芝麻秸稈主要化學(xué)組成的研究

高樹(shù)廣，張春花，孫玉霞，李偉峰，王瑞霞，楊光宇，秦速滑，劉紅彥

(1.周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 周口 466001；2.河南省農(nóng)科院 植物保護(hù)研究所，河南 鄭州 450002)

芝麻(Sesamumindicum)，一年生草本植物[1]，我國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)油料作物和出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品[2]。芝麻可謂渾身是寶，芝麻籽富含優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)、維生素、脂肪酸、氨基酸和礦物質(zhì)等，尤其是富含不飽和脂肪酸、維生素E和抗氧化物質(zhì)芝麻酚、芝麻林素等[3，4]；芝麻花具有消腫、生發(fā)之功效，可治療便秘、脫發(fā)、凍瘡等[5]；芝麻葉不但具有潤(rùn)燥滑腸、滋肝養(yǎng)腎功能，而且還能治療津枯血燥、急慢性咽炎、大便秘結(jié)、病后脫發(fā)等病癥[6]；芝麻秸稈還田能顯著提高土壤中速效鉀、速效磷含量，較好地保蓄土壤水分，并且對(duì)土壤養(yǎng)分和后茬作物幼苗的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[7]，芝麻秸稈還田能夠改善煙葉品質(zhì)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益[8]，并且對(duì)平菇生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用[9]。目前，人們對(duì)芝麻籽粒化學(xué)成分及功效研究相對(duì)較多，對(duì)芝麻秸稈研究較少。筆者以芝麻抗病品種新蔡選抗為材料，研究了芝麻秸稈的主要化學(xué)成分及其含量，以期為作物秸稈高效利用和抗性研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為新蔡選抗，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所生物防治研究室提供。人工氣候箱中長(zhǎng)至成熟期，去除蒴果后粉碎至40目。

1.2 方法

1.2.1 水分測(cè)定 精確稱取2.0118 g樣品，放入稱量瓶?jī)?nèi)，蓋好蓋子105℃烘至恒重。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。水分X1計(jì)算公式如下：

X1=(M1-(M3-M2))/M1×100%

(1)

M1——烘干前的試樣重(g)；M2——稱量瓶重(g)；M3——烘至恒重試樣與稱量瓶重(g)。

1.2.2 灰分測(cè)定 精確稱取2.1112 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，置于恒重的瓷坩堝中，先將試樣炭化，然后580℃灼燒至無(wú)黑色炭素。先將坩堝在空氣中冷卻10 min，再在干燥器內(nèi)冷卻30 min，稱量。重復(fù)上述操作至質(zhì)量恒重。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值?；曳趾縓2計(jì)算公式如下：

X2=(M5-M4)/M6×100%

(2)

M4——坩堝重(g)；M5——坩堝和灰渣重(g)；M6——絕干試樣重(g)。

1.2.3 抽出物測(cè)定 主要有：

(1) 冷水抽出物。精確稱取2.0422 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，置于含300 mL蒸餾水的500 mL三角瓶中，每隔2 h搖勻1次，23℃恒溫放置48 h。過(guò)濾后濾渣移入烘箱，105℃烘至恒重。稱殘?jiān)|(zhì)量，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。冷水抽出物X3計(jì)算公式如下：

X3=(M7-M8)/M7×100%

(3)

M7——絕干試樣重(g)； M8——?dú)堅(jiān)?g)。

(2) 熱水抽出物。精確稱取1.9134 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，置于含有200 mL 100℃的蒸餾水的250 mL三角瓶中，加熱回流冷凝3 h，并經(jīng)常搖蕩。過(guò)濾后濾渣移入烘箱，105℃烘至恒重，稱殘?jiān)|(zhì)量。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。熱水抽出物X4計(jì)算公式如下:

X4=(M9-M10)/M9×100%

(4)

M9——絕干試樣重(g)；M10——?dú)堅(jiān)?g)。

(3)氫氧化鈉抽出物。精確稱取1.9269 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，放入300 mL的三角瓶中，加入100 mL 1%氫氧化鈉溶液，加熱回流冷凝1 h，其間搖蕩一次，靜置、過(guò)濾洗滌后，將濾渣移入烘箱中，于105℃烘至恒重，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。1%氫氧化鈉抽出物X5計(jì)算公式如下:

X5=(M11-M12) /M11×100%

(5)

M11——抽提前絕干試樣重(g)；M12——抽提后絕干試樣重(g)。

(4)苯醇抽提物。精確稱取3.0725 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，置于處理過(guò)的濾紙包中，苯醇抽提6 h。抽提完畢后，取出紙包，然后將冷凝器重新和抽提器連接，蒸發(fā)至抽提底瓶中的抽提液約為30 mL為止。取下底瓶，擦凈于105℃烘5 h后稱重。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)取平均值。苯醇抽出物X6計(jì)算公式如下：

X6=(M14-M13)/M15×100%

(6)

M13——抽提底瓶重(g)；M14——抽出物和抽提底瓶重(g)；M15——絕干試樣重(g)。

1.2.4 綜纖維素的測(cè)定 精確稱取2.0725 g試樣，經(jīng)苯醇抽提(按1.2.3)后轉(zhuǎn)入綜纖維素測(cè)定儀，亞氯酸鈉處理至試樣變白，除去木素。G2玻璃濾器抽濾，經(jīng)丙酮、蒸餾水洗滌后，105℃烘至恒重。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。綜纖維素含量X7按(7)式計(jì)算:

X7=(M17-M18)/M16×100%

(7)

M16——絕干試樣重(g)；M17——烘干后綜纖維素重(g)；M18——綜纖維素中灰分含量(g)。

1.2.5 木質(zhì)素測(cè)定 精確稱取1.2283 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分，按1.2.2測(cè)定灰分)進(jìn)行苯醇抽提(按1.2.3)，抽提后將試樣包風(fēng)干。將試樣包內(nèi)的試樣用72%硫酸20℃水解2.5 h，然后3%硫酸水解4 h，然后靜置，使酸不溶木素沉積下來(lái)。過(guò)濾后，105℃烘至恒重。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。木質(zhì)素含量X8計(jì)算公式如下:

X8=(M19-M20)/M21×100%

(8)

M19——烘干后木質(zhì)素重(g)；M20——木質(zhì)素中灰分重(g)；M21——絕干試樣重(g)。

1.2.6 重量法測(cè)定果膠物質(zhì)含量 精確稱取2.2096 g試樣(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)，進(jìn)行苯醇抽提(按1.2.3)后，重量法測(cè)定果膠含量。樣品中果膠的含量以測(cè)定的果膠酸鈣的含量來(lái)表示，按(9)式計(jì)算結(jié)果：

X9=(M23-M22)/M24/(100-W2)×100%

(9)

M22——濾紙的絕干質(zhì)量(g)；M23——烘干至恒重后沉淀連同濾紙的質(zhì)量(g)；M24——試樣的質(zhì)量，單位為克(g)；W2-試樣的水分(%)。

1.2.7 多戊糖測(cè)定 精確稱取試樣0.5673 g(同時(shí)按1.2.1測(cè)定水分)置入圓底燒瓶中。加入氯化鈉，用12%鹽酸將糠醛蒸餾完全，餾出液在容量瓶中定容。二溴化法測(cè)定糠醛含量Y，然后換算成多戊糖含量，多戊糖含量X10按(10)式計(jì)算：

X10=KY

(10)

K=換算系數(shù)(1.38)；Y——糠醛含量

1.2.8 蛋白質(zhì)含量測(cè)定 精確稱取試樣1.3247 g，凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，取平均值。蛋白質(zhì)含量X11計(jì)算公式如下：

X11=[(V1-V2)×c×0.0140]/

(M25×V3/100)×6.25×100

(11)

V1——試液消耗標(biāo)準(zhǔn)硫酸體積(mL)；V2——空白消耗標(biāo)準(zhǔn)硫酸體積(mL)；V3——吸取消化液的體積(mL)；c——標(biāo)準(zhǔn)硫酸濃度(mol·L-1)；0.0140——消耗1.0 mL硫酸[c (1/2H2SO4)=1.000 mol·L-1]相當(dāng)?shù)牡馁|(zhì)量(g)；M25——試樣重(g)；6.25——氮與蛋白質(zhì)的換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分和灰分測(cè)定

水分是樣品烘干至恒重后所減少的質(zhì)量占烘干前質(zhì)量的百分比，從表1可以得出樣品含水量7.4%?；曳质菢悠分兴V物鹽的質(zhì)量占除去水分后樣品絕干質(zhì)量的百分比，從表1得出看出灰分含量12.7%。

表1 試樣中各種成分的含量

2.2 抽出物含量

抽出物主要指分別以冷水、熱水、1%氫氧化鈉溶液、苯-乙醇混合液(v /v=2 ∶1)等為溶劑，從芝麻莖稈樣品中抽提出的混合物。以水為溶劑主要抽提出無(wú)機(jī)鹽、水溶性色素、氨基酸、淀粉、低聚糖和單糖等，1%氫氧化鈉溶液還能提取出部分聚戊糖、木質(zhì)素和樹(shù)脂酸等，從表1得出冷水抽出物含量為24.5%、熱水抽出物含量為26.4%和1%氫氧化鈉溶液抽出物含量為51.8%。

苯-乙醇混合液能抽出試樣中的色素、蠟、樹(shù)脂、脂肪和單寧等。單寧是一類復(fù)雜多酚，能夠與蛋白質(zhì)、纖維素、果膠等高聚物交聯(lián)形成穩(wěn)定的天然化合物，在植物防御體系中占重要地位，能夠抑制病原微生物半乳糖醛酸酶活性，破壞其在細(xì)胞壁降解中的作用，從而抑制病原微生物的入侵[10]，并且能強(qiáng)烈抑制植食性昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育[11，12]。從表1得出苯醇抽提物含量為10.9%。

2.3 綜纖維素含量

纖維素大量存在于農(nóng)作物秸稈中，是世界上數(shù)量最大的一類可再生的、可生物降解的能源物質(zhì)。綜纖維素是樣品去除木素后全部纖維素和半纖維素的總稱，從表1得出芝麻秸稈中綜纖維素含量47.2%。

2.4 木質(zhì)素含量

木質(zhì)素是作物細(xì)胞壁的重要組成成分，作物細(xì)胞壁木質(zhì)素含量增加可以增強(qiáng)其抵抗病原菌機(jī)械侵入和酶降解能力，同時(shí)細(xì)胞壁的木質(zhì)化可以抑制病原菌從寄主體內(nèi)吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分，也可以抑制真菌毒素和真菌酶向寄主擴(kuò)散[13]。從表1得出芝麻秸稈中木質(zhì)素含量為1.7%。

2.5 果膠含量

果膠是植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)于細(xì)胞伸長(zhǎng)具有重要作用[14]，能夠軟化和粘合細(xì)胞組織，并且能夠抵御害蟲和病原微生物的侵染和危害[15]。從表1得出芝麻秸稈中果膠物質(zhì)的含量0.2%。

2.6 多戊糖含量

多戊糖是指經(jīng)酸水解能生成阿拉伯糖和木糖的一類多糖。同時(shí)作物體內(nèi)糖的含量與其抗病性緊密相關(guān)[16～18]。從表1得出芝麻秸稈中多戊糖含量為12.7%。

2.7 蛋白質(zhì)含量

從表1得出芝麻秸稈中蛋白質(zhì)含量為2.9%。作物秸稈生產(chǎn)有機(jī)肥能顯著提高土壤中光合菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌的含量，還能提高地力，改善土壤結(jié)構(gòu)[19]。

3 討論

我國(guó)芝麻常年播種面積46.67萬(wàn)hm2，每年可產(chǎn)生上百萬(wàn)噸的秸稈，如果任意焚燒、拋棄，則會(huì)污染環(huán)境[20]，我們可以將其開(kāi)發(fā)為可再生資源加以利用。分析表明芝麻抗性品種秸稈中含水分7.4%，灰分12.7%，冷水抽出物24.5%，熱水抽出物26.4%，1%NaOH抽出物51.8%，苯醇抽出物10.9%，綜纖維素47.2%，木質(zhì)素1.7%，果膠0.2%，多戊糖12.7%，蛋白質(zhì)2.9%。芝麻秸稈纖維素含量高達(dá)47.2%，可開(kāi)發(fā)為部分替代化石能源的生物質(zhì)能，減少CO2排放，改善能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)和緩解氣候變化，也可應(yīng)用于造紙、板材等工業(yè)領(lǐng)域；芝麻秸稈中有機(jī)物、礦物質(zhì)種類較多，含量比較豐富，可以鼓勵(lì)農(nóng)民秸稈還田，提高秸稈肥料化的利用率；芝麻秸稈中含有豐富的有機(jī)物，可以作為重要的基質(zhì)栽培食用菌。芝麻秸稈中檢測(cè)出的苯醇抽出物、木質(zhì)素和果膠等物質(zhì)，對(duì)于芝麻抗性育種研究有一定的促進(jìn)作用。