不同品系湘玉竹主要功能成分及抗氧化和抗糖基化活性

朱曉慧，王鋒*，楊華，蘇小軍，李清明，江雪梅，郭紅英

（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙 410128；2.湖南省發酵食品工程技術研究中心，湖南長沙 410128；3.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南長沙 410128）

玉竹[Polygonatumodoratum（Mill.）Druce]又名尾參、地管子、鈴鐺菜、葳蕤，為百合科黃精屬多年生草本植物，是國家衛健委公布的藥食同源的食材[1]。在吉林、湖南、浙江等16 個地區均有分布[2]。湖南玉竹也稱湘玉竹，栽培歷史悠久，栽培面積居全國首位，是湖南地道藥材。玉竹是常用的滋補類食材，以干燥根莖入藥，味甘，性微寒，具有養陰潤燥、生津止渴等功效[3]，廣東、湖南等地居民通常用其與畜禽肉類進行煲湯食用。研究表明，玉竹的有效成分主要來源于其自身所含的多糖類[4]、總黃酮類[5]、氨基酸[6]等成分，在提高免疫力[7]、調節腸道微生物[8]、降血糖[9]、抗菌[10]、抗腫瘤[11]、抗氧化[12]、抗衰老[13]等方面具有很好的開發前景。

湖南邵東是傳統的玉竹生產大縣，素有“玉竹之鄉”的美譽，“邵東玉竹”為國家地理標志農產品，全縣玉竹種植面積達6 000 公頃，年產玉竹約5.34 萬t，年產值5.4 億元，玉竹加工量占全國的75%，銷售量占全國的90% 以上，出口量居全國第一[14]。近年來，隨著脫貧攻堅和鄉村振興工作的深入開展，湖南邵陽、郴州、懷化等多個地區均將發展玉竹產業作為鄉村振興的抓手，玉竹種植面積增長迅速。玉竹的擴繁多采用種莖擴繁，生產中，留種主要考慮的是玉竹的產量及園藝性狀，而對其功能成分含量考慮較少。深入研究不同品系玉竹的功能成分及作用，對開發玉竹資源具有積極意義。

本試驗收集邵東農戶種植較多的麻桿、紅桿、連竹、紅桿豬屎尾、豬屎尾5 個品系湘玉竹，測定其水分、灰分、質構、蛋白質、還原糖、多糖、總黃酮、總酚的含量，比較其體外抗氧化活性及抑制晚期糖基化末端產物（advanced glycation end products，AGEs）能力，分析各組分含量與抗氧化活性及抗糖基化能力的相關性，以期為玉竹進一步開發利用提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5 個品系玉竹分別為麻桿、紅桿、連竹、紅桿豬屎尾、豬屎尾，采自湖南省邵東市。

蘆丁標準品（純度≥98%）、沒食子酸標準品（純度為99.04%）：成都曼思特生物科技有限公司；熒光素鈉（純度為97%）、奎諾二甲基丙烯酸酯（水溶性維生素E，純度為97%）、偶氮二異丁脒鹽酸鹽（2，2′-azobis-2-methyl-propan-imidamide，dihydrochloride，AAPH）（純度為97%）、葡萄糖分析對照品（純度≥99%）：上海麥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）：梯希愛（上海）化成工業發展有限公司；2，2′-聯氨-雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽[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）（純度≥98%）：美國Sigma 公司；牛血清蛋白、硫酸、甲醇、乙醇、甲苯、三氯化鐵、氫氧化鈉、硼酸、硫酸銅、硫酸鉀（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

AL204 型電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JXFSTPRP-11-01 型全自動液氮冷凍研磨機：上海凈信實業發展有限公司；TGW16 型臺式高速微量離心機：長沙英泰儀器有限公司；Varioskan Lux 型多功能微孔讀數儀：美國賽默飛世爾科技有限公司；K9840型自動凱氏定氮儀：山東海能科學儀器有限公司；101A-3ET 型電熱鼓風干燥箱：上海亞泰儀表有限公司；F-7000 型熒光分光光度計：日本日立公司；TAXT Plus 型物性測試儀：英國Stable Micro System 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理

新鮮玉竹洗凈切片，60 ℃熱風干燥至含水量＜10%，由全自動液氮冷凍研磨機研磨，過70 目篩后得玉竹粉，密封保存備用。

1.3.2 玉竹理化指標測定

1.3.2.1 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》[15]測定新鮮玉竹水分含量。

1.3.2.2 灰分含量的測定

參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》[16]測定新鮮玉竹灰分含量。

1.3.2.3 蛋白質含量的測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》[17]中凱氏定氮法測定玉竹粉蛋白質含量。

1.3.3 玉竹硬度的測定

硬度的測定參照曹榮等[18]的方法并稍作修改。新鮮玉竹洗凈去皮后，橫向切成1.0 cm 的小段，去除靠近頭部和尾部的部分，取剩余玉竹段進行測定。采用物性測試儀進行穿刺試驗，選用SMS P/2（針形）探頭，測定玉竹的硬度。穿刺測試程序參數為測前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度1 mm/s，穿刺距離3 mm，觸發力2.0 g。

1.3.4 玉竹總酚、總黃酮、還原糖、多糖含量的測定

總酚含量的測定參照王何柱等[19]的方法。總黃酮含量的測定參照徐洪宇等[20]的方法。參照黃俊學等[21]的方法測定還原糖含量。多糖含量的測定參照中國藥典（2020 版）熱水回流法[22]。

1.3.5 玉竹體外抗氧化實驗

1.3.5.1 樣品預處理

參照張會林等[23]等的方法進行樣品預處理并稍作修改。稱取玉竹粉各15 g 于250 mL 錐形瓶中，加入純甲醇100 mL，超聲輔助提取30 min，5 000 r/min 離心10 min，殘渣按上述步驟重復提取3 次，合并上清液。將所得上清液旋蒸濃縮后，并定容至50 mL，即得質量濃度為300 mg/mL 的樣品溶液。將其用純甲醇溶液稀釋成25、50、75、100、125、150、200、250、300 mg/mL的不同質量濃度樣品溶液，測定其抗氧化活性。

1.3.5.2 DPPH 自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力、鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）、氧自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）的測定

DPPH 自由基清除能力的測定參照Zhao 等[24]的方法。ABTS+自由基清除能力的測定參照Cheng 等[25]的方法。FRAP 的測定參照Cheng 等[25]的方法。ORAC的測定參照唐蘭芳[26]的方法。

1.3.6 玉竹抗糖基化能力的測定

抗糖基化能力的測定參照楊生輝等[27]的方法。

1.4 數據分析

試驗數據均采用Excel 2007、SPSS 24.0 與Origin 2021 進行分析處理。數據用平均值±標準差表示，采用最小顯著差數法（least significance difference，LSD）進行顯著性分析（P＜0.05），Pearson 法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同品系玉竹主要功能成分及硬度測定結果

不同品系玉竹主要功能成分及硬度測定結果見表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，豬屎尾水分含量為（65.05±0.66）%，顯著低于其余品系（P＜0.05）。豬屎尾被認為是最正宗的湘玉竹，是湖南栽培最多的玉竹品系。5 個玉竹品系中，麻桿、紅桿、連竹、紅桿豬屎尾4 個品系的蛋白質、總酚、總黃酮、還原糖、多糖含量均高于豬屎尾，且上述5 種成分含量高低順序均為麻桿＞紅桿＞連竹＞紅桿豬屎尾＞豬屎尾。麻桿灰分含量為（3.09±0.12）%，超出中國藥典規定要求（＜3%），用來制作飲片存在灰分含量不合格的風險，但用作食材則品質較優；其它4 種玉竹灰分含量均＜3%，其中豬屎尾灰分含量最低，為（1.01±0.08）%。

硬度是表示物體軟硬程度的物理量，主要取決于物體本身的彈性模量、屈服強度、塑性、脆性，以及內部分子結構、結晶狀態及原子間的鍵結合力等因素[28]。由表1 可知，硬度最小的是麻桿，硬度為（511.39±59.96）g，最大的為豬屎尾，硬度為（715.91±73.39）g。

2.2 不同品系玉竹體外抗氧化能力比較

2.2.1 不同品系玉竹清除DPPH 自由基與ABTS+自由基能力比較

DPPH 自由基與ABTS+自由基清除能力的測定是常見的體外抗氧化方法，2 種自由基被清除的機制不同，前者主要涉及氫轉移，后者是一種帶正電荷的自由基，其清除過程主要涉及電子轉移[29]。不同品系玉竹對DPPH 自由基的清除能力如圖1所示。

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

由圖1A 可知，玉竹質量濃度為50～300 mg/mL時，5 個品系的玉竹醇提物對DPPH 自由基的清除率都隨著玉竹質量濃度的升高而增強，呈良好的線性關系。不同品系的玉竹醇提取物對DPPH 自由基活性的清除作用存在明顯差異，玉竹質量濃度范圍為50～300 mg/mL 時，麻桿對DPPH 自由基的清除率均高于其余4 個玉竹以及VC的DPPH 自由基清除率。當麻桿濃度為300 mg/mL 時，對DPPH 自由基的清除率為（97.38±1.91）%，半抑制濃度（IC50）值為（115.8±5.70）mg/mL。由圖1B 可知，不同品系玉竹的DPPH 自由基IC50值：麻桿＜紅桿＜連竹＜紅桿豬屎尾＜豬屎尾。

不同品系玉竹對ABTS+自由基的清除能力如圖2所示。

圖2 不同品系玉竹對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 鹽與過硫酸鉀發生氧化反應生成的，當向其溶液中補充自由基清除劑后，藍綠色變淡，其吸光度也會隨著抗氧化劑的抗氧化能力的增加而降低。因而，ABTS+自由基清除率可以作為評價樣品抗氧化能力的重要指標[30]。由圖2A 可知，玉竹質量濃度在25～150 mg/mL 時，各個品系玉竹醇提物對ABTS+自由基都具有一定的清除能力，且隨著玉竹質量濃度的增加，玉竹醇提物對ABTS+自由基清除能力逐漸升高。在樣品質量濃度為150 mg/mL 時，麻桿、紅桿、連竹、紅桿豬屎尾、豬屎尾對ABTS+自由基清除率分別為（87.27±3.21）%、（71.73±2.53）%、（69.43±1.42）%、（53.70±1.17）%、（46.58±1.72）%。由圖2B 可知，不同品系玉竹的ABTS+自由基IC50值：麻桿＜紅桿＜連竹＜紅桿豬屎尾＜豬屎尾。

2.2.2 不同品系玉竹Fe3+還原能力比較

FRAP 是指抗氧化物在酸性環境下還原Fe3+產生Fe2+的能力，可作為樣品中總抗氧化能力的評價指標[31]。Fe3+還原能力與抗氧化能力呈正相關，同時FRAP 值越大，對Fe3+還原能力就越強。不同品系玉竹對鐵離子還原能力如圖3所示。

圖3 不同品系玉竹的鐵離子還原能力Fig.3 Ferric reducing antioxidant power of different species of Polygonatum odoratum

由圖3 可知，不同品系玉竹之間的FRAP 值存在明顯差異，麻桿的FRAP 值最高，為（8.88±0.21）μmol/g，豬屎尾的FRAP 值最低，為（4.14±0.06）μmol/g。總黃酮類化合物、總酚類化合物等活性物質對抗氧化能力有顯著的影響，可能由于麻桿總黃酮、總酚含量較高，因此導致其抗氧化能力最強。

2.2.3 不同品系玉竹氧自由基吸收能力比較

ORAC 法是目前檢測抗氧化劑抗氧化能力的標準方法，被廣泛應用于食品、藥品等抗氧化能力的檢測[32]。不同品系玉竹的氧自由基吸收能力值如圖4所示。

圖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

由圖4 可知，不同品系玉竹之間的ORAC 值存在明顯差異，麻桿的ORAC 值最高，為（0.57±0.01）mmol/g；豬屎尾的ORAC 值最低，為（0.13±0.01）mmol/g。

2.3 不同品系玉竹抗糖基化能力比較

糖基化終末產物（AGEs）可在人體內自發生成并累積，人體長期高血糖會促使血液中的血清蛋白、血紅蛋白等與血糖發生非酶糖基化反應。機體中AGEs 的積累會激活AGEs 受體的表達，增加氧化壓力，促進血小板聚集以及炎癥因子和血管內皮生長因子的表達，降低腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）的產生，是人體糖尿病、阿爾茲海默癥以及心腦血管疾病發生的重要因素[33]。不同品系玉竹對AGEs 抑制率如圖5所示。

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

由圖5 可知，玉竹對于AGEs 的抑制效果具有明顯的濃度依賴性，隨著玉竹質量濃度的增加，對AGEs 的抑制率在不斷提高。玉竹質量濃度在0.25～1.25 mg/mL時，5 個品系玉竹對AGEs 的抑制率雖然低于同濃度陽性對照氨基胍（AG），但均表現出很強的抗糖基化能力。

2.4 不同品系玉竹中活性成分與抗氧化和抗糖基化相關性分析

植物中總酚和總黃酮結構中的鄰位酚羥基很容易被氧化成醌類結構，使得總酚和總黃酮具有較強捕捉自由基的能力和抗氧化活性，并且抗氧化活性強弱與其總酚和總黃酮類物質含量的高低、種類、結構有關[34]。有研究表明，多糖可有效緩解晚期糖基化終末產物及其受體功能紊亂狀況[35]。不同品系玉竹中總酚、總黃酮、多糖含量與4 種抗氧化試驗及抗糖基化試驗結果的相關系數見表2。

表2 不同品系玉竹中多糖、總黃酮、總酚含量與抗氧化活性和抗糖基化的相關性分析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 種活性成分的含量與抗氧化和抗糖基化活性的相關性強。DPPH 自由基清除能力、ORAC 值與多糖、總黃酮含量相關性極顯著，DPPH 自由基清除能力與總酚含量相關性顯著。ABTS+自由基清除能力與總黃酮、總酚含量相關性顯著，與多糖含量相關性極顯著。FRAP 值、抗糖基化能力與多糖、總酚含量相關性顯著，與總黃酮含量相關性極顯著。DPPH自由基清除能力、FRAP 值、ORAC 值、抗糖基化能力試驗中，3 種活性成分對其貢獻大小依次為總黃酮、多糖、總酚含量；ABTS+自由基清除能力試驗中，3 種活性成分對其貢獻大小依次為多糖、總黃酮、總酚含量。

3 結論

不同品系湘玉竹在營養成分和功能特性方面存在著一定的差異，品系不同，功能成分含量存在較大的差異，麻桿的蛋白質、總黃酮、還原糖含量均是豬屎尾的2 倍以上。通過對5 個品系湘玉竹主要功能成分的測定，水分、灰分含量最低的為豬屎尾，分別為（65.05±0.66）%、（1.01±0.08）%，蛋白質、總酚、總黃酮、還原糖、多糖含量最高的均為麻桿，含量分別為（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總黃酮、總酚和多糖等重要活性成分的表現形式，其含量越高，樣品的抗氧化和抗糖基化能力越強。從自由基清除能力、Fe3+還原能力和氧自由基吸收能力3 個方面對5 個不同品系湘玉竹體外抗氧化活性進行評定，能較全面地反映樣品的抗氧化能力，結果證實玉竹具有較強的抗氧化能力。5個品系湘玉竹中抗氧化能力最強的均為麻桿，當玉竹質量濃度為300 mg/mL 時，麻桿對DPPH 自由基的清除率達（97.38±1.91）%，當質量濃度為150 mg/mL 時，對ABTS+自由基的清除率達（87.27±3.21）%，FRAP 值為（8.88±0.21）μmol/g，ORAC 值為（0.57±0.01）mmol/g。非酶糖基化過程中常伴隨著自由基的產生，加劇了機體的氧化應激狀態。因此，抗氧化活性能夠在一定程度上解釋其抗糖基化能力。5 個品系湘玉竹中抗氧化能力最強的麻桿，抗糖基化能力也最強，當玉竹質量濃度為1.25 mg/mL時，麻桿對AGEs 抑制能力達到（87.38±1.17）%。

麻桿作為食材使用，品質和功能成分含量高，質量優良，而豬屎尾雖然功能成分含量在5 個品系中最低，但其折干率最高，灰分低，符合藥典要求，可制成質量優良的飲片。湖南玉竹資源豐富，可以充分發揮玉竹的藥食兩用的作用并加強玉竹優良品種（系）的選育，為湘玉竹資源的合理開發提供一條有效的途徑。