黄精是传统药食同源植物，《中国药典》收录其基原植物为滇黄精（Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl., DHJ）、多花黄精（P. cyrtonema Hua, DHHJ）和鸡头黄精（P. sibiricum Red., HJ）。近年来，黄精被公认为是一种具有巨大开发潜力的新型杂粮。多项研究证实，黄精富含蛋白质（6.7%-23.0%），并含有8种游离必需氨基酸（AA），其中精氨酸、亮氨酸、苏氨酸、甘氨酸和赖氨酸含量尤为突出。AA是人体必需的蛋白质结构，对维持营养、稳态和免疫系统调节至关重要。人体无法自行合成必需氨基酸，只能通过饮食获取。因此，充足的必需氨基酸摄入对健康至关重要。然而，三种黄精的蛋白质组成、氨基酸谱与消化特性差异尚不明确，制约了其精深加工。因此，浙江农业科学院的研究团队在《Food Chemistry: X》(一区TOP, IF=8.2)上发表的Protein composition and nutritional evaluation of three Polygonatum Mill species: A comparative analysis，本研究旨在系统比较这三者的蛋白质营养与消化特性，通过蛋白质组学揭示关键差异蛋白，为开发高价值黄精营养产品提供科学依据。
1. 黄精蛋白质浓度和水解氨基酸谱的差异
蛋白质含量、氨基酸组成和生物利用度决定了食物蛋白质的营养价值。DHHJ的蛋白质含量最高，为189.8 mg/g（图1 A），DHJ含量最低（83.2 mg/g）。如图1 B所示，非必需氨基酸，包括谷氨酸（18.06–24.29%）、精氨酸（11.58–16.61%）、组氨酸（14.10–19.82%）和天冬氨酸（8.30–10.83%），在黄精样品的蛋白质组分中占主导地位。必需氨基酸在DHHJ、DHJ和HJ中分别占21.6%、25.18%和23.60%（图1 B.1）。三种物种之间谷氨酸和精氨酸的相对含量存在差异，最大差异分别为6.23%和5.03%（图1 B）。
图1：三种黄精属植物的蛋白质含量(A)、必需氨基酸（B.1）组成及非必需氨基酸组成。不同字母标注的平均值表示在P < 0.05水平上存在显著差异。
2. 从DHJ中提取的蛋白质含量具有更理想的消化性能和营养品质
蛋白质的消化效果主要取决于其理化性质，例如分子量（MW）、溶解度（DH）以及消化酶的可及性。结果（图2A）显示，不同高度的条形图对应不同分子量的蛋白质片段。与DHHJ和DHJ相比，HJ样品中17 kDa以上的高分子量蛋白质含量更高。体外处理后，HJ组中仍有部分超过17 kDa的高分子量蛋白质残留。PC的分子量在DHHJ和DHJ中均较低（图2A）。此外，DHJ在PC中的溶解度值更高（图2B）。综上所述，DHJ的消化性能更为理想。
氨基酸评分（AAS）和体外消化率的结果与经蛋白质消化率校正的氨基酸评分（PDCAAS）评分结果一致。其中，DHJ的PDCAAS评分最高，而DHHJ的评分最低（图2C）。对于DHHJ而言，赖氨酸是其首要限制性氨基酸；而DHJ和HJ的首要限制性氨基酸则为赖氨酸或亮氨酸，二者AAS值完全一致。在开发黄精食品时，需特别注意补充赖氨酸和亮氨酸这两种关键氨基酸。DHJ、DHHJ、HJ的PDCAAS值（0.42~0.57）与先前报道的小麦（0.42）、大麦（0.44-0.53）、水果和蔬菜（0.73-0.64）和鹰嘴豆（0.62-0.65）接近，表明三种黄精可以被认为是合适的蛋白质供应源。并且在三种黄精中，DHJ的营养价值更理想。
图2：黄精蛋白组分经体外消化前（A.1）与后（A.2）的SDS-PAGE结果对比分析，包括水解程度(B)和PDCAAS评分(C)。
3. 蛋白质组学鉴定和功能注释结果的差异
如图1所示，三种黄精的蛋白质组分析结果在各组间存在显著差异。火山图（图3A）和直方图（图3C）直观呈现了差异蛋白的数量及下调/上调蛋白的分布情况。其中DHHJ组的蛋白质多样性最高（数量范围1337-1350），其次是HJ组（1271-1299），而DHJ组的多样性最低（504-525）。
功能富集分析结果显示，差异表达蛋白主要分布于细胞质、叶绿体和细胞核（图4A）。实验结果表明，分子功能腺苷三磷酸（ATP）结合、细胞组分胞质和生物过程氧化还原过程分别鉴定出128、100和97个相关蛋白（图4B），能量代谢相关蛋白在这些区域呈现高丰度分布（图3C和D）。
图3：三种黄精属植物的蛋白质组学差异分析：通过火山图展示组间差异(A)、主成分分析结果(B)以及全组数据直方图(C)。
图4：三种黄精属植物差异蛋白的功能分析：亚细胞结构(A)、GO功能富集(B)、KEGG功能(C)及Reactome功能(D)。
4. 蛋白质性质与主要成分的相关性
如图5所示，对三种黄精的主要差异蛋白进行了深入分析.图5B显示，三种蛋白质（A0A5P1F9I9、Q5EER7和A0A5P1FCZ1）与消化率（DH）及体外消化性均呈正相关，其皮尔逊相关系数(R)均超过0.5。同时，四种蛋白质（A0A5P1EFI3、A0A5P1FIQ7、A0A5P1E370和Q6LBE3）与消化率或体外消化性呈负相关，相关系数均低于-0.5。由此可见，这三种物种的蛋白质组成差异可能是导致其消化特性不同的关键因素。
此外，蛋白质A0A5P1F9I9的必需氨基酸含量最高，达到56.2%，其中赖氨酸占7.6%，亮氨酸占12.5%，在15种主要差异蛋白中占比最高。除A0A5P1F9I9外，其他蛋白质的必需氨基酸含量在36.6%至45.1%之间（图5C.1）。这些蛋白质在DHJ和HJ样本中均呈现高表达水平。Q5EER7组与Q8L568组的差异性显著程度更高（图5A）。在开发黄精食品时，需特别关注蛋白A0A51EEU8的分布情况（图5A）。
图5：三种黄精属植物的主要差异蛋白含量(A)、含量与水解程度的相关性(B)及其氨基酸组成(C)。
5. 总结
综上所述，本研究对DHHJ、DHJ和HJ三种植物的蛋白质组进行了提取与分析。其中DHHJ样本的蛋白质浓度和丰度均居三者之首，而DHJ的蛋白质组展现出最高的生物利用度。在开发DHHJ蛋白质时，需充分考虑其消化性改良。黄精中15种主要蛋白质的分布差异，特别A0A5P1F9I9和Q5EER7的差异，可能是导致其特性各异的关键因素。为提升其在食品工业中的应用价值，黄精属植物的加工需重点降低致敏性蛋白质含量。
浙江省农业科学研究院夏其乐研究员为本文的通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fochx.2025.102390
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