两种牡丹果荚化学组成与冷热水抽提物GC/MS对比研究∗

徐开蒙 叶 倩 胡 谦 王岩峰 王 娟

（1.西南地区林业生物质资源高效利用国家林业和草原局重点实验室，西南林业大学，云南 昆明 650224； 2.西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，西南林业大学，云南 昆明 650224）

牡丹（Paeonia suあruticasa Andr.）种类繁多，花型 颜色各异，有“花中之王”与“国花”美誉，是具有极高观赏性与药用、油用和食用价值的落叶灌木[1]。滇牡丹（Paeonia delavayi Franch.）是我国西南地区特有的品种，主要分布于云南中部至西北部等，是分布最南的一个牡丹类群[2-3]。滇牡丹生态适应性强，在干湿、贫瘠或肥沃土壤中均能较好地生长与繁殖，资源储备及应用前景广阔[4]。凤丹（Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang）是由牡丹野生原种杨山牡丹经过长期栽培演化形成的品种，主要种植于我国山东、河南、河北、陕西、安徽、湖北等中部地区，是我国油用牡丹的主要类型[5]。滇牡丹和凤丹的花、叶、籽和果皮中含有牡丹酚、糖苷类成分、不饱和脂肪酸等大量活性物质，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等多种生物药理活性[6-8]。此外，其籽油含量高，可广泛用于医药业、保健食品业、高级化妆品业等[9]。

牡丹“全身是宝”，但是开发利用后产生的大量废弃果荚大多被丢弃、填埋或焚烧处理，与其他许多农林生物质废弃物一样，其作为一种天然可再生灌木类生物质废弃物潜在的开发利用价值未得到足够的重视，造成极大的浪费[10-11]。目前有关牡丹果荚主要化学成分和抽提物的研究鲜见报道。基于此，本文对比研究了两种不同牡丹果荚（滇牡丹和凤丹）的主要化学成分和冷热水抽提物种类与含量差异，为进一步综合开发利用牡丹果荚、提升牡丹全产业链的应用和经济价值提供理论基础和科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

滇牡丹、凤丹果荚（见图1），取自云南省森林植物培育与开发利用重点实验室，西南林业大学，产地云南省马龙县；乙醇，分析纯，武汉三合顺化工有限公司；苯，分析纯，天津百伦斯有限公司；98%浓硫酸，广西西江化工有限公司。

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

1.2 设备

试验主要设备与仪器：ML-800 型高速粉碎机，永康市天祺盛世工贸有限公司；LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌锅，上海申安医疗器械厂；UV-4802S紫外分光光度计，上海仪器有限公司；索氏抽提器；1200series高效液相色谱（HPLC），美国安捷伦公司；6890N-5975C气相色谱质谱联用仪（GC-MS），美国安捷伦公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料预处理

将果荚清洗干净后烘干，放入粉碎机内粉碎并过40～60 目筛，然后称取一定量的粉碎料在105 ℃条件下烘至绝干。

1.3.2 果荚生物质主要化学成分测定

称取一定量的果荚原料并用滤纸包好放入索氏抽提装置进行苯醇抽提，加热至70 ℃左右，控制虹吸次数为7～8 次/h，萃取至萃取液在虹吸管内无色透明。在萃取完成后取出物料进行绝干恒重处理，根据美国国家可再生能源实验室（NREL）标准“Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass”[12]测定并分析两种果荚生物质的纤维素、半纤维素和木质素。

1.3.3 冷/热水抽提方法

a. 冷水抽提：精确称取2.000 g恒重的原料试样，将其全部移入容量500 mL锥形瓶中，加入300 mL蒸馏水，保持温度为23℃左右，加盖放置48 h并经常摇荡。再用过滤器进行抽滤，然后用蒸馏水洗涤多次。将抽滤得到的物料移入干燥箱，于105 ℃烘干至恒重。b. 热水抽提：与冷水抽提方法一致，将物料称量后放入锥形瓶中，装上冷凝管，置于沸水浴中煮沸3 h，再进行抽滤、洗涤并烘至绝干。

1.3.4 抽提物GC/MS分析

采用气相色谱质谱联用仪（GC-MS）分析冷热水抽提物的化学成分。DB-5MS柱色谱分析条件：进样口温度290 ℃，接口温度300 ℃。质谱条件：电离源EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，扫描范围30～500 amu（原子量单位）。根据得到的色谱离子流谱图和质谱数据，采用面积归一化法计算出各成分的相对含量，各峰的质谱数据则通过 NIST标准谱库配合人工图谱解析确定。

2 结果与分析

2.1 两种牡丹果荚主要化学组分分析

与自然界大多数木质生物质相似，作为落叶灌木的牡丹也主要由纤维素、半纤维素和木质素（简称“三大素”）组成，同时还含有脂肪、蛋白质、灰分等物质。图2 为滇牡丹、凤丹果荚的主要化学组分。滇牡丹果荚三大素的总含量为59.35%，纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为29.68%、20.62%和9.05%；凤丹果荚三大素的总含量为72.10%，纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为34.20%、28.30%和9.60%。两者的木质素含量相近，但凤丹果荚中的纤维素和半纤维素含量明显高于滇牡丹果荚。虽然与木材、竹材、藤材和常见灌木类生物质资源相比，牡丹果荚三大素含量相对较低[13]，但两种牡丹果荚在生物基新材料、生物质能源和生物质化学品的开发利用方面仍具有优良潜力。

图2 两种果荚的三大素成分分析Fig.2 The main three chemical components in two kinds of peony pods

2.2 两种果荚冷热水抽提物对比分析

2.2.1 凤丹果荚冷热水抽提物

图3为凤丹果荚冷热水抽提物总离子流色谱图。冷热水抽提物总离子流色谱曲线轮廓基本相似，但在不同保留时间处的峰值变化明显，表明冷热水两种抽提方式基本不影响凤丹果荚抽提物的种类，但会显著影响不同种类抽取物含量。

图3 凤丹果荚冷热水抽提物总离子流色谱图 Fig.3 Total ion chromatogram of the water extractives of Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang pods

结合表1数据可知，凤丹果荚冷水抽提物中主要组分包括：(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%）；热水抽提物中主要组分相对冷水提取物增加了3-甲基-2-糠酸（2.18%），热水抽提物中的(Z)-9-十八碳酰胺、十八酸甲酯、十六酰胺和十六酸甲酯丰度也显著提高（见图3），其在热水抽提物中的相对含量分别为81.48%、3.96%、5.46%和3.73%，说明热水能有效促进这几种物质的抽提。其中，含量最高的(Z)-9-十八碳酰胺又称作油酸酰胺，工业上常用作润滑剂以降低树脂熔融黏度，在纤维领域用作柔软剂和防水剂，并且该类脂肪酸衍生物也被认为是一种很好的金属腐蚀缓蚀剂[14]。十六酸甲酯、十八酸甲酯可用作乳化剂、润湿剂、润滑剂、稳定剂及增塑剂的中间体，十六酰胺可以用作保湿剂[15-16]。而3-甲基-2-糠酸是一种具有重要潜在价值的微生物发酵抑制生物基化学品[17]。

表1 凤丹果荚冷热水抽提物成分对比Tab.1 The chemical composition of Paeonia ostii T. Hong et J. X. Zhang pod extracted from cold and hot water

2.2.2 滇牡丹果荚冷热水抽提物

图4 为滇牡丹果荚冷热水抽提物总离子流色谱图。冷热水抽提后滇牡丹果荚抽提物的总离子流色谱曲线轮廓也基本相似，但在不同保留时间处的峰值变化明显。两种抽提方式下滇牡丹果荚抽提物的抽出种类变化不大，但含量差异较为明显。结合表2 数据可知，滇牡丹果荚冷水抽提物中主要组分包括邻苯三酚（48.91%）、苯甲酸（7.01%）、(Z)-9-十八碳酰胺（7.62%）、七叶内酯（4.97%）、间苯二胺（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-环己烯酮（0.37%）、十八烷酸（0.31%）、十八酸甲酯（0.27%）、十六酸甲酯（0.25%）和柠檬酸三丁酯（0.29%）等。

邻苯三酚是一种存在于植物果实中的天然多酚类化合物，可用于生物医药合成、精细化工、感光材料和食品保鲜等领域[18]。苯甲酸一般常用作防腐剂使用，可抑制真菌、细菌和霉菌的生长，也可以作为生产苯甲酸酯和苯二甲酸酯的中间体[19]。(Z)-9-十八碳酰胺如前述可用作润滑剂、防水剂、柔软剂和金属腐蚀缓蚀剂。七叶内酯属香豆素类化合物，具有抗菌、抗炎、镇静等作用[20]。间苯二胺是一种重要的有机精细化工原料的中间体，可用于制造染料、固化剂、促凝剂、显色剂等[21]。乙酸茴香酯用于调制化妆品中花香型香精以及食品中巧克力、香荚兰、草莓等香型香精的调制[22]。二苯甲酮用作香料定香剂和苯乙烯聚合抑制剂[23]。3-甲基苯甲醛是一种新型精细化工中间体，可用于高分子添加剂、医药、农药和香料等领域[24]。柠檬酸三丁酯是一种天然的环保型增塑剂和润滑剂，也可用于生物医药、香精香料、化妆品制造等行业[25]。

图4 滇牡丹果荚冷热水抽提物总离子流色谱图 Fig.4 Total ion chromatogram of the water extractives of Paeonia delavayi Franch. pods

滇牡丹果荚热水抽提物中的主要组分如邻苯三酚、苯甲酸、七叶内酯和乙酸茴香酯的丰度显著提高, 其在热水抽提物中的相对含量分别为78.28%、5.70%、3.05%和0.79%。同时，与冷水抽提物相比新出现了4-（1,1-二甲基乙基）-苯硫酚（0.28%）、5-羟甲基糠醛（0.24%）和2-[（1-甲基丙基）硫代]-苯酚（0.18%）等组分。5-羟甲基糠醛是一种重要的精细化工原料，可以制备多种以石油为原料的平台化合物和新型高分子材料，如光电光敏材料、医药农药、功能聚酯、燃料添加剂等[26]。苯硫酚和苯酚主要用于农药、医药和有机化工原料的合成[27]。

表2 滇牡丹果荚冷热水抽提物成分对比Tab.2 The chemical composition of Paeonia delavayi Franch. pods extracted from cold and hot water

（续表2）

3 结论

本文研究对比凤丹和滇牡丹两种牡丹果荚的主要化学成分组成和冷热水抽提物种类与含量差异，探讨冷热水抽提方式对提取物的影响，得出以下结论：

1）滇牡丹和凤丹果荚的三大素的总含量分别为59.35%和72.10%。两种果荚木质素含量接近，总体低于常见灌木类生物质资源，同时凤丹果荚的纤维素和半纤维素含量明显高于滇牡丹果荚。凤丹果荚抽提物种类总体较滇牡丹果荚的少，冷热水抽提方式几乎不影响抽提物的种类，但热水抽提更有利于提高相同种类抽提物含量。

2）凤丹果荚中的水抽提物主要成分为：(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；滇牡丹果荚中的水抽提物主要成分为：邻苯三酚、苯甲酸、(Z)-9-十八烯酰胺、七叶内酯和间苯二胺等。(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润滑剂、防水剂、乳化剂、稳定剂、保湿剂及化工中间体等；邻苯三酚、苯甲酸和间苯二胺可用于生物医药合成、感光显色、防腐保鲜和精细化工中间体等领域；七叶内酯具有抗菌、抗炎、镇静等作用，具有较高的药用价值。牡丹果荚在生物基材料、能源和化学品的开发利用方面具有优良的潜力。