3 种芍药属植物种子不同部位成分分析

邓瑞雪,杨 晓,屈春笑,庞 叶,张江磊,刘 普*

(河南科技大学化工与制药学院,河南 洛阳 471003)

摘 要:目的:分析3 种芍药属植物种子不同部位化学成分,探索3 种芍药属植物种子开发及综合利用前景。方法:采用高效液相色谱、气相色谱-质谱联用及其他多种测试手段测定3 种芍药属植物种子的千粒质量、籽壳和籽仁含量、籽粕含量、籽油含量及组成、籽壳及籽饼粕中主要化学组成及含量。结果:凤丹籽、紫斑籽和芍药籽3 种芍药属植物种子千粒质量分别为280.16、263.64 g和187.68 g;3 种芍药属植物种子籽壳含量占种子质量31%以上,籽饼粕含量占种子质量37%以上;饼粕中均含有大量的蛋白质和单萜苷类化合物,籽壳中均含有较多的纤维素、半纤维素和木质素以及低聚茋类化合物。结论:芍药籽油组成和主要不饱和脂肪酸含量与牡丹籽油非常近似,可开发为高级食用油;3 种芍药属植物种子籽壳和籽饼粕中均含有多种活性成分,具有重要的研究开发价值;油用牡丹籽饼粕和籽壳开发利用对于油用牡丹产业的健康发展具有重要作用。

关键词:芍药属;种子;理化性质;单萜苷类化合物;低聚茋类化合物

芍药科(Paeoniaceae)为单属科,仅有芍药属(Paeonia L.)一个属。中国是芍药科植物的起源、演化、分化发展及多样性中心[1-2]。中国芍药属有牡丹组(Sect.Moutan DC.)和芍药组(Sect. Paeonia),其中牡丹组植物为我国特产。我国牡丹组共有6 个种,5 个亚种(变种,复合体),芍药组在我国分布有8 种和6 个变种[3-5]。作为著名的观赏和药用植物,芍药属植物广泛种植于我国很多区域。经过一千多年的栽培实践,形成了众多栽培品种。油用牡丹是可用于制备食用油脂的牡丹品种。目前,经国家卫生部批准可以作为牡丹籽油制备原料的有凤丹(Paeonia ostii)和紫斑牡丹(Paeonia rockii T.Hong et J.J.Li)2 个牡丹品种。牡丹籽油中含有丰富的不饱和脂肪酸,具有较高营养价值和保健功效[6-7]。作为一种应用前景广阔的木本油料作物,油用牡丹的种植面积在逐年增大。研究发现,芍药(Paeonia lactiflora Pall.)籽中也含有较多的不饱和脂肪酸,也具有重要的研究开发价值[8]。芍药属植物种子中除含有油脂外,还含有大量的单萜苷类化学成分[9-12]和低聚茋类化合物[12-19]等多种代谢产物。单萜苷类成分为芍药属中一个特征性成分,具有广泛的生物活性[5,9,12];低聚茋类化合物作为一种结构新颖的天然产物,具有抗氧化、抗菌和抗肿瘤等多种活性作用[12,15,18-20]

目前,牡丹籽油主要采用牡丹籽脱壳后得到的牡丹籽仁经压榨法制备,在压榨法制备牡丹籽油的过程中会产生大量的牡丹籽壳和牡丹籽饼粕等副产物。研究牡丹籽油加工过程中产生的副产物对于提高油用牡丹深加工产品的附加值,提高牡丹种植和加工的经济效益具有重要意义。本课题组在前期研究的基础上,对比研究3 种芍药属植物种子的籽壳和籽仁含量、籽粕含量、籽油含量及组成、籽壳及籽饼粕中主要化学组成及含量等,为3 种芍药属植物种子深入的研究开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牡丹组2 种油用牡丹:紫斑牡丹籽和凤丹牡丹籽;芍药组药用植物:芍药籽均由洛阳市土桥花木种苗有限公司提供,原植物由河南科技大学鉴定,标本存放于河南科技大学伏牛山天然产物资源标本馆。3 种芍药属植物信息如表1所示。

表 1 3 种芍药属植物种子信息Table 1 Information about the seeds samples used in this study

样品名称 样品来源 原植物拉丁名 原植物产地 原植物中药应用名称凤丹籽 凤丹牡丹 Paeonia ostii 山东省菏泽市牡丹区 丹皮Moutan Cortex紫斑籽 紫斑牡丹 Paeonia rockii 甘肃临夏州临夏县 丹皮Moutan Cortex芍药籽 芍药 Paeonia lactiflora 甘肃临夏州临夏县 白芍Paeonia Radix Alba

吡啶芍药苷、牡丹皮苷F、氧化白芍苷、氧化芍药苷、10-羟基芍药苷、白芍苷、芍药苷、oxypaeonidanin、4-甲氧基-氧化芍药苷、没食子酰基芍药苷、4-甲氧基-芍药苷、白芍苷R1、paeonidanin、苯甲酰氧化芍药苷等单萜照品,以及suffruticosol A、suffruticosol B、suffruticosol C、cis-ε-viniferin、trans-ε-viniferin、cis-gnetin H和trans-gnetin H等低聚茋类化合物对照品均为本实验室自制,经核磁共振和电喷雾质谱鉴定化合物的结构,经高效液相色谱测定纯度大于98%。

乙腈为色谱纯,磷酸二氢钾为基准试剂,水为高纯水,其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

1100高效液相色谱仪(四元泵和G1313A二极管阵列检测器,在线脱气,柱温箱,自动进样器,1100色谱工作站) 美国Agilent公司;ISQ 7000气相色谱-质谱联用仪赛默飞世尔科技公司;RE-2000A旋转蒸发器、SHZ-D(III)型循环水真空泵 河南省予华仪器有限公司;HANGPING FA2004电子天平 上海越平科学仪器有限公司;YXJ-A高速大容量电动离心机 江苏金坛市环宇科学仪器厂;XFB型高速粉碎机 湖南中诚制药机械厂。

1.3 方法

1.3.1 种子千粒质量及成分测定

取3 种植物种子,置于110 ℃烘干2 h,然后放置在干燥器中冷却至室温。按照GB/T 5519—1988《粮食和油料千粒重的测定法》测定千粒质量。取干燥后种子用脱壳机脱壳得到籽壳和籽仁,由籽壳和籽仁质量与种子质量比可得籽壳和籽仁得率。取籽仁,用粉碎机粉碎,过40 目筛,按照GB/T 14488.1—1993《油料种籽含油量测定法》计算籽仁中油脂含量:准确称取5.0 g籽仁粉末,用正己烷为溶剂,用索氏提取器提取油脂4 h,用旋转蒸发器减压回收正己烷,得籽油。籽油质量与种子质量比即种子含油量。取索氏提取后剩余的牡丹籽渣,干燥至恒质量,由油渣与种子质量比得到油渣含量。

1.3.2 油脂的组成及理化性质测定

3 种芍药属植物籽油中主要不饱和脂肪酸的组成和含量按照GB/T 17376—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》和GB/T 17377—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯的气相色谱分析》测定。其中油脂甲酯化具体方法和不饱和脂肪酸的测定条件参考文献[8]方法。

油脂碘值按照GB/T 5532—2008《动植物油脂 碘值的测定》方法测定;皂化值按照GB/T 5534—2008《动植物油脂 皂化值的测定》方法测定;水分和挥发物按照GB/T 9696—2008《动植物油脂 水分和挥发物含量测定》方法测定;酸值按照GB/T 5530—2005《动植物油脂 酸值和酸度测定》方法测定;相对密度按照GB/T 5518—2008《粮油检验 粮食、油料相对密度的测定》方法测定。

1.3.3 籽饼粕中主要物质组成测定

取制备油脂后剩余的籽饼粕粉碎,过40 目筛,然后测定其中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、以及单萜苷类化合物含量。其中籽饼粕中粗蛋白按照GB/T 9823—1988《油料饼粕总含氮量的测定法》方法测定;粗纤维按照GB/T 5515—2008《粮油检验粮食中粗纤维含量测定 介质过滤法》方法测定;粗灰分按照GB/T 9824—1988《油料饼粕中总灰分的测定》方法测定;粗脂肪按照GB/T 10359—1989《油料饼粕含油量测定法》方法测定;总单萜苷的含量按照文献[21]方法采用比色法测定。

籽饼粕中主要单萜苷类化合物含量采用高效液相色谱方法测定[22],色谱条件:Agilent 1100高效液相色谱仪;色谱柱:Zorbax SB-Aq C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 µm);流动相为乙腈(A)和磷酸二氢钾缓冲盐(pH 2.8)(B),采用梯度洗脱:0~8 min,9%~11% A;8~10 min,11%~15% A;25~42 min,20%~35% A,42~50 min,35% A;流量1.0 mL/min;柱温30 ℃;进样量10 μL。总单萜苷类化合物含量以籽饼粕质量计。

1.3.4 籽壳中主要物质组成测定

图 1 主要低聚茋类化合物的结构式
Fig. 1 Structures of seven main oligostilbene compounds

分别取3 种芍药属种子籽壳,粉碎,过40 目筛,然后测定粗脂肪、粗蛋白、纤维素、半纤维素和木质素以及总低聚茋类化合物(7 种化合物结构式见图1)等含量。

其中籽壳中粗脂肪采用GB/T 10359—1989方法测定;粗蛋白按照GB/T 9823—1988方法测定;纤维素、半纤维素和木质素含量按照文献[23-24]方法进行测定;总低聚茋类化合物含量参考文献[25]方法测定。

籽壳中主要低聚茋类化合物含量采用HPLC方法测定,色谱条件:Agilent 1100高效液相色谱仪;色谱柱:Zorbax SB-Aq C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 µm);流动相:乙腈(A)-磷酸二氢钾缓冲盐(pH 2.8)(B),采用梯度洗脱,0~8 min,9% A;8~10 min,11%~15% A;10~25 min,15%~20% A;25~42 min,20%~35% A;42~70 min,35% A;体积流量1.0 mL/min;柱温30 ℃;进样量10 μL;检测波长230 nm。总低聚茋类化合物含量以籽壳质量计。

1.4 数据处理

所有数据测试均重复3 次,结果表示为±s。各组间指标比较采用单因素方差分析,P<0.05,差异显著。数据采用Excel软件进行分析处理并作图。

2 结果与分析

2.1 种籽千粒质量以及种籽中壳、仁、油及饼粕含量

表 2 3 种芍药属植物种子的千粒质量,籽仁、籽壳、籽油及籽饼粕的质量分数(n = 3)
Table 2 Thousand seed mass, kernel and shell percentage, and oil and meal content of the investigated samples (n= 3)

注:与凤丹牡丹籽比较,*.差异显著,P<0.05;**.差异极显著,P<0.01;***.差异高度显著,P<0.001。下同。

种子样品 千粒质量/g 籽仁质量分数/%籽壳质量分数/%籽油质量分数/%饼粕质量分数/%凤丹籽 280.16±6.85 68.01±1.32 31.34±1.02 21.27±0.22 45.01±2.17紫斑籽 263.64±8.87*** 65.98±3.14* 33.70±1.45* 20.58±2.46 44.48±1.54芍药籽 187.68±7.66***58.04±2.01***38.92±3.57*** 19.37±1.75* 37.78±1.98**

由表2可以看出,3 种芍药属植物种子的千粒质量差异较大(P<0.05),凤丹牡丹种子的千粒质量最大(280.16 g),芍药种子千粒质量最小(187.68 g)。2 种油用牡丹凤丹和紫斑牡丹的籽仁含量、籽壳含量、含油量和饼粕含量相差较小,其中凤丹的籽仁含量和含油量比紫斑牡丹稍高,而紫斑牡丹的籽壳含量大于凤丹。作为草本植物,芍药籽和2 种油用牡丹籽差异较大,其籽仁含量和籽饼粕含量要远小于凤丹和紫斑牡丹的籽仁含量,籽壳含量则大于凤丹和紫斑牡丹。但是,芍药籽的含油率和凤丹及紫斑牡丹的含油率相差较小,籽油含量的接近程度要远大于籽壳、籽仁和籽饼粕等含量的接近程度。

由表2可知,尽管在千粒质量,籽仁、籽壳和籽饼粕含量上有很大差异,但是3 种芍药属植物的出油率却非常接近。尤其是作为草本植物的芍药籽,其出油率与2 种牡丹籽的出油率差异较小,因此芍药籽油也有重要的研究开发价值。从上述结果还可以看出,芍药属植物种子除油外,在制备籽油的过程中会得到大量的副产物——籽壳和籽饼粕,其中籽壳含量占到种籽质量31%以上,籽饼粕含量占到种籽质量37%以上,这2 种副产物总含量占到整个种籽质量76%以上。

2.2 籽油中主要脂肪酸的组成、含量及籽油的理化性质

从表3可以看出,3 种芍药属籽油中主要脂肪酸的组成基本一致。3 种油脂中主要脂肪酸均为棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸5 种脂肪酸,这5 种主要脂肪酸总量分别占到总脂肪酸含量的97.77%、97.384%和96.761%。油酸、亚油酸和亚麻酸为3 种籽油中主要的不饱和脂肪酸,其中亚油酸和亚麻酸为多不饱和脂肪酸,油酸为单不饱和脂肪。其中亚麻酸的含量最高,其在凤丹籽油、紫斑籽油和芍药籽油中质量分数分别为33.595%、43.070%和34.306%,其次为亚油酸和油酸,在凤丹籽油、紫斑籽油和芍药籽油中质量分数分别为29.395%、18.614%和24.091%,以及24.971%、26.786%和31.451%。3 种籽油中,紫斑牡丹籽油中亚麻酸含量最高,凤丹牡丹籽油中亚油酸含量最高,而芍药籽中油酸含量最高。亚油酸和亚麻酸是保持人和动物营养中必需的脂肪酸,是构成人体组织细胞的主要成分,它们在体内不能合成、代谢,必须从体外摄取,亚麻酸可以转化为机体必需的生命活性因子DHA和EPA[26-27]。3 种芍药属植物籽油中亚麻酸的含量要大于普通常见的植物油,如大豆油、花生油、菜籽油、葵花籽油等。因此,3 种芍药属植物籽油既可以作为食用油单独使用,也可以作为亚麻酸补充剂添加在植物油中,以补充常见植物油中亚麻酸的不足[28]。且3 种籽油中主要不饱和脂肪酸的含量与牡丹籽油LS/T 3242—2014《牡丹籽油》标准值基本一致。

表 3 3 种籽仁油中主要脂肪酸的组成及质量分数
Table 3 Main fatty acids and their relative contents in peony seed oil from three species

脂肪酸名称 保留时间/min质量分数/%凤丹籽油 紫斑籽油 芍药籽油十二酸 dodecanoic acid(C12:0) 8.817 0.005±0.001 0.006±0.001* 0.009±0.01***十四酸 myristic acid(C14:0) 10.526 0.076±0.008 0.091±0.007** 0.077±0.01十五酸 pentadecanoic acid(C15:0) 11.315 0.036±0.008 0.041±0.009** 0.029±0.01**cis-5-十二烯酸 cis-5-dodecenoic acid(C12:1) 11.483 0.035±0.007 0.024±0.006**0.018±0.007***棕榈酸 palmitic acid(C16:0) 12.105 6.712±0.65 6.23±0.78* 5.272±0.55**E-9-十六烯酸 E-9-hexadecenoic acid(C16:1) 12.289 0.158±0.08 0.203±0.07* 0.148±0.08十七酸 heptadecanoic acid(C17:0) 12.967 0.179±0.07 0.247±0.09** 0.124±0.04**cis-10-十七烯酸 cis-10-heptadecenoic acid(C17:1) 13.175 0.139±0.08 0.257±0.04& 0.264±0.044&硬脂酸 stearic acid(C18:0) 14.129 2.394±0.74 2.684±0.87* 1.641±0.35**油酸 oleic acid(C18:1) 14.391 24.971±2.35 26.786±3.16* 31.451±2.94**亚油酸 linoleic acid(C18:2) 15.036 29.395±4.68 18.614±3.88***24.091±3.04***亚麻酸 linolenic acid(C18:3) 16.077 33.595±5.17 43.070±6.15*** 34.306±3.51 18-甲基-十九酸 18-methylnonadecanoic acid(C19:0) 17.298 0.188±0.08 0.213±0.09* 0.171±0.07*cis-11-二十烯酸 cis-11-eicosenoic acid(C20:1) 17.677 0.378±0.012 0.331±0.08* 0.441±0.027*Z,Z-11,13-二十-二烯酸 Z,Z-11,13-eicosadienoic acid(C20:2) 18.688 0.06±0.01 0.023±0.02***0.033±0.01***总脂肪酸含量 89.072 89.308 90.752

表 4 3 种籽油的理化性质
Table 4 Physicochemical characteristics of peony seed oil from three species

籽油样品 过氧化值/(mmol/kg)酸值/(mg/g)皂化值/(mg/g)碘值/(g/100 g)相对密度/(g/mL)水分及挥发物质量分数/%凤丹籽油 0.47±0.08 2.17±0.11 191.67±10.32 179.31±9.88 0.9235±0.065 0.084±0.008紫斑籽油 0.27±0.02 1.81±0.12 195.44±8.96 176.89±14.12 0.9247±0.088 0.077±0.007芍药籽油 0.43±0.02 1.66±0.24 188.58±9.15 181.17±12.05 0.9239±0.094 0.076±0.008牡丹籽油标准值 ≤3.75 ≤3.0 158~195 162~190 910~938 ≤0.15

由表4可以看出,3 种芍药属植物籽油均具有较高的碘值,且均比大豆油、花生油、葵花籽油、菜籽油、芝麻油等常见的植物油要高[28-29],这说明3 种油脂含有比普通植物油更多的不饱和脂肪酸。3 种植物油的过氧化值分别为0.47、0.27 mmol/kg和0.43 mmol/kg,酸值分别为2.17、1.81 mg/g和1.66 mg/g,这3 种植物油均具有较低的过氧化值和酸值,显示3 种油脂具有较好的抗氧化能力[30-31]。凤丹籽油和紫斑籽油的碘值、酸值、皂化值和过氧化值与文献[32-33]数值,以及牡丹籽油标准数值(LS/T 3242—2014)非常接近。

由上述结果可以看出,芍药籽油中也含有丰富的不饱和脂肪酸,其主要脂肪酸的含量与2 种油用牡丹籽油不饱和脂肪酸的含量非常类似[8,34],同样具有较好的研究开发价值。

2.3 籽饼粕中主要成分的含量

从表5可以看出,提取油脂后的籽饼粕中尚含有少量粗脂肪,另外还含有数量较多的粗蛋白、糖分以及次生代谢物——单萜苷类化合物。3 种籽饼粕中紫斑牡丹的粗蛋白质量分数最高,达到29.68%,芍药籽饼粕中粗蛋白质量分数最低,为26.67%。总糖分质量分数芍药籽饼粕最高(14.85%),而凤丹籽饼粕最低(13.64%)。总单萜苷类化合物质量分数以紫斑牡丹籽饼粕最高,达到11.81%,而芍药籽饼粕中最低,为9.24%。3 种籽饼粕中粗蛋白与其他植物油的籽饼粕相比较低,随着牡丹籽油和芍药籽油等营养价值被人们接受,籽饼粕的产量也会越来越高。由此可推断芍药属籽饼粕中的植物蛋白将成为重要植物蛋白来源。

表 5 籽饼粕中主要成分质量分数(n = 3)
Table 5 Proximate composition of seed meal from three species (n = 3)%

成分 凤丹籽饼粕 紫斑籽饼粕 芍药籽饼粕粗蛋白 27.18±2.05 29.68±3.14** 26.67±2.88粗脂肪 6.27±0.68 6.65±1.35 7.25±1.23**粗纤维 5.98±0.04 5.85±0.06 6.33±0.06**粗灰分 2.4±0.24 3.4±0.36*** 2.84±0.41*总单萜苷 10.24±1.23 11.81±0.87* 9.24±1.35*总糖分 13.64±0.86 14.58±1.68** 14.85±0.77**

前期研究从油用牡丹籽饼粕中分离得到一系列单萜苷类化合物[9-11],另外从芍药籽饼粕中也得到大量的单萜苷类化合物[18],分析测试结果显示不同产地的凤丹籽饼粕单萜苷类化合物的含量差异较大[22]。为比较本研究所涉及的3 种芍药属籽饼粕中单萜苷类化合物的含量差异,借鉴文献[22]方法测定3 种籽饼粕中主要单萜苷类化合物含量,结果见表6。

表 6 3 种籽饼粕中主要单萜苷类化合物的含量结果(n= 3)
Table 6 Contents of major monoterpenoid glycosides in seed meal from three species (n= 3)mg/100 g

成分 凤丹籽饼粕 紫斑籽饼粕 芍药籽饼粕吡啶芍药苷 2.01±0.15 0.96±0.06*** 3.14±0.14***牡丹皮苷F 32.33±2.30 47.97±4.66*** 14.35±1.58***氧化白芍苷 39.80±3.21 37.23±3.57* 97.09±6.87***氧化芍药苷 294.79±12.34 366.66±16.54*** 239.03±12.98***10-羟基芍药苷 40.68±2.64 54.02±3.69*** 24.28±2.65***白芍苷 272.61±11.12 91.74±5.84*** 526.15±24.98***芍药苷 2 467.15±140.41 3 464.71±145.63*** 1 144.66±64.32***oxypaeonidanin 78.20±6.12 33.17±2.36*** 17.38±1.55***4-甲氧基-氧化芍药苷 49.05±3.67 29.10±2.54*** 71.46±5.62***没食子酰基芍药苷 9.85±0.68 5.74±0.57*** 24.04±1.88***4-甲氧基-芍药苷 2.30±0.15 4.91±0.68*** 1.52±0.24**白芍苷R1 36.70±2.36 16.44±1.24*** 3.71±0.36***paeonidanin 6.33±0.41 5.51±0.67* 5.49±0.54*苯甲酰氧化芍药苷 6.80±0.55 7.30±0.81* 3.86±0.88***苯甲酰芍药苷 12.76±1.33 27.29±2.34*** 7.47±1.32**

从表6可以看出,15 种主要单萜苷类化合物在3 种芍药属种子籽饼粕中含量差异较大(P<0.001),其中含量最高的为芍药苷,其在凤丹籽饼粕、紫斑籽饼粕和芍药籽饼粕中含量分别为2 467.15、3 464.71 mg/100 g和1 144.66 mg/100 g,且在紫斑籽饼粕中的含量最高,在芍药籽饼粕中含量最低。凤丹籽饼粕、紫斑籽饼粕和芍药籽饼粕中芍药苷含量分别占到所测试的15 种主要单萜苷类化合物含量73.62%、82.64%和52.45%。另外,白芍苷和氧化芍药苷在3 种籽饼粕的含量也比较高,白芍苷在芍药籽饼粕中含量最高,达到526.15 mg/100 g,在紫斑籽饼粕中含量最低,为91.74 mg/100 g;而氧化芍药苷在紫斑牡丹中含量最高(366.66 mg/100 g),在芍药籽饼粕中含量最低(239.03 mg/100 g)。凤丹籽饼粕、紫斑籽饼粕和芍药籽饼粕中芍药苷、白芍苷和氧化芍药苷的总含量分别占到所测定的15 种单萜苷类化合物含量的90.55%、93.57%和87.46%。3 种籽饼粕中吡啶芍药苷、没食子酰基芍药苷、4-甲氧基-芍药苷、paeonidanin和苯甲酰氧化芍药苷的含量较低,含量基本均小于10 mg/100 g。其他单萜苷类化合物在3 种籽饼粕中的含量均在10~100 mg/100 g之间。

芍药苷为“笼状蒎烷型”单萜苷类化合物,作为一种特征性的化学成分,“笼状蒎烷型”单萜苷类化合物在芍药属植物中广为存在[5],是药材白芍、赤芍及丹皮的主要活性物质[12]。以芍药苷、白芍苷等为代表的白芍总苷具有非常强的免疫抑制活性,作为类风湿性关节炎的辅助治疗药物被用于临床[35]。研究发现芍药苷和白芍苷还具有良好的镇痛[36]和养血柔肝[37-38]等作用。芍药属植物籽饼粕中含有的单萜苷类化合物具有重要的研究开发价值。

2.4 籽壳中主要成分含量测定结果

表 7 3 种芍药属籽壳中主要成分的质量分数(n= 3)
Table 7 Main chemical constituents of seed shell from three species (n = 3)%

成分 凤丹籽壳 紫斑籽壳 芍药籽壳粗蛋白 3.65±0.54 4.67±0.44* 4.37±0.71*粗脂肪 4.78±0.71 4.15±0.91* 2.64±0.42***木质素 4.65±0.84 6.54±0.79** 5.14±0.55*纤维素 45.35±3.56 43.17±3.35* 44.57±3.41半纤维素 19.17±1.87 18.23±2.16 17.57±1.67*粗灰分 5.41±0.77 4.21±0.58* 3.65±0.24**总多酚 18.65±1.86 19.92±1.25* 14.61±1.56***

从表7可以看出,3 种籽壳中均含有少量的粗蛋白和粗脂肪(质量分数均小于5%),含有大量的木质素(质量分数均大于4%)、纤维素(质量分数均大于40%)和半纤维素(质量分数均大于15%)等木质成分。木质素和纤维素类成分是构成植物细胞壁的成分,它们共同构成牡丹籽壳包裹牡丹籽仁及其中的油脂成分。除此之外,牡丹籽壳中还含有数量较多的多酚类化合物(质量分数均大于10%),该多酚类化合物为低聚茋类化合物,是由白藜芦醇及其衍生物聚合而形成的一类结构新颖的天然化合物。低聚茋类化合物在芍药属植物籽壳广为存在[13-20,39],该类化合物由于具有良好的生物活性,逐渐引起研究者的重视,关于这类化合物的研究逐渐增多[40-42]

表 8 3 种籽壳中主要低聚茋类化合物的含量
Table 8 Contents of main oligostilbenes in seed shell from three species mg/100 g

成分 凤丹籽壳 紫斑籽壳 芍药籽壳suffruticosol A 951.46±62.32 2 501.75±154.84*** 1 594.98±99.65***suffruticosol B 4 521.53±148.65 5 424.78±354.89*** 4 761.98±389.87*suffruticosol C 210.34±12.78 749.38±44.18*** 271.60±14.36*cis-ε-viniferin 56.34±4.75 82.346±5.35*** 21.66±2.05***trans-ε-viniferin 1 061.20±77.58 1 298.47±98.87** 389.83±12.54***cis-gnetin H 322.70±22.69 550.88±36.79*** 100.24±3.36***trans-gnetin H 9 229.43±401.66 7 255.39±447.14*** 4 580.38±287.69***总含量 16 353.41 17 862.98 11 720.67***

由表8可以看出,低聚茋类化合物在3 种籽壳中含量较多,含量最高的是trans-gnetin H,在凤丹籽壳、紫斑籽壳和芍药籽壳中含量分别为9 229.43、7 255.39 mg/100 g和4 580.38 mg/100 g,在凤丹籽壳中含量最高,在芍药籽壳中含量最低,且凤丹籽壳中含量超过芍药籽壳含量的2 倍。suffruticosol B含量在3 种籽壳中也较高,其中在紫斑牡丹中含量最高,为5 424.78 mg/100 g,在凤丹籽壳中含量最低,为4 521.53 mg/100 g。trans-gnetin H和suffruticosol B在凤丹籽壳、紫斑籽壳和芍药籽壳中含量分别占所测7 种低聚茋类化合物总含量的84.09%、71.00%和79.71%。低聚茋类化合物cis-ε-viniferin在3 种籽壳中含量最低,含量均低于100 mg/100 g。除低聚茋类化合物suffruticosol A和suffruficosol B外,其他5 种低聚茋类化合物在凤丹籽壳和紫斑籽壳中的含量以及所测定的7 种低聚茋类化合物的总含量均大于在芍药籽壳中的含量,这表明木本的牡丹组籽壳中低聚茋类化合物含量大于草本的芍药组。前期研究从油用牡丹籽壳中分离得到较多的低聚茋类化合物,这些化合物表现出较强的抗菌、抗氧化和抑制肿瘤细胞的活性作用,具有重要的研究开发价值[39-42]

3 讨 论

通过上述研究可知,凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药籽中油脂质量分数分别为21.27%、20.58%和19.37%,含油量的差异性比较小,且其中脂肪酸的组成非常相似。凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药籽中亚麻酸质量分数分别为33.595%、43.070%和34.306%,亚油酸质量分数分别为29.395%、18.614%和24.091%,油酸质量分数分别为24.971%、26.786%和31.451%,主要不饱和脂肪酸含量均比较高,是较好的食用油脂来源。芍药在我国的种植面积较大,且目前种植的主要目的是获得芍药根作为药材使用。因此,芍药籽油也可能开发成为类似于牡丹籽油的油脂品种,作为食用油的新来源。我国食用油资源相对短缺,食用油对外依存度超过60%,因此,大力研究开发小品种油用资源,提高我国食用油的自给率,对于维护我国粮油安全具有重要意义。目前,由于原料来源的限制,市场上凤丹籽的价格为20 元/kg,按照20%出油率,每公斤食用油的原料成本在150 元左右,造成牡丹籽油目前的售价较高,这在一定程度上限制牡丹籽油作为食用油被老百姓接受的程度。由于牡丹籽油中多不饱和脂肪酸,尤其是亚麻酸含量较高,因此,将牡丹籽油加工成软胶囊或微胶囊作为亚麻酸补充剂,或者将牡丹籽油添加到其他食用油制作调和油,补充常见食用油中亚麻酸含量的不足等是提高牡丹籽油作为高品质食用油应用的重要举措。另外,还可以通过脱脂脱蜡研究,将牡丹籽油开发为医用油,用于医药或化妆品等领域。

研究发现,凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药3 种植物种子在制备油脂的过程中会产生大量的籽饼粕和籽壳,其中籽壳质量分数大于31%,籽饼粕质量分数大于37%,两者总含量占到种子总质量76%以上。按照油用牡丹主产区规划,5~10 a内,油用牡丹的种植面积将会超过300万 亩,按照亩产250 公斤牡丹籽计算,届时将会产生超过57万 t牡丹籽壳和牡丹籽饼粕等副产物。针对籽饼粕和籽壳的研究开发利用不仅可以降低大量的籽壳和籽饼粕对环境造成的危害,还可以制备得到附加值更高的产品,这在一定程度上能够增加牡丹籽深加工过程的附加值,进一步提高油用牡丹生产加工的经济效益,促进油用牡丹产业的健康发展。

凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药等籽壳中低聚茋类化合物的总含量分别为16 353.41、17 862.98 mg/100 g和11 720.67 mg/100 g,含量最高的是trans-gnetin H在凤丹籽壳、紫斑籽壳和芍药籽壳中的含量分别为9 229.43、7 255.39 mg/100 g和4 580.38 mg/100 g,由此可见,3 种籽壳中低聚茋类化合物的含量均相对较高。低聚茋类化合物是一类活性较强的化合物,具有多种生物活性作用,但是由于这类化合物在植物中的含量较低,关于其活性作用机制的深入研究相对较少[42]。而3 种芍药属植物籽壳中低聚茋类化合物含量较高,且化学组成干扰少,制备工艺简单,且具有良好的抗氧化、抗菌和抑制肿瘤细胞的活性作用[18-20]。因此可以通过规模化分离手段制备低聚茋类化合物,并进行深入的活性测试研究,将籽壳中的低聚茋类化合物开发为具有良好活性作用的食品添加剂。提取低聚茋类化合物后的籽壳残渣中由于含有大量的纤维素和木质素,其中凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药等籽壳中纤维素和半纤维素总质量分数分别为64.52%、61.40%和63.14%,这些木质素和纤维素可以作为制备籽壳活性炭的主要原料。因此,可以通过制备籽壳活性炭进一步提高3 种籽壳的应用价值。

凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药等籽饼粕中粗蛋白质量分数分别为27.18%、29.68%和26.67%,尽管蛋白含量低于常见的豆粕、花生粕、油菜籽粕和芝麻籽饼粕等中蛋白含量,但是作为一种蛋白资源,这些植物蛋白可以开发为蛋白饮料、蛋白粉等蛋白食品。凤丹牡丹、紫斑牡丹和芍药籽饼粕中总单萜苷类化合物质量分数分别为10.24%、11.81%和9.24%,单萜苷类化合物具有较好的免疫抑制活性作用,3 种籽粕中单萜苷类化合物的组成和含量与白芍总苷类似[43],可以开发为类似白芍总苷的免疫抑制药物原料药;最后剩余的残渣由于含有少量的蛋白、脂肪等有机质,可以和动物排泄物一起发酵制备生物有机肥。这些措施可以有效提高籽饼粕的利用价值。

牡丹籽油作为一种高品质的食用油具有良好的开发前景,芍药籽油也有望成为和牡丹籽油类似的高品质食用油。3 种籽油制备过程中产生的副产物籽壳和籽饼粕均具有较大的研究开发价值,可开发为高品质的高附加值产品。籽壳与籽饼粕深加工产品的研究开发对于油用牡丹产业的健康发展将会起到较好的促进和推动作用。

参考文献:

[1] 沈保安. 中国芍药属牡丹组药用植物的分类鉴定研究与修订[J].时珍国医国药, 2001, 12(4): 330-333. DOI:10.3969/j.issn.1008-0805.2001.04.030.

[2] 彭镇华, 江守和. 芍药科植物独特性与起源[J]. 安徽农业大学学报,2000, 27(3): 209-213. DOI:10.3969/j.issn.1672-352X.2000.03.001.

[3] 方前波, 王德群, 彭华胜. 中国芍药属牡丹组的分类、分布与药用之间的关系研究[J]. 现代中药研究与实践, 2004, 18(2): 20-22.DOI:10.3969/j.issn.1673-6427.2004.02.006.

[4] 袁涛, 王莲英. 我国芍药属牡丹组革质花盘亚组的形态学研究[J].园艺学报, 2003, 30(2): 187-191. DOI:10.3321/j.issn:0513-353X.2003.02.013.

[5] 于津, 郎惠英, 肖培根. 芍药苷类和丹皮酚类成分在芍药科植物中的存在[J]. 药学学报, 1985, 20(3): 229-234.

[6] 戚军超, 周海梅, 马锦琦, 等. 牡丹籽油化学成分GC-MS分析[J]. 粮食与油脂, 2005, 19(11): 22-23. DOI:10.3969/j.issn.1008-9578.2005.11.007.

[7] 邓瑞雪, 刘振, 秦琳琳, 等. 超临界CO2流体提取洛阳牡丹籽油工艺研究[J]. 食品科学, 2010, 31(10): 142-145.

[8] LIU P, XU Y F, GAO X D, et al. Optimization of ultrasonic-assisted extraction of oil from the seed kernels and isolation of monoterpene glycosides from the oil residue of Paeonia lactiflora Pall[J]. Industrial Crops & Products, 2017, 107: 260-270.

[9] LIU P, ZHANG Y, XU Y F, et al. Three new monoterpene glycosides from oil peony seed cake[J]. Industrial Crops & Products, 2018, 111:371-378. DOI:10.1016/j.indcrop.2017.10.043.

[10] 刘普, 许艺凡, 刘佩佩, 等. 紫斑牡丹籽饼粕单萜苷类成分的分离鉴定[J]. 食品科学, 2017, 38(18): 87-92. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201718014.

[11] 刘普, 卢宗元, 邓瑞雪, 等. 凤丹籽饼粕中一个新单萜苷[J]. 中国药学杂志, 2014, 49(5): 360-362.

[12] WU S H, WU D G, CHEN Y W. Chemical constituents and bioactivities of plants from the genus paeonia[J]. Chemistry &Biodiversity, 2010, 7(7): 90-104. DOI:10.1002/chin.201018242.

[13] HE C N, PENG Y, XU L J, et al. Three new oligostilbenes from the seeds of Paeonia suffruticosa[J]. Chemical & Pharmaceutical Bulletin,2010, 58: 843-847. DOI:10.1248/cpb.58.843.

[14] KIM H J, CHANG E J, SONG J B, et al. Cytotoxic and antimutagenic stilbenes from seeds of Paeonia lactiflora[J]. Archives of Pharmacal Research, 2002, 25: 293-299. DOI:10.1007/BF02976629.

[15] SARKER S D, WHITING P, DINAN L, et al. Identification and ecdysteroid antagonist activity of three resveratrol trimers(suffruticosols A, B and C) from Paeonia suffruticosa[J]. Tetrahedron,1999, 55: 513-524. DOI:10.1016/S0040-4020(98)01049-7.

[16] YUK H J, RYU H W, JEONG S H, et al. Profiling of neuraminidase inhibitory polyphenols from the seeds of Paeonia lactiflora[J].Food and Chemical Toxicology, 2013, 55: 144-149. DOI:10.1016/j.fct.2012.12.053.

[17] 刘普, 牛亚琪, 邓瑞雪, 等. 紫斑牡丹籽饼粕低聚芪类成分研究[J].中国药学杂志, 2014, 49(12): 1018-1021.

[18] LIU P, WANG Y R, GAO J Y, et al. Resveratrol trimers from seed cake of Paeonia rockii[J]. Molecules, 2014, 19(12): 19549-19556.DOI:10.3390/molecules19129549.

[19] LIU P, LI X F, GAO J Y, et al. Two new resveratrol trimers with antibacterial activities from seed cake of Paeonia rockii[J]. Chemistry of Natural Compounds, 2017, 53(1): 51-55. DOI:10.1007/s10600-017-1909-3.

[20] 刘普, 李小方, 牛亚琪, 等. 油用牡丹籽饼粕低聚茋类化合物提取工艺及活性研究[J]. 中国粮油学报, 2016, 31(6): 79-85; 97.

[21] 邓瑞雪, 李小方, 刘一琼, 等. 响应面法优化凤丹籽饼粕中单萜苷的超声提取工艺[J]. 食品工业科技, 2015, 36(10): 267-273; 277.

[22] LIU P, ZHANG Y, GAO J Y, et al. HPLC-DAD analysis of 15 monoterpene glycosides in oil peony seed cakes sourced from different cultivation areas in China[J]. Industrial Crops and Products, 2018, 118:259-270. DOI:10.1016/j.indcrop.2018.03.033.

[23] 熊素敏, 左秀凤, 朱永义. 稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定[J]. 粮食与饲料工业, 2005(8): 40-41. DOI:10.3969/j.issn.1003-6202.2005.08.018.

[24] 田维亮, 葛振红, 李继兴. 棉子壳中半纤维素、纤维素和木质素含量的测定[J]. 中国棉花, 2013, 40(7): 24-25. DOI:10.3969/j.issn.1000-632X.2013.07.007.

[25] 刘普, 李小方, 王永威, 等. 油用牡丹籽饼粕中低聚茋类含量测定方法研究[J]. 中国粮油学报, 2016, 31(4): 138-141; 146.

[26] ADKINS Y, KELLEY D S. Mechanisms underlying the cardioprotective effects of omega-3 polyunsaturated fatty acids[J].Journal of Nutritional Biochemistry, 2010, 21: 781-792. DOI:10.1016/j.jnutbio.2009.12.004.

[27] 朱文学, 李欣, 刘少阳, 等. 牡丹籽油的毒理学研究[J]. 食品科学,2010, 31(11): 248-251.

[28] LI S S, YUAN R Y, CHEN L G, et al. Systematic qualitative and quantitative assessment of fatty acids in the seeds of 60 tree peony (Paeonia section Moutan DC.) cultivars by GCMS[J]. Food Chemistry, 2015, 173: 133-140. DOI:10.1016/j.foodchem.2014.10.017.

[29] 娄婷婷, 赵婷, 王伟, 等. 植物油中脂肪酸组成的GC-MS分析[J]. 食品研究与开发, 2014, 35(21): 100-103. DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2014.21.026.

[30] 李静, 姚茂军, 王旭东, 等. 牡丹籽油自氧化及抗氧化性能的研究[J].食品工业科技, 2013, 34(22): 84-87.

[31] 刘普, 李小方, 牛亚琪, 等. 油用牡丹籽饼粕低聚茋类化合物提取工艺及活性研究[J]. 中国粮油学报, 2016, 31(6): 79-85; 97.

[32] 毛程鑫, 李桂华, 李普选, 等. 牡丹籽油的脂肪酸组成及理化特性分析[J]. 现代食品科技, 30(4): 142-146.

[33] 马广莹, 史小华, 邹清成, 等. 芍药籽油理化性质测定及与牡丹籽油比较分析[J]. 中国粮油学报, 2017, 32(3): 130-1134. DOI:10.3969/j.issn.1003-0174.2017.03.021.

[34] 刘普, 李小方, 刘一琼, 等. 超声辅助水代法提取芍药籽油工艺条件优化[J]. 中国油脂, 2016, 41(5): 1-5.

[35] 马丽, 李作孝. 白芍总苷的免疫调节功能及其临床应用[J].中国实验方剂学杂志, 2010, 16(17): 244-246. DOI:10.3969/j.issn.1005-9903.2010.17.071.

[36] 吴丽, 王丽丽, 费文婷, 等. 芍药苷和芍药内酯苷对小鼠疼痛模型的镇痛作用及对β-EP、PGE2的影响[J]. 中华中医药杂志, 2018, 33(3):915-918.

[37] 赵丹萍, 张建军, 王旭, 等. 芍药内酯苷、芍药苷对慢性束缚应激肝郁模型大鼠海马单胺类神经递质及cAMP、cGMP的影响[J]. 世界中医药, 2018, 13(1): 146-150. DOI:10.3969/j.issn.1673-7202.2018.01.037.

[38] 朱映黎, 王林元, 赵丹萍, 等. 芍药内酯苷、芍药苷对血虚免疫抑制小鼠的补血作用及机制[J]. 北京中医药大学学报, 2016, 39(3): 204-207. DOI:10.3969/j.issn.1006-2157.2016.03.007.

[39] GAO Y, HE C N, RAN R, et al. The resveratrol oligomers, cis- and trans-gnetin H, from Paeonia suffruticosa seeds inhibit the growth of several human cancer cell lines[J]. Journal of Ethnopharmacology,2015, 169: 24-33. DOI:10.1016/j.jep.2015.03.074.

[40] SHEN T, WANG X N, LOU H X. Natural stilbenes: an overview[J].Natural Product Reports, 2009, 26: 916-935. DOI:10.1039/B905960A.

[41] RIVIÈRE C, PAWLUS A D, MÉRILLON J M. Natural stilbenoids:distribution in the plant kingdom and chemotaxonomic interest in Vitaceae[J]. Natural Product Reports, 2012, 29: 1317-1333.DOI:10.1039/C2NP20049J.

[42] KEYLOR M H, MATSUURA B, STEPHENSON C R, et al.Chemistry and biology of resveratrol-derived natural products[J].Chemical Reviews, 2015, 115: 8976-9027. DOI:10.1021/cr500689b.

[43] 王巧, 刘荣霞, 毕开顺, 等. HPLC法测定白芍总苷胶囊中芍药内酯苷、芍药苷和苯甲酰芍药苷[J]. 中草药, 2005, 36(11): 1631-1632.

Chemical Compositions in Different Parts of the Seeds of Three Paeonia Species

DENG Ruixue, YANG Xiao, QU Chunxiao, PANG Ye, ZHANG Jianglei, LIU Pu*
(School of Chemical Engineering & Pharmacy, Henan University of Science & Technology, Luoyang 471003, China)

Abstract: Objective: To analyze the chemical compositions in different parts of the seeds of three Paeonia species for the purpose of exploring the prospects for the development and comprehensive utilization of Paeonia seeds. Methods:Thousand seed mass, shell and kernel percentage, seed oil meal content, seed oil content and fatty acid composition,and main chemical components of shell and seed oil meal were evaluated by high performance liquid chromatography(HPLC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results: Thousand seed mass for P. ostii, P. rockii, and P. lactiflora was 280.16, 263.64 and 187.68 g, respectively. For all three species, seed shell accounted for more than 31%,and seed oil meal represented over 37% of the mass of the seeds. Seed oil meal from all these species were rich in protein and monoterpenoid glycoside, and seed shell contained considerable amounts of oligostilbene compounds, cellulose,hemicellulose and lignin. Conclusion: The fatty acid constituents and the contents of main unsaturated fatty acids of P. lactiflora seed oil are similar to those of the seed oils of P. ostii and P. rockii. P. lactiflora seed oil has the potential to be developed as a high-quality edible oil. Seed shell and seed oil meal from all three Paeonia species contain a wide range of bioactive constituents and thus they are worthy of research and development. The development and utilization of seed meal and shell from P. ostii and P. rockii are of great significance for the healthy development of the oil peony industry.

Keywords: Paeonia; seeds; physicochemical characterization; monoterpene glucosides; oligostilbene compounds

收稿日期:2018-04-29

基金项目:国家自然科学基金-河南省联合人才基金项目(U1604192);河南省重点科技攻关项目(18210231116);河南省高等学校重点科研项目(16A210019);河南科技大学大学生训练计划项目(2018138)

第一作者简介:邓瑞雪(1978—)(ORCID: 0000-0002-0301-0429),女,副教授,博士,主要从事天然活性物质研究。E-mail: dengliu20022002@163.com

*通信作者简介:刘普(1978—)(ORCID: 0000-0002-4841-9965),男,副教授,博士,主要从事天然活性物质研究。E-mail: liuputju@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180429-375

中图分类号:TS229

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2019)08-0141-08引文格式:

邓瑞雪, 杨晓, 屈春笑, 等. 3 种芍药属植物种子不同部位成分分析[J]. 食品科学, 2019, 40(8): 141-148. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180429-375. http://www.spkx.net.cn

DENG Ruixue, YANG Xiao, QU Chunxiao, et al. Chemical compositions in different parts of the seeds of three Paeonia species[J]. Food Science, 2019, 40(8): 141-148. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180429-375.http://www.spkx.net.cn