芝麻秸稈主要化學組成的研究

高樹廣，張春花，孫玉霞，李偉峰，王瑞霞，楊光宇，秦速滑，劉紅彥

(1.周口市農業科學院，河南 周口 466001；2.河南省農科院 植物保護研究所，河南 鄭州 450002)

芝麻(Sesamumindicum)，一年生草本植物[1]，我國重要的優質油料作物和出口創匯農產品[2]。芝麻可謂渾身是寶，芝麻籽富含優質的蛋白質、維生素、脂肪酸、氨基酸和礦物質等，尤其是富含不飽和脂肪酸、維生素E和抗氧化物質芝麻酚、芝麻林素等[3，4]；芝麻花具有消腫、生發之功效，可治療便秘、脫發、凍瘡等[5]；芝麻葉不但具有潤燥滑腸、滋肝養腎功能，而且還能治療津枯血燥、急慢性咽炎、大便秘結、病后脫發等病癥[6]；芝麻秸稈還田能顯著提高土壤中速效鉀、速效磷含量，較好地保蓄土壤水分，并且對土壤養分和后茬作物幼苗的生長具有促進作用[7]，芝麻秸稈還田能夠改善煙葉品質，從而提高經濟效益[8]，并且對平菇生長有較好的促進作用[9]。目前，人們對芝麻籽粒化學成分及功效研究相對較多，對芝麻秸稈研究較少。筆者以芝麻抗病品種新蔡選抗為材料，研究了芝麻秸稈的主要化學成分及其含量，以期為作物秸稈高效利用和抗性研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為新蔡選抗，由河南省農業科學院植物保護研究所生物防治研究室提供。人工氣候箱中長至成熟期，去除蒴果后粉碎至40目。

1.2 方法

1.2.1 水分測定 精確稱取2.0118 g樣品，放入稱量瓶內，蓋好蓋子105℃烘至恒重。試驗設3次重復，取平均值。水分X1計算公式如下：

X1=(M1-(M3-M2))/M1×100%

(1)

M1——烘干前的試樣重(g)；M2——稱量瓶重(g)；M3——烘至恒重試樣與稱量瓶重(g)。

1.2.2 灰分測定 精確稱取2.1112 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，置于恒重的瓷坩堝中，先將試樣炭化，然后580℃灼燒至無黑色炭素。先將坩堝在空氣中冷卻10 min，再在干燥器內冷卻30 min，稱量。重復上述操作至質量恒重。試驗設3次重復，取平均值。灰分含量X2計算公式如下：

X2=(M5-M4)/M6×100%

(2)

M4——坩堝重(g)；M5——坩堝和灰渣重(g)；M6——絕干試樣重(g)。

1.2.3 抽出物測定 主要有：

(1) 冷水抽出物。精確稱取2.0422 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，置于含300 mL蒸餾水的500 mL三角瓶中，每隔2 h搖勻1次，23℃恒溫放置48 h。過濾后濾渣移入烘箱，105℃烘至恒重。稱殘渣質量，試驗設3次重復，取平均值。冷水抽出物X3計算公式如下：

X3=(M7-M8)/M7×100%

(3)

M7——絕干試樣重(g)； M8——殘渣重(g)。

(2) 熱水抽出物。精確稱取1.9134 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，置于含有200 mL 100℃的蒸餾水的250 mL三角瓶中，加熱回流冷凝3 h，并經常搖蕩。過濾后濾渣移入烘箱，105℃烘至恒重，稱殘渣質量。試驗設3次重復，取平均值。熱水抽出物X4計算公式如下:

X4=(M9-M10)/M9×100%

(4)

M9——絕干試樣重(g)；M10——殘渣重(g)。

(3)氫氧化鈉抽出物。精確稱取1.9269 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，放入300 mL的三角瓶中，加入100 mL 1%氫氧化鈉溶液，加熱回流冷凝1 h，其間搖蕩一次，靜置、過濾洗滌后，將濾渣移入烘箱中，于105℃烘至恒重，試驗設3次重復，取平均值。1%氫氧化鈉抽出物X5計算公式如下:

X5=(M11-M12) /M11×100%

(5)

M11——抽提前絕干試樣重(g)；M12——抽提后絕干試樣重(g)。

(4)苯醇抽提物。精確稱取3.0725 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，置于處理過的濾紙包中，苯醇抽提6 h。抽提完畢后，取出紙包，然后將冷凝器重新和抽提器連接，蒸發至抽提底瓶中的抽提液約為30 mL為止。取下底瓶，擦凈于105℃烘5 h后稱重。試驗設3次重復取平均值。苯醇抽出物X6計算公式如下：

X6=(M14-M13)/M15×100%

(6)

M13——抽提底瓶重(g)；M14——抽出物和抽提底瓶重(g)；M15——絕干試樣重(g)。

1.2.4 綜纖維素的測定 精確稱取2.0725 g試樣，經苯醇抽提(按1.2.3)后轉入綜纖維素測定儀，亞氯酸鈉處理至試樣變白，除去木素。G2玻璃濾器抽濾，經丙酮、蒸餾水洗滌后，105℃烘至恒重。試驗設3次重復，取平均值。綜纖維素含量X7按(7)式計算:

X7=(M17-M18)/M16×100%

(7)

M16——絕干試樣重(g)；M17——烘干后綜纖維素重(g)；M18——綜纖維素中灰分含量(g)。

1.2.5 木質素測定 精確稱取1.2283 g試樣(同時按1.2.1測定水分，按1.2.2測定灰分)進行苯醇抽提(按1.2.3)，抽提后將試樣包風干。將試樣包內的試樣用72%硫酸20℃水解2.5 h，然后3%硫酸水解4 h，然后靜置，使酸不溶木素沉積下來。過濾后，105℃烘至恒重。試驗設3次重復，取平均值。木質素含量X8計算公式如下:

X8=(M19-M20)/M21×100%

(8)

M19——烘干后木質素重(g)；M20——木質素中灰分重(g)；M21——絕干試樣重(g)。

1.2.6 重量法測定果膠物質含量 精確稱取2.2096 g試樣(同時按1.2.1測定水分)，進行苯醇抽提(按1.2.3)后，重量法測定果膠含量。樣品中果膠的含量以測定的果膠酸鈣的含量來表示，按(9)式計算結果：

X9=(M23-M22)/M24/(100-W2)×100%

(9)

M22——濾紙的絕干質量(g)；M23——烘干至恒重后沉淀連同濾紙的質量(g)；M24——試樣的質量，單位為克(g)；W2-試樣的水分(%)。

1.2.7 多戊糖測定 精確稱取試樣0.5673 g(同時按1.2.1測定水分)置入圓底燒瓶中。加入氯化鈉，用12%鹽酸將糠醛蒸餾完全，餾出液在容量瓶中定容。二溴化法測定糠醛含量Y，然后換算成多戊糖含量，多戊糖含量X10按(10)式計算：

X10=KY

(10)

K=換算系數(1.38)；Y——糠醛含量

1.2.8 蛋白質含量測定 精確稱取試樣1.3247 g，凱氏定氮法測定蛋白質含量。試驗設3次重復，取平均值。蛋白質含量X11計算公式如下：

X11=[(V1-V2)×c×0.0140]/

(M25×V3/100)×6.25×100

(11)

V1——試液消耗標準硫酸體積(mL)；V2——空白消耗標準硫酸體積(mL)；V3——吸取消化液的體積(mL)；c——標準硫酸濃度(mol·L-1)；0.0140——消耗1.0 mL硫酸[c (1/2H2SO4)=1.000 mol·L-1]相當的氮的質量(g)；M25——試樣重(g)；6.25——氮與蛋白質的換算系數。

2 結果與分析

2.1 水分和灰分測定

水分是樣品烘干至恒重后所減少的質量占烘干前質量的百分比，從表1可以得出樣品含水量7.4%。灰分是樣品中所含礦物鹽的質量占除去水分后樣品絕干質量的百分比，從表1得出看出灰分含量12.7%。

表1 試樣中各種成分的含量

2.2 抽出物含量

抽出物主要指分別以冷水、熱水、1%氫氧化鈉溶液、苯-乙醇混合液(v /v=2 ∶1)等為溶劑，從芝麻莖稈樣品中抽提出的混合物。以水為溶劑主要抽提出無機鹽、水溶性色素、氨基酸、淀粉、低聚糖和單糖等，1%氫氧化鈉溶液還能提取出部分聚戊糖、木質素和樹脂酸等，從表1得出冷水抽出物含量為24.5%、熱水抽出物含量為26.4%和1%氫氧化鈉溶液抽出物含量為51.8%。

苯-乙醇混合液能抽出試樣中的色素、蠟、樹脂、脂肪和單寧等。單寧是一類復雜多酚，能夠與蛋白質、纖維素、果膠等高聚物交聯形成穩定的天然化合物，在植物防御體系中占重要地位，能夠抑制病原微生物半乳糖醛酸酶活性，破壞其在細胞壁降解中的作用，從而抑制病原微生物的入侵[10]，并且能強烈抑制植食性昆蟲的生長發育[11，12]。從表1得出苯醇抽提物含量為10.9%。

2.3 綜纖維素含量

纖維素大量存在于農作物秸稈中，是世界上數量最大的一類可再生的、可生物降解的能源物質。綜纖維素是樣品去除木素后全部纖維素和半纖維素的總稱，從表1得出芝麻秸稈中綜纖維素含量47.2%。

2.4 木質素含量

木質素是作物細胞壁的重要組成成分，作物細胞壁木質素含量增加可以增強其抵抗病原菌機械侵入和酶降解能力，同時細胞壁的木質化可以抑制病原菌從寄主體內吸取營養物質和水分，也可以抑制真菌毒素和真菌酶向寄主擴散[13]。從表1得出芝麻秸稈中木質素含量為1.7%。

2.5 果膠含量

果膠是植物細胞壁結構的重要組成部分，對于細胞伸長具有重要作用[14]，能夠軟化和粘合細胞組織，并且能夠抵御害蟲和病原微生物的侵染和危害[15]。從表1得出芝麻秸稈中果膠物質的含量0.2%。

2.6 多戊糖含量

多戊糖是指經酸水解能生成阿拉伯糖和木糖的一類多糖。同時作物體內糖的含量與其抗病性緊密相關[16～18]。從表1得出芝麻秸稈中多戊糖含量為12.7%。

2.7 蛋白質含量

從表1得出芝麻秸稈中蛋白質含量為2.9%。作物秸稈生產有機肥能顯著提高土壤中光合菌、磷細菌、鉀細菌的含量，還能提高地力，改善土壤結構[19]。

3 討論

我國芝麻常年播種面積46.67萬hm2，每年可產生上百萬噸的秸稈，如果任意焚燒、拋棄，則會污染環境[20]，我們可以將其開發為可再生資源加以利用。分析表明芝麻抗性品種秸稈中含水分7.4%，灰分12.7%，冷水抽出物24.5%，熱水抽出物26.4%，1%NaOH抽出物51.8%，苯醇抽出物10.9%，綜纖維素47.2%，木質素1.7%，果膠0.2%，多戊糖12.7%，蛋白質2.9%。芝麻秸稈纖維素含量高達47.2%，可開發為部分替代化石能源的生物質能，減少CO2排放，改善能源結構，應對和緩解氣候變化，也可應用于造紙、板材等工業領域；芝麻秸稈中有機物、礦物質種類較多，含量比較豐富，可以鼓勵農民秸稈還田，提高秸稈肥料化的利用率；芝麻秸稈中含有豐富的有機物，可以作為重要的基質栽培食用菌。芝麻秸稈中檢測出的苯醇抽出物、木質素和果膠等物質，對于芝麻抗性育種研究有一定的促進作用。