不同居群无患子果实组成比较研究

周自圆，朱莉伟，李 雪，张卫明，蒋建新*

(1.北京林业大学材料科学与技术学院，北京100083;2.南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京210042)

无患子(Sapindus mulorossi)为无患子目无患子科无患子属落叶或常绿乔木，种子无胚乳。无患子分布地域广阔，从温带到热带都有分布，其垂直分布可达海拔2 000 m。对土壤要求不高，耐干旱贫瘠，在低山、丘陵、石灰岩山地均能生长。生长迅速(每年可长1～2 m)，可耐－10℃低温且抗病虫害能力强，;花期5～7月，核果成熟期8～10月，核果近球形，直径1.5～2 cm，黄色或橙黄色。种子10～11月成熟，球形、黑色，光亮而坚硬［1－2］。

无患子果肉含有丰富的皂苷，具有良好的起泡性和去污能力，可以用于洗发香波或各种洁肤化妆品;其种仁含油率高，是一种新型的制备生物柴油的原料［3－4］。另外，无患子种仁不同品种氨基酸含量不同，应用前景也十分广阔。作为一种多功能植物，无患子的研究利用越来越受到科学家的关注，在世界各地都面临能源资源危机的今天，如何实现物尽其用，成为研究热点。不同居群无患子在全果的物理组成、油脂及蛋白质氨基酸组成等存在差异，因此，无患子全果组成比较研究对无患子育种栽培及其综合开发具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料

原料与试剂:采自福建、缅甸、四川不同居群无患子果实，试验用试剂均为分析纯。

试剂仪器:高速万能粉碎机，索氏抽提器，日本岛津公司GC－14C气相色谱仪，日立L－8900氨基酸分析仪，真空干燥箱DZF－6051型，电子天平，电子恒温水浴锅。

1.2 方法

1.2.1 无患子果实的处理

(1)果肉和种子

将无患子果实分成3组，用手工剥离，将果肉和种子分开，在105℃下烘干4 h，分别称重，计算两个部分的构成比例，取3组的平均值作为最后结果。对果肉进行冷水、热水、乙醇提取，对提取液进行检测，对果肉细胞内含物进行定性预试验。

(2)种子千粒重

从除去杂质及不合格种子的样品中，不加挑选地选出3组试样，每组相同粒数，按组分别称重，采用百粒法测定无患子种子的千粒重，取3组平均值作为最后结果。

(3)种壳和种仁

取一定量干燥后的无患子种子，手工敲开种壳，取出种仁，分别称重，计算两个部分的构成比例。种仁粉碎、过20目筛、风干，测定水分后备用。

1.2.2 油脂的提取和种仁的含油量计算

依照GB/T 14488.1－2008，采用索氏抽提法提取油脂，计算无患子种仁和种子的含油量。

1.2.3 油脂中脂肪酸组成分析

(1)脂肪酸甲酯化处理

在收集脂肪提取物的250 mL圆底烧瓶中加入8 mL 2%氢氧化钠溶液，置于在80℃水浴中，连接回流冷凝器，加热回流。加入7 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，在80℃水浴中继续回流2 min。停止加热，从水浴上取下烧瓶，迅速冷却至室温，准确加入10～30 mL正庚烷，振摇2 min，充分提取。加入饱和氯化钠水溶液，静置分层。吸取上层正庚烷提取溶液大约5 mL，转移到30 mL小试管中。加入大约3～5 g无水硫酸钠，振摇1 min，静置5 min，吸取上层溶液到进样瓶中待测定。

(2)气相色谱操作条件

毛细管色谱柱60 m ×0.25 mm，0.25 μm(交联键合固定相，含50%氰丙基);进样器温度270℃，检测器温度280℃。程序升温:初始温度130℃，持续1 min;130～170℃，升温速率6.5 ℃/min;170～215℃，升温速率2.75℃/min;215℃，保持12 min;215～230℃，升温速率4℃/min;230℃保持3 min检测结束。载气为氮气，分流比50∶1，进样体积1.0 μL。

1.2.4 游离氨基酸组成分析

氨基酸组成采用日立L－8900氨基酸分析仪，依据氨基酸分析通则进行。精密称取脱脂无患子种仁粉30 mg，置20 mL水解管中，加1～2滴二次蒸馏水浸泡，再加6 mol/L HCl(含0.05% 巯基乙醇)5 mL，抽真空，充氮气密封，110℃水解 22 h，过滤，低温(60℃)蒸干，定容。色氨酸以 4.2 mol/L NaOH水解。以过甲酸氧化法处理测定胱氨酸。

2 结果与讨论

2.1 福建无患子全果物理组成及果肉有效成分定性分析

福建果实较小，颜色浅，椭球形，表面不光滑。全果中果肉和种子种子的比例见表1，果肉质量百分比大于种子，因此果肉的综合利用是全果利用的前提。

表1 福建无患子全果果肉和种子质量百分比(%)

福建无患子果肉有效成分的定性预试结果见表2，果肉中含有蛋白质、糖类、多酚类、有机酸、三萜类等物质，泡沫法试验表明果肉中含有丰富皂苷。无患子果肉中含有大量皂苷，是天然的非离子型表面活性剂［5］，无患子皂苷和皂元均具有很高的表面活性作用［6］。这些活性物呈中性，对皮肤无刺激，对人体无毒无害，同时有一定的起泡性和去污能力，利用现代科学技术可将其制成实用的纯天然无患子皂乳［7］，以缓解人工合成化学产品给环境带来的压力。近年来国内外研究表明，无患子皂苷中含有五环三萜类齐墩果烷型皂苷、四环三萜类大戟烷型皂苷和达玛烷型皂苷，具有抑制肿瘤细胞增殖［8］、低浓度抗幽门螺旋杆菌活［9］、抗皮真菌和念珠菌作用［10］及保肝作用，在医药、日化、农药等领域有很广阔的发展前景。

表2 福建无患子果肉有效成分的定性预试验结果

2.2 种子物理组成及种仁含油率

去除果肉后，不同居群无患子的千粒重存在较明显的差别，其中缅甸最重，单粒质量达2.172 g，福建最轻，单粒质量为1.150 g。因此，在以千粒重这一指标来衡量种子的播种品质时，福建这一品种具有明显优势。无患子种子包括两大部分，种壳和种仁。不同居群无患子在种壳、种仁比例及种仁含油量均存在差异。福建种壳比例最大，种壳占了全种子的75.0%，四川种仁比例最大，缅甸次之。在3个居群无患子种子中，种壳均占了较大的比例。种壳是取种仁后的废弃物，可以用于燃烧提供热能，但是利用价值低。无患子种壳的化学成分多为含碳物质，而活性炭是一种具有发达空隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质，无患子种壳可以制备活性炭。另外，种壳坚硬，并含有木素、纤维素、半纤维素，在木塑复合材料领域有一定的应用前景。

种仁含油率测定结果表明福建无患子种仁含油率最高，达到42.8%。但由于不同居群种仁在种子中的比例不同，从种子角度而言四川无患子种子含油率最高，达到13.7%。

表3 不同居群无患子种子种壳、种仁比例及含油率

2.3 种仁油脂脂肪酸的组成

油脂的脂肪酸组成对生物柴油的性能有很大的影响，因此，通过气相色谱对种仁油脂的脂肪酸含量进行分析具有重要的意义。作为理想的生物柴油原料油，应该是以C20以下的直链脂肪酸为主，最好是C16和C18的脂肪酸。不同居群无患子种仁油脂脂肪酸组成见表4，无患子种仁油脂肪酸组成中油酸、亚油酸、花生酸、棕榈酸和顺－11－二十碳一烯酸为主，碳链长度C16－C22的脂肪酸均占92%以上，而且不含十八碳四烯酸，因此无患子种仁油脂是一种较理想的制备生物柴油的原料，有很高的经济价值。

表4 无患子种仁油脂脂肪酸组成与相对含量

不同居群无患子种仁油脂的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量如图1，无患子种仁油脂的饱和脂肪酸含量存在较明显的差异，缅甸最高(15.17%)，四川最低(10.18%);无患子种仁油脂的不饱和脂肪酸含量为79%～85%%以上，由于双键有较强的反应性，容易发生氧化及酸败。

图1 不同居群无患子油脂脂肪酸组成

2.4 种仁氨基酸组成

福建、缅甸、四川3个居群无患子种仁(脱脂后)的氨基酸组成及含量见表5和图2。3个居群的无患子种仁均含有18氨基酸。总氨基酸最高者是四川为 35.6 g/100 g，其次是缅甸 31.6 g/100 g，最低者是福建为28.1 g/100 g。其中人体必需的氨基酸是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸共8种，分别占总氨基酸量的33.45%、32.28%、31.46%。半必需氨基酸(精氨酸和组氨酸)占总氨基酸量分别为11.81%、12.44%、12.92%。

图2 不同居群无患子种仁必需氨基酸和总氨基酸含量

表5 无患子种仁(脱脂后)的氨基酸组成及含量(g/100g)

不同居群中谷氨酸的含量差异较大，其他氨基酸差异不明显。同一居群中，谷氨酸含量最高，其次是精氨酸、天门冬氨酸、亮氨酸、赖氨酸等。含量最低的是色氨酸与组氨酸。它们参与不同的代谢反应，在生理上起着不同的重要作用。研究表明，谷氨酸具有促进红细胞生成的生理作用，其作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤，癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效。此外，它还是甜味氨基酸，其钠盐可以用做调味剂。精氨酸作为一种条件性氨基酸，不仅参与尿素循环，还通过一氧化氮(NO)途径影响心血管系统、神经系统和免疫系统，并且在调控繁殖机能和基因表达方面具有重要作用。精氨酸的生物学功能，已超越了氨基酸营养的范畴，在营养调控和内分泌调节方面具有广泛的应用前景［11］。结果表明，福建品种的精氨酸含量略低于缅甸和四川。另外天冬氨酸也是微甜味氨基酸，使其水溶液呈微甜味。因此，无患子种仁可以作为一种很好的调味品资源，但毒性还需要进一步研究。赖氨酸是合成大脑神经再生细胞和其他核蛋白以及血红蛋白等其它重要蛋白所需要的氨基酸，它还有调节机体代谢的作用［12－13］。色氨酸含量很低，是植物体内生长素生物合成重要的前体物质，其结构与IAA相似。

由此可见，无患子种仁中氨基酸含量丰富，必需氨基酸和半必需氨基酸含量均较高，其他的氨基酸种类也比较齐全，对其的开发研究有很广阔的前景。如果具备遗传的基础，可以利用育种的手段，提高特别有利于人类的氨基酸含量，并大规模种植。另外，可以充分利用无患子种仁内氨基酸含量高的优点，将其广泛应用于食品添加剂、医药与保健、化妆品等领域，提高其价值，达到综合利用无患子的目的。

3 结论

福建全果中果肉占55.6%，种子占44.4%，其中果肉中含有大量的皂苷，在医药、日化、化工、农药等方面有很广阔的开发前景。福建无患子种仁含油率最高，达到42.8%。从种子角度而言四川无患子种子含油率最高，达到13.7%。福建、缅甸和四川3个居群无患子种子中种壳的比例均大于种仁比例，将种壳作为原料制备活性炭可以达到综合利用无患子的目的，提高其附加值。

无患子种仁油脂肪酸组成中油酸、亚油酸、花生酸、棕榈酸和顺－11－二十碳一烯酸为主，碳链长度C16－C22的脂肪酸均占92%以上，因此无患子种仁油脂是一种理想的制备生物柴油的原料。无患子种仁均含有18氨基酸。总氨基酸最高者是四川为35.6 g/100 g，其次是缅甸 31.6 g/100 g，最低者是福建为28.1 g/100 g。人体必需的8种氨基酸，福建、缅甸和四川三个居群分别占总氨基酸量的33.45%、32.28%、31.46%。无患子种仁中含有丰富的氨基酸，种类也比较齐全，可以用作制备氨基酸生物制剂的原料。

致谢:本项目研究原料由福建三青生态农林发展有限公司协助采集，表示感谢!

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