姜黃游離氨基酸組成分析及綜合評價

摘要要：【目的】研究不同姜黃種質(zhì)游離氨基酸的含量差異，并進行綜合評價，篩選出游離氨基酸含量較高的姜黃種質(zhì)?！痉椒ā恳?0份姜黃種質(zhì)為研究對象，采用液相色譜自動在線衍生化方法測定25種游離氨基酸的含量，使用主成分分析法進行綜合評價?！窘Y(jié)果】10份姜黃種質(zhì)總游離氨基酸含量為706.3～4 642.9 μg/g，

其中天冬酰胺、絲氨酸含量高于其他23種氨基酸，γ-氨基丁酸含量為12.3～123.6 μg/g；有6份種質(zhì)含有25種游離氨基酸，以引自廣西省防城港市的A2種質(zhì)總游離氨基酸含量最高；姜黃藥用氨基酸含量為324.4～1 251.2 μg/g；姜黃的呈味氨基酸排序為：苦味氨基酸gt;甜味氨基酸gt;鮮味氨基酸gt;芳香類氨基酸。主成分分析顯示前3個主成分累積貢獻率達85.072%，第一主成分反映的指標主要指向天冬酰胺、甘氨酸、丙氨酸等；10份姜黃種質(zhì)綜合品質(zhì)的優(yōu)劣順序為：A2廣西省防城港市g(shù)t;A8本地種cgt;A9本地種dgt;A5貴州省盤州市g(shù)t;A3越南gt;A10本地種egt;A1四川省眉山市g(shù)t;A6本地種agt;A4四川省內(nèi)江市g(shù)t;A7本地種b?！窘Y(jié)論】苦味氨基酸是姜黃重要的呈味氨基酸成分，最終篩選出A2姜黃品質(zhì)最好，推斷出天冬酰胺的含量對其綜合評價影響最大，為姜黃的品質(zhì)評價提供了新的指標，有助于培育出具有更高藥效和高抗逆性的姜黃新品種，從而推動姜黃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：姜黃；游離氨基酸；主成分分析

中圖分類號：S432" " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " "文章編號：2095-5774（2024）03-0161-10

Component Analysis and Comprehensive Evaluation of Free Amino Acids in Turmeric

Abstract：【Objective】To study the differences in free amino acid content of different turmeric germplasms，and comprehensively evaluate and screen out the turmeric germplasms with higher free amino acid content. 【Method】 Ten turmeric germplasms were used as materials to determine the contents of 25 free amino acids by automatic on-line derivatization using liquid chromatography，and a comprehensive evaluation was carried out using principal component analysis. 【Result】 The total free amino acid content of 10 turmeric germplasms ranged from 706.3 to 4 642.9 μg/g， of which the contents of asparagine and serine were higher than that of others，and the content of γ-aminobutyric acid ranged from 12.3 to 123.6 μg/g；6 germplasms contained 25 free amino acids， and turmeric germplasm A2 introduced from Fangchenggang， Guangxi， had the highest total free amino acid content; the medicinal amino acid content of turmeric ranged from 324.4 to 1 251.2 μg/g. The rank order of flavor amino acids of turmeric was as follows： bitter amino acid gt; sweet amino acid gt; umami amino acid gt; aromatic amino acid; the principal component analysis showed that the cumulative contribution ratio of the first 3 principal components reached 85.072%， and the indicators of the first principal component reflected mainly asparagine， glycine， alanine and so on. The order of the comprehensive quality of the 10 turmeric germplasms was as follows： A2 from Fangchenggang， Guangxi gt; A8 from local species c gt; A9 from local species d gt; A5 from Panzhou City， Guizhou Province gt; A3 from Vietnam gt; A10 from local species e gt; A1 from Meishan City， Sichuan Province gt; A6 from local species a gt; A4 from Neijiang City， Sichuan Province gt; A7 from local species b. 【Conclusion】Bitter amino acid was an important flavor amino acid component of turmeric， and A2 turmeric was of the best quality， and it was inferred that the content of asparagine had the greatest influence on its comprehensive evaluation， which provided a new index for the quality evaluation of turmeric， and helped to breed new turmeric varieties with higher medicinal efficacy and high resistance， so as to promote the sustainable development of the turmeric industry.

Key words：Turmeric；Free amino acids；Principal component analysis

姜黃（Curcuma longa L.）是姜科姜黃屬植物［1］，在中國的多個省份廣泛種植［2］。中藥材姜黃是指姜黃植物的塊莖，其含有豐富的有效成分，主要包括姜黃素、去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素等3種姜黃素類化合物，以及α-姜油烯、姜黃酮等姜黃揮發(fā)油成分，蘆丁等黃酮類化合物，酚酸類成分等［3］。姜黃具有顯著的藥用價值，如抗氧化、抗病毒、抗炎和抗腫瘤等多種活性［4-6］。對姜黃的資源調(diào)查和含量分析，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)區(qū)不同種質(zhì)的姜黃成分差異顯著，抗逆性和藥理活性也有明顯差異［3］。目前對姜黃的研究主要集中在姜黃素類及揮發(fā)油類成分分析、提取工藝及各種藥理活性等［7-8］。

游離氨基酸廣泛存在于各種植物中，是當(dāng)今食品與藥品研究的一個熱點話題［9］。游離氨基酸無需經(jīng)過消化過程即可被人體直接吸收，其在食品中的含量是衡量營養(yǎng)價值全面性的一個關(guān)鍵因素，也是食品風(fēng)味的關(guān)鍵組成部分，同時影響著人體對食物營養(yǎng)的吸收和利用效率［10］。在這些游離氨基酸中，包含一類呈味氨基酸，吳志奡等［11］、蔣瀅等［12］將其分為芳香類、鮮味、甜味和苦味氨基酸，同時存在著一類藥用氨基酸，其含量是評價食品和中藥材品質(zhì)的重要指標［13］。研究表明藥用氨基酸具抗腫瘤、抗氧化、神經(jīng)保護和改善睡眠等多種生物活性［14］。

隨著科研技術(shù)的發(fā)展和對天然產(chǎn)物營養(yǎng)價值的深入探究，中藥材和食品等生物資源中的游離氨基酸組成和含量分析正逐步得到詳盡的研究［15-16］，同屬姜科植物的游離氨基酸被廣泛研究，如張美慧等［17］測出5個產(chǎn)地干姜中共有18種游離氨基酸，包括8種必需氨基酸；韓紅園等［18］測出8種不同品種的生姜中16種游離氨基酸，包括6種必需氨基酸。但是目前有關(guān)姜黃游離氨基酸的研究報道非常少，管婧等［19］對姜黃種質(zhì)‘桂熱1號’僅測定了亮氨酸與天冬氨酸的含量，尚未進行不同種質(zhì)之間不同游離氨基酸的比較。本試驗以不同引種地的10份姜黃種質(zhì)作為研究材料，對姜黃的25種游離氨基酸含量進行測定和主成分分析，并作出綜合評價，為姜黃優(yōu)異種質(zhì)的篩選提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1試驗材料

供試的姜黃種質(zhì)共10份，其中A1，引自四川省眉山市；A2，引自廣西省防城港市；A3，引自越南；A4，引自四川省內(nèi)江市；A5，引自貴州省盤州市；A6，本地種a；A7，本地種b；A8，本地種c；A9，本地種d；A10，本地種e。

1.2試劑與儀器

主要試劑：17種氨基酸混合標準品 （2.5 mmol/L，sigma）；天冬酰胺，谷氨酰胺，瓜氨酸，正纈氨酸，色氨酸，21-羥脯氨酸，肌氨酸標準品（分析純，sigma）；甲醇（色譜純，CNW）；乙腈（色譜純，CNW）；濃鹽酸、硼砂、氫氧化鈉均為分析純（廣州化學(xué)試劑廠）

主要儀器：Agilent1100液相色譜儀（安捷倫）。

1.3試驗方法

1.3.1 樣品前處理

供試的姜黃種質(zhì)在2020年12月定植于泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地，2021年12月25日采收成熟的塊莖，放室內(nèi)自然晾干，晾干后經(jīng)表面去皮研磨成粉末，每份種質(zhì)取1.0 g樣品，將樣品轉(zhuǎn)移到10 mL離心管中，加5 mL的0.01 mol/L 鹽酸，攪拌均勻，100℃水浴30 min，離心，取上清液，定容至10 mL。重復(fù)3次。

1.3.2 測定方法

姜黃游離氨基酸的含量參考王麗等［10］、劉霄玲［20］方法進行測定和計算。測定采用安捷倫公司自動在線衍生化方法，流動相A，40 mmol/L 磷酸二氫鈉（pH值7.8）；流動相B，乙腈" 甲醇" 水=454510；檢測波長為338 nm（0～19 min）和266 nm（19.01～25 min）；柱溫45℃，反應(yīng)柱溫度135℃；流速1.0 mL/min。測定25種游離氨基酸含量（μg/g）：天冬氨酸Asp，谷氨酸Glu，天冬酰胺Asn，絲氨酸Ser，谷氨酰胺Gln，組氨酸His，甘氨酸Gly，蘇氨酸Thr，瓜氨酸Cit，精氨酸Arg，丙氨酸Ala，酪氨酸Tyr，半胱氨酸Cys，纈氨酸Val，蛋氨酸Met，正纈氨酸Nva，色氨酸Trp，苯丙氨酸Phe，異亮氨酸Ile，亮氨酸Leu，賴氨酸Lys，羥脯氨酸Hyp，肌氨酸Sar，脯氨酸Pro，γ-氨基丁酸GABA。

計算各游離氨基酸含量總和?？傆坞x氨基酸（Total Free Amino Acid，TFAA）含量為25種游離氨基酸含量總和；必需氨基酸（Essential Amino Acid，EAA）含量，即人體所需的8種必需氨基酸含量之和，包含Thr、Val、Met、Trp、Phe、Ile、Leu、Lys；藥用氨基酸（Medicinal Amino Acid，MAA）含量，為Phe、Glu、Asp、Gly、Met、Leu、Tyr、Lys、Arg等9種氨基酸含量之和；呈味氨基酸（Flavor Amino Acid，F(xiàn)AA）含量，是芳香類氨基酸（Aromatic Amino Acid，AAA）含量、鮮味氨基酸（Delicious Amino Acid，DAA）含量、甜味氨基酸（Sweet Amino Acid，SAA）含量和苦味氨基酸（Bitter Amino Acid，BAA）含量之和。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Excel 2019 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，應(yīng)用 SPSS 25 對10份姜黃種質(zhì)的25種游離氨基酸含量進行差異顯著性分析以及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1姜黃游離氨基酸的種類和含量

10份姜黃種質(zhì)中，A1、A2、A3、A5、A8和A9等6份種質(zhì)均檢測到25種游離氨基酸（圖1）；A4和A10等2份種質(zhì)檢測到24種游離氨基酸，其中A4未檢測到Cit，A10未測到Cys；A6和A7等2份種質(zhì)檢測到23種游離氨基酸，其中A6未檢測到Cit和Cys，A7未檢測到His和Cit。姜黃的25種游離氨基酸是由24種蛋白質(zhì)類氨基酸和1種非蛋白質(zhì)類氨基酸（γ-氨基丁酸GABA）組成，游離氨基酸種類的覆蓋面廣。

由表1可知，不同游離氨基酸在姜黃種質(zhì)中含量均值為3.5～460.5 μg/g，由低到高依次為Cys、Cit、Sar、Tyr、Nva、Pro、Met、Gly、Lys、Ile、Leu、His、Trp、Thr、Phe、Val、GABA、Ala、Ser、Hyp、Glu、Gln、Asp、Arg、Asn。均值變異系數(shù)為

12.3%～157.5%，差異比較大，其中Arg、Asn、Gly、Gln、Cit等變異系數(shù)均大于100%，Nva、Sar、Phe、Trp等變異系數(shù)均在40%以下，表明Nva、Sar、Phe、Trp在不同姜黃種質(zhì)中含量比較穩(wěn)定。蛋白類氨基酸中含量均值最高的是Asn，其含量在55.1～203 7.4 μg/g之間，不同種質(zhì)之間的差異均達顯著水平，其中含量最高的姜黃種質(zhì)為A2，其次是A8，而A7的含量最低。非蛋白類氨基酸γ-氨基丁酸（GABA）含量在12.3～123.6 μg/g之間，不同種質(zhì)之間的差異均達顯著水平，其中含量最高的為A2，其次是A8，而A9的含量最低。

10份姜黃種質(zhì)的總游離氨基酸（TFAA）含量為706.3～464 2.9 μg/g，其中A2的含量最高，顯著高于其他9份種質(zhì)，其次是A8，而A7的含量最低（圖2）。必需氨基酸（EAA）含量為118.4～523.8 μg/g，其中A8含量最高，其次是A2和A9，A7含量最低；EAA/TFAA為10.7%～21.0%，其中A9比值最大，A2比值最小（圖3）。藥用氨基酸（MAA）是中藥質(zhì)量控制的重要指標之一［13］，10份姜黃種質(zhì)藥用氨基酸含量在324.4～125 1.2 μg/g，A8含量最高，其次是A10，A7最低。MAA/TFAA為16.0%～58.0%，其中A10比值最大，A2比值最??；10份種質(zhì)的MAA含量平均值為625.1 μg/g，A8、A10、A2的含量均高于平均值（圖4），表明部分姜黃種質(zhì)的藥用價值較高。

2.2 姜黃中呈味氨基酸含量

姜黃的25種游離氨基酸中有一大部分為呈味氨基酸（FAA），參與姜黃風(fēng)味的形成，使姜黃表現(xiàn)出不同的風(fēng)味，具體可以分為芳香類氨基酸（AAA）、鮮味氨基酸（DAA）、甜味氨基酸（SAA）和苦味氨基酸（BAA），各含量測算結(jié)果見表2和圖5。姜黃的呈味氨基酸排序為BAAgt;SAAgt;DAAgt;AAA，說明BAA是姜黃重要的呈味氨基酸成分。

姜黃的AAA主要包括Tyr和Phe。AAA含量在39.1～104.6 μg/g之間，其中A2含量最高，占其FAA的6.1%?？傮w上看，姜黃AAA/FAA比值不高，占比最高的A7也僅僅為8.7%，屬于姜黃塊莖中非主要的呈味氨基酸成分。

姜黃的DAA主要包括Asp和Glu。DAA含量為239.0～416.0 μg/g，其中A2含量最高，占其FAA的24.1%。DAA/FAA占比最高的是A7，達到50.6%。

姜黃的SAA主要包括Ser、Gly、Ala、Thr、Lys和Pro。SAA含量為113.3～879.8 μg/g，含量最高的為A2，占其FAA的50.9%，A2也是SAA/FAA最高的種質(zhì)，說明甜味氨基酸是A2姜黃種質(zhì)重要的呈味氨基酸成分。

姜黃的BAA主要包括Val、Phe、His、Arg、Leu和Met。BAA含量為82.0～1027.1 μg/g，含量最高的A8占其FAA的58.1%，而BAA/FAA最高的姜黃種質(zhì)是A10，高達67.3%，說明苦味氨基酸是A8和A10姜黃種質(zhì)重要的呈味氨基酸成分。

2.3主成分分析

10份姜黃種質(zhì)游離氨基酸含量的主成分分析結(jié)果見表3。特征值大于1的成分有5個（PC1～PC5），其中PC1的特征值為13.114，可以反映出25種氨基酸含量52.457%的信息；PC2的特征值為5.833，反映出23.333%的信息；PC3的特征值為2.321，反映出9.283%的信息。PC1、PC2、PC3的累積貢獻率達85.072%，通常認為累積貢獻率大于85%即能夠描述整體水平，因此前3個主成分即可較全面地反映姜黃種質(zhì)游離氨基酸含量的變化。因此，選擇PC1～PC3對不同姜黃種質(zhì)的氨基酸組成進行后續(xù)分析。

載荷值揭示了指標與主成分之間的關(guān)聯(lián)度，數(shù)值絕對值越接近1，意味著該指標與相應(yīng)的主成分之間的聯(lián)系越緊密。由表4可知，第一主成分反映的指標主要指向Asn、Gly、Ala、Ser、Glu、Gln、Cit、Thr、Tyr；第二主成分的代表變量為Met、Leu、Ile、Pro、Phe、Lys、Val；第三主成分的代表變量為Asp、Hyp、His、Cys。

2.4綜合評價

各成分得分見表5，第一主成分得分最高的是A2，遠超過其他種質(zhì)；第二主成分得分最高的是A8，其次是A9。第三主成分得分最高的是A6，其次是A10。建立綜合評價模型，綜合得分

F=0.524 57×F1+0.233 33×F2+0.092 83×F3。10份姜黃種質(zhì)綜合品質(zhì)的優(yōu)劣順序為：A2廣西省防城港市g(shù)t;A8本地種cgt;A9本地種dgt;A5貴州省盤州市g(shù)t;A3越南gt;A10本地種egt;A1四川省眉山市g(shù)t;A6本地種agt;A4四川省內(nèi)江市g(shù)t;A7本地種b。綜合得分排名前五的種質(zhì)分別是A2、A8、A9、A5和A3。

3" 小結(jié)與討論

本試驗選取了10份姜黃種質(zhì)共測定25種游離氨基酸含量，結(jié)果表明，有6份種質(zhì)含有25種游離氨基酸，2份種質(zhì)含有24種，2份種質(zhì)含有23種。姜黃的總游離氨基酸含量為706.3～4 642.9 μg/g，含量最高的種質(zhì)是A2，其次是A8，A7最低；主要的游離氨基酸包括天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（Gln）、丙氨酸（Ala）、谷氨酸（Glu）和天冬氨酸（Asp）等。姜黃的呈味氨基酸排序為：苦味氨基酸（BAA）gt;甜味氨基酸（SAA）gt;鮮味氨基酸（DAA）gt;芳香類氨基酸（AAA），說明BAA是姜黃重要的呈味氨基酸成分；楊春霞等［21］對25個枸杞鮮果中呈味氨基酸進行分析，測出有17種游離氨基酸，F(xiàn)AA含量排序為：DAAgt;SAAgt;BAAgt;AAA。李保來等［22］對7種山東晚熟桃的游離氨基酸進行分析，檢測出20種游離氨基酸，F(xiàn)AA含量排序為：DAAgt;BAAgt;SAAgt;AAA。大量研究都表明AAA不是主要的呈味氨基酸，但是不同中藥材的主要呈味氨基酸不同［22］。引自廣西省防城港市的A2姜黃種質(zhì)的芳香類、鮮味類、甜味類氨基酸含量均最高，濃度分別達到了104.6、416.0、879.8 μg/g，這使得A2種質(zhì)成為一個很好的食品添加劑選擇，它可以為食品添加獨特的香氣、鮮美的口感和適宜的甜味，從而提升食品的整體風(fēng)味和消費者接受度。

γ-氨基丁酸（GABA）是一種非蛋白質(zhì)類氨基酸，存在于一些植物中。周鵬等［23］指出5個產(chǎn)地的烏飯樹葉中GABA含量在0.069～0.129 mg/g；詹歌等［24］指出不同產(chǎn)地5種菊花中僅有3種含有GABA，且含量0.001 6～0.024 7 mg/g；本試驗表明GABA同樣存在姜黃塊莖中，只是不同種質(zhì)差異較大，含量在12.3～123.6 μg/g。GABA在植物發(fā)育和逆境響應(yīng)中扮演著關(guān)鍵角色，通過調(diào)節(jié)植物激素合成、參與光合作用以及清除自由基等途徑，影響植物的生長和發(fā)育［25］。因此，提高姜黃中GABA的含量有望增強其藥用價值和提高其抗逆能力。本研究可為后續(xù)的姜黃優(yōu)良種質(zhì)篩選和品種培育提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，如通過生物技術(shù)手段如基因工程和植物組織培養(yǎng)，可以進一步研究和優(yōu)化姜黃中GABA的合成和積累，將有助于培育出具有更高藥效和高抗逆性的姜黃新品種，從而推動姜黃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

以不同姜黃種質(zhì)的25種氨基酸含量為變量進行主成分分析，3個主成分的累積貢獻率達85.072%，建立綜合評價模型獲取綜合得分F，最高分為A2種質(zhì)，這可能與其天冬酰胺含量遠超過其他種質(zhì)有關(guān)，天冬酰胺含量在不同姜黃種質(zhì)之間差異顯著，該結(jié)論與趙建軍等［26］研究不同產(chǎn)地甘草質(zhì)量差異時，指出寧夏和內(nèi)蒙產(chǎn)地質(zhì)量高的原因是所含天冬酰胺含量遠遠超過其他產(chǎn)地的觀點一致。這也為姜黃的品質(zhì)評價提供了新的指標，天冬酰胺含量可以作為評價姜黃品質(zhì)優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。其次，這一結(jié)果為后續(xù)的育種工作提供了方向，通過選擇或遺傳改良手段，培育出天冬酰胺含量高的姜黃新品種，有望提高其藥用價值和市場競爭力。

本研究探討了不同姜黃種質(zhì)之間游離氨基酸含量的差異，旨在揭示這些差異對中藥材特性的影響，對于深入了解姜黃的生物價值及其應(yīng)用潛能具有重要意義。此外，這些發(fā)現(xiàn)為姜黃的種質(zhì)改良、推廣、資源開發(fā)以及質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

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