俄羅斯黃花草木樨生理活性成分原料的開發與利用

摘要：簡述了作者對1999年引進的俄羅斯斯列金1號黃花草木樨（Melilotus officinalis）進行綜合開發利用研究的情況。重點介紹了在公益性行業（農業）專項經費項目支持下所獲得的新進展。討論了黃花草木樨中生理活性成分及主要營養成分的結構、功能及用途，以及田間生產、實驗室檢測、提取與純化。通過田間試驗與室內檢驗，查明了牧草中生理活性成分的含量為32.02 kg/t、粗蛋白質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原料粗蛋白質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醫療、保健、營養、食品等生物技術產品的重要的天然原料。

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

中圖分類號：Q946 文獻標識碼：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引進了斯列金1號黃花草木樨（Melilotus officinalis）。該品種具有生命力強、繁殖率高、產草量大等優點，并有抗嚴寒、抗風沙、抗干旱、抗鹽堿和固氮、肥田等多種功能。因其富含蛋白質而成為西伯利亞地區的優質牧草飼料[1]。種植黃花草木樨對于保護該地區的生態環境、促進畜牧業的發展起到了重要作用。自引進黃花草木樨以來，筆者開展了引種栽培、鹽堿土改良、草谷增產、禽畜飼喂等項目的系列試驗，取得了一些研究成果[2]。對其中的生理活性成分進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利用的研究方面取得了新進展。

1 材料與方法

1.1 試驗基地自然概況

試驗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勢品種，占90%，羊草高達1.5 m左右。半個世紀以來多已退化為鹽堿草地，且鹽堿化程度較重。

1.2 試驗材料與栽培管理

本試驗采用引進的俄羅斯黃花草木樨斯列金1號第二代種子，其發芽率為95%以上。試驗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”。播后用鎮壓器鎮壓，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月取自于本試驗基地生產的黃花草木樨。于植株開花前采集，隨后進行處理，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年種子田生產的種子。脫外殼，去內皮，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、氨基酸、脂肪酸等成分進行系統檢測。其方法如下：皂苷與生物堿含量采用重量法進行檢測；香豆素含量用高效液相色譜儀（LC20-AB）進行檢測；多酚含量用福林試劑比色法進行檢測；多糖含量用蒽銅-硫酸比色法進行檢測；黃酮含量用亞硝酸鈉-硝酸鋁-氫氧化鈉比色法進行檢測。蛋白質含量用凱式定氮法和高效氣相色譜法（LC20-AB）進行檢測；氨基酸含量用氨基酸自動拆分儀進行檢測；脂肪酸含量用氣相色譜-質譜（GC-MS）、分子蒸餾儀（KDL-1）進行分離檢測。

2 結果與分析

對黃花草木樨中的生理活性成分、營養成分進行了系統檢測，其結果見表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、氨基酸、粗脂肪酸含量進行了檢測。從表2中可以看出，黃花草木樨含有豐富的蛋白質、氨基酸和較高的脂肪酸與不飽和脂肪酸。根、莖、葉中的粗蛋白質含量分別為13.19%、13.78%、28.69%，種子中的粗蛋白質含量高達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，均具有開發利用價值。

3 生理活性成分的功能與用途

3.1 結構與功能

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化合物，它們屬于植物的次生代謝產物[3]。植物次生代謝產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。當前，植物次生代謝產物已成為植物化學、中草藥學和食品科學等領域中的一個研究熱點[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物，而且富含蛋白質、氨基酸和少量的不飽和脂肪酸，有重要的開發利用價值。

3.1.1 皂苷 皂苷是苷類的一種，是一種分子量較大的有機化合物。皂苷具有抗心律失常，增強心肌收縮和抗心血管病的作用。皂苷除了有調節免疫的功能外，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。皂苷在胃中產生酯化反應，可阻斷機體對脂類及膽固醇的吸收，調節膽固醇的含量，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、抗細菌等功效，對植物有保護作用。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。多酚還有助于提高羊的繁殖力，增加羊毛產量。茶多酚能顯著抑制小鼠癌癥的發病率，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，可作為藥用原料進行開發利用。

3.1.3 生物堿 生物堿的化學結構比較簡單，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?、預防子宮感染、鎮咳祛痰、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利用。

3.1.4 香豆素 香豆素（Coumarin）又稱作鄰羥基桂皮酸內酯，是一類含有一個或幾個C6-C3單位的植物化學成分，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。中醫將其全草入藥，具有清熱解毒、化濕、殺蟲、消炎、免疫調節等功能。常用于治療暑熱、胸悶、痢疾、瘧疾、淋病、皮膚瘡瘍、風濕性關節炎和支氣管炎。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?，改善血液循環，治療靜脈曲張、靜脈炎和結石。香豆素還可以用來治療因創傷所引起的軟組織損傷腫脹和醫治痔瘡。近年來，香豆素在治療艾滋?。ˋIDS）和腫瘤方面的作用引起了重視。

關于香豆素的提取，筆者進行了專項試驗，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99%，其質量與市場出售的香豆素產品相同。

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，可以促進冠狀動脈擴張，降血脂、降血糖、降膽固醇，增加心腦血管的血流量，促進血液循環，降低心血管病發病率。具有較強的抗氧化[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，具有抗心血管病和動脈粥樣硬化的作用。黃酮還具有調節免疫、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成分，而且還參與機體生命過程中細胞的各種活動。多糖其獨特的生理活性是抗腫瘤、抗心血管病和抗衰老，具有較強的抗氧化和清除自由基的功能，有抗炎、抗菌、增強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）；可促進動物生長，提高畜禽的生長速度、增強機體抵抗力，并能夠提高肉、蛋、奶品質及質量，還可以增強豬、雞、牛等的免疫力，降低發病率，促進動物生長，改善品質[15-17]。多糖具有良好的醫療、保健功能。其根系產量大，可考慮作為藥材資源。

3.1.7 蛋白質 蛋白質是構成生命細胞的基本物質，是維持人體生命活動的重要成分，蛋白質在整個生命過程中起著重要作用。植物蛋白質是未來谷物蛋白質的重要補充，對促進糧食安全有重要意義。在動、植物體中都有一定量的蛋白質。大豆中蛋白質含量為37%～40%，牛肉、雞蛋中蛋白質含量分別為17.7%、14.7%。黃花草木樨葉、種子的蛋白質含量分別為28.69%和51.14%，十分豐富，可作為優質蛋白質牧草飼料開發利用，還可以開發為食物蛋白質產品[18]。

3.1.8 氨基酸 氨基酸是對含有氨基和羥基的一類有機化合物的通稱，是生物功能大分子蛋白質的基本組成單位，是構成動物營養所需蛋白質的基本物質，是生物體內不可缺少的營養成分之一。在22種氨基酸中有8種氨基酸為人體所必需。當人體缺乏或不足，將可能引起生理功能異常，影響機體正常代謝，導致機體的生肌、造血、發育等功能障礙。L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-纈氨酸具有類興奮劑的作用，服用其相關的生物制劑，可預防、減輕中樞神經疲勞、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?，抑制動脈粥樣硬化，有明顯的降低膽固醇和抗脂質過氧化作用[19]。對機體代謝和疾病預防具有重要作用，能緩解多種炎癥，可延緩人體衰老。及時補充α-亞麻酸，可促使機體正常代謝，減少疾病，益壽延年。α-亞麻酸具有很高的經濟價值，它可制成ω-3脂肪酸補充劑，作為保健藥物，在美國有很大的消費量。有60%的α-亞麻酸原料取自深海魚類或藻類。為發揮中國的資源優勢，目前，國內以開發陸生植物中的ω-3脂肪酸為主，以取代深海魚油產品。酰胺酸、蘇氨酸具有明顯的藥理作用，可作為藥用原料，該產品在國際市場上暢銷。酪氨酸是維持大腦活動的重要物質。當人體缺乏酪氨酸時，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重要。

3.2 開發與利用

研究表明，俄羅斯黃花草木樨是一種具有較高開發利用價值的植物，其中的許多生理活性成分具有醫療、保健、營養等方面的功能，可以開發利用。概括而言，它們的生理活性主要表現為阻抗性、調節性和防治性等方面。阻抗性主要為抗氧化、抗衰老、抗凝血、抗炎、抗癌、抗衰老等；調節性反映在降血糖、降血脂、降膽固醇，調節內分泌，調節免疫系統以及對中樞神經的調節等；防治性表現為對疾病的治療和預防，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、結石等。近年來國內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、神經系統保健、心血管保健和消脂減肥等。關于皮膚保健，體現在皮膚抑菌、保潔、抗皺、美容等[20]。在食品方面，可制作蛋白質、氨基酸、脂肪等營養保健食品和保健飲料。在畜禽營養保健方面，可提高家畜、家禽肉類產品的數量和質量；提高蛋產量，增加蛋黃質量[7]；對防治豬瘟和禽流感（AI）都有重要作用[17]。關于黃花草木樨中的生理活性成分之一—香豆素，近年來在醫藥界受到重視。為國內多家生物科技公司開發利用，形成香豆素原料產品，外銷北美、日本和歐洲。日本已開發出“草木樨流浸液片”，可治療創傷、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，有深度開發利用的價值。

4 生理活性成分原料的田間生產

4.1 皂苷、生物堿、多酚、香豆素、多糖、黃酮原料的田間生產

在確認了黃花草木樨主要生理活性成分的種類及其開發利用價值后，進行黃花草木樨的田間生產便成為一項重要任務。斯列金1號黃花草木樨生命力強，繁殖快，產量高。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點是不與農爭地，不與人爭糧。而且還能改土肥田，保護、治理農牧生態環境，對防止草原退化有重要作用。經系統測試、計算，將大安基地生產的黃花草木樨生理活性成分原料的種類與產量列于表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，其質量比為3∶1。由此推算，每噸牧草其莖、葉的質量比為3∶1，因而莖、葉中各項成分的含量比也采用3∶1。經計算，每噸鮮草中生理活性成分的含量為32.02 kg。以試驗基地1 hm2土地可產鮮草8 000 kg計，1 hm2黃花草木樨可生產生理活性成分256.16 kg。該基地屬于重鹽堿土地，因而產量較低。若選擇牧草產量為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、氨基酸、粗脂肪酸原料的田間生產

在同一塊試驗地上，同時也完成了粗蛋白質、氨基酸和粗脂肪酸原料的田間生產目標。原料產量的計算方法同前，結果見表4。

由表4可知，每1噸牧草中的粗蛋白質、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。以試驗基地的1 hm2土地可產鮮草8 000 kg計，每公頃土地粗蛋白質、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸與不飽和脂肪酸的原料產量分別為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，上述成分原料產量可增加1倍。因此，種植黃花草木樨生產生物原料資源前景廣闊[21，22]。

5 小結

自引進斯列金1號黃花草木樨以來，筆者開展了鹽堿化土壤改良，蛋白質牧草飼料開發及生理活性成分原料開發利用等項目的系列研究。尤其是在公益性行業（農業）專項經費項目（2009-2013）的資助下，研究工作取得了較大的進展，有些科技成果可以著手進行推廣試驗。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醫藥、保健、營養、食品等生物技術產品的天然原料。

種植黃花草木樨可保護農牧生態環境；發展蛋白質牧草飼料，促進畜牧業發展；節約飼料用糧，促進糧食安全；開發生物技術產品，產生重大的經濟效益與社會效益。從而可以帶動多種產業的發展。

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