基于聚類和主成分分析的不同產地黃精主要成分比較

李戀紅 鄧玉群 田玉橋 邱小燕 陳三春

黃精為百合科黃精屬植物雞頭黃精（Polygonatum sibiricum Red.）、多花黃精（Polygonatum cyrtonema Hua.）或滇黃精（Polygonatum kingianum Coll.et Hemsl.）的干燥根莖[1]，藥食同源。我國黃精資源豐富，全國大部分地區均有分布，主產于安徽、陜西、云南、甘肅、湖南、貴州等地[2]。黃精含黃精多糖、皂苷、黃酮等多種功效成分，具有養陰潤肺、補脾益氣、滋腎填精的功效[3～5]。近年來，黃精市場需求量逐漸增加，野生資源驟減，人工栽培正在興起[6]，保護黃精種質資源極為重要。黃精的品質受諸多因素影響，其中以品種、產地環境的影響最大[7]，何俊婷等[8]研究表明，多花黃精的黃精多糖含量高于滇黃精和雞頭黃精。左雅敏等[9]對不同產地黃精及其飲片中皂苷、黃酮、總酚等成分進行了一測多評，發現雞頭黃精中的黃酮含量高于其他品種。

目前，中國藥典評價黃精的品質僅以多糖含量進行定量評價，對不同產地黃精的品質評價研究的產地范圍也較小。本研究以多花黃精、雞頭黃精和滇黃精3 個不同品種，共35 個不同產地的黃精為研究對象，測定還原糖、總蛋白質、總氨基酸、淀粉、浸出物、黃精多糖、總黃酮、總皂苷和總酚含量，通過相關性分析、聚類分析和主成分分析，對黃精品質進行綜合評價，為黃精種質資源保護及綜合開發利用提供理論基礎和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料從湖南、安徽、貴州、云南、四川、河北等地采集了35 份不同產地黃精原植物（多花黃精、雞頭黃精和滇黃精）的新鮮根莖，洗凈，蒸制15min，置于55℃烘箱中烘干，粉碎后過100 目藥典篩，備用。所采樣品均由同一名專家鑒定，樣品信息見表1。

表1 樣品信息表

1.2 儀器DHG-9101-1SA 型電熱鼓風干燥箱（上海三發科學儀器有限公司）；AEY1204 型電子天平（湘儀天平儀器設備有限公司）；UV-5500 型紫外-可見分光光度計（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；HHS-26 型數顯恒溫水浴鍋（上海東星建材試驗設備有限公司）；SB-5200DT 超聲波清洗器（寧波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 試劑葡萄糖對照品（批號：110833-202106，中國食品藥品檢定研究院）；人參皂苷Rb1 對照品（批號：110704202129，中國食品藥品檢定研究院）；氨基酸（AA）含量檢測試劑盒（批號：YX0914）、淀粉含量檢測試劑盒（批號：YX1103）、還原糖含量檢測試劑盒（批號：YX0865）及雙縮脲法蛋白質含量檢測試劑盒（批號：YX1209）均購自上海原鑫生物科技有限公司；蘆丁（批號：BW20211681）、沒食子酸（批號：BW20211930）、福林酚（批號：SH20210617）均購自北京萬佳首化生物科技有限公司；無水乙醇、氫氧化鈉、冰醋酸、碳酸鈉、香草醛、濃硫酸、高氯酸、蒽酮等試劑均為國產分析純。

1.4 試驗方法

1.4.1 總蛋白質、總氨基酸、還原糖和淀粉含量測定 總蛋白質和總氨基酸含量測定參照試劑盒說明書進行；還原糖含量和淀粉含量測定均采用分光光度法，還原糖測定的標準曲線為Y=0.3941 X-0.0136，R2=0.9996，淀粉含量測定的標準曲線為Y=1.875X+0.1335，R2=0.9989。

1.4.2 浸出物、多糖含量的測定 浸出物、多糖含量測定參照2020 版《中國藥典》中的方法[10]。以干燥品計算供試品中水溶性浸出物的含量（%）。多糖含量采用蒽酮-硫酸顯色法，在582nm 波長下測定吸光值，繪制標準曲線為Y=3.7635X+0.0297，R2=0.9983，試樣按照標準曲線的方法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中含無水葡萄糖的重量，計算多糖含量。

1.4.3 總黃酮含量的測定 總黃酮的測定參照陳怡等[11]的方法，繪制標準曲線，得到回歸方程Y=0.5564X-0.0004，R2=0.9993，在0.10～0.50mg/mL范圍內線性關系良好。試樣按照標準曲線的繪制方法測定吸光度，根據標準曲線上計算供試品溶液中總黃酮的含量。

1.4.4 總皂苷含量的測定 總皂苷的測定參照焦劼[12]的方法，繪制標準曲線，得到回歸方程Y=0.9037X+0.0065，R2=0.9995，在0～0.043mg/mL 范圍內線性關系良好。試樣按照標準曲線的繪制方法測定吸光度，根據標準曲線上計算供試品溶液中總皂苷的含量。

1.4.5 總酚含量的測定 總酚的測定參照馮庭輝等[13]的方法，繪制標準曲線，得到回歸方程Y=12.8593X+0.0562，R2=0.9994，在0～0.053mg/mL范圍內線性關系良好。試樣按照標準曲線的繪制方法測定吸光度，根據標準曲線上計算供試品溶液中總酚的含量。

1.5 統計學方法試驗數據處理采用Microsoft Excel 2010 整理分析，采用單因素方差分析比較不同產地黃精的主要成分含量的差異，采用OriginPro 2021進行相關性分析，采用SPSS 26.0 軟件進行聚類分析和主成分分析[14]。

2 結果

2.1 不同產地黃精的還原糖、總氨基酸、總蛋白質、淀粉含量比較35 份黃精的還原糖、總氨基酸、總蛋白質、淀粉平均含量分別為24.914mg/g、14.844mg/g、41.279mg/g、36.026mg/g。總蛋白質的變異系數最小，為10.172%，變幅為32.334～49.667mg/g；其次為總氨基酸，變異系數為21.362%，變幅為8.675～21.229mg/g；淀粉的變異系數為27.369%，變幅為18.978～57.842 mg/g；變異系數最高的為還原糖，變異系數為36.228%，變幅為10.127～48.697mg/g。不同產地黃精總蛋白質差異最小，含量相對穩定，遼寧鞍山的總蛋白質和總氨基酸含量最高（P＜0.05）；不同產地黃精還原糖含量差異最大，河北承德的淀粉和還原糖含量最高（P＜0.05）；從總量上比較，河北承德的營養成分總含量最高，為（162.418±3.772）mg/g，其次為河北遷安的（158.142±3.817）mg/g，且顯著高于其他33 個產地的黃精（P＜0.05）。雞頭黃精的營養成分總含量相對較高，營養價值較高。見表2。

表2 不同產地黃精的營養成分含量比較（mg/g，）

表2 不同產地黃精的營養成分含量比較（mg/g，）

注：與同列其他組比較，*P＜0.05

2.2 不同產地黃精的浸出物、黃精多糖、總黃酮、總皂苷和總酚含量比較不同產地黃精的浸出物、黃精多糖、總黃酮、總皂苷和總酚的平均含量分別為64.196%、11.814%、0.436%、1.490%和0.314%。浸出物的變異系數最小，為10.396%，變幅為47.291%～76.335%，表明浸出物含量最為穩定；其次是黃精多糖，變異系數為23.573%，變幅為6.883%～20.326%；總黃酮含量變異系數為24.881%，變幅為0.293%～0.735%；總皂苷含量變異系數為25.570%，變幅為0.857%～2.265%；總酚含量的變異系數最高，達34.395%，變幅為0.127%～0.559%，表明總酚含量在產地間差異最大。

浸出物是黃精重要的質量控制指標，35 份不同產地黃精浸出物含量均高于45%[10]，不同產地黃精浸出物含量之間差異顯著，湖南洪江的浸出物含量最高，為（76.335±0.948）%，云南大理的浸出物含量最低，為（47.291±0.40）%。不同品種間浸出物含量由大到小依次為多花黃精（58.396%～76.335%）、雞頭黃精（58.656%～66.544%）、滇黃精（53.473%～61.237%）。湖南新晃的黃精多糖含量最高，為（20.326±0.346）%，約為最低的（6.883±0.156）%的3 倍，除云南大理的黃精多糖含量低于7%以外，其他產地的黃精多糖含量均高于7%。不同品種間黃精多糖含量由大到小依次為多花黃精（9.687%～20.326%）、雞頭黃精（9.853%～13.228%）、滇黃精（6.883%～10.244%）。河北遷安的雞頭黃精總黃酮最高，為（0.735±0.044）%，安徽金寨的多花黃精總黃酮含量最低，為（0.293±0.014）%。雞頭黃精的總黃酮含量高于多花黃精和滇黃精的總黃酮含量。湖南新化的多花黃精總皂苷含量最高，為（2.265±0.049）%，云南師宗的滇黃精總皂苷含量最低，為（0.857±0.062）%，多花黃精的總皂苷含量略高于雞頭黃精和滇黃精。云南普洱的滇黃精總酚含量最高，為（0.559±0.066）%，湖南新晃的總酚含量最低，為（0.127±0.004）%，滇黃精的總酚含量略高于雞頭黃精和多花黃精。從總量上比較，湖南新晃的藥用成分總含量最高，為（95.259±1.067）%，其次為湖南新化和湖南洪江，分別為（93.549±2.089）%、（93.251±1.674）%，顯著高于其余32 個產地的黃精（P＜0.05）。多花黃精的藥用成分總含量相對較高，藥用價值較高。見表3。

表3 不同產地黃精的藥用成分含量比較（，%）

表3 不同產地黃精的藥用成分含量比較（，%）

續表3

表3 不同產地黃精的藥用成分含量比較（，%）

注：與同列其他組比較，*P＜0.05

2.3 不同產地黃精主要成分相關性分析對35 個不同產地黃精的9 種成分進行相關性分析，各指標之間有相關性，不互相獨立。還原糖與總氨基酸、淀粉、總黃酮呈正相關（P＜0.05），與總皂苷呈負相關（P＜0.05）；總氨基酸與總蛋白質、淀粉、總黃酮呈正相關（P＜0.05），與總皂苷、浸出物呈負相關（P＜0.05）；淀粉與總黃酮呈正相關（P＜0.05），與總皂苷、多糖呈負相關（P＜0.05）；浸出物與黃精多糖、總皂苷呈正相關（P＜0.05）；黃精多糖與總皂苷呈正相關（P＜0.05），與總酚呈負相關（P＜0.05）；總黃酮與總皂苷呈負相關（P＜0.05）；總皂苷與總酚呈負相關（P＜0.05）。見圖1。

圖1 各評價指標相關性分析

2.4 不同產地黃精主要成分聚類分析對不同產地的黃精進行聚類分析，分析結果見圖2，不同產地黃精主要可以聚類分為4 大類，其中云南師宗、大理以及貴州銅仁的滇黃精為一類；河北遵化、承德、遷安、陜西略陽、內蒙古武川、遼寧鞍山、甘肅隴南的雞頭黃精為一類；湖南新化多花黃精為一類；其余產地多花黃精為一類。說明各產地黃精主要成分受品種影響分為不同聚類。

圖2 各評價指標聚類分析

2.5 不同產地黃精主要成分主成分分析對35 個不同產地黃精的9 種化學成分進行主成分分析，主成分分析特征值見表4，特征向量見表5。9 種化學成分主要分為3 個主成分，累積方差貢獻率為82.352%，其中第1 主成分貢獻率為41.455%，貢獻量大的指標為淀粉和總酚；第2 成分貢獻率為26.07%，貢獻量大的指標為還原糖和總黃酮；第3成分貢獻率為總氨基酸和總蛋白。對35 個產地黃精進行評分排名見表6，各產地以雞頭黃精表現為最好，遼寧鞍山的雞頭黃精評分最高，四川三臺的多花黃精評分為最高，貴州銅仁的滇黃精評分最高。

表4 主成分分析特征值

表5 各成分主成分特征向量

表6 不同品種和產地黃精綜合得分與排名

3 討論

我國黃精種質資源豐富，蘊藏量大，野生黃精資源逐步減少，種質資源是良種選育的物質基礎，研究不同產地黃精的主要化學成分，對保護、培育和篩選優良黃精種質具有重要意義[15]。黃精的重要活性成分是黃精多糖，具有降血糖、血脂、抗腫瘤、抑菌、抗炎等多種功效[16，17]，根據藥典要求，黃精多糖含量不得低于7%[10]，總黃酮、總皂苷和總酚也是黃精中較為重要的活性成分，黃酮類物質具有抗衰老、降低膽固醇等作用[18]，皂苷具有抗癌、增強免疫力等作用[19]，多酚具有抗氧化、預防心血管疾病等作用[20]，此外黃精味微甜，富含淀粉、糖類和維生素等營養成分，是重要的藥食兩用資源。不同產地不同種間、同一種內黃精的化學成分差異較大。錢華麗等[15]研究表明楚雄、大理、臨滄等地的黃精多糖和皂苷含量較高，滇黃精的黃精多糖和皂苷相對標準偏差大，物種多樣性較高。受不同地勢的氣候、緯度、地理位置、光照、水肥等多種環境因子的影響，同一種藥材不同產地的各化學成分含量存在差異[12]。葉錢等[21]通過研究多花黃精中有效成分與主要環境因子的相關性，表明環境因子中活動積溫與黃精多糖質量分數呈極顯著負相關（r=-0.618，P=0.008），生長期適當的低溫還有利于黃精多糖的積累。涂明鋒等[22]對8 個產地收集的多花黃精中浸出物、黃精多糖、黃酮、多酚和礦質元素的含量進行比較分析，結果顯示不同產地的多花黃精化學成分含量存在一定的差異。王丹等[23]以湖南和四川5 個地區的多花黃精為試材，結果顯示不同產地黃精中多糖含量均較高，總皂苷含量居中，總黃酮含量均較低。

本研究中，將黃精主要化學成分細分為營養成分和藥用成分，分別進行比較，發現雞頭黃精、滇黃精以及多花黃精中，以雞頭黃精的營養成分總含量相對較高，遼寧鞍山產地雞頭黃精蛋白質和氨基酸含量最高、河北承德的淀粉和還原糖含量最高，多花黃精的藥用成分含量相對較高，湖南新晃的多花黃精浸出物、多糖和總皂苷含量最高，河北遵化的雞頭黃精總黃酮含量最高，云南普洱的滇黃精總酚含量最高。聚類分析發現黃精主要按不同品種進行聚類分為4 大類。黃精主要成分經主成分分析后發現，雞頭黃精主成分評分最高，以遼寧鞍山產地評分為最高；多花黃精以四川三臺產地評分為最高；滇黃精以貴州銅仁產地評分為最高。因此，營養價值較高的黃精品種宜選雞頭黃精，產地以河北承德、河北遷安為宜，藥用價值較高的黃精品種宜選多花黃精，產地以湖南新晃、湖南新化、湖南洪江為宜。