陳曉明，李開綿，臺建祥，葉劍秋，陸小靜，呂飛杰，*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737；3.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京 100081）

大戟科木薯皮礦物質(zhì)及化學成分的波譜分析

陳曉明1，李開綿2，臺建祥3，葉劍秋2，陸小靜2，呂飛杰3，*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737；3.中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京 100081）

首次利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜研究木薯皮的礦物質(zhì)的種類及含量，又利用超臨界及傳統(tǒng)提取方法得到木薯皮不同極性部位的化學成分，并通過氣—質(zhì)聯(lián)用、紅外光譜、核磁共振技術(shù)等波譜分析方法對木薯皮化學成分做了初步定性分析。結(jié)果表明：木薯皮中礦物質(zhì)含量最高的是K，含量最高為1453.29 mg/100 g干重，Ca含量次之，Na含量位居第三；微量元素中Ni含量最高，為87.22 mg/kg干重；木薯皮中檢索匹配度大于90%的化學成分中檢測出7-氨基-3-苯基香豆素和東莨菪內(nèi)酯2種香豆素類物質(zhì)，其它重要的化學成分有β-谷甾醇、乙酰愈創(chuàng)木酮、N,N'-羰基二咪唑、亞硝酸異戊酯等，以上化學成分均為首次在木薯皮中發(fā)現(xiàn)。

大戟科；木薯皮；化學成分；等離子體發(fā)射光譜；紅外光譜；氣-質(zhì)聯(lián)用；核磁共振；超臨界CO2

木薯（Cassava），別名木番薯、樹薯，大戟科（Euphorbiaceae），木薯屬（Manihot）。木薯是灌木狀多年生作物[1]。木薯的主要用途是食用、飼用和工業(yè)上開發(fā)利用，塊根淀粉是工業(yè)上主要的制淀粉原料之一。世界上木薯全部產(chǎn)量的65%用于人類食物，是熱帶濕地低收入農(nóng)戶的主要食用作物。作為生產(chǎn)飼料的原料，木薯粗粉、葉片是一種高能量的飼料成分。在中國主要用作飼料、提取淀粉以及生產(chǎn)工業(yè)酒精。木薯提取淀粉后所殘留的廢棄物包括木薯皮、木薯渣和廢水，其中大量的木薯皮被棄之，而沒加以利用。目前國內(nèi)外鮮有關(guān)于木薯皮的化學成分研究的相關(guān)報道。但由于木薯屬于大戟科，而大戟大部分植物（如大戟狼毒、蓖麻、麻瘋樹等）都有一定的生理活性[2]，因此利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）、紅外光譜（FT-IR）、核磁共振（NMR）、氣-質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）等先進的波譜檢測手段并結(jié)合超臨界CO2萃取法對木薯皮的無機元素種類和含量及其不同提取部位的化學成分進行了初步分析研究，為木薯的綜合利用奠定基礎(chǔ)，以期更高地提升木薯的附加值。

1 試驗材料與儀器

1.1 原料

試驗原料木薯皮由海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院品質(zhì)資源研究所提供。先將10個品種（SC-124、SC-205、SC-5、SC-6、SC-7、SC-8、SC-9、SC-10、SC-8013、BRA900）的鮮木薯皮分別在105℃下烘箱殺青，再在50℃下烘干后粉碎過60目篩，最后等量混合，待用。

1.2 儀器設(shè)備

MAGNA-560傅里葉變換紅外光譜儀：美國Nicolet公司生產(chǎn)；GC-MS聯(lián)用儀（Finnigen Trace-polaris-Q）：美國THERMO公司；毛細管氣相色譜柱（TR-5ms、TR-5和TR-wax）：美國THERMO公司；HPLC-MS聯(lián)用儀（Waters Alliance 2695 HPLC-ZQ2000 Mass）：美國Waters公司；超臨界CO2萃取設(shè)備（ISCO SFX-210）：美國；600M核磁共振（ECA-600）：日本JEOL牌；5300DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）：美國Pekin-Elmer公司；超聲波清洗機（BRANSON-2210）：美國。

2 方法

2.1 礦物質(zhì)及有害重金屬的測定

利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）分析木薯皮中的無機元素種類和平均含量。儀器分析的主要參數(shù)[3-4]為：功率1300W，冷卻氣流量（Ar）15.0L/min，輔助氣流量（Ar）0.02 L/min，載氣流量（Ar）0.08 L/min，蠕動泵流量1.5 mL/min。

2.2 木薯皮化學成分分析

利用超臨界CO2流體萃取木薯皮粉中易揮發(fā)性成分；另外，再通過一定劑量夾帶劑增大超臨界CO2流體萃取極性成分的能力，以提取較強極性的成分；以及95%乙醇浸提物氯仿萃取部位的分析，這樣就可以將木薯皮中非極性、極性及弱中極性3個部分的化學成分萃取出，最后通過氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）分析，同時聯(lián)合紅外光譜（FT-IR）、核磁共振（NMR）等檢測手段，對木薯皮的化學成分進行了初步分析。

2.2.1 樣品制備

2.2.1.1 超臨界CO2萃取物[5]

木薯皮粉3.5 g，萃取條件為：萃取壓力50 MPa，萃取溫度55 ℃，萃取時間2 h，CO2流速1.5 mL/min。

2.2.1.2 超臨界CO2夾帶50%的無水乙醇萃取物

木薯皮粉3.5 g，萃取條件為：萃取壓力50 MPa，萃取溫度55℃，萃取時間2 h，CO2夾帶50%的無水乙醇，流速1.5 mL/min。

2.2.1.3 95%乙醇（95%）浸提物氯仿萃取部位

木薯皮粉50g，先用95%乙醇常溫浸提8h，浸提3次，合并浸提液，并減壓濃縮，再將濃縮物用蒸餾水溶解，最后用氯仿溶劑萃取后濃縮得到檢測樣品。

2.2.1.4 未知晶體

在超臨界CO2夾帶50%的無水乙醇萃取物濃縮的過程中析出一種白色方晶。

2.2.2 樣品分析條件

GC-EI-MS分析：氣相條件為毛細管色譜柱TR-5（30 m×0.25 mm×0.25μm）；進樣口溫度：250℃；不分流進樣，溶劑為氯仿（色譜級），進樣量1 μL，載氣流量：恒流1 mL/min；

質(zhì)譜條件：EI源溫：250℃，接口溫度280℃，質(zhì)量掃描范圍40-650，溶劑延遲時間3 min。

紅外光譜（FT－IR）條件[6]:分辨率：4 cm-1；掃描次數(shù)20；光譜范圍：4000 cm-1～400 cm-1；

核磁共振（NMR）條件：600 MHz，溶劑為氘代二甲基亞砜（DMSO-D6）。由北京清華大學化學系分析中心核磁共振實驗室完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 礦物質(zhì)及有害重金屬含量

通過等離子體-原子發(fā)射光譜（ICP-OES）測定木薯皮礦物質(zhì)及有害金屬含量的結(jié)果詳見表1?？梢钥闯?，木薯皮中大量元素有K、Na、Ca、Mg、P、S，其中K含量最高，為1453.29 mg/100 g干重；Ca含量次之，為898.23 mg/100 g干重；Na含量最低為26.26 mg/100 g干重，Na含量較K含量低很多，Na/K比例小，約為1∶55，從植物生理學角度看，木薯皮的“高鉀低鈉”特點說明木薯適合在高鈉鹽土壤（鹽堿地）生長，并且抗逆能力較強。因為適當提高鉀含量能促使作物較好地利用氮，增加蛋白質(zhì)的含量，并能促進糖分和淀粉的生成；可以增強產(chǎn)品抗碰傷和自然腐爛能力，延長貯運期限；可以提高作物抗逆性，如抗旱、抗寒、抗倒伏、抗病蟲害侵襲的能力。

表 1 木薯皮礦物質(zhì)及有害金屬含量Table 1 The average content of minerals and harmful heavy metals of Cassava peel

木薯皮中微量元素Ni含量最高，為87.22 mg/kg干重，Se含量為6.98 mg/kg干重，僅次于Ni。此外Co含量也偏高，為4.67 mg/kg干重。木薯皮中Ni含量較高可能與其生長的土壤本身Ni含量有關(guān)，根據(jù)文獻[7]“海南省地處熱帶地區(qū),土壤鎳含量為0.74 mg/kg～178.31 mg/kg，平均20.32 mg/kg，海南土壤鎳含量的地理分異是自北而南,自東向西呈減少現(xiàn)象,山地土壤自基帶到黃壤帶呈增加的傾向。”

3.2 木薯皮化學成分檢測分析結(jié)果

3.2.1 超臨界CO2萃取物檢測結(jié)果

超臨界CO2萃取物檢測結(jié)果，見圖1。

木薯皮超臨界CO2萃取物中共檢測出30種化合物，通過自動質(zhì)譜去卷積定性系統(tǒng)（AMDIS）解決雜質(zhì)干擾問題，并檢索NIST2005譜庫定性，最后鑒定出9種檢索匹配度（PRO）大于90%的化合物，檢測結(jié)果詳見表2。

其中包括1種烷烴類化合物（十三烷）；1種有機酸（丁基乙醛酸）；2個含N化合物（N，N＇－羰基二咪唑、亞硝酸異戊酯）；2個酮類化合物[2，6雙（叔）－2，5－環(huán)己二烯-1,4-二酮、2，2-二甲基-3-己酮]；1個酯類化合物（己二酸，二己酯）；2個酚類化合物[2，2＇－亞甲基雙－（4－甲基－6－叔丁基苯酚）、己基間苯二酚]。

其中1，1-羰基二咪唑，是一種重要的醫(yī)藥中間體，廣泛用做酶和蛋白質(zhì)黏合劑，抗生素類合成藥物中間體，咪唑類農(nóng)藥，特別適于作合成多肽化合物的鍵合劑使用；2，2＇－亞甲基雙－（4－甲基－6－叔丁基苯酚），是一種通用酚類抗氧劑，對氧、熱引起的老化和日光造成的龜裂有防護性能。廣泛用于天然橡膠、合成橡膠、膠乳及其他多種合成材料和石油制品中作抗氧劑；亞硝酸異戊酯，作為一種藥物，是作用最快的亞硝酸酯類短效血管擴張劑，還用作氫氰酸及其鹽類中毒的解毒劑。也用作合成香料、重氮化物的溶劑及氧化劑以及制取亞硝基化合物及重氮鹽的試劑。

表 2 木薯皮超臨界提取物化學成分Table 2 The chemical composition of supercritical carbon dioxide extraction of Cassava peel

3.2.2 超臨界CO2夾帶50%乙醇萃取物檢測結(jié)果

超臨界CO2夾帶50%乙醇萃取物檢測結(jié)果，見圖2。

從木薯皮超臨界CO2萃取物中共檢測出25種化合物，通過自動質(zhì)譜去卷積定性系統(tǒng)（AMDIS）解決雜質(zhì)干擾問題，并檢索NIST2005譜庫定性，最后鑒定出6種檢索匹配度（PRO）大于90%的化合物，檢測結(jié)果詳見表3。

其中酮類化合物有2種[2，6雙（叔）－2，5－環(huán)己二烯－1，4－二酮、2，2－二甲基－ 3－己酮]；醇類化合物有1種（二丙酮醇）；含氮化合物2種（3，5－二氨基－1，2，4－三唑、2－硝基丙烷）；酚類化合物1種（己基間苯二酚）。

表 3 超臨界夾帶50%乙醇提取物化學成分Table 3 The chemical composition of supercritical CO2carrying 50%ethanol extraction of the Cassava peel

3.2.3 乙醇（95%）浸提物氯仿萃取部位成分檢測結(jié)果

乙醇（95%）浸提物氯仿萃取部位成分檢測結(jié)果，見圖3。

從木薯皮超臨界CO2萃取物中共檢測出25種化合物，通過自動質(zhì)譜去卷積定性系統(tǒng)（AMDIS）解決雜質(zhì)干擾問題，并檢索NIST2005譜庫定性，最后鑒定出9種檢索匹配度（PRO）大于90%的化合物，檢測結(jié)果詳見表4。

其中具有藥用價值的化合物有：2種香豆素類化合物（7-氨基-3-苯基香豆素、東莨菪內(nèi)酯）；1種甾體類化合物（β-谷甾醇）；一種酮類化合物（乙酰愈創(chuàng)木酮）。

其中東莨菪內(nèi)酯具有祛風、抗炎、止痛、祛痰作用；β-谷甾醇具有降血脂、抗癌、抗炎癥等作用。乙酰愈創(chuàng)木酮，別名叫乙酰香草酮、香草酮、羅布麻寧等，藥理實驗證明，對家兔有利膽作用。對大鼠子宮有收縮作用，對蛙心有抑制作用，具有抗關(guān)節(jié)炎活性，可作為抗氧化劑。

3.2.4 未知晶體結(jié)構(gòu)鑒定

在用無水乙醇作夾帶劑的情況下，超臨界CO2萃取物用無水乙醇溶解，在50℃水浴中自然揮干的過程中，有白色方形晶體出現(xiàn)。通過紅外光譜分析并檢索譜庫，得出該晶體與蔗糖有97.4%的相似度，紅外譜圖見圖4。

為了進一步確認未知晶體化合物的結(jié)構(gòu)，又通過核磁共振（1H譜、13C譜）分析定性，核磁共振圖見圖5、圖6。

其中13C－NMR（600 MHz，DMSO－D6）δ：104.6（C－2′），92.2（C－1），83.1（C－3′），77.6（C－4′），74.8（C－5′），73.4（C－3），73.3（C－2），72.1（C－5），70.3（C－4），62.60（C－1′），62.62（C－6′），61.0（C－6），與參考文獻[8]數(shù)據(jù)基本一致，故未知晶體被確認為蔗糖。

表 4 95%乙醇提取物的氯仿萃取部位化學成分Table 4 The chemical composition of chloroform extraction of 95%ethanol extraction of Cassava peel

4 結(jié)論及展望

木薯皮中主要的礦物質(zhì)元素K、Na、Ca，其中K含量最高，Ca含量次之，Na含量位居第三。木薯皮中微量元素Ni含量最高，可能與其生長土壤有關(guān)。

利用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用技術(shù)檢測木薯皮化學成分，通過自動質(zhì)譜去卷積定性系統(tǒng)（AMDIS）解決雜質(zhì)干擾問題，并檢索NIST2005譜庫定性，其中檢索匹配度（PRO）大于90%的化合物中利用價值較大的主要有：7-氨基-3-苯基香豆素、東莨菪內(nèi)酯、β-谷甾醇、乙酰愈創(chuàng)木酮、N,N'-羰基二咪唑、亞硝酸異戊酯。

本文首次對木薯皮中的的化學成分做了初步定性分析，定量分析將在以后的研究過程中完成。在此次研究的過程中發(fā)現(xiàn)匹配度（PRO）60%～90%之間的化合物中還含有多種生物堿、香豆素等重要的活性物質(zhì)。所以今后要對木薯皮的化學成分做進一步的分離純化以及相關(guān)的活性實驗，以期不斷完善對木薯皮的化學成分及生理活性的研究。

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The Minerals and Chemical Composition of the Spectrum Analysis of the Tegumen of Cassava of Euphorbiaceae

CHEN Xiao-ming1，LI Kai-mian2，TAI Jian-xiang3，YE Jian-qiu2，LU Xiao-jing2，Lü Fei-jie3，*

（1.The College of Food Science＆ Nutritional Engineering of China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.Tropical Cropos Genetic Resources Institute of Chinese Academy of Tropical Academy of Agricultrual Sciences，Danzhou 571737，Hainan，China；3.The Crop Science Institute of the Chinese Academy of Agricultrual Sciences，Beijing 100081，China）

The types and content of minerals in the Cassava peel were researched by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer（ICP－OES）；different polar parts of cassava tegumen chemical composition were extracted throuth making use of Supercritical carbon dioxide and conventional extraction methods，and analysed by gas chromatography－massspectrometry（GC－MS），infrared spectroscopy，nuclear magnetic resonance（NMR）for the first time.The results showed that：Cassava peel mineral content is the highest K content of up to 1453.29 mg/100 g dry weight，Ca content in the second，Na content in third；Ni content of up to 87.22 mg/kg dry weight in the trace elements.7－Amino－3－phenylcoumarin and Chrysatropic acid are detected in the matching more than 90%of the chemical composition.Other important chemical ingredients were β －sitosterol，acetoguaiacone，1，1＇－Carbonyldiimidazole，Isoamyl nitrite，etc.The above chemical composition were found in the first time in cassava tegumen.

Euphorbiaceae；cassava peel；chemical components；ICP －OES；FT －IR；GC －MS；NMR；supercritical carbon dioxide

國家木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（編號:nycytx-17）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（nyhyzx07-013）

陳曉明（1977—），男（漢），在讀博士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物研究與開發(fā)。

*通信作者：呂飛杰（1943—），男（漢），研究員，博士生導師，研究方向：大宗農(nóng)產(chǎn)品加工及天然產(chǎn)物研究。

2011-04-17