俄罗斯黄花草木樨生理活性成分原料的开发与利用

摘要：简述了作者对1999年引进的俄罗斯斯列金1号黄花草木樨（Melilotus officinalis）进行综合开发利用研究的情况。重点介绍了在公益性行业（农业）专项经费项目支持下所获得的新进展。讨论了黄花草木樨中生理活性成分及主要营养成分的结构、功能及用途，以及田间生产、实验室检测、提取与纯化。通过田间试验与室内检验，查明了牧草中生理活性成分的含量为32.02 kg/t、粗蛋白质175.075 kg/t、必需氨基酸50.275 kg/t、粗脂肪酸14.025 kg/t、不饱和脂肪酸4.90 kg/t。在重盐碱化样地上可生产原料粗蛋白质1 400.60 kg/hm2、必需氨基酸402.20 kg/hm2、粗脂肪酸112.20 kg/hm2、不饱和脂肪酸39.20 kg/hm2。上述成分可作为开发医疗、保健、营养、食品等生物技术产品的重要的天然原料。

关键词：俄罗斯黄花草木樨（Melilotus officinalis）；生理活性成分；开发与利用

中图分类号：Q946 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）18-4758-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.032

1999年笔者从俄罗斯西伯利亚地区引进了斯列金1号黄花草木樨（Melilotus officinalis）。该品种具有生命力强、繁殖率高、产草量大等优点，并有抗严寒、抗风沙、抗干旱、抗盐碱和固氮、肥田等多种功能。因其富含蛋白质而成为西伯利亚地区的优质牧草饲料[1]。种植黄花草木樨对于保护该地区的生态环境、促进畜牧业的发展起到了重要作用。自引进黄花草木樨以来，笔者开展了引种栽培、盐碱土改良、草谷增产、禽畜饲喂等项目的系列试验，取得了一些研究成果[2]。对其中的生理活性成分进行了检测和部分的提取与纯化，尤其是在生理活性成分开发利用的研究方面取得了新进展。

1 材料与方法

1.1 试验基地自然概况

试验基地选择在吉林省大安市姜家甸草场。该草场位于松嫩平原西南部的低平原，属洮儿河与霍林河的河间地带，地处原始天然草场腹地。地势平坦，海拔120～160 m，平均气温4.3 ℃，年均降水量413.7 mm，年均蒸发量1 610 mm，年均干燥度为1.15。主要的土壤类型为盐碱化草甸土。姜家甸天然羊草草场原以羊草为优势品种，占90%，羊草高达1.5 m左右。半个世纪以来多已退化为盐碱草地，且盐碱化程度较重。

1.2 试验材料与栽培管理

本试验采用引进的俄罗斯黄花草木樨斯列金1号第二代种子，其发芽率为95%以上。试验样地为盐碱化草甸土，面积100 hm2。2012年5月初耕翻，深度30 cm，以过磷酸钙作底肥，施肥量200 kg/hm2，用耙耙耱一遍，5月中旬机械条播，播种量10 kg/hm2，播种深度1～2 cm，全部采用“坐水种”。播后用镇压器镇压，两铲两趟，中期灌溉，灭虫保草，9月中旬收割，从而完成第一年的生长过程。留茬15～20 cm，自然越冬。翌年5月中旬，试验地全部返青，待株高30～40 cm追肥1次，两铲两趟，灌溉保墒。牧草在现蕾前，株高80～100 cm收割。种子地7月初黄花盛开，花期40～45 d。9月初陆续收割种子。

1.3 样品采集与检测方法

牧草植株样品2012年7月取自于本试验基地生产的黄花草木樨。于植株开花前采集，随后进行处理，分为根、茎、叶三部分，制备成待测试的粉末状样品。种子测试样品为2011年种子田生产的种子。脱外壳，去内皮，加工粉状，分装备用。

在采集、处理好样品后，随即对黄花草木樨根、茎、叶、种子中的黄酮、皂苷、生物碱、香豆素、多酚、多糖及蛋白质、氨基酸、脂肪酸等成分进行系统检测。其方法如下：皂苷与生物碱含量采用重量法进行检测；香豆素含量用高效液相色谱仪（LC20-AB）进行检测；多酚含量用福林试剂比色法进行检测；多糖含量用蒽铜-硫酸比色法进行检测；黄酮含量用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠比色法进行检测。蛋白质含量用凯式定氮法和高效气相色谱法（LC20-AB）进行检测；氨基酸含量用氨基酸自动拆分仪进行检测；脂肪酸含量用气相色谱-质谱（GC-MS）、分子蒸馏仪（KDL-1）进行分离检测。

2 结果与分析

对黄花草木樨中的生理活性成分、营养成分进行了系统检测，其结果见表1和表2。由表1可知，黄花草木樨中皂苷、多酚、生物碱和香豆素的含量相对较高。就其叶片而言，皂苷为2.690 0 mg/g，多酚为8.820 0 mg/g，生物碱为1.366 0%，香豆素为0.524 0%。而多糖（0.410 0 mg/g）、黄酮（0.153 4 mg/g）含量相对较低，不利于提取利用。

同时，对样品中的粗蛋白质、氨基酸、粗脂肪酸含量进行了检测。从表2中可以看出，黄花草木樨含有丰富的蛋白质、氨基酸和较高的脂肪酸与不饱和脂肪酸。根、茎、叶中的粗蛋白质含量分别为13.19%、13.78%、28.69%，种子中的粗蛋白质含量高达51.14%。其中的氨基酸含量也相对较高，根、茎、叶、种子中的含量分别为10.34%、11.91%、26.61%和48.56%。必需氨基酸所占的比例在根、茎、叶、种子中分别为2.48%、3.42%、9.85%和13.98%。粗脂肪酸在根、茎、叶、种子中的含量分别为0.50%、0.97%、2.70%和8.00%。根、茎、叶和种子中的不饱和脂肪酸含量分别为0.19%、0.44%、0.64%和4.15%，其含量相对较高，均具有开发利用价值。

3 生理活性成分的功能与用途

3.1 结构与功能

植物生理活性成分主要是指萜类、甾体类、皂苷类、黄酮类及苯丙素等小分子有机化合物，它们属于植物的次生代谢产物[3]。植物次生代谢产物往往具有多方面的生理活性，因此有重要的研究利用价值。当前，植物次生代谢产物已成为植物化学、中草药学和食品科学等领域中的一个研究热点[4]。俄罗斯斯列金1号黄花草木樨不仅含有多种植物次生代谢产物，而且富含蛋白质、氨基酸和少量的不饱和脂肪酸，有重要的开发利用价值。

3.1.1 皂苷 皂苷是苷类的一种，是一种分子量较大的有机化合物。皂苷具有抗心律失常，增强心肌收缩和抗心血管病的作用。皂苷除了有调节免疫的功能外，还可以治疗咽喉肿痛、跌打伤痛，止血、降糖，有抗炎和抗疲劳的作用。皂苷在胃中产生酯化反应，可阻断机体对脂类及胆固醇的吸收，调节胆固醇的含量，对于治疗动脉粥样硬化有较好的效果[5]。皂苷可以镇咳祛痰，防治支气管炎，抑制皮肤真菌，还具有抗虫活性[6-9]。皂苷还可以提高猪的免疫力，预防猪瘟流行。黄花草木樨根、茎、叶中皂苷的含量较高，具有较高的药用价值。

3.1.2 多酚 多酚又称单宁，是一类多元酚的化合物。多酚具有抗虫、抗真菌、抗细菌等功效，对植物有保护作用。多酚还具有抗氧化和清除自由基的功能。在家畜的直肠中通过瘤胃微生物的作用，可降低蛋白质的降解作用，从而减少粪毒素的合成，有利于改善肉类的品质。多酚还有助于提高羊的繁殖力，增加羊毛产量。茶多酚能显著抑制小鼠癌症的发病率，提高种鸡的繁殖性能，提高肉鸭的日增重、降低料肉比[10]。多酚在黄花草木樨的根、茎、叶中的含量较高，可作为药用原料进行开发利用。

3.1.3 生物碱 生物碱的化学结构比较简单，为氨基酸类化合物的衍生物。已分离出的碱有N-丙二酸单酰基色氨酸、高水苏碱和水苏碱[11]。生物碱具有明显的降脂、减肥作用，有抑制胆固醇和降低血压的功能。生物碱还有抗炎、抗菌、抗病毒、抑制痉挛的作用。可以治疗病毒性肝炎、预防子宫感染、镇咳祛痰、防治支气管炎。在牧草饲料中若含有适量的生物碱，对牲畜可以起到保健防病作用。采用超声波法提取黄花草木樨叶中的生物碱，其提取量达1.366%，根、茎、种子的提取量分别为0.223%、0.842%、0.739%。全株可作为药材资源开发利用。

3.1.4 香豆素 香豆素（Coumarin）又称作邻羟基桂皮酸内酯，是一类含有一个或几个C6-C3单位的植物化学成分，具有芳香气味。在黄花草木樨的根、茎、叶、花、种子中香豆素含量相对较高。中医将其全草入药，具有清热解毒、化湿、杀虫、消炎、免疫调节等功能。常用于治疗暑热、胸闷、痢疾、疟疾、淋病、皮肤疮疡、风湿性关节炎和支气管炎。香豆素有广泛的生理活性，具有抗高血压、抗凝血、抗菌、抗炎、抗癌、抗病毒等多种药理功能。香豆素还具有抗氧化、清除自由基、改善血管平滑肌等功效[12]。可提高血管的通透性，改善血液循环，治疗静脉曲张、静脉炎和结石。香豆素还可以用来治疗因创伤所引起的软组织损伤肿胀和医治痔疮。近年来，香豆素在治疗艾滋病（AIDS）和肿瘤方面的作用引起了重视。

关于香豆素的提取，笔者进行了专项试验，采用高效液相色谱仪（HPLC岛津2010型）提取种子中香豆素，其含量为2.0%，纯度达99%，其质量与市场出售的香豆素产品相同。

3.1.5 黄酮 黄酮是以C6-C3-C6为基本碳架的系列化合物，具有许多重要的生理活性，可以促进冠状动脉扩张，降血脂、降血糖、降胆固醇，增加心脑血管的血流量，促进血液循环，降低心血管病发病率。具有较强的抗氧化[13]和清除氧自由基的能力[14]。在黄酮中含有一种抗凝因子，它可以改善血液循环，具有抗心血管病和动脉粥样硬化的作用。黄酮还具有调节免疫、抗炎止痛、抗菌、抗癌、抗衰老等功能。黄酮对于治疗气管炎也有很好的效果，在治疗气管炎的药物中有一半的药物其主要成分为黄酮。但在黄花草木樨中黄酮的含量较低。

3.1.6 多糖 多糖是一种具有广泛生物活性的大分子化合物，它不仅是生物的营养成分，而且还参与机体生命过程中细胞的各种活动。多糖其独特的生理活性是抗肿瘤、抗心血管病和抗衰老，具有较强的抗氧化和清除自由基的功能，有抗炎、抗菌、增强免疫力和抗贫血的作用。多糖可以提高鸡的抗病能力，抵御禽流感（AI）；可促进动物生长，提高畜禽的生长速度、增强机体抵抗力，并能够提高肉、蛋、奶品质及质量，还可以增强猪、鸡、牛等的免疫力，降低发病率，促进动物生长，改善品质[15-17]。多糖具有良好的医疗、保健功能。其根系产量大，可考虑作为药材资源。

3.1.7 蛋白质 蛋白质是构成生命细胞的基本物质，是维持人体生命活动的重要成分，蛋白质在整个生命过程中起着重要作用。植物蛋白质是未来谷物蛋白质的重要补充，对促进粮食安全有重要意义。在动、植物体中都有一定量的蛋白质。大豆中蛋白质含量为37%～40%，牛肉、鸡蛋中蛋白质含量分别为17.7%、14.7%。黄花草木樨叶、种子的蛋白质含量分别为28.69%和51.14%，十分丰富，可作为优质蛋白质牧草饲料开发利用，还可以开发为食物蛋白质产品[18]。

3.1.8 氨基酸 氨基酸是对含有氨基和羟基的一类有机化合物的通称，是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，是生物体内不可缺少的营养成分之一。在22种氨基酸中有8种氨基酸为人体所必需。当人体缺乏或不足，将可能引起生理功能异常，影响机体正常代谢，导致机体的生肌、造血、发育等功能障碍。L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸具有类兴奋剂的作用，服用其相关的生物制剂，可预防、减轻中枢神经疲劳、减少肌肉组织分解、加速肌肉合成。因此，必需氨基酸的用途十分广泛，具有开发价值。

3.1.9 不饱和脂肪酸 脂肪酸由饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸所组成，不饱和脂肪酸包括油酸（C18H34O2）、亚油酸（C18H32O2）、亚麻酸（C18H30O2）等20余种，其中的α-亚麻酸最为珍贵。它是一种罕见的多元不饱和脂肪酸，具有多种重要的生理功能。可以降低胆固醇，抑制动脉粥样硬化，有明显的降低胆固醇和抗脂质过氧化作用[19]。对机体代谢和疾病预防具有重要作用，能缓解多种炎症，可延缓人体衰老。及时补充α-亚麻酸，可促使机体正常代谢，减少疾病，益寿延年。α-亚麻酸具有很高的经济价值，它可制成ω-3脂肪酸补充剂，作为保健药物，在美国有很大的消费量。有60%的α-亚麻酸原料取自深海鱼类或藻类。为发挥中国的资源优势，目前，国内以开发陆生植物中的ω-3脂肪酸为主，以取代深海鱼油产品。酰胺酸、苏氨酸具有明显的药理作用，可作为药用原料，该产品在国际市场上畅销。酪氨酸是维持大脑活动的重要物质。当人体缺乏酪氨酸时，容易引起健忘症、抑郁症、焦虑症，甚至患帕金森综合征。因此，可用酪氨酸开发脑保健药物和保健饮料。不饱和脂肪酸对人体保健和疾病治疗至关重要。

3.2 开发与利用

研究表明，俄罗斯黄花草木樨是一种具有较高开发利用价值的植物，其中的许多生理活性成分具有医疗、保健、营养等方面的功能，可以开发利用。概括而言，它们的生理活性主要表现为阻抗性、调节性和防治性等方面。阻抗性主要为抗氧化、抗衰老、抗凝血、抗炎、抗癌、抗衰老等；调节性反映在降血糖、降血脂、降胆固醇，调节内分泌，调节免疫系统以及对中枢神经的调节等；防治性表现为对疾病的治疗和预防，例如动脉粥样硬化、心血管疾病、支气管炎、哮喘、血栓、静脉曲张、结石等。近年来国内外还开展了用其治疗肿瘤和艾滋病的研究。在保健方面，包括脑保健、神经系统保健、心血管保健和消脂减肥等。关于皮肤保健，体现在皮肤抑菌、保洁、抗皱、美容等[20]。在食品方面，可制作蛋白质、氨基酸、脂肪等营养保健食品和保健饮料。在畜禽营养保健方面，可提高家畜、家禽肉类产品的数量和质量；提高蛋产量，增加蛋黄质量[7]；对防治猪瘟和禽流感（AI）都有重要作用[17]。关于黄花草木樨中的生理活性成分之一—香豆素，近年来在医药界受到重视。为国内多家生物科技公司开发利用，形成香豆素原料产品，外销北美、日本和欧洲。日本已开发出“草木樨流浸液片”，可治疗创伤、肿胀和各型痔疮。综上所述，可知黄花草木樨中的生理活性成分具有多种重要功能，有深度开发利用的价值。

4 生理活性成分原料的田间生产

4.1 皂苷、生物碱、多酚、香豆素、多糖、黄酮原料的田间生产

在确认了黄花草木樨主要生理活性成分的种类及其开发利用价值后，进行黄花草木樨的田间生产便成为一项重要任务。斯列金1号黄花草木樨生命力强，繁殖快，产量高。除低洼、潮湿土壤不宜种植外，几乎可以在各类土壤中种植（pH≤9.0）。在海拔10～3 500 m，气温>-40 ℃，降水量>200 mm的条件下可以生长。种植黄花草木樨的最大优点是不与农争地，不与人争粮。而且还能改土肥田，保护、治理农牧生态环境，对防止草原退化有重要作用。经系统测试、计算，将大安基地生产的黄花草木樨生理活性成分原料的种类与产量列于表3。

表3中列举了每吨茎和叶中各种生理活性成分的含量及其所占百分比。黄花草木樨植株较高，茎多叶少，牧草由茎和叶组成，其质量比为3∶1。由此推算，每吨牧草其茎、叶的质量比为3∶1，因而茎、叶中各项成分的含量比也采用3∶1。经计算，每吨鲜草中生理活性成分的含量为32.02 kg。以试验基地1 hm2土地可产鲜草8 000 kg计，1 hm2黄花草木樨可生产生理活性成分256.16 kg。该基地属于重盐碱土地，因而产量较低。若选择牧草产量为16 000 kg/hm2的中度盐碱地种植黄花草木樨，其生理活性成分总量可提高到512.32 kg/hm2。

4.2 粗蛋白质、氨基酸、粗脂肪酸原料的田间生产

在同一块试验地上，同时也完成了粗蛋白质、氨基酸和粗脂肪酸原料的田间生产目标。原料产量的计算方法同前，结果见表4。

由表4可知，每1吨牧草中的粗蛋白质、氨基酸、必需氨基酸、粗脂肪酸与不饱和脂肪酸的含量分别为175.075、155.850、50.275、14.025和4.900 kg。以试验基地的1 hm2土地可产鲜草8 000 kg计，每公顷土地粗蛋白质、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸与不饱和脂肪酸的原料产量分别为1 400.60、1 246.80、402.20、112.20和39.20 kg/hm2。若采用中度盐碱化土地种植黄花草木樨，上述成分原料产量可增加1倍。因此，种植黄花草木樨生产生物原料资源前景广阔[21，22]。

5 小结

自引进斯列金1号黄花草木樨以来，笔者开展了盐碱化土壤改良，蛋白质牧草饲料开发及生理活性成分原料开发利用等项目的系列研究。尤其是在公益性行业（农业）专项经费项目（2009-2013）的资助下，研究工作取得了较大的进展，有些科技成果可以着手进行推广试验。研究表明，在重盐碱化土地上种植黄花草木樨，可以获得生理活性成分原料总量256.14 kg/hm2，其中皂苷、生物碱、多酚、香豆素、多糖与黄酮的田间产量分别为100.05、77.84、52.52、22.81、1.80和1.14 kg/hm2。还可以获得粗蛋白质原料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，其中包括不饱和脂肪酸原料39.20 kg/hm2。上述成分可作为开发医药、保健、营养、食品等生物技术产品的天然原料。

种植黄花草木樨可保护农牧生态环境；发展蛋白质牧草饲料，促进畜牧业发展；节约饲料用粮，促进粮食安全；开发生物技术产品，产生重大的经济效益与社会效益。从而可以带动多种产业的发展。

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