基于主成分和聚類分析的不同地區紅花質量評價

惠大永，張曉莉，黃壯壯，孫宇宏，馬久太，劉 峰

(1.陜西國際商貿學院，咸陽 712000；2.陜西步長制藥有限公司，咸陽 712000)

紅花為菊科植物紅花CarthamustinctoriusL.的干燥花，夏季花由黃變紅時采收，陰干或曬干[1]，具有活血通經、散瘀止痛的功效，臨床主治冠心病、腦血栓等心腦血管疾病[2-4]。紅花的主要有效成分是黃酮類成分(包含黃酮、黃酮醇、二氫黃酮及查爾酮等)[5-6]，具有廣泛的藥理活性，對心腦血管、神經系統和免疫系統等有一定的作用，還有抗炎鎮痛、抗腫瘤、抗氧化等多種生理活性[7-9]。

目前，我國紅花主產區主要集中在新疆、四川、云南、甘肅、河南、河北、山東、浙江和江蘇等省[10-12]，其中新疆的紅花占全國紅花產量的90%以上[13-14]，是臨床應用及研究的主要來源，已成為當地農民增收的支柱產業。陜西屬于干旱地區[15]，適宜種植抗旱耐寒的紅花，但因種植分散、規模小，對其研究相對較少。

本文以新疆紅花作為參考，采用UPLC法同時測定新疆和陜西紅花中3種黃酮類成分的含量，并采用主成分分析及聚類分析對2個產地紅花中的各成分含量進行比較，為紅花在陜西的發展提供參考。

1 儀器與試藥

1.1儀器 Waters Acquity UPLC H-Class系統(PDA檢測器，Empower 3網絡版)，美國Waters公司；KQ-250V型超聲波清洗儀，昆山市超聲儀器有限公司；AR1140型電子分析天平，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2試藥 6-羥基山柰酚-3，6，7-三-O-葡萄糖苷對照品(批號MUST-17011503)，成都曼斯特生物科技有限公司；羥基紅花黃色素A對照品(批號111637-201308)，中國食品藥品檢定研究院；脫水紅花黃色素B對照品(批號110725-201213)，上海源葉生物科技有限公司。乙腈為色譜純，美國Fisher公司；水為超純水；其余試劑均為分析純。13批紅花樣品經陜西中醫藥大學中藥資源教研室王西芳教授鑒定均為菊科植物紅花CarthamustinctoriusL.的干燥花，來源信息見表1。

表1 紅花樣品來源信息Tab.1 The source information of safflower samples

2 方法與結果

2.1樣品含量測定

2.1.1供試品溶液的制備 取13批不同產地的紅花樣品各0.5 g，加水50 mL，超聲處理40 min，混勻，0.22 μm微孔濾膜濾過，取續濾液，即得[16]。

2.1.2混合對照品溶液的制備 精密稱取1.2項下各對照品適量，加體積分數為25%的甲醇制成3種成分質量濃度分別為12.75，249.14，57.20 μg·mL-1的混合對照品溶液。

2.1.3色譜條件 采用BEH C18色譜柱(100 mm×2.1 mm，1.7 μm)。以乙腈(A)-5 mL·L-1甲酸(B)為流動相，梯度洗脫(0～5 min，2%A～8%A；5～15 min，8%A～20%A；15～22 min，20%A；22～27 min，2%A)。流速為0.1 mL·min-1;檢測波長為275 nm；柱溫為30 ℃。取2.1.1項下制備的供試品溶液及2.1.2項下制備的混合對照品溶液各10 μL，進樣[17-18]。色譜圖見圖1。

圖1 UPLC圖A.供試品溶液；B.混合對照品溶液；1.6-羥基山柰酚-3，6，7-三-O-葡萄糖苷；2.羥基紅花黃色素A；3.脫水紅花黃色素B。Fig.1 UPLC chromatogramsA.sample solution；B.mixed reference substance solution；1.6-hydroxy kaempferol-3，6，7-tri-O-glucoside；2.hydroxy safflower yellow A；3.dehydrated safflower yellow B.

2.2方法學考察

2.2.2精密度實驗 精密吸取2.1.2項下制備的混合對照品溶液10 μL，按照2.1.3項下色譜條件連續進樣 6 次，結果3種成分峰面積的RSD值分別為0.7%、0.8%、0.6%，均小于3.0%，表明儀器精密度良好。

2.2.3重復性實驗 按照2.1.1項下方法制備6份供試品溶液，按照2.1.3項下色譜條件進樣測定。計算3種成分的含量，結果各成分含量的RSD值依次為0.3%、0.9%、1.5%，均小于5.0%，表明該方法重復性良好。

2.2.4回收率實驗 精密稱取已知含量的紅花樣品6份，按照2.1.1項下方法制備供試品溶液。按照2.1.3項下色譜條件進樣，計算得到3個成分的平均回收率分別為100.34%、98.96%、96.47%，RSD 值依次為0.74%、0.91%、1.23%，各成分回收率均在95%～105%范圍內[17]。

2.3數據分析 采用Orgin 8.0 軟件對數據進行分析處理。采用 SIMCA 14.1軟件進行主成分分析，采用 SPSS 19.0軟件進行聚類分析。

2.4結果與分析

2.4.1不同產地紅花的含量分析 結果見表2。由表2可知，S1～S10為新疆產地紅花樣品，S11～S13為陜西地區紅花樣品。采用Orgin 8.0 軟件對陜西和新疆地區紅花中的3種成分的含量進行t檢驗，結果發現，不同地區紅花中3種成分的含量差異均有統計學意義(P值均<0.05)。其中陜西省白水縣及蒲城縣的紅花中6-羥基山柰酚-3，6，7-三-O-葡萄糖苷的含量最高，新疆昌吉奇臺縣的紅花中羥基紅花黃色素A的含量最高，新疆米東區八家戶村的紅花中脫水紅花黃色素B的含量最高。

表2 不同產地紅花中3個成分的含量 (n=3)Tab.2 The content of 3 components in safflower from different habitats (n=3)

2.4.2不同產地紅花主成分分析 在對13批不同地區紅花樣品中3種黃酮類成分初步分析的基礎上，采用統計學軟件SIMCA 14.1進行主成分分析，進一步分析2個地區各成分的異同，結果顯示，新疆地區的紅花在第2象限和第3象限，陜西地區的紅花集中在第1象限和第4象限，產地能夠被較好地區分。總體來說，新疆各地區的紅花質量較為相近，與陜西地區的紅花有一定差異，這與上述對各成分的差異性分析結果一致。由主成分分析可知，主成分得分從高到低為：S2>S12>S11>S1>S5>S10>S4>S7>S8>S9>S3>S6>S13，表明新疆米東區八家戶村和陜西省蒲城縣的紅花質量較好[19-20]。

通過分析主成分荷載信息可知，第1主成分解釋了總體信息的69.4%，荷載量因子有羥基紅花黃色素A和脫水紅花黃色素B，第2主成分解釋了總體信息的22.9%，荷載量因子為6-羥基山柰酚-3，6，7-三-O-葡萄糖苷。說明羥基紅花黃色素A和脫水紅花黃色素B對紅花產地的區分有較大的影響。

2.4.3不同產地紅花聚類分析 根據主成分分析可知，3種成分的含量可以在一定程度上反映紅花的質量，本文采用SPSS 19.0統計軟件中的系統聚類分析程序對13批紅花樣品進行聚類分析。在方法上采用歐氏距離測量，每兩樣本間用Averagelinkage法連接[21-22]。結果見圖2。

圖2 不同產地紅花的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of safflower from different habitats

由圖2可知，13批紅花樣品最終可聚成2大類：其中樣品S1～S10相似性較高聚為一類，該類樣品產地均為新疆地區；樣品S11～S13相似性較高聚為另一類，該類樣品產地均為陜西地區。說明陜西地區與新疆地區的紅花可以被明顯區分，由此推測陜西地區與新疆地區紅花的品質確實存在一定差異，3種成分所建立的聚類分析可用于不同地區紅花的快速判斷。

3 討論

本文建立的主成分分析與聚類分析結果基本一致，說明二者結合能對新疆與陜西地區的紅花進行很好地區分。主成分分析中貢獻率較大的羥基紅花黃色素A和脫水紅花黃色素B也是文獻報道的具有良好的擴張冠狀動脈、抗氧化、保護心肌、降血壓、免疫抑制和腦保護等活性的紅花藥效成分[23-25]。紅花中3種黃酮類成分均可反映不同產地紅花的內在質量，為不同產地紅花的質量評價提供了參考。

紅花是一種優良的經濟作物，在藥用、食用和染色等方面具有很高的經濟價值。我國紅花產區主要集中在新疆，其次為四川、云南、河南、河北、山東、浙江和江蘇等省[26]，近年來紅花的開發利用逐漸增多，種植紅花對部分地區農民的脫貧和地方財政增收具有較大作用，還可促進鄉鎮企業及地方加工業的發展，成為特色的支柱產業。陜西鄰近紅花主產區，屬于干旱地區，適宜抗寒、耐旱和耐鹽堿的紅花生長。雖然陜西紅花與新疆紅花的品質存在一定差異，但仍可在部分貧困地區推廣種植，推動陜西的經濟發展。