兩種牡丹果莢化學組成與冷熱水抽提物GC/MS對比研究?

徐開蒙 葉 倩 胡 謙 王巖峰 王 娟

（1.西南地區(qū)林業(yè)生物質(zhì)資源高效利用國家林業(yè)和草原局重點實驗室，西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224； 2.西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，西南林業(yè)大學，云南 昆明 650224）

牡丹（Paeonia suあruticasa Andr.）種類繁多，花型 顏色各異，有“花中之王”與“國花”美譽，是具有極高觀賞性與藥用、油用和食用價值的落葉灌木[1]。滇牡丹（Paeonia delavayi Franch.）是我國西南地區(qū)特有的品種，主要分布于云南中部至西北部等，是分布最南的一個牡丹類群[2-3]。滇牡丹生態(tài)適應性強，在干濕、貧瘠或肥沃土壤中均能較好地生長與繁殖，資源儲備及應用前景廣闊[4]。鳳丹（Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang）是由牡丹野生原種楊山牡丹經(jīng)過長期栽培演化形成的品種，主要種植于我國山東、河南、河北、陜西、安徽、湖北等中部地區(qū)，是我國油用牡丹的主要類型[5]。滇牡丹和鳳丹的花、葉、籽和果皮中含有牡丹酚、糖苷類成分、不飽和脂肪酸等大量活性物質(zhì)，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等多種生物藥理活性[6-8]。此外，其籽油含量高，可廣泛用于醫(yī)藥業(yè)、保健食品業(yè)、高級化妝品業(yè)等[9]。

牡丹“全身是寶”，但是開發(fā)利用后產(chǎn)生的大量廢棄果莢大多被丟棄、填埋或焚燒處理，與其他許多農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物一樣，其作為一種天然可再生灌木類生物質(zhì)廢棄物潛在的開發(fā)利用價值未得到足夠的重視，造成極大的浪費[10-11]。目前有關(guān)牡丹果莢主要化學成分和抽提物的研究鮮見報道?；诖?，本文對比研究了兩種不同牡丹果莢（滇牡丹和鳳丹）的主要化學成分和冷熱水抽提物種類與含量差異，為進一步綜合開發(fā)利用牡丹果莢、提升牡丹全產(chǎn)業(yè)鏈的應用和經(jīng)濟價值提供理論基礎(chǔ)和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

滇牡丹、鳳丹果莢（見圖1），取自云南省森林植物培育與開發(fā)利用重點實驗室，西南林業(yè)大學，產(chǎn)地云南省馬龍縣；乙醇，分析純，武漢三合順化工有限公司；苯，分析純，天津百倫斯有限公司；98%濃硫酸，廣西西江化工有限公司。

圖1 滇牡丹（左）與鳳丹（右）Fig.1 Two kinds of peony pods: paeonia delavayi Franch.（left）and paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang（right）

1.2 設(shè)備

試驗主要設(shè)備與儀器：ML-800 型高速粉碎機，永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司；LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠；UV-4802S紫外分光光度計，上海儀器有限公司；索氏抽提器；1200series高效液相色譜（HPLC），美國安捷倫公司；6890N-5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理

將果莢清洗干凈后烘干，放入粉碎機內(nèi)粉碎并過40～60 目篩，然后稱取一定量的粉碎料在105 ℃條件下烘至絕干。

1.3.2 果莢生物質(zhì)主要化學成分測定

稱取一定量的果莢原料并用濾紙包好放入索氏抽提裝置進行苯醇抽提，加熱至70 ℃左右，控制虹吸次數(shù)為7～8 次/h，萃取至萃取液在虹吸管內(nèi)無色透明。在萃取完成后取出物料進行絕干恒重處理，根據(jù)美國國家可再生能源實驗室（NREL）標準“Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass”[12]測定并分析兩種果莢生物質(zhì)的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。

1.3.3 冷/熱水抽提方法

a. 冷水抽提：精確稱取2.000 g恒重的原料試樣，將其全部移入容量500 mL錐形瓶中，加入300 mL蒸餾水，保持溫度為23℃左右，加蓋放置48 h并經(jīng)常搖蕩。再用過濾器進行抽濾，然后用蒸餾水洗滌多次。將抽濾得到的物料移入干燥箱，于105 ℃烘干至恒重。b. 熱水抽提：與冷水抽提方法一致，將物料稱量后放入錐形瓶中，裝上冷凝管，置于沸水浴中煮沸3 h，再進行抽濾、洗滌并烘至絕干。

1.3.4 抽提物GC/MS分析

采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析冷熱水抽提物的化學成分。DB-5MS柱色譜分析條件：進樣口溫度290 ℃，接口溫度300 ℃。質(zhì)譜條件：電離源EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，掃描范圍30～500 amu（原子量單位）。根據(jù)得到的色譜離子流譜圖和質(zhì)譜數(shù)據(jù)，采用面積歸一化法計算出各成分的相對含量，各峰的質(zhì)譜數(shù)據(jù)則通過 NIST標準譜庫配合人工圖譜解析確定。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種牡丹果莢主要化學組分分析

與自然界大多數(shù)木質(zhì)生物質(zhì)相似，作為落葉灌木的牡丹也主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素（簡稱“三大素”）組成，同時還含有脂肪、蛋白質(zhì)、灰分等物質(zhì)。圖2 為滇牡丹、鳳丹果莢的主要化學組分。滇牡丹果莢三大素的總含量為59.35%，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量分別為29.68%、20.62%和9.05%；鳳丹果莢三大素的總含量為72.10%，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量分別為34.20%、28.30%和9.60%。兩者的木質(zhì)素含量相近，但鳳丹果莢中的纖維素和半纖維素含量明顯高于滇牡丹果莢。雖然與木材、竹材、藤材和常見灌木類生物質(zhì)資源相比，牡丹果莢三大素含量相對較低[13]，但兩種牡丹果莢在生物基新材料、生物質(zhì)能源和生物質(zhì)化學品的開發(fā)利用方面仍具有優(yōu)良潛力。

圖2 兩種果莢的三大素成分分析Fig.2 The main three chemical components in two kinds of peony pods

2.2 兩種果莢冷熱水抽提物對比分析

2.2.1 鳳丹果莢冷熱水抽提物

圖3為鳳丹果莢冷熱水抽提物總離子流色譜圖。冷熱水抽提物總離子流色譜曲線輪廓基本相似，但在不同保留時間處的峰值變化明顯，表明冷熱水兩種抽提方式基本不影響鳳丹果莢抽提物的種類，但會顯著影響不同種類抽取物含量。

圖3 鳳丹果莢冷熱水抽提物總離子流色譜圖 Fig.3 Total ion chromatogram of the water extractives of Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang pods

結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知，鳳丹果莢冷水抽提物中主要組分包括：(Z)-9-十八碳酰胺（74.33%）、十六酰胺（8.04%）、十八酸甲酯（7.80%）、十六酸甲酯（7.36%）、2,4-二（1,1-二甲基乙基）苯酚（4.52%）和正十六酸（2.23%）；熱水抽提物中主要組分相對冷水提取物增加了3-甲基-2-糠酸（2.18%），熱水抽提物中的(Z)-9-十八碳酰胺、十八酸甲酯、十六酰胺和十六酸甲酯豐度也顯著提高（見圖3），其在熱水抽提物中的相對含量分別為81.48%、3.96%、5.46%和3.73%，說明熱水能有效促進這幾種物質(zhì)的抽提。其中，含量最高的(Z)-9-十八碳酰胺又稱作油酸酰胺，工業(yè)上常用作潤滑劑以降低樹脂熔融黏度，在纖維領(lǐng)域用作柔軟劑和防水劑，并且該類脂肪酸衍生物也被認為是一種很好的金屬腐蝕緩蝕劑[14]。十六酸甲酯、十八酸甲酯可用作乳化劑、潤濕劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑及增塑劑的中間體，十六酰胺可以用作保濕劑[15-16]。而3-甲基-2-糠酸是一種具有重要潛在價值的微生物發(fā)酵抑制生物基化學品[17]。

表1 鳳丹果莢冷熱水抽提物成分對比Tab.1 The chemical composition of Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang pod extracted from cold and hot water

2.2.2 滇牡丹果莢冷熱水抽提物

圖4 為滇牡丹果莢冷熱水抽提物總離子流色譜圖。冷熱水抽提后滇牡丹果莢抽提物的總離子流色譜曲線輪廓也基本相似，但在不同保留時間處的峰值變化明顯。兩種抽提方式下滇牡丹果莢抽提物的抽出種類變化不大，但含量差異較為明顯。結(jié)合表2 數(shù)據(jù)可知，滇牡丹果莢冷水抽提物中主要組分包括鄰苯三酚（48.91%）、苯甲酸（7.01%）、(Z)-9-十八碳酰胺（7.62%）、七葉內(nèi)酯（4.97%）、間苯二胺（1.77%）、乙酸茴香酯（0.90%）、二苯甲酮（0.84%）、3-甲基苯甲醛（0.81%）、十八酰胺（0.78%）、苯甲酸甲酯（0.75%）、正十六烷酸（0.42%）、1-環(huán)己烯酮（0.37%）、十八烷酸（0.31%）、十八酸甲酯（0.27%）、十六酸甲酯（0.25%）和檸檬酸三丁酯（0.29%）等。

鄰苯三酚是一種存在于植物果實中的天然多酚類化合物，可用于生物醫(yī)藥合成、精細化工、感光材料和食品保鮮等領(lǐng)域[18]。苯甲酸一般常用作防腐劑使用，可抑制真菌、細菌和霉菌的生長，也可以作為生產(chǎn)苯甲酸酯和苯二甲酸酯的中間體[19]。(Z)-9-十八碳酰胺如前述可用作潤滑劑、防水劑、柔軟劑和金屬腐蝕緩蝕劑。七葉內(nèi)酯屬香豆素類化合物，具有抗菌、抗炎、鎮(zhèn)靜等作用[20]。間苯二胺是一種重要的有機精細化工原料的中間體，可用于制造染料、固化劑、促凝劑、顯色劑等[21]。乙酸茴香酯用于調(diào)制化妝品中花香型香精以及食品中巧克力、香莢蘭、草莓等香型香精的調(diào)制[22]。二苯甲酮用作香料定香劑和苯乙烯聚合抑制劑[23]。3-甲基苯甲醛是一種新型精細化工中間體，可用于高分子添加劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥和香料等領(lǐng)域[24]。檸檬酸三丁酯是一種天然的環(huán)保型增塑劑和潤滑劑，也可用于生物醫(yī)藥、香精香料、化妝品制造等行業(yè)[25]。

圖4 滇牡丹果莢冷熱水抽提物總離子流色譜圖 Fig.4 Total ion chromatogram of the water extractives of Paeonia delavayi Franch. pods

滇牡丹果莢熱水抽提物中的主要組分如鄰苯三酚、苯甲酸、七葉內(nèi)酯和乙酸茴香酯的豐度顯著提高, 其在熱水抽提物中的相對含量分別為78.28%、5.70%、3.05%和0.79%。同時，與冷水抽提物相比新出現(xiàn)了4-（1,1-二甲基乙基）-苯硫酚（0.28%）、5-羥甲基糠醛（0.24%）和2-[（1-甲基丙基）硫代]-苯酚（0.18%）等組分。5-羥甲基糠醛是一種重要的精細化工原料，可以制備多種以石油為原料的平臺化合物和新型高分子材料，如光電光敏材料、醫(yī)藥農(nóng)藥、功能聚酯、燃料添加劑等[26]。苯硫酚和苯酚主要用于農(nóng)藥、醫(yī)藥和有機化工原料的合成[27]。

表2 滇牡丹果莢冷熱水抽提物成分對比Tab.2 The chemical composition of Paeonia delavayi Franch. pods extracted from cold and hot water

（續(xù)表2）

3 結(jié)論

本文研究對比鳳丹和滇牡丹兩種牡丹果莢的主要化學成分組成和冷熱水抽提物種類與含量差異，探討冷熱水抽提方式對提取物的影響，得出以下結(jié)論：

1）滇牡丹和鳳丹果莢的三大素的總含量分別為59.35%和72.10%。兩種果莢木質(zhì)素含量接近，總體低于常見灌木類生物質(zhì)資源，同時鳳丹果莢的纖維素和半纖維素含量明顯高于滇牡丹果莢。鳳丹果莢抽提物種類總體較滇牡丹果莢的少，冷熱水抽提方式幾乎不影響抽提物的種類，但熱水抽提更有利于提高相同種類抽提物含量。

2）鳳丹果莢中的水抽提物主要成分為：(Z)-9-十八碳酰胺、十六酰胺、十八酸甲酯、十六酸甲酯、2, 4-二（1,1-二甲基乙基）苯酚和正十六酸等；滇牡丹果莢中的水抽提物主要成分為：鄰苯三酚、苯甲酸、(Z)-9-十八烯酰胺、七葉內(nèi)酯和間苯二胺等。(Z)-9-十八碳酰胺、十六酸甲酯、十八酸甲酯和十六酰胺常用作潤滑劑、防水劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、保濕劑及化工中間體等；鄰苯三酚、苯甲酸和間苯二胺可用于生物醫(yī)藥合成、感光顯色、防腐保鮮和精細化工中間體等領(lǐng)域；七葉內(nèi)酯具有抗菌、抗炎、鎮(zhèn)靜等作用，具有較高的藥用價值。牡丹果莢在生物基材料、能源和化學品的開發(fā)利用方面具有優(yōu)良的潛力。