滇黄精（Polygonatum kingianum）为百合科黄精属草本植物，其干燥根茎作为传统的药食同源植物已有两千多年的应用历史。滇黄精的根茎富含多糖、生物碱、甾体皂苷、氨基酸等多种活性成分，传统中医认为黄精具有好颜色、润泽，除风湿、安五脏，久服轻身、延年、不饥等药效，可炮制后直接食用，或煎熬成汁服用。现代药理学研究表明，黄精具有抗癌、抗炎、抗菌、抗疲劳和抗氧化活性等作用，还可用于预防糖尿病和骨质疏松症等。
生黄精口感不好，有麻舌感，自古以来就有黄精“刺人咽喉”的记载。传统上采用九蒸九晒工艺对黄精进行炮制加工，不仅能提高药材质量，去除麻味和刺激性，还能减少有毒成分，增加药物活性。目前对九蒸九晒中滇黄精根茎的成分变化还不完善，有待于进一步进行系统深入的研究。
代谢组学是近年来新兴的一门组学技术，应用高通量检测和数据处理相结合，来分析整体代谢物的变化，进而推测其背后的生理和病理机制，在分析采后加工功能成分的代谢变化机制方面发挥着重要作用，也为植物学和食品功能营养学研究提供了有力的工具。
云南农业大学和云南特色植物提取实验室等在《Food Chemistry: X》（1区，IF=6.5）发表了“Chemical composition and antioxidant activity of Polygonatum kingianum processed by the traditional method of ‘Nine Cycles of Steaming and Sun-Drying’”的研究论文。
本研究采用感官评价和基于UPLC - MS / MS的广泛靶向代谢组学等技术，对传统九蒸九晒工艺下滇黄精根茎中化合物的外观含量和代谢物变化进行观察分析，从物理性质、化学成分变化、代谢组分变化和抗氧化能力多个维度探讨炮制工艺对滇黄精的影响。
采取新鲜滇黄精根茎（RPK，rhizome of P. kingianum），作切片处理后采用“九蒸九晒法”进行制备。每个循环蒸制4 h，保温10 h，40 ℃烘干。最后制备时将根茎干燥至水分低于15%。新鲜样品标记为P0，1 ~ 9个循环制备的样品分别标记为P1 ~ P9。
新鲜样品P0的颜色为白色和黄色，口感有麻味。随着不断加工，样品颜色加深，第4次蒸制后颜色变为黑色，麻味消失，变得香甜；第6次蒸制后变为酸、苦、涩，甜度逐渐降低（图1）。
图1.滇黄精根茎加工过程中外观和风味的变化
炮制后，多糖含量总体降低，从新鲜样品（P0）的162.18 mg / g逐渐降低到最终炮制样品（P9）的97.72 mg / g （图2A）。新鲜样品（P0）中主要单糖为Fru和Glc，含量分别为29.52和15.38 mg / g。在P5中分别增加到194.65和41.66 mg / g，然后在P9中略有下降，分别为187.81和40.90 mg / g。Man含量由P0的0.25 mg / g增加到P5的7.69 mg / g和P9的10.12 mg / g （图2B）。炮制后，Fru、Glc和Man含量分别提高了6.36倍、2.65倍和40.48倍。计算得到的甜度指数为Glc（1.12）和Fru （0.94）。因此，Fru、Glc和Man含量的增加是加工过程中甜度增加的原因。此外，研究发现Ara的含量增加了十倍以上，蒸熟的根茎中Ara的含量高于新鲜的根茎。多糖的减少和单糖的增加表明在RPK的加工过程中，多糖分解为单糖。
P0的皂苷、黄酮和多酚含量分别为27.06、9.67和3.37 mg / g。P9中皂苷含量稳定增加至46.50 mg / g （图2C）。在“九蒸九晒”过程中，长时间的高温可能会引起甾体皂苷的转化。例如，薯蓣皂苷元被转化为苷元和次级糖苷，从而导致皂苷含量的增加。皂苷类成分是RPK的重要活性成分之一，皂苷类成分的增加会明显增强RPK的生物活性。总黄酮含量总体随着蒸制次数的增加而增加，从P0时的9.67 mg / g增加到P2时的17.67 mg / g，然后在P3时略微下降到16.78 mg / g，最后在P9时观察到最大值22.00 mg / g （图2D）。第3次蒸制过程中，多酚含量显著上升至8.35 mg / g，随后下降至5.76 mg / g，并趋于稳定（图2E）。
游离氨基酸含量从P0的18.05 mg / g下降到最终处理样品（P9）的0.16 mg / g （图2F）。在第1、第2或第3次蒸制后，其含量显著降低。这种游离氨基酸的减少被认为是由美拉德反应引起的，导致颜色逐渐变黑。总的来说，多糖和游离氨基酸的含量降低，而皂苷和黄酮的含量增加；此外，在9次循环过程中，多酚含量先增加后缓慢降低。
图2.各组分含量变化：A. 多糖；B.单糖（Ara, arabinose; Glc - UA, glucuronic acid; Glc, glucose; Fru, fructose; Fuc, fucose; Rha, rhamnose; Man, mannose; Gal, galactose; Rib, ribose）；C. 皂苷；D.黄酮；E. 多酚；F.总游离氨基酸；G. 游离氨基酸（Thr, threonine; Tyr, tyrosine; Val, valine; Arg, arginine; Ser, serine; Pro, proline; His, histidine; GABA, γ - aminobutyric acid; Gly, glycine; Ala, alanine; Met, methionine; Asp, aspartic acid; Ile, isoleucine; Glu, glutamic acid; Leu, leucine; Phe, phenylalanine）
采用基于广泛靶标UPLC - MS / MS的代谢组学方法进一步研究加工过程中化学成分的变化，从P0、P5和P9样品中共鉴定出1297个代谢物（图3A）。在PCA中，P5和P9组明显分开，P0、P5和P9组之间存在显著的代谢物变化（图3B）。
与P0组相比，P5中包括脂类（67个代谢物）、有机酸类（35个代谢物）、木脂素和香豆素类（11个代谢物）、黄酮类（29个代谢物）在内的341种代谢物相对水平增加；生物碱（56种代谢物），氨基酸及其衍生物（57种代谢物），黄酮类化合物（67种代谢物）和聚合物（49种代谢物）共417种代谢物的相对水平降低（图3C）。
P5和P9中Glc、Glc - UA、Fru、Man、Rha、Ara和Fuc的含量显著高于P0，即“九蒸九晒”后，大分子多糖分解为小分子单糖。此外，山梨糖（sorbose）、Glc、Fru和Man的相对含量在加工后显著增加，其中P5的相对含量最高，其次是P9。山梨糖具有与蔗糖相同的甜度，感官评价发现P5的甜度最高。因此，山梨糖、葡萄糖、果糖和甘露糖可能对滇黄精根茎的甜度有贡献。萜类化合物甜菊醇B苷是甜味剂，在P5中相对含量最高，在P9中相对含量最低，再次印证了甜味在第5次蒸制中更为突出（图3F）。
图3.代谢组学研究：A. 对鉴定出的代谢物分类；B. P0、P5和P9样品的PCA分析；C - E. 蜂群图显示差异变化的代谢物；F. 不同处理时间的滇黄精根茎中核心差异代谢物的热图分析
研究比较了P0 ~ P9的10个样品的体外抗氧化活性。总抗氧化能力逐渐增加，P9样品表现出最高的总抗氧化能力（图4A）。P5样品对ABTS+的清除能力最强，IC50为9.846 mg / mL （图4B）。P0 ~ P9样品对DPPH·的清除能力逐渐增强，IC50最大值达到2.10 mg / mL （图4C）。此外，P5样品表现出最高的· OH清除能力，其IC50为40.90 mg / mL （图4D）。在P9样品中，清除ABTS+、DPPH·和·OH的IC50分别为17.40、2.10和81.48 mg / mL。由此可知，随着炮制次数的增加，RPK的抗氧化能力逐渐增强。
综上所述，本研究通过对滇黄精九蒸九制炮制过程中成分分析揭示了其风味变化的物质基础，有助于提高对传统中药加工工艺的认识，以建立更全面的评价体系。
图4.各样品的抗氧化活性：A. 总抗氧化能力；B. 对ABTS·+自由基的清除能力；C. 对DPPH·的清除能力；D. 对·OH的清除能力
云南农业大学农学与生物技术学院陈军文教授、赵明教授为本文的通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fochx.2024.101292
