鳳眼蓮與幾種生水植物所含生物質(zhì)的比較研究

黃文鄴 蔡 濤 龔?qiáng)瑠?蒙雪嬋 廖照江 郭 堅(jiān)

(1.三峽大學(xué) 生物與制藥學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)俗名水葫蘆，原產(chǎn)于巴西的浮水植物，具有適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖速度快的特點(diǎn)[1]，人為引入后，廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江、黃河流域，帶來(lái)了水道阻塞、影響交通、魚(yú)類(lèi)減產(chǎn)等一系列環(huán)境生態(tài)問(wèn)題，但當(dāng)前還缺乏有效的控制手段.為了進(jìn)行資源綜合利用，人們對(duì)鳳眼蓮生物量進(jìn)行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)其生物量巨大，具有較高的研究?jī)r(jià)值[2-3]，其中按生物質(zhì)分類(lèi)、與其它水生植物優(yōu)勢(shì)比較且進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)利用的研究尚未見(jiàn)報(bào)道.為了在資源化利用上找到突破[4-7]，特別是對(duì)消耗巨大而生物質(zhì)原料相對(duì)短缺的行業(yè)，如植物蛋白和氨基酸生產(chǎn)[8]、植物纖維生產(chǎn)[9]、各類(lèi)生物包裝材料[10]等，提供充足的原料和資源保障，本文對(duì)鳳眼蓮進(jìn)行了總粗纖維、總糖、總黃酮和總蛋白質(zhì)等4種生物質(zhì)檢測(cè)，并與生長(zhǎng)于湖北的4種典型水生植物進(jìn)行比較研究.建立了全譜(20種)氨基酸檢測(cè)的柱前衍生高效液相色譜法[11]對(duì)鳳眼蓮進(jìn)行游離氨基酸含量分析，并采用ICP-MS法對(duì)鳳眼蓮中13種元素進(jìn)行分析[12].

本文運(yùn)用比較研究方法，測(cè)定了鳳眼蓮中主要生物質(zhì)的絕對(duì)含量，比較了鳳眼蓮與4種水生植物中的主要生物質(zhì)的相對(duì)水平.隨著未來(lái)的環(huán)境保護(hù)向著日益精細(xì)化、在線化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展[13]，本文的研究將鳳眼蓮引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和其綜合資源化利用相結(jié)合，為兩類(lèi)問(wèn)題的合并解決提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

Waters e2695高效液相色譜儀，美國(guó)Waters公司；上海星門(mén)可控溫馬弗爐；上海讓奇T6紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；XW-80A渦旋振蕩器，上海嘉鵬科技有限公司；ICP-MS，美國(guó)ThermoFisher公司.

20種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%)；2，4-二硝基氯苯(純度≥99%)；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥98%，酷爾化學(xué))；葡萄糖酸標(biāo)準(zhǔn)品(99%).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 總粗纖維檢測(cè)

分別準(zhǔn)確稱取鳳眼蓮、浮萍、睡蓮、蘆葦、蓮(去藕)等5種水生植物的干樣2.500 0 g，按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8310-2013處理，將處理后固形物連同坩堝，在干燥箱中烘干至恒重.將已稱重的樣品在馬弗爐中525±25℃，灰化6 h，待馬弗爐溫度降至300℃時(shí)，取出并放入干燥器中冷卻，準(zhǔn)確稱重.

1.2.2 總糖檢測(cè)

稱取鳳眼蓮、浮萍、睡蓮、蘆葦桿、蓮(去藕)的干樣100 g粉碎并全部通過(guò)0.25 mm孔徑篩，制成干粉末.然后稱取1.000 0 g，按標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2332-2013處理，將處理所得溶液在520 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定其濃度.

1.2.3 總黃酮檢測(cè)

分別稱取鳳眼蓮、浮萍、睡蓮、蘆葦、蓮(去藕)的干樣0.500 0 g，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1295-2007處理，所得樣品在420 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度.配制0.001 2、0.002 5、0.005 0、0.010 0、0.015 0 mg·m L-1質(zhì)量濃度的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液，在420 nm處測(cè)定吸光度，得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=32.0248x+0.3748，R2=0.9996，待測(cè)樣品吸光度也代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，得總黃酮含量.

1.2.4 總蛋白檢測(cè)

總蛋白的測(cè)定采用克達(dá)爾法，分別稱取鳳眼蓮、浮萍、睡蓮、蘆葦、蓮(去藕)干樣1.000 0 g，按標(biāo)準(zhǔn)YC/T

166-2003，用乙酸沉淀樣品中的蛋白態(tài)氮，然后在濃硫酸及催化劑作用下轉(zhuǎn)化為硫酸銨.強(qiáng)堿蒸餾釋放出氮，用標(biāo)準(zhǔn)酸液接收，反滴定，用等量的蔗糖替代樣品進(jìn)行空白測(cè)試.

1.2.5 游離氨基酸檢測(cè)

1)檢測(cè)方法

準(zhǔn)確稱取0.500 0 g粉碎后的鳳眼蓮干燥樣品，置于250 m L錐形瓶中，加入100 m L水，沸水浴浸提1 h，待樣品冷卻至室溫后，抽濾，收集濾液并定容至100 m L，備用.

取100μL標(biāo)準(zhǔn)溶液及樣品稀釋液于EP管中，緩沖溶液(p H

9.0)200μL、150 mg·m L-12，4-二硝基氯苯的乙腈溶液100μL，混勻，90℃恒溫避光反應(yīng)90 min，之后加入10%(v/v)乙酸50μL，以水定容至1.00 m L，混勻，取上清液過(guò)濾后待測(cè).將200、100、50、20、10、5 mg·L-1的20種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液各取100μL依上述方法衍生并過(guò)濾后進(jìn)行液相檢測(cè).

2)HPLC色譜條件

色譜柱為依利特Supersil ODS2

C18柱(4.6 mm×250 mm，5μm)；流動(dòng)相 A為0.03 mol·L-1乙酸鈉(用冰乙酸調(diào)p H=5.25±0.05，含0.15%三乙胺)，流動(dòng)相B為乙腈；檢測(cè)波長(zhǎng)為360 nm；柱溫38℃；流量1 m L·min-1；進(jìn)樣量10μL，梯度洗脫：0～5 min，B由20%～12%，5～15 min，B由12%到18%，15～20 min，B由18%到30%，20～35 min，B由30%到30%，35～40min，B由30%到60%，40～45 min，B由60%到60%，45～50 min，B由60%到20%.

1.2.6 無(wú)機(jī)元素檢測(cè)

準(zhǔn)確稱取0.500 0 g鳳眼蓮樣品于聚四氟乙烯消解罐中，平行做3個(gè)樣品，加入2 m L過(guò)氧化氫和2 m L硝酸，密封消解罐，于180℃烘箱中加熱10 h.冷卻后開(kāi)罐，用1%硝酸溶液轉(zhuǎn)移至50 m L刻度容量瓶中定容，搖勻，全過(guò)程跟蹤做1個(gè)空白對(duì)照樣品.

以10μg·L-1銠和錸標(biāo)準(zhǔn)溶液作為內(nèi)標(biāo)溶液，以濃度為0.00、1.00、5.00、10.00、50.00、100.00、200.00、500.00μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液做工作曲線，用于檢測(cè)本文所需的無(wú)機(jī)元素檢測(cè).

按照ICP-MS檢測(cè)的操作，對(duì)鳳眼蓮中的Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Hg、Pb進(jìn)行檢測(cè).用10μg·L-1的調(diào)諧液(7Li、59Co、115In、238U混合標(biāo)準(zhǔn)溶液)對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧校正操作，對(duì)儀器分辨率、靈敏度等各項(xiàng)指標(biāo)作系統(tǒng)優(yōu)化后，采用碰撞池反應(yīng)模式(CCT)進(jìn)行測(cè)試.

2 結(jié)果與分析

2.1 總粗纖維檢測(cè)結(jié)果及分析

鳳眼蓮中的總粗纖維含量達(dá)到干重的20.27%，僅次于蘆葦和蓮，含量高低：蘆葦＞蓮＞鳳眼蓮＞睡蓮＞浮萍，分別為33.72%、21.05%、20.27%、17.44%、16.87%.鳳眼蓮的囊莖中大量粗纖維搭接交織形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、交聯(lián)度高、細(xì)膩柔順，無(wú)需蒸汽爆破即可對(duì)其拆解并加以利用.見(jiàn)表1.

表1 幾種水生植物的粗纖維含量(干重的%)

2.2 總糖含量分析

總糖含量見(jiàn)表2.鳳眼蓮中的總糖含量為干重的5.75%.總糖含量高低：睡蓮＞浮萍＞鳳眼蓮＞蘆葦＞蓮，依次為38.97%、36.06%、5.75%、4.24%、3.86%.鳳眼蓮中相對(duì)較低的總糖避免了糖的水溶性、水解性、還原性在材料學(xué)運(yùn)用方面的不利影響，為其粗纖維的運(yùn)用提供正向支持.

表2 幾種水生植物的總糖(干重的%)

2.3 總黃酮含量分析

鳳眼蓮中的總黃酮含量為干重的2.46%.總黃酮含量高低：浮萍＞蓮＞睡蓮＞鳳眼蓮＞蘆葦，分別為6.78%、5.46%、4.40%、2.17%和2.46%，在5種水生植物中處于低水平，可見(jiàn)，鳳眼蓮沒(méi)有黃酮的提取加工等開(kāi)發(fā)利用價(jià)值.見(jiàn)表3.

表3 幾種水生植物的總黃酮(干重的%)

2.4 總蛋白質(zhì)含量分析

鳳眼蓮的總蛋白質(zhì)含量在所選的水生植物中為最高(見(jiàn)表4)，含量由高到低：浮萍＞鳳眼蓮＞睡蓮＞蘆葦＞蓮，分別為30.15%、12.65%、9.57%、4.72%、0.54%.與優(yōu)質(zhì)牧草苜蓿、聚合草、串葉松香草[14-16]等植物相比，鳳眼蓮中總蛋白質(zhì)含量已達(dá)它們的一半.所以，鳳眼蓮可作為未來(lái)植物蛋白來(lái)源加以開(kāi)發(fā)利用.

表4 幾種水生植物的總蛋白質(zhì)含量(干重的%)

2.5 游離氨基酸含量分析

建立了20種氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，相關(guān)系數(shù)R2值處于0.995 6～0.999 9區(qū)間，線性關(guān)系良好.衍生化后的溶液，連續(xù)進(jìn)樣6針，檢測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=6)在0.16～0.82之間，方法精密度較好.

鳳眼蓮含12種游離氨基酸，見(jiàn)表5，總游離氨基酸含量達(dá)13.53 mg·g-1，其中天門(mén)冬氨酸最高，占總游離氨基酸含量的42.13%.游離氨基酸含量由高到低：天門(mén)冬氨酸＞丙氨酸＞組氨酸＞脯氨酸＞γ-氨基丁酸＞谷氨酸＞蘇氨酸＞異亮氨酸＞纈氨酸＞亮氨酸＞甘氨酸＞絲氨酸，分別為干樣的42.13%、12.27%、10.94%、8.50%、6.65%、4.06%、3.92%、3.32%、3.25%、2.29%、1.85%、0.81%.

未對(duì)鳳眼蓮中的游離氨基酸與其他4種水生植物做比較研究.

表5 鳳眼蓮中游離氨基酸種類(lèi)及結(jié)果

2.6 元素含量分析

鳳眼蓮中的13種無(wú)機(jī)元素含量，F(xiàn)e、Mn極高，含量為2 969和1 242 ppm；Zn含量次高，為118.77 ppm；Cr、Ni、Cu含量分別為39.50、21.10、19.83 ppm；低含量的有As、Pb、Co、Mo、Se等5種元素，分別為4.37、4.09、3.57、2.63、2.46 ppm、微量的有 Hg和Cd，含量為0.84、0.28 ppm.

As、Cr、Cd、Hg、Pb通常被界定為有毒元素，其含量分別為4.37、39.50、0.28、0.84、4.09 ppm.其中，Cr已經(jīng)達(dá)到中等含量，As、Pb達(dá)到低含量，Cd為微量.見(jiàn)表6.

表6 鳳眼蓮中13種元素含量ICP-MS檢測(cè)結(jié)果(單位：ppm)

在本文所檢測(cè)的13種元素中，鳳眼蓮對(duì)Fe、Mn、Zn、Cr、Ni、Cu等6種元素具有很強(qiáng)的富集能力.在規(guī)?；B(yǎng)殖、機(jī)械化種收、自動(dòng)化布控、程序化管理、精細(xì)化分解利用的條件下，鳳眼蓮將作為水體環(huán)境污染治理的主要物種加以利用，還可能在太陽(yáng)能向生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化、節(jié)能型治污、環(huán)境治理美化、二氧化碳捕集等多個(gè)領(lǐng)域有很好的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值.

未對(duì)鳳眼蓮中的無(wú)機(jī)元素含量與其他4種水生植物做比較研究.

3 結(jié) 論

1)鳳眼蓮所含主要生物質(zhì)特點(diǎn)是“高纖維、高蛋白、高氨基酸、高金屬、低糖、低黃酮”.

2)鳳眼蓮粗纖維含量達(dá)20.27%，蛋白質(zhì)含量達(dá)12.65%，總游離氨基酸含量達(dá)13.53 mg·g-1，其巨大的生物量，使其與傳統(tǒng)資源物種相比，具有明顯的比較優(yōu)勢(shì).

3)鳳眼蓮對(duì)Fe、Mn、Zn、Cr、Ni、Cu等6種重金屬元素具有很強(qiáng)的富集吸附能力，具有很好的重金屬元素治理和修復(fù)開(kāi)發(fā)利用價(jià)值.