俄羅斯黃花草木樨生理活性成分原料的開發(fā)與利用

摘要：簡述了作者對1999年引進(jìn)的俄羅斯斯列金1號黃花草木樨（Melilotus officinalis）進(jìn)行綜合開發(fā)利用研究的情況。重點(diǎn)介紹了在公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目支持下所獲得的新進(jìn)展。討論了黃花草木樨中生理活性成分及主要營養(yǎng)成分的結(jié)構(gòu)、功能及用途，以及田間生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室檢測、提取與純化。通過田間試驗(yàn)與室內(nèi)檢驗(yàn)，查明了牧草中生理活性成分的含量為32.02 kg/t、粗蛋白質(zhì)175.075 kg/t、必需氨基酸50.275 kg/t、粗脂肪酸14.025 kg/t、不飽和脂肪酸4.90 kg/t。在重鹽堿化樣地上可生產(chǎn)原料粗蛋白質(zhì)1 400.60 kg/hm2、必需氨基酸402.20 kg/hm2、粗脂肪酸112.20 kg/hm2、不飽和脂肪酸39.20 kg/hm2。上述成分可作為開發(fā)醫(yī)療、保健、營養(yǎng)、食品等生物技術(shù)產(chǎn)品的重要的天然原料。

關(guān)鍵詞：俄羅斯黃花草木樨（Melilotus officinalis）；生理活性成分；開發(fā)與利用

中圖分類號：Q946 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4758-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.032

1999年筆者從俄羅斯西伯利亞地區(qū)引進(jìn)了斯列金1號黃花草木樨（Melilotus officinalis）。該品種具有生命力強(qiáng)、繁殖率高、產(chǎn)草量大等優(yōu)點(diǎn)，并有抗嚴(yán)寒、抗風(fēng)沙、抗干旱、抗鹽堿和固氮、肥田等多種功能。因其富含蛋白質(zhì)而成為西伯利亞地區(qū)的優(yōu)質(zhì)牧草飼料[1]。種植黃花草木樨對于保護(hù)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。自引進(jìn)黃花草木樨以來，筆者開展了引種栽培、鹽堿土改良、草谷增產(chǎn)、禽畜飼喂等項(xiàng)目的系列試驗(yàn)，取得了一些研究成果[2]。對其中的生理活性成分進(jìn)行了檢測和部分的提取與純化，尤其是在生理活性成分開發(fā)利用的研究方面取得了新進(jìn)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基地自然概況

試驗(yàn)基地選擇在吉林省大安市姜家甸草場。該草場位于松嫩平原西南部的低平原，屬洮兒河與霍林河的河間地帶，地處原始天然草場腹地。地勢平坦，海拔120～160 m，平均氣溫4.3 ℃，年均降水量413.7 mm，年均蒸發(fā)量1 610 mm，年均干燥度為1.15。主要的土壤類型為鹽堿化草甸土。姜家甸天然羊草草場原以羊草為優(yōu)勢品種，占90%，羊草高達(dá)1.5 m左右。半個世紀(jì)以來多已退化為鹽堿草地，且鹽堿化程度較重。

1.2 試驗(yàn)材料與栽培管理

本試驗(yàn)采用引進(jìn)的俄羅斯黃花草木樨斯列金1號第二代種子，其發(fā)芽率為95%以上。試驗(yàn)樣地為鹽堿化草甸土，面積100 hm2。2012年5月初耕翻，深度30 cm，以過磷酸鈣作底肥，施肥量200 kg/hm2，用耙耙耱一遍，5月中旬機(jī)械條播，播種量10 kg/hm2，播種深度1～2 cm，全部采用“坐水種”。播后用鎮(zhèn)壓器鎮(zhèn)壓，兩鏟兩趟，中期灌溉，滅蟲保草，9月中旬收割，從而完成第一年的生長過程。留茬15～20 cm，自然越冬。翌年5月中旬，試驗(yàn)地全部返青，待株高30～40 cm追肥1次，兩鏟兩趟，灌溉保墑。牧草在現(xiàn)蕾前，株高80～100 cm收割。種子地7月初黃花盛開，花期40～45 d。9月初陸續(xù)收割種子。

1.3 樣品采集與檢測方法

牧草植株樣品2012年7月取自于本試驗(yàn)基地生產(chǎn)的黃花草木樨。于植株開花前采集，隨后進(jìn)行處理，分為根、莖、葉三部分，制備成待測試的粉末狀樣品。種子測試樣品為2011年種子田生產(chǎn)的種子。脫外殼，去內(nèi)皮，加工粉狀，分裝備用。

在采集、處理好樣品后，隨即對黃花草木樨根、莖、葉、種子中的黃酮、皂苷、生物堿、香豆素、多酚、多糖及蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸等成分進(jìn)行系統(tǒng)檢測。其方法如下：皂苷與生物堿含量采用重量法進(jìn)行檢測；香豆素含量用高效液相色譜儀（LC20-AB）進(jìn)行檢測；多酚含量用福林試劑比色法進(jìn)行檢測；多糖含量用蒽銅-硫酸比色法進(jìn)行檢測；黃酮含量用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法進(jìn)行檢測。蛋白質(zhì)含量用凱式定氮法和高效氣相色譜法（LC20-AB）進(jìn)行檢測；氨基酸含量用氨基酸自動拆分儀進(jìn)行檢測；脂肪酸含量用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、分子蒸餾儀（KDL-1）進(jìn)行分離檢測。

2 結(jié)果與分析

對黃花草木樨中的生理活性成分、營養(yǎng)成分進(jìn)行了系統(tǒng)檢測，其結(jié)果見表1和表2。由表1可知，黃花草木樨中皂苷、多酚、生物堿和香豆素的含量相對較高。就其葉片而言，皂苷為2.690 0 mg/g，多酚為8.820 0 mg/g，生物堿為1.366 0%，香豆素為0.524 0%。而多糖（0.410 0 mg/g）、黃酮（0.153 4 mg/g）含量相對較低，不利于提取利用。

同時，對樣品中的粗蛋白質(zhì)、氨基酸、粗脂肪酸含量進(jìn)行了檢測。從表2中可以看出，黃花草木樨含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸和較高的脂肪酸與不飽和脂肪酸。根、莖、葉中的粗蛋白質(zhì)含量分別為13.19%、13.78%、28.69%，種子中的粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)51.14%。其中的氨基酸含量也相對較高，根、莖、葉、種子中的含量分別為10.34%、11.91%、26.61%和48.56%。必需氨基酸所占的比例在根、莖、葉、種子中分別為2.48%、3.42%、9.85%和13.98%。粗脂肪酸在根、莖、葉、種子中的含量分別為0.50%、0.97%、2.70%和8.00%。根、莖、葉和種子中的不飽和脂肪酸含量分別為0.19%、0.44%、0.64%和4.15%，其含量相對較高，均具有開發(fā)利用價值。

3 生理活性成分的功能與用途

3.1 結(jié)構(gòu)與功能

植物生理活性成分主要是指萜類、甾體類、皂苷類、黃酮類及苯丙素等小分子有機(jī)化合物，它們屬于植物的次生代謝產(chǎn)物[3]。植物次生代謝產(chǎn)物往往具有多方面的生理活性，因此有重要的研究利用價值。當(dāng)前，植物次生代謝產(chǎn)物已成為植物化學(xué)、中草藥學(xué)和食品科學(xué)等領(lǐng)域中的一個研究熱點(diǎn)[4]。俄羅斯斯列金1號黃花草木樨不僅含有多種植物次生代謝產(chǎn)物，而且富含蛋白質(zhì)、氨基酸和少量的不飽和脂肪酸，有重要的開發(fā)利用價值。

3.1.1 皂苷 皂苷是苷類的一種，是一種分子量較大的有機(jī)化合物。皂苷具有抗心律失常，增強(qiáng)心肌收縮和抗心血管病的作用。皂苷除了有調(diào)節(jié)免疫的功能外，還可以治療咽喉腫痛、跌打傷痛，止血、降糖，有抗炎和抗疲勞的作用。皂苷在胃中產(chǎn)生酯化反應(yīng)，可阻斷機(jī)體對脂類及膽固醇的吸收，調(diào)節(jié)膽固醇的含量，對于治療動脈粥樣硬化有較好的效果[5]。皂苷可以鎮(zhèn)咳祛痰，防治支氣管炎，抑制皮膚真菌，還具有抗蟲活性[6-9]。皂苷還可以提高豬的免疫力，預(yù)防豬瘟流行。黃花草木樨根、莖、葉中皂苷的含量較高，具有較高的藥用價值。

3.1.2 多酚 多酚又稱單寧，是一類多元酚的化合物。多酚具有抗蟲、抗真菌、抗細(xì)菌等功效，對植物有保護(hù)作用。多酚還具有抗氧化和清除自由基的功能。在家畜的直腸中通過瘤胃微生物的作用，可降低蛋白質(zhì)的降解作用，從而減少糞毒素的合成，有利于改善肉類的品質(zhì)。多酚還有助于提高羊的繁殖力，增加羊毛產(chǎn)量。茶多酚能顯著抑制小鼠癌癥的發(fā)病率，提高種雞的繁殖性能，提高肉鴨的日增重、降低料肉比[10]。多酚在黃花草木樨的根、莖、葉中的含量較高，可作為藥用原料進(jìn)行開發(fā)利用。

3.1.3 生物堿 生物堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡單，為氨基酸類化合物的衍生物。已分離出的堿有N-丙二酸單?；彼?、高水蘇堿和水蘇堿[11]。生物堿具有明顯的降脂、減肥作用，有抑制膽固醇和降低血壓的功能。生物堿還有抗炎、抗菌、抗病毒、抑制痙攣的作用?？梢灾委煵《拘愿窝?、預(yù)防子宮感染、鎮(zhèn)咳祛痰、防治支氣管炎。在牧草飼料中若含有適量的生物堿，對牲畜可以起到保健防病作用。采用超聲波法提取黃花草木樨葉中的生物堿，其提取量達(dá)1.366%，根、莖、種子的提取量分別為0.223%、0.842%、0.739%。全株可作為藥材資源開發(fā)利用。

3.1.4 香豆素 香豆素（Coumarin）又稱作鄰羥基桂皮酸內(nèi)酯，是一類含有一個或幾個C6-C3單位的植物化學(xué)成分，具有芳香氣味。在黃花草木樨的根、莖、葉、花、種子中香豆素含量相對較高。中醫(yī)將其全草入藥，具有清熱解毒、化濕、殺蟲、消炎、免疫調(diào)節(jié)等功能。常用于治療暑熱、胸悶、痢疾、瘧疾、淋病、皮膚瘡瘍、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和支氣管炎。香豆素有廣泛的生理活性，具有抗高血壓、抗凝血、抗菌、抗炎、抗癌、抗病毒等多種藥理功能。香豆素還具有抗氧化、清除自由基、改善血管平滑肌等功效[12]?？商岣哐艿耐ㄍ感裕纳蒲貉h(huán)，治療靜脈曲張、靜脈炎和結(jié)石。香豆素還可以用來治療因創(chuàng)傷所引起的軟組織損傷腫脹和醫(yī)治痔瘡。近年來，香豆素在治療艾滋病（AIDS）和腫瘤方面的作用引起了重視。

關(guān)于香豆素的提取，筆者進(jìn)行了專項(xiàng)試驗(yàn)，采用高效液相色譜儀（HPLC島津2010型）提取種子中香豆素，其含量為2.0%，純度達(dá)99%，其質(zhì)量與市場出售的香豆素產(chǎn)品相同。

3.1.5 黃酮 黃酮是以C6-C3-C6為基本碳架的系列化合物，具有許多重要的生理活性，可以促進(jìn)冠狀動脈擴(kuò)張，降血脂、降血糖、降膽固醇，增加心腦血管的血流量，促進(jìn)血液循環(huán)，降低心血管病發(fā)病率。具有較強(qiáng)的抗氧化[13]和清除氧自由基的能力[14]。在黃酮中含有一種抗凝因子，它可以改善血液循環(huán)，具有抗心血管病和動脈粥樣硬化的作用。黃酮還具有調(diào)節(jié)免疫、抗炎止痛、抗菌、抗癌、抗衰老等功能。黃酮對于治療氣管炎也有很好的效果，在治療氣管炎的藥物中有一半的藥物其主要成分為黃酮。但在黃花草木樨中黃酮的含量較低。

3.1.6 多糖 多糖是一種具有廣泛生物活性的大分子化合物，它不僅是生物的營養(yǎng)成分，而且還參與機(jī)體生命過程中細(xì)胞的各種活動。多糖其獨(dú)特的生理活性是抗腫瘤、抗心血管病和抗衰老，具有較強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的功能，有抗炎、抗菌、增強(qiáng)免疫力和抗貧血的作用。多糖可以提高雞的抗病能力，抵御禽流感（AI）；可促進(jìn)動物生長，提高畜禽的生長速度、增強(qiáng)機(jī)體抵抗力，并能夠提高肉、蛋、奶品質(zhì)及質(zhì)量，還可以增強(qiáng)豬、雞、牛等的免疫力，降低發(fā)病率，促進(jìn)動物生長，改善品質(zhì)[15-17]。多糖具有良好的醫(yī)療、保健功能。其根系產(chǎn)量大，可考慮作為藥材資源。

3.1.7 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命細(xì)胞的基本物質(zhì)，是維持人體生命活動的重要成分，蛋白質(zhì)在整個生命過程中起著重要作用。植物蛋白質(zhì)是未來谷物蛋白質(zhì)的重要補(bǔ)充，對促進(jìn)糧食安全有重要意義。在動、植物體中都有一定量的蛋白質(zhì)。大豆中蛋白質(zhì)含量為37%～40%，牛肉、雞蛋中蛋白質(zhì)含量分別為17.7%、14.7%。黃花草木樨葉、種子的蛋白質(zhì)含量分別為28.69%和51.14%，十分豐富，可作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)牧草飼料開發(fā)利用，還可以開發(fā)為食物蛋白質(zhì)產(chǎn)品[18]。

3.1.8 氨基酸 氨基酸是對含有氨基和羥基的一類有機(jī)化合物的通稱，是生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位，是構(gòu)成動物營養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，是生物體內(nèi)不可缺少的營養(yǎng)成分之一。在22種氨基酸中有8種氨基酸為人體所必需。當(dāng)人體缺乏或不足，將可能引起生理功能異常，影響機(jī)體正常代謝，導(dǎo)致機(jī)體的生肌、造血、發(fā)育等功能障礙。L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-纈氨酸具有類興奮劑的作用，服用其相關(guān)的生物制劑，可預(yù)防、減輕中樞神經(jīng)疲勞、減少肌肉組織分解、加速肌肉合成。因此，必需氨基酸的用途十分廣泛，具有開發(fā)價值。

3.1.9 不飽和脂肪酸 脂肪酸由飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸所組成，不飽和脂肪酸包括油酸（C18H34O2）、亞油酸（C18H32O2）、亞麻酸（C18H30O2）等20余種，其中的α-亞麻酸最為珍貴。它是一種罕見的多元不飽和脂肪酸，具有多種重要的生理功能?？梢越档湍懝檀迹种苿用}粥樣硬化，有明顯的降低膽固醇和抗脂質(zhì)過氧化作用[19]。對機(jī)體代謝和疾病預(yù)防具有重要作用，能緩解多種炎癥，可延緩人體衰老。及時補(bǔ)充α-亞麻酸，可促使機(jī)體正常代謝，減少疾病，益壽延年。α-亞麻酸具有很高的經(jīng)濟(jì)價值，它可制成ω-3脂肪酸補(bǔ)充劑，作為保健藥物，在美國有很大的消費(fèi)量。有60%的α-亞麻酸原料取自深海魚類或藻類。為發(fā)揮中國的資源優(yōu)勢，目前，國內(nèi)以開發(fā)陸生植物中的ω-3脂肪酸為主，以取代深海魚油產(chǎn)品。酰胺酸、蘇氨酸具有明顯的藥理作用，可作為藥用原料，該產(chǎn)品在國際市場上暢銷。酪氨酸是維持大腦活動的重要物質(zhì)。當(dāng)人體缺乏酪氨酸時，容易引起健忘癥、抑郁癥、焦慮癥，甚至患帕金森綜合征。因此，可用酪氨酸開發(fā)腦保健藥物和保健飲料。不飽和脂肪酸對人體保健和疾病治療至關(guān)重要。

3.2 開發(fā)與利用

研究表明，俄羅斯黃花草木樨是一種具有較高開發(fā)利用價值的植物，其中的許多生理活性成分具有醫(yī)療、保健、營養(yǎng)等方面的功能，可以開發(fā)利用。概括而言，它們的生理活性主要表現(xiàn)為阻抗性、調(diào)節(jié)性和防治性等方面。阻抗性主要為抗氧化、抗衰老、抗凝血、抗炎、抗癌、抗衰老等；調(diào)節(jié)性反映在降血糖、降血脂、降膽固醇，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)以及對中樞神經(jīng)的調(diào)節(jié)等；防治性表現(xiàn)為對疾病的治療和預(yù)防，例如動脈粥樣硬化、心血管疾病、支氣管炎、哮喘、血栓、靜脈曲張、結(jié)石等。近年來國內(nèi)外還開展了用其治療腫瘤和艾滋病的研究。在保健方面，包括腦保健、神經(jīng)系統(tǒng)保健、心血管保健和消脂減肥等。關(guān)于皮膚保健，體現(xiàn)在皮膚抑菌、保潔、抗皺、美容等[20]。在食品方面，可制作蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪等營養(yǎng)保健食品和保健飲料。在畜禽營養(yǎng)保健方面，可提高家畜、家禽肉類產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量；提高蛋產(chǎn)量，增加蛋黃質(zhì)量[7]；對防治豬瘟和禽流感（AI）都有重要作用[17]。關(guān)于黃花草木樨中的生理活性成分之一—香豆素，近年來在醫(yī)藥界受到重視。為國內(nèi)多家生物科技公司開發(fā)利用，形成香豆素原料產(chǎn)品，外銷北美、日本和歐洲。日本已開發(fā)出“草木樨流浸液片”，可治療創(chuàng)傷、腫脹和各型痔瘡。綜上所述，可知黃花草木樨中的生理活性成分具有多種重要功能，有深度開發(fā)利用的價值。

4 生理活性成分原料的田間生產(chǎn)

4.1 皂苷、生物堿、多酚、香豆素、多糖、黃酮原料的田間生產(chǎn)

在確認(rèn)了黃花草木樨主要生理活性成分的種類及其開發(fā)利用價值后，進(jìn)行黃花草木樨的田間生產(chǎn)便成為一項(xiàng)重要任務(wù)。斯列金1號黃花草木樨生命力強(qiáng)，繁殖快，產(chǎn)量高。除低洼、潮濕土壤不宜種植外，幾乎可以在各類土壤中種植（pH≤9.0）。在海拔10～3 500 m，氣溫>-40 ℃，降水量>200 mm的條件下可以生長。種植黃花草木樨的最大優(yōu)點(diǎn)是不與農(nóng)爭地，不與人爭糧。而且還能改土肥田，保護(hù)、治理農(nóng)牧生態(tài)環(huán)境，對防止草原退化有重要作用。經(jīng)系統(tǒng)測試、計(jì)算，將大安基地生產(chǎn)的黃花草木樨生理活性成分原料的種類與產(chǎn)量列于表3。

表3中列舉了每噸莖和葉中各種生理活性成分的含量及其所占百分比。黃花草木樨植株較高，莖多葉少，牧草由莖和葉組成，其質(zhì)量比為3∶1。由此推算，每噸牧草其莖、葉的質(zhì)量比為3∶1，因而莖、葉中各項(xiàng)成分的含量比也采用3∶1。經(jīng)計(jì)算，每噸鮮草中生理活性成分的含量為32.02 kg。以試驗(yàn)基地1 hm2土地可產(chǎn)鮮草8 000 kg計(jì)，1 hm2黃花草木樨可生產(chǎn)生理活性成分256.16 kg。該基地屬于重鹽堿土地，因而產(chǎn)量較低。若選擇牧草產(chǎn)量為16 000 kg/hm2的中度鹽堿地種植黃花草木樨，其生理活性成分總量可提高到512.32 kg/hm2。

4.2 粗蛋白質(zhì)、氨基酸、粗脂肪酸原料的田間生產(chǎn)

在同一塊試驗(yàn)地上，同時也完成了粗蛋白質(zhì)、氨基酸和粗脂肪酸原料的田間生產(chǎn)目標(biāo)。原料產(chǎn)量的計(jì)算方法同前，結(jié)果見表4。

由表4可知，每1噸牧草中的粗蛋白質(zhì)、氨基酸、必需氨基酸、粗脂肪酸與不飽和脂肪酸的含量分別為175.075、155.850、50.275、14.025和4.900 kg。以試驗(yàn)基地的1 hm2土地可產(chǎn)鮮草8 000 kg計(jì)，每公頃土地粗蛋白質(zhì)、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸與不飽和脂肪酸的原料產(chǎn)量分別為1 400.60、1 246.80、402.20、112.20和39.20 kg/hm2。若采用中度鹽堿化土地種植黃花草木樨，上述成分原料產(chǎn)量可增加1倍。因此，種植黃花草木樨生產(chǎn)生物原料資源前景廣闊[21，22]。

5 小結(jié)

自引進(jìn)斯列金1號黃花草木樨以來，筆者開展了鹽堿化土壤改良，蛋白質(zhì)牧草飼料開發(fā)及生理活性成分原料開發(fā)利用等項(xiàng)目的系列研究。尤其是在公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2009-2013）的資助下，研究工作取得了較大的進(jìn)展，有些科技成果可以著手進(jìn)行推廣試驗(yàn)。研究表明，在重鹽堿化土地上種植黃花草木樨，可以獲得生理活性成分原料總量256.14 kg/hm2，其中皂苷、生物堿、多酚、香豆素、多糖與黃酮的田間產(chǎn)量分別為100.05、77.84、52.52、22.81、1.80和1.14 kg/hm2。還可以獲得粗蛋白質(zhì)原料1 400.60 kg/hm2，必需氨基酸原料402.20 kg/hm2，粗脂肪酸原料112.20 kg/hm2，其中包括不飽和脂肪酸原料39.20 kg/hm2。上述成分可作為開發(fā)醫(yī)藥、保健、營養(yǎng)、食品等生物技術(shù)產(chǎn)品的天然原料。

種植黃花草木樨可保護(hù)農(nóng)牧生態(tài)環(huán)境；發(fā)展蛋白質(zhì)牧草飼料，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展；節(jié)約飼料用糧，促進(jìn)糧食安全；開發(fā)生物技術(shù)產(chǎn)品，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。從而可以帶動多種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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