巨菌草单宁成分的提取和测定

2015-10-09 22:31谢焰锋等
湖北农业科学 2015年17期
关键词:单宁牧草正交试验

谢焰锋等

摘要:以生长1、2、3个月的巨菌草(Pennisetum sinese)叶片为材料,探讨巨菌草叶片单宁成分的提取方法和含量,单宁提取方法采用正交试验进行优化,单宁含量采用福林酚-比色法进行测定。结果表明,巨菌草单宁最佳提取条件为丙酮体积分数70%,提取温度50 ℃,提取时间1 h。生长1、2、3个月的巨菌草叶片的单宁含量分别为8.47、10.44和12.59 mg/g,与其他牧草相比处于中间水平,且单宁含量随生长时间的延长而增加,不同生长阶段的单宁含量适合不同的动物采食。

关键词:巨菌草(Pennisetum sinese);牧草;单宁;正交试验

中图分类号:S543+.9;TQ943+.2 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2015)17-4250-03

巨菌草(Pennisetum sinese)是福建农林大学菌草生物工程技术研究中心从非洲引进的高产、优质菌草,目前在中国福建、宁夏、广西、浙江、新疆等多个省区和非洲、美洲的许多国家都有推广种植。巨菌草是禾本科狼尾草属(Pennisetum)的植物,可以在热带、亚热带和温带生长,是典型的C4植物,对光照和温度有较高的需求,植株高大,生长快,产量高,抗逆性强[1-3]。巨菌草是多功能草,其用途广泛,可以以草代木种植菌菇,作为生物材料来生产纸张、纤维板、活性炭等,用作生物质能源发电的原材料,也可用作环境恢复和环境保护的优良植物,此外作为牧草饲养畜禽也是它的一个重要用途[4-9]。巨菌草蛋白质含量高,粗蛋白质含量18.64%,精蛋白质含量16.88%,糖分高,总糖含量8.3%,被称为“饲草之王”[1]。巨菌草适口性好,叶片柔软、脆嫩,是牛、马、羊、猪、兔等家畜,鸡、鸭、鹅等家禽和食草性鱼喜爱的饲料[1,10]。

单宁通常被认为是牧草中的抗营养因子,一是由于缩合单宁和蛋白质、维生素、金属离子等络合,导致这些营养物质不能被动物吸收或者利用效率下降;二是单宁味苦具收敛作用,影响饲料的适口性,导致动物的采食量下降;三是单宁会降低动物对养分的消化率并影响营养物质的吸收。巨菌草作为优质牧草,其营养成分已经有相关报道[1,10],但是作为抗营养因子的单宁成分的提取工艺和含量测定尚未见报道。为了更全面地了解巨菌草作为牧草的优缺点,对不同生长时期巨菌草叶片中的单宁含量进行了综合分析,为更好地利用这一资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

植物材料:供试巨菌草样品采自湖北省武汉市林业果树科学研究所武湖基地,不同生长时期的巨菌草叶片采集后阴干,磨粉,储藏备用。

主要试剂:单宁标准品、福林酚试剂、碳酸钠、丙酮、去离子水。

主要仪器:i-9型双光速紫外/可见分光光度计(海能仪器)。

1.2 方法

1.2.1 植物样品的采集 分别采集生长了1、2、3个月的巨菌草成熟叶片,清洗后自然阴干,磨成粉末备用。

1.2.2 单宁类物质的提取 采用浸提法,以水-有机溶剂混合体系为提取溶剂进行提取。在溶剂提取法中,提取时间、提取温度和溶剂的选择是影响单宁提取率的重要因素。本试验以生长3个月的巨菌草叶片为样品,以丙酮/水为提取溶剂,以提取时间、提取温度和丙酮体积分数进行3因素3水平正交试验(表1),获得最佳提取方法。采用最佳方法,获得其他生长时期的巨菌草叶片的提取液,供单宁含量测定。测定时,准确称取0.5 g样品,加入4 mL提取溶剂,在设定的温度和时间下完成提取,转移出所有提取液,定容到20 mL容量瓶,得到待测溶液。

1.2.3 单宁含量的测定 采用福林酚-比色法测定巨菌草中单宁的含量。标准曲线的制作:精密称取干燥的单宁酸标准品25 mg,用水定容到50 mL容量瓶中,配制成单宁酸溶液。精密量取单宁酸溶液1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11 mL分别置于25 mL容量瓶中,加水定容。精密量取各浓度溶液0.5 mL,分别置于10 mL试管中,先加入2.5 mL 10倍福林酚稀释溶液,再加入2 mL 7.5%碳酸钠溶液,摇匀,静置30 min后,在760 nm处测定吸光度,并以吸光度为纵坐标,以质量浓度为横坐标绘制标准曲线。

提取液单宁含量测定:精密量取0.5 mL待测溶液,按照标准曲线的试验方法操作,在760 nm相同条件下测定吸光度,带入回归方程计算出巨菌草叶片中单宁质量浓度,再按公式计算出总单宁含量。其计算公式为:单宁含量(mg/g)=提取液单宁质量浓度×20/原料质量。

1.3 数据处理与统计分析

每个试验组设3个重复,按照正交试验得出的最优方法进行提取,提取液按照标准曲线的试验方法操作,单宁含量测定结果采用ANOVA统计检验。

2 结果与分析

2.1 单宁酸标准曲线和方程

以吸光度(y)为纵坐标,单宁酸质量浓度(x)为横坐标,绘制单宁酸标准曲线,并得出其回归方程和回归系数(图1)。回归方程为:y=9.554 1x+0.028 6,回归系数R2=0.997 9,线性范围为0.02~0.22 mg/mL。

2.2 巨菌草单宁含量正交试验结果

由正交试验结果(表2)可知,因素A(丙酮体积分数)、因素B(提取温度)和因素C(提取时间)的极差分别为2.70、2.28、0.60,因此可知,3因素对单宁含量的影响为丙酮体积分数略大于提取温度,而二者远大于提取时间。从表2还可以看出,因素A以三水平70%最佳,因素B以三水平50 ℃最佳,因素C以一水平1 h最佳。因此提取单宁的最佳提取方法是70%丙酮在50 ℃下提取1 h。

2.3 不同生长阶段巨菌草单宁含量测定

由表3可知,巨菌草叶片单宁含量随着生长时间呈上升趋势,生长1、2、3个月的巨菌草叶片的单宁含量分别为8.47、10.44和12.59 mg/g。

3 讨论

本研究通过正交试验优化了巨菌草单宁提取方法,与李学强等[11]对欧李种壳中单宁提取条件相比,各因素对单宁提取的影响程度均为丙酮体积分数>提取温度>提取时间,对于最佳提取方法,欧李种壳中单宁是用70%丙酮在60 ℃下提取5 h,而本试验是用70%丙酮在50 ℃下提取1 h,可以看出二者所用最佳丙酮体积分数一致;而提取温度略有差异,考虑到丙酮的沸点为56.48 ℃,本研究的50 ℃更为合理;最佳提取时间与文献相比存在差异,考虑到提取时间对得率影响不显著,提取1 h更为经济。

研究测定得到巨菌草生长1、2、3个月时叶片的单宁含量分别为8.47、10.44和12.59 mg/g,高于黑麦草(0.9~1.8 mg/g)[12]、红三叶(1.2 mg/g)[13]、菊苣(1.71 mg/g)[13],与车前草(14.10 mg/g)[13]、苔草(6.7 mg/g)[14]相当,低于牛角花(46.20 mg/g)[13]、珠芽蓼(120.2 mg/g)[14]、红豆草(13.42~34.48 mg/g)[15,16]、百脉根(20~110 mg/g)[17]。总体来说,巨菌草单宁含量与其他牧草相比处于中间水平。

单宁含量是影响牧草适口性的重要因素,当牧草干物质中的单宁含量达到1%以上时,会出现苦涩味,降低适口性,当含量高于2%时可能会产生阻食作用[16-18]。对肉猪和禽类,饲料单宁含量以0.5%~1.0%为宜[18];而对于反刍动物,其对单宁耐受性较高,有研究证实3%或5%以内是有益水平[16,17]。巨菌草适口性好,可用于饲喂牛、羊、猪、兔、鹅、鸭等草食畜禽和草食性鱼类。而在生产中一般巨菌草生长1个月较嫩的时候喂养猪、兔和鹅等畜禽,在生长2~3个月时喂养羊、牛等牲畜。本试验证实巨菌草叶片单宁含量在1个月时为8.47 mg/g,即0.85%,较适合饲养肉猪和禽类,在生长2个月和3个月时分别为10.44和12.59 mg/g,即1.04%和1.26%,较适合饲养反刍动物,其变化规律和巨菌草在生产实践中的应用相吻合。

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