3种黄精多糖含量及抗氧化活性的差异分析_李旭鸿.pdf

171 研究探讨食品工业 2023 年第44卷第 4 期3种黄精多糖含量及抗氧化活性的差异分析李旭鸿1，冯源源1,2，黄月1,3，龚意辉1，陈致印1*1.湖南人文科技学院农业与生物技术学院（娄底 417000）；2.南昌大学食品学院（南昌 330031）；3.海南大学食品科学与工程学院（海口 570228）摘要为探究不同品种间黄精多糖的含量与抗氧化活性差异,以多花黄精、鸡头黄精和滇黄精为原料,采用苯酚硫酸法测定多糖含量,利用DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率、羟基自由基清除率、超氧自由基清除率和总还原能力等指标评价多糖抗氧化活性。结果显示,3种黄精多糖含量均超过7%,其中以鸡头黄精的质量最佳,多糖含量达15.02%,其次为滇黄精,含量为11.18%,多花黄精的多糖含量为9.88%。结果表明,3种黄精多糖对4种自由基均具备一定清除效果,其中鸡头黄精多糖对DPPH自由基的清除能力强于滇黄精多糖和多花黄精多糖(P0.01),对ABTS自由基的清除能力好于滇黄精多糖和多花黄精多糖(P0.05),对羟基自由基和超氧自由基的清除能力也高于滇黄精多糖和多花黄精多糖。此外,鸡头黄精多糖的总还原能力强于滇黄精多糖(P0.05)和多花黄精多糖(P 0.05)。3种黄精多糖均具备一定的抗氧化活性,但鸡头黄精多糖的抗氧化活性最佳。试验结果为黄精品种的评价与选育、加工与应用提供理论依据。关键词多花黄精;鸡头黄精;滇黄精;黄精多糖;抗氧化活性Difference Analysis of Content and Antioxidant Activity of Three Polygonatum PolysaccharidesLI Xuhong1,FENG Yuanyuan1,2,HUANG Yue1,3,GONG Yihui1,CHEN Zhiyin1*1.College of Agriculture and Biotechnology,Hunan University of Humanities,Science and Technology(Loudi 417000);2.College of Food,Nanchang University(Nanchang 330031);3.College of Food Science and Engineering,Hainan University(Haikou 570228)Abstract In order to investigate the difference of polysaccharide content and antioxidant activity among different varieties of Polygonati rhizoma,the Polygonatum cyrtonema Hua,Polygonatum sibiricum Red and Polygonatum kingianum Coll.et Hemsl were taken as raw materials.The content of polysaccharides was determined by phenol-sulfuric acid method.The antioxidant activity of polysaccharides was evaluated by DPPH radical scavenging rate,ABTS radical scavenging rate,hydroxyl radical scavenging rate,superoxide radical scavenging rate and total reducing power.The result showed that the polysaccharide content of these three kinds of polygonatum was more than 7%,the quality of Polygonatum sibiricum was the best,the polysaccharide content was 15.02%,followed by Polygonatum kingianum,the content was 11.18%,and the polysaccharide content of Polygonatum cyrtonema was 9.88%.The result also showed that they all had certain scavenging effects on four free radicals.The DPPH radical scavenging ability of Polygonatum sibiricum polysaccharides was stronger than that of Polygonatum kingianum polysaccharides and Polygonatum cyrtonema polysaccharides(P0.01).The ABTS radical scavenging ability of Polygonatum sibiricum polysaccharides was better than that of Polygonatum kingianum polysareaccharides and Polygonatum cyrtonema polysaccharides(P0.05).The hydroxyl radical and superoxide radical scavenging ability of Polygonatum sibiricum polysaccharides was higher than that of Polygonatum kingianum polysaccharides and Polygonatum cyrtonema polysaccharides.In addition,the total reducing power of Polygonatum sibiricum polysaccharide was stronger than that of Polygonatum kingianum polysaccharide(P0.05)and Polygonatum cyrtonema polysaccharide(P0.05).It was indicated that the three kinds of polygonatum polysaccharide had certain antioxidant activity,and Polygonatum sibiricum polysaccharide had the best antioxidant activity.The result provided theoretical basis for evaluation,breeding,processing and application of polygonatum varieties.Keywords Polygonatum cyrtonema;Polygonatum sibiricum;Polygonatum kingianum;polygonatum polysaccharides;antioxidant activity*通信作者；基金项目：2020年湖南省大学生创新创业训练计划项目（湘教通2020191号），2021年湖南省大学生创新创业训练计划项目（湘教通2021197号），2021年湖南省教育厅优秀青年项目（21B0782），2020年湖南省教育厅科学研究重点项目（20A281），2020年湖南省自然科学青年基金（2020JJ5270），2020年湖南创新型省份建设专项经费资助（2020NK4244），2020年湖南省新农科研究与改革实践项目（湘教通202094号），2021年湖南省发改委创新创业示范基地（湘发改高技20211039号），2019年普通高校创新创业教育中心（湘教通2019333号）黄精为一种双子叶百合科草本植物，品种丰富。多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）、鸡头黄精（Polygonatum sibiricum Red.）和滇黄精（Polygonatum kingianum Coll.et Hemsl）是纳入我国药典1的三种主食品工业 2023 年第44卷第 4 期 172 研究探讨要黄精品种，其根茎作为我国的传统中药，具有增强免疫、改善记忆力、抗抑郁、降血糖和保护肝脏等功效2。我国于2017年将黄精列入新资源食品。此外，黄精作为一种药食同源作物，具有广阔的应用价值，其产业成为当地的主打产业之一。黄精的主要成分有凝集素、皂苷、黄酮和多糖3，其中多糖含量最高4，在4.47%21.34%5。黄精多糖具有良好的抗氧化活性，可以清除DPPH自由基、ABTS自由基、羟基自由基和超氧自由基，并显现还原力6。此外，黄精多糖还具有抗衰老、抗疲劳、抗菌和抗过敏等多种生物活性7，对人体有提高学习记忆能力、防治骨质疏松、延缓衰老和保护肝脏等重要药理作用8。但不同品种来源的黄精多糖含量与活性存在差异，而相关的对比研究较少。试验以多花黄精、鸡头黄精和滇黄精为研究对象，对比分析其多糖含量和抗氧化活性的差异，为科学评价不同品种黄精的质量和药用价值、选择合适的加工利用方式提供理论参考，促进当地黄精产业的发展。1材料与方法1.1材料与试剂鸡头黄精、多花黄精、滇黄精（新化绿源农林科技有限公司）；葡萄糖标准溶液（福建领江生物科技有限公司）；苯酚、乙醚、丙酮、水杨酸、硫酸亚铁、三氯乙酸、氯化铁、乙醇、铁氰化钾、过硫酸钾（均为分析纯，上海麦克林生化科技有限公司）；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）：均为分析纯，合肥巴斯夫生物科技有限公司；磷酸盐缓冲液（分析纯，上海迈瑞尔化学技术有限公司）；硫酸、过氧化氢（分析纯，湖南汇鸿试剂有限公司）；三羟甲基氨基甲烷、邻苯三酚（均为分析纯，北京酷来博科技有限公司）。1.2主要仪器与设备754型紫外分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；101-3AB型电热鼓风干燥箱（北京中兴伟业仪器有限公司）；DE-500 g型万能高速粉碎机（浙江红景天工贸有限公司）；DL-1型万用电磁炉（北京市永光明医疗仪器有限公司）；CP214型电子分析天平（奥豪斯仪器有限公司）；HH-8型电热恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）；RE-52C型旋转蒸发器（巩义市予华仪器有限责任公司）。1.3试验方法1.3.1黄精多糖的粗提取参考杨新新等9的试验方法稍作调整。将3种黄精分别置于粉碎机中粉碎过0.250 mm孔径（60目）筛，并在60 电热鼓风干燥箱内干燥至恒重后，各取10 g加入300 mL乙醇置于水浴中回流脱脂脱色，滤纸上无油迹和色斑时，将粉末干燥，加入300 mL蒸馏水在80 条件下浸提3次，每次2 h，提取液合并置于旋转蒸发仪真空减压浓缩至300 mL。按体积比14加入乙醇，边加边搅拌，在4 条件下醇沉12 h后，按5 000 r/min离心20 min得黄精多糖，依次用乙醚、丙酮和乙醇洗涤、离心，干燥即得多花黄精多糖（Polygonatum cyrtonema polysaccharides，PCP）、鸡头黄精多糖（Polygonatum sibiricum polysaccharides，PSP）和滇黄精多糖（Polygonatum kingianum polysaccharides，PKP）。1.3.2标准曲线的制作试验采用苯酚硫酸法10。取无水葡萄糖与适量蒸馏水配制0.1 mg/mL的葡萄糖标准溶液，并精确吸取0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL分别置于10 mL比色试管中，并补充蒸馏水至2 mL。用蒸馏水制备5%苯酚，并取1.0 mL与5.0 mL浓硫酸依次加入含待测溶液的比色管中，待管内试样冷却至室温后，以蒸馏水作空白试剂，在490 nm波长条件下检测各葡萄糖梯度浓度的吸光度，绘制出标准曲线，如图1所示。拟合出回归方程y=16.888 6x-0.019 7（R2=0.990 1）。当葡萄糖浓度分布在0.010.05 mg/mL区域时，吸光度分布与葡萄糖浓度变化具有良好线性关系。图1葡萄糖标准曲线1.3.3黄精多糖含量测定参考钱华丽等11的试验方法稍作调整。3种黄精的细粉各取1 g，分别加入乙醇沸水浴1 h，迅速进行过滤，洗涤3次，滤液置于500 mL容量瓶中，取1 mL于50 mL容量瓶内定容，即为待测溶液。取1 mL待测溶液，按照上述苯酚硫酸法检测吸光度（A）后，代入回归方程后即可计算样品中多糖含量。重复试验3次，检测结果取平均值。多糖质量浓度（mg/mL）与多糖含量（%）的计算见式（1）和（2）。多糖浓度=（A+0.019 7）/16.888 6 （1）多糖含量=CVN/1 000100%（2）式中：A为样品吸光度，L/（gcm）；C为多糖质量浓度，mg/mL；V为样品溶液体积，mL；N为稀释倍数；1 000为细粉质量，mg。173 研究探讨食品工业 2023 年第44卷第 4 期1.3.4体外抗氧化测定DPPH自由基清除能力的测定参考Chen等12的试验方法稍作调整；ABTS自由基清除能力的测定参考Xie等13的试验方法稍作调整；羟基自由基清除能力的测定参考Ling等14的试验方法稍作调整；超氧自由基清除能力的测定参考Wang等15的试验方法稍作调整；总还原能力的测定参考Peng等16的试验方法稍作调整。1.3.5数据处理试验数据通过Excel 2018软件整理，采用Origin Pro 2021绘图，采用Multiple comparisons和t检验分析差异的显著性，P0.05表示有统计学意义。2结果与分析2.1多糖含量3种黄精多糖含量如图2所示。鸡头黄精的多糖含量最高，达15.02%，且与滇黄精和多花黄精存在显著差异（P0.01），滇黄精的多糖含量为11.18%，多花黄精的多糖含量最低，为9.88%。何俊婷等17测定不同产地种植的多花黄精多糖含量，其多糖含量在9.75%12.25%之间，鸡头黄精的多糖含量分布在9.42%17.18%之间17-18。黄竹珺等19测定云南11个地区的滇黄精多糖含量，多糖含量在7.043 9%10.317 1%之间。由此得出，不仅黄精不同品种间的多糖含量差异较大，同品种不同产地间的黄精多糖含量也存在差异，原因可能与黄精生长的地理、环境有关。钱枫等20指出，相较于地域性因素，品种的差异对多糖含量的影响更大，其他影响因素的相关性有待进一步探究。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图23种黄精多糖含量2.2DPPH自由基清除能力如图3所示，多糖浓度在15 mg/mL时，3种黄精多糖对DPPH自由基的清除能力随多糖浓度增大而增强，PSP的清除能力始终强于PCP和PKP，PCP的清除率始终保持最低，且与PSP和PKP存在显著差异（P 0.01）。多糖浓度达到5 mg/mL时，PCP、PSP和PKP的清除率依次为9.77%，26.54%和23.91%，PSP和PKP对DPPH自由基的清除能力超过PCP清除率的2倍。多糖可为DPPH自由基提供电子，使一系列自由基反应终止，不同品种的黄精多糖对DPPH自由基的清除能力存在差异，可能是多糖不同的分子质量、碳水化合物组成和官能团组成所导致21-22。试验结果与已报道结论23-25存在一定差异，其原因可能是3种黄精多糖对DPPH自由基的清除能力与黄精产地和黄精多糖的提取工艺的不同有关。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图33种黄精多糖对DPPH自由基的清除作用2.3ABTS自由基清除能力由图4可知，质量浓度15 mg/mL时，3种黄精多糖对ABTS自由基的清除能力与多糖浓度呈正相关，且PSP和PCP的清除率呈线性增长。在试验浓度内，PSP的清除能力始终强于PCP和PKP，PCP的清除率始终保持最低，且与PSP存在显著差异（P0.05）。多糖最具活性的空间构象是三股螺旋26，试验中，PCP对ABTS自由基的清除率最低，据王飞凤27的猜测，清除率低可能与其三股螺旋结构数量较少甚至不含有相关。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图43种黄精多糖对ABTS自由基的清除作用2.4羟基自由基清除能力3种黄精多糖对羟基自由基的清除能力均表现出浓度依赖性，如图5所示。在试验浓度范围内，PSP的清除能力强于PCP和PKP，PCP的清除率最低，且在大部分浓度下，两两之间存在显著差异（P0.05）。食品工业 2023 年第44卷第 4 期 174 研究探讨多糖质量浓度达到5 mg/mL时，PCP、PSP和PKP的清除率依次为37.3%，67.7%和60.2%，PSP对羟基自由基的清除能力接近PCP清除率的2倍。由此可知，3种黄精多糖对羟基自由基的清除能力都强于各自对DPPH自由基的清除能力。PCP和PSP的清除率分别强于李玲28和王艳等29的结果，PKP的清除率略低于陶爱恩30的结果，导致此差异的原因可能是3种黄精多糖对羟基自由基的清除能力与黄精产地、黄精多糖提取方式和具体工艺参数有关。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图53种黄精多糖对羟基自由基的清除作用2.5超氧自由基清除能力随着多糖浓度增加，3种黄精多糖清除超氧自由基的能力也随之增强，如图6所示。在试验浓度范围内，PSP的清除能力强于PCP和PKP，且在各组多糖浓度下，与PCP和PKP均存在显著差异（P0.05）。多糖质量浓度超过3 mg/mL后，PSP清除率达60%左右，增长趋于平缓，但远高于PCP和PKP，PCP清除率也逐渐强于PKP，且具有显著性（P0.05）。李智敏等24优化黄精多糖提取工艺所提取的PKP对超氧自由基的清除能力略强于试验结果，说明合适的黄精多糖提取工艺会促进黄精多糖对超氧自由基清除能力的释放。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图63种黄精多糖对超氧自由基的清除作用2.6总还原能力如图7所示，3种黄精多糖的总还原能力随浓度增大而增强。试验浓度范围内，PSP的总还原能力不仅在各组浓度内，而且整体上均显著强于PCP和PKP（P0.05）。随着多糖浓度提高，PKP的总还原能力由弱于PCP转为强于PCP，并逐渐显现差异性（P 0.05），表明多糖浓度越高，PKP的总还原能力越突出。在相同浓度下，试验结果高于张遥遥31和王飞凤27将黄精多糖提纯后测定的还原力，说明在黄精粗多糖中，除多糖外其他物质也具有总还原能力，但具体物质还有待进一步探索。注：a、b、c表示3种黄精多糖的清除率在同一浓度下存在显著差异（P0.05）。图73种黄精多糖的总还原能力3结论与讨论对多花黄精、鸡头黄精和滇黄精进行对比，多糖含量均超过7%，达到我国最新药典的最低标准。按含量高低排列，依次是鸡头黄精滇黄精多花黄精。多花黄精多糖、鸡头黄精多糖和滇黄精多糖对DPPH自由基、ABTS自由基、羟基自由基、超氧自由基有不同程度的清除作用，且具备还原能力，呈一定的剂量关系，说明3种黄精多糖均具有抗氧化活性。整体而言，鸡头黄精多糖的清除能力最好，表明其抗氧化活性最好，其次为滇黄精多糖，多花黄精多糖的抗氧化活性最低。这为黄精品种的质量评价、选择和加工利用提供依据。但不同品种黄精多糖其他重要的生物活性是否也存在差异、怎样选择和加工黄精使其多糖达到最佳活性等问题仍有待进一步研究。参考文献：1 国家药典委员会.中华人民共和国药典M.北京:中国医药科技出版社,2005.2 赵文莉,赵晔,YIIDER TSENG.黄精药理作用研究进展J.中草药,2018,49(18):4439-4445.3 PING Z A,CZ A,XIA L A,et al.The genus polygonatum:A review of ethnopharmacology,phytochemistry and pharmacologyJ.Journal of Ethnopharmacology,2018,214:274-291.4 CHENG M E,WANG D Q.Anatomical structure and histochemical localization about rhizomes of five species of 175 研究探讨食品工业 2023 年第44卷第 4 期polygonatumJ.China Journal of Chinese Materia Medica,2013,38(13):2068-2072.5 曹明菊,郑晓燕,陈丽华.黄精多糖的研究进展J.中国食品添加剂,2008,9(4):52-55,51.6 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