基于聚类和主成分分析的不同产地黄精主要成分比较

李恋红 邓玉群 田玉桥 邱小燕 陈三春

黄精为百合科黄精属植物鸡头黄精（Polygonatum sibiricum Red.）、多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua.）或滇黄精（Polygonatum kingianum Coll.et Hemsl.）的干燥根茎[1]，药食同源。我国黄精资源丰富，全国大部分地区均有分布，主产于安徽、陕西、云南、甘肃、湖南、贵州等地[2]。黄精含黄精多糖、皂苷、黄酮等多种功效成分，具有养阴润肺、补脾益气、滋肾填精的功效[3～5]。近年来，黄精市场需求量逐渐增加，野生资源骤减，人工栽培正在兴起[6]，保护黄精种质资源极为重要。黄精的品质受诸多因素影响，其中以品种、产地环境的影响最大[7]，何俊婷等[8]研究表明，多花黄精的黄精多糖含量高于滇黄精和鸡头黄精。左雅敏等[9]对不同产地黄精及其饮片中皂苷、黄酮、总酚等成分进行了一测多评，发现鸡头黄精中的黄酮含量高于其他品种。

目前，中国药典评价黄精的品质仅以多糖含量进行定量评价，对不同产地黄精的品质评价研究的产地范围也较小。本研究以多花黄精、鸡头黄精和滇黄精3 个不同品种，共35 个不同产地的黄精为研究对象，测定还原糖、总蛋白质、总氨基酸、淀粉、浸出物、黄精多糖、总黄酮、总皂苷和总酚含量，通过相关性分析、聚类分析和主成分分析，对黄精品质进行综合评价，为黄精种质资源保护及综合开发利用提供理论基础和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料从湖南、安徽、贵州、云南、四川、河北等地采集了35 份不同产地黄精原植物（多花黄精、鸡头黄精和滇黄精）的新鲜根茎，洗净，蒸制15min，置于55℃烘箱中烘干，粉碎后过100 目药典筛，备用。所采样品均由同一名专家鉴定，样品信息见表1。

表1 样品信息表

1.2 仪器DHG-9101-1SA 型电热鼓风干燥箱（上海三发科学仪器有限公司）；AEY1204 型电子天平（湘仪天平仪器设备有限公司）；UV-5500 型紫外-可见分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；HHS-26 型数显恒温水浴锅（上海东星建材试验设备有限公司）；SB-5200DT 超声波清洗器（宁波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 试剂葡萄糖对照品（批号：110833-202106，中国食品药品检定研究院）；人参皂苷Rb1 对照品（批号：110704202129，中国食品药品检定研究院）；氨基酸（AA）含量检测试剂盒（批号：YX0914）、淀粉含量检测试剂盒（批号：YX1103）、还原糖含量检测试剂盒（批号：YX0865）及双缩脲法蛋白质含量检测试剂盒（批号：YX1209）均购自上海原鑫生物科技有限公司；芦丁（批号：BW20211681）、没食子酸（批号：BW20211930）、福林酚（批号：SH20210617）均购自北京万佳首化生物科技有限公司；无水乙醇、氢氧化钠、冰醋酸、碳酸钠、香草醛、浓硫酸、高氯酸、蒽酮等试剂均为国产分析纯。

1.4 试验方法

1.4.1 总蛋白质、总氨基酸、还原糖和淀粉含量测定 总蛋白质和总氨基酸含量测定参照试剂盒说明书进行；还原糖含量和淀粉含量测定均采用分光光度法，还原糖测定的标准曲线为Y=0.3941 X-0.0136，R2=0.9996，淀粉含量测定的标准曲线为Y=1.875X+0.1335，R2=0.9989。

1.4.2 浸出物、多糖含量的测定 浸出物、多糖含量测定参照2020 版《中国药典》中的方法[10]。以干燥品计算供试品中水溶性浸出物的含量（%）。多糖含量采用蒽酮-硫酸显色法，在582nm 波长下测定吸光值，绘制标准曲线为Y=3.7635X+0.0297，R2=0.9983，试样按照标准曲线的方法测定吸光度，从标准曲线上读出供试品溶液中含无水葡萄糖的重量，计算多糖含量。

1.4.3 总黄酮含量的测定 总黄酮的测定参照陈怡等[11]的方法，绘制标准曲线，得到回归方程Y=0.5564X-0.0004，R2=0.9993，在0.10～0.50mg/mL范围内线性关系良好。试样按照标准曲线的绘制方法测定吸光度，根据标准曲线上计算供试品溶液中总黄酮的含量。

1.4.4 总皂苷含量的测定 总皂苷的测定参照焦劼[12]的方法，绘制标准曲线，得到回归方程Y=0.9037X+0.0065，R2=0.9995，在0～0.043mg/mL 范围内线性关系良好。试样按照标准曲线的绘制方法测定吸光度，根据标准曲线上计算供试品溶液中总皂苷的含量。

1.4.5 总酚含量的测定 总酚的测定参照冯庭辉等[13]的方法，绘制标准曲线，得到回归方程Y=12.8593X+0.0562，R2=0.9994，在0～0.053mg/mL范围内线性关系良好。试样按照标准曲线的绘制方法测定吸光度，根据标准曲线上计算供试品溶液中总酚的含量。

1.5 统计学方法试验数据处理采用Microsoft Excel 2010 整理分析，采用单因素方差分析比较不同产地黄精的主要成分含量的差异，采用OriginPro 2021进行相关性分析，采用SPSS 26.0 软件进行聚类分析和主成分分析[14]。

2 结果

2.1 不同产地黄精的还原糖、总氨基酸、总蛋白质、淀粉含量比较35 份黄精的还原糖、总氨基酸、总蛋白质、淀粉平均含量分别为24.914mg/g、14.844mg/g、41.279mg/g、36.026mg/g。总蛋白质的变异系数最小，为10.172%，变幅为32.334～49.667mg/g；其次为总氨基酸，变异系数为21.362%，变幅为8.675～21.229mg/g；淀粉的变异系数为27.369%，变幅为18.978～57.842 mg/g；变异系数最高的为还原糖，变异系数为36.228%，变幅为10.127～48.697mg/g。不同产地黄精总蛋白质差异最小，含量相对稳定，辽宁鞍山的总蛋白质和总氨基酸含量最高（P＜0.05）；不同产地黄精还原糖含量差异最大，河北承德的淀粉和还原糖含量最高（P＜0.05）；从总量上比较，河北承德的营养成分总含量最高，为（162.418±3.772）mg/g，其次为河北迁安的（158.142±3.817）mg/g，且显著高于其他33 个产地的黄精（P＜0.05）。鸡头黄精的营养成分总含量相对较高，营养价值较高。见表2。

表2 不同产地黄精的营养成分含量比较（mg/g，）

表2 不同产地黄精的营养成分含量比较（mg/g，）

注：与同列其他组比较，*P＜0.05

2.2 不同产地黄精的浸出物、黄精多糖、总黄酮、总皂苷和总酚含量比较不同产地黄精的浸出物、黄精多糖、总黄酮、总皂苷和总酚的平均含量分别为64.196%、11.814%、0.436%、1.490%和0.314%。浸出物的变异系数最小，为10.396%，变幅为47.291%～76.335%，表明浸出物含量最为稳定；其次是黄精多糖，变异系数为23.573%，变幅为6.883%～20.326%；总黄酮含量变异系数为24.881%，变幅为0.293%～0.735%；总皂苷含量变异系数为25.570%，变幅为0.857%～2.265%；总酚含量的变异系数最高，达34.395%，变幅为0.127%～0.559%，表明总酚含量在产地间差异最大。

浸出物是黄精重要的质量控制指标，35 份不同产地黄精浸出物含量均高于45%[10]，不同产地黄精浸出物含量之间差异显著，湖南洪江的浸出物含量最高，为（76.335±0.948）%，云南大理的浸出物含量最低，为（47.291±0.40）%。不同品种间浸出物含量由大到小依次为多花黄精（58.396%～76.335%）、鸡头黄精（58.656%～66.544%）、滇黄精（53.473%～61.237%）。湖南新晃的黄精多糖含量最高，为（20.326±0.346）%，约为最低的（6.883±0.156）%的3 倍，除云南大理的黄精多糖含量低于7%以外，其他产地的黄精多糖含量均高于7%。不同品种间黄精多糖含量由大到小依次为多花黄精（9.687%～20.326%）、鸡头黄精（9.853%～13.228%）、滇黄精（6.883%～10.244%）。河北迁安的鸡头黄精总黄酮最高，为（0.735±0.044）%，安徽金寨的多花黄精总黄酮含量最低，为（0.293±0.014）%。鸡头黄精的总黄酮含量高于多花黄精和滇黄精的总黄酮含量。湖南新化的多花黄精总皂苷含量最高，为（2.265±0.049）%，云南师宗的滇黄精总皂苷含量最低，为（0.857±0.062）%，多花黄精的总皂苷含量略高于鸡头黄精和滇黄精。云南普洱的滇黄精总酚含量最高，为（0.559±0.066）%，湖南新晃的总酚含量最低，为（0.127±0.004）%，滇黄精的总酚含量略高于鸡头黄精和多花黄精。从总量上比较，湖南新晃的药用成分总含量最高，为（95.259±1.067）%，其次为湖南新化和湖南洪江，分别为（93.549±2.089）%、（93.251±1.674）%，显著高于其余32 个产地的黄精（P＜0.05）。多花黄精的药用成分总含量相对较高，药用价值较高。见表3。

表3 不同产地黄精的药用成分含量比较（，%）

表3 不同产地黄精的药用成分含量比较（，%）

续表3

表3 不同产地黄精的药用成分含量比较（，%）

注：与同列其他组比较，*P＜0.05

2.3 不同产地黄精主要成分相关性分析对35 个不同产地黄精的9 种成分进行相关性分析，各指标之间有相关性，不互相独立。还原糖与总氨基酸、淀粉、总黄酮呈正相关（P＜0.05），与总皂苷呈负相关（P＜0.05）；总氨基酸与总蛋白质、淀粉、总黄酮呈正相关（P＜0.05），与总皂苷、浸出物呈负相关（P＜0.05）；淀粉与总黄酮呈正相关（P＜0.05），与总皂苷、多糖呈负相关（P＜0.05）；浸出物与黄精多糖、总皂苷呈正相关（P＜0.05）；黄精多糖与总皂苷呈正相关（P＜0.05），与总酚呈负相关（P＜0.05）；总黄酮与总皂苷呈负相关（P＜0.05）；总皂苷与总酚呈负相关（P＜0.05）。见图1。

图1 各评价指标相关性分析

2.4 不同产地黄精主要成分聚类分析对不同产地的黄精进行聚类分析，分析结果见图2，不同产地黄精主要可以聚类分为4 大类，其中云南师宗、大理以及贵州铜仁的滇黄精为一类；河北遵化、承德、迁安、陕西略阳、内蒙古武川、辽宁鞍山、甘肃陇南的鸡头黄精为一类；湖南新化多花黄精为一类；其余产地多花黄精为一类。说明各产地黄精主要成分受品种影响分为不同聚类。

图2 各评价指标聚类分析

2.5 不同产地黄精主要成分主成分分析对35 个不同产地黄精的9 种化学成分进行主成分分析，主成分分析特征值见表4，特征向量见表5。9 种化学成分主要分为3 个主成分，累积方差贡献率为82.352%，其中第1 主成分贡献率为41.455%，贡献量大的指标为淀粉和总酚；第2 成分贡献率为26.07%，贡献量大的指标为还原糖和总黄酮；第3成分贡献率为总氨基酸和总蛋白。对35 个产地黄精进行评分排名见表6，各产地以鸡头黄精表现为最好，辽宁鞍山的鸡头黄精评分最高，四川三台的多花黄精评分为最高，贵州铜仁的滇黄精评分最高。

表4 主成分分析特征值

表5 各成分主成分特征向量

表6 不同品种和产地黄精综合得分与排名

3 讨论

我国黄精种质资源丰富，蕴藏量大，野生黄精资源逐步减少，种质资源是良种选育的物质基础，研究不同产地黄精的主要化学成分，对保护、培育和筛选优良黄精种质具有重要意义[15]。黄精的重要活性成分是黄精多糖，具有降血糖、血脂、抗肿瘤、抑菌、抗炎等多种功效[16，17]，根据药典要求，黄精多糖含量不得低于7%[10]，总黄酮、总皂苷和总酚也是黄精中较为重要的活性成分，黄酮类物质具有抗衰老、降低胆固醇等作用[18]，皂苷具有抗癌、增强免疫力等作用[19]，多酚具有抗氧化、预防心血管疾病等作用[20]，此外黄精味微甜，富含淀粉、糖类和维生素等营养成分，是重要的药食两用资源。不同产地不同种间、同一种内黄精的化学成分差异较大。钱华丽等[15]研究表明楚雄、大理、临沧等地的黄精多糖和皂苷含量较高，滇黄精的黄精多糖和皂苷相对标准偏差大，物种多样性较高。受不同地势的气候、纬度、地理位置、光照、水肥等多种环境因子的影响，同一种药材不同产地的各化学成分含量存在差异[12]。叶钱等[21]通过研究多花黄精中有效成分与主要环境因子的相关性，表明环境因子中活动积温与黄精多糖质量分数呈极显著负相关（r=-0.618，P=0.008），生长期适当的低温还有利于黄精多糖的积累。涂明锋等[22]对8 个产地收集的多花黄精中浸出物、黄精多糖、黄酮、多酚和矿质元素的含量进行比较分析，结果显示不同产地的多花黄精化学成分含量存在一定的差异。王丹等[23]以湖南和四川5 个地区的多花黄精为试材，结果显示不同产地黄精中多糖含量均较高，总皂苷含量居中，总黄酮含量均较低。

本研究中，将黄精主要化学成分细分为营养成分和药用成分，分别进行比较，发现鸡头黄精、滇黄精以及多花黄精中，以鸡头黄精的营养成分总含量相对较高，辽宁鞍山产地鸡头黄精蛋白质和氨基酸含量最高、河北承德的淀粉和还原糖含量最高，多花黄精的药用成分含量相对较高，湖南新晃的多花黄精浸出物、多糖和总皂苷含量最高，河北遵化的鸡头黄精总黄酮含量最高，云南普洱的滇黄精总酚含量最高。聚类分析发现黄精主要按不同品种进行聚类分为4 大类。黄精主要成分经主成分分析后发现，鸡头黄精主成分评分最高，以辽宁鞍山产地评分为最高；多花黄精以四川三台产地评分为最高；滇黄精以贵州铜仁产地评分为最高。因此，营养价值较高的黄精品种宜选鸡头黄精，产地以河北承德、河北迁安为宜，药用价值较高的黄精品种宜选多花黄精，产地以湖南新晃、湖南新化、湖南洪江为宜。