黄精（P.cyrtonema）。

1.2 仪器与试剂 L-8900全自动氨基酸分析仪（日本日立有限公司）；DHG-9241A电热恒温干燥箱（上海熠昕电子科技有限公司）；JA5003B电子天平（上海精科天美仪器有限公司）。化学试剂均为分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 根茎氨基酸的提取与测定。

新鲜清洗除去泥土等杂质，剪下须根，自然晾干后称重，根茎切薄片，用去离子水淋洗，置于60 ℃烘干箱中烘干，粉碎，过100目筛，备用。参照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》进行测定。精密称取100 mg粉末，分别置于水解管中，加6 mol/L盐酸10 mL，充氮，迅速密封水解管，置烘干箱中于（110±1） ℃水解24 h，用碱中和并用缓冲液调节溶液的pH至2.2，然后移入50 mL容量瓶中，用去离子水稀释至50 mL，0.22 μm微孔滤膜过滤，备用。

采用梯度洗脱，分离柱柱温57 ℃，反应柱柱温135 ℃，缓冲液体积流量为0.35 mL/min，茚三酮（pH 5.2）体积流量为0.35  mL/min，检测波长通道1为570 nm，通道2为440 nm，进样量20 μL。

1.3.2 多花黄精根茎氨基酸年间变化及聚类分析。

统计不同氨基酸的含量，分析不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸、必需氨基酸和总氨基酸含量；构建以不同生长年限多花黄精为样本，以氨基酸种类为指标的数据矩阵，数据标准化转换，以欧式距离为相关尺度，以中间距离为系统聚类方法，对不同生长年限多花黄精氨基酸生物标记进行聚类分析，分析不同氨基酸生物标记在不同生长年限多花黄精根茎中分布的异质性。

1.3.3 多花黄精根茎氨基酸主成分分析。

以氨基酸含量为样本，以不同生长年限多花黄精根茎为指标，构建数据矩阵，进行主成分分析。通过主成分分析，选择多花黄精根茎的特征氨基酸，以累计方差贡献率大于90%为指标，进行关键因子选择。

1.4 数据处理

试验数据采用DPS 7.05软件进行聚类、主成分、方差分析（AVONA），差异显著性采用LSD检验法进行多重比较，采用Excel 2021软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同生長年限多花黄精根茎氨基酸变化 由表1可知，不同生长年限的多花黄精根茎样品中共检测出17种氨基酸，不同生长年限的多花黄精根茎中均检测到人体必需的7种氨基酸，即苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸。不同生长年限的多花黄精根茎中17种氨基酸含量存在明显差异，生长1年和2年的多花黄精根茎中，谷氨酸含量最高，精氨酸含量次之，胱氨酸含量最低；生长3年的多花黄精根茎中，精氨酸含量最高，谷氨酸含量次之，胱氨酸含量最低；生长4年和5年的多花黄精根茎中，谷氨酸含量最高，天冬氨酸含量次之，蛋氨酸含量最低。不同

生长年限的多花黄精根茎中人体必需氨基酸含量，1年生的最高，5年生的最低，含量由大到小依次为1年生 ＞ 2年生 ＞ 3年生 ＞ 4年生 ＞5年生，1年生和2年生的多花黄精根茎中人体必需氨基酸含量无显著差异，4年生和5年生的多花黄精根茎中

人体必需氨基酸含量无显著差异，但是4年生和5年生的人体必需氨基酸含量比1年生、2年生低50%左右。不同生长年限的多花黄精根茎中总氨基酸含量，1年生和2年生高于4年生和5年生，3年生的多花黄精根茎中总氨基酸含量最低。

2.2 不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸聚类分析

对不同生长年限的多花黄精根茎中氨基酸含量进行系统聚类分析，结果见图1，当距离λ=1.750 3时， 可以将17种氨基酸分为4类，谷氨酸为第一类，不同生长年限的多花黄精根茎中谷氨酸含量均在2  g/kg以上，其中生长4年和5年的多花黄精根茎中谷氨酸含量占总氨基酸含量的50%以上；精氨酸为第二类，含量均在1  g/kg以上，不同生长年限的精氨酸含量呈现降低趋势，4年生和5年生多花黄精根茎中精氨酸含量差异不显著；天冬氨酸为第三类，含量均在1  g/kg以上；苏氨酸、丝氨酸、赖氨酸等其余14种氨基酸为第四类，含量在1  g/kg左右。

2.3 不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸主成分分析

对不同生长年限的多花黄精根茎氨基酸含量进行主成分分析，计算主成分特征值、方差贡献率和累计方差贡献率，结果如表2所示。前2个主成分的累计方差贡献率达到了99.331 9%，特征值λ1=14.947 4，λ2=1.939 0，都大于1，说明前2个因子在多花黄精评价中起主导作用。其中第1主成分的方差贡献率最大，为87.926 0%，第2主成分的方差贡献率为11.405 9%，表明前2个主成分对多花黄精质量评价影响较大。

依据氨基酸聚类分析结果（图1），每一类氨基酸中选择主成分因子排名前二的因子（表2），以不同生长年限多花黄精根茎中总氨基酸作为因变量，选择天冬氨酸（x1）、苏氨酸（x2）、谷氨酸（x4）、酪氨酸（x12）和精氨酸（x16）对不同生长年限的多花黄精根茎质量进行综合评价（表3），综合评价函数为F=21.37-5.79F1-23.28F2+46.21F12 （P＜0.01），通过上述综合评价函数计算不同生长年限的多花黄精根茎的综合得分，由表4可知，生长4、5年的多花黄精根茎综合得分排名靠前，但差异不显著，生长3年的多花黄精根茎得分最低。

3 讨论与结论

该研究从不同生长年限的多花黄精根茎中检测出17种氨基酸，与王曙东等［21］的检测结果相比，该研究中多检测到1种氨基酸，即胱氨酸，可能是由于多花黄精生长地点或氨基酸检测设备检出限的不同，导致测定结果存在差异。精氨酸、谷氨酸和天冬氨酸的含量与其他氨基酸相比较高，这与王曙东等［22］的研究结果类似。谷氨酸具有安神健脑的作用［16］；精氨酸能提高人体免疫、改善氮平衡及促进胰岛素等多种激素分泌的重要功能，天冬氨酸对肝功能障碍、高氨血症、贫血等疾病具有良好疗效［18］。

不同生长年限的多花黄精根茎中人体必需氨基酸含量和总氨基酸含量存在差异，1年生和2年生的均比3、4、5年生的高，生长3年的多花黄精根茎中总氨基酸含量最低，这可能是由于在根茎进入快速增重期后，以合成初级代谢产物为主，氨基酸的合成速度低于根茎增重速度，具体原因有待深入研究。人体必需氨基酸的含量随生长年限的延长而降低，1年生和2年生差异不显著，但是4年生和5年生的人体必需氨基酸含量比1年生、2年生低50%左右，从氨基酸含量角度来看，2年生多花黄精根茎相比4、5年生根茎更适于作为保健品添加原料。17种氨基酸聚类结果来看，谷氨酸、精氨酸和天冬氨酸是高含量氨基酸，这3种氨基酸在不同生长年限的多花黄精根茎中含量均高于1 g/kg，其余14种氨基酸的含量均在1 g/kg左右，为低含量氨基酸。通过主成分分析发现天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、酪氨酸和精氨酸为多花黄精根茎的主要氨基酸。以总氨基酸为因变量，以上5种氨基酸为自变量，进行逐步回归分析，剔除谷氨酸和精氨酸，该研究首次建立了以氨基酸为指标的多花黄精根茎质量综合评价函数，通过综合评价函数来判断，4、5年生的多花黄精根茎综合得分排名靠前，但差异不显著，从根茎产量、质量和经济效益三方面来看，人工林下栽培的多花黄精适宜采收期为4年。

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基金项目 福建省省属公益类科研院所专项（2021R1034002）；福建省农业科学院科技创新团队项目（CXTD2021014-2）；福建省人民政府-中国农业科学院农业高质量发展超越协同创新工程项目 （XTCXGC2021003）。

作者简介 吴媛（1983—），女，福建厦门人，高级农艺师，从事食品质量与安全研究。*通信作者，助理研究员，博士，从事中药材栽培及质量评价工作。

收稿日期 2023-02-20