全 文 ：辣木（Moringa oleifera）为多年生木本植物，原产
于印度西北部的亚喜马拉雅山地区。辣木种子含有净
水活性很高的蛋白质，这种净水蛋白具有天然、无毒、
无副作用、易于降解等特点，非常有希望成为化学净
水剂的替代品用来净化饮用水和用于污水的处理。
在过去的 20多年中，国外有许多关于辣木种子
净水的研究报道，但是，国内目前在这方面的研究还
未见报到。本文综述国外有关辣木种子净水的研究进
展，以便引起国内有关学者对天然净水剂的关注。
1 辣木种子的净水活性
辣木种子用于饮用水的净化已有悠久的历史。
例如，苏丹国尼罗河沿岸的一些村庄很早就用辣木
净化饮用水，那里的村民将辣木叫作 “Shagara al
Rauwaq”，意为净化水的树木[1]。辣木的种子未成熟
时就可以食用，但如果要将辣木种子用于饮用水的
净化，那就要让种子充分成熟、干燥后收获。净水时，
将辣木种子剥壳、粉碎、过筛、加水、充分搅拌，上清
夜就可直接用来净化饮用水[2]。
现在有许多辣木净水的实验研究[3-5]，辣木种子
粉末的水提液能够显著地降低水中泥沙和细菌的含
量 [6-8]。辣木种子水粗提液对高浊度的水很有效，对
低浊度的水净水效果却要差些[9]，原因在于其粗体
液中含有非净水活性成分。针对这个问题，有人纯化
了辣木种子的净水活性成分，纯化后的活性成分其
净水活性提高了 34倍[10]。
在非洲马拉维的一个中试试验中[11]，辣木种子
粉末与水按 1：24的比例配制成乳浊液、过筛（300
mm），滤液用于自然河水的净化，该河水在枯水期
到旺水期的浊度变化很大。结果该滤液的净水效果
非常好，使浊度为 15±5600 NTU的河水净化到浊度
5 NTU以下，达到世界卫生组织所定饮用水的净化
标准。使用接触式絮凝过滤净水装置，以辣木种子
滤液为净水剂，即使辣木净水滤液的剂量小于 25
mg·L-1时，净水效果也非常好，最终净水浊度达到 1
NTU以下。
辣木种子用于废水的处理时也表现出很好的效
果[12-14]。用它处理城市污水和棕榈油加工厂的废水时
（棕榈油厂的废水含有很多有机物，其生物需氧量、
化学需氧量、油脂含量均很高），净化之后的水，其
生物需氧量、化学需氧量、油脂含量均降低到理想的
水平。
辣木种子水提液还具有软化水的功能以及对水
的 pH的缓冲力[15]。它能很好地净化中、高碱性的地
辣木天然净水剂研究进展
张重权，马李一，王有琼，张燕平，段琼芬
（中国林科院资源昆虫研究所，云南 昆明 650224）
摘 要：辣木为多年生木本植物，原产于印度西北部的亚喜马拉雅山地区，现己成为非洲、阿拉伯、东南亚地区
的常见树种。其种子含有净水活性很高的净水蛋白。这种净水蛋白具有天然、无毒、无副作用、易于降解等特
点，非常有希望成为化学净水剂的替代品。最近 20 年来，国外已有许多辣木净水蛋白方面的研究，但国内这方
面的研究还未见报道。本文综述了最近 20 年来国外有关辣木净水蛋白的提取、分离、纯化、电荷特性、抗菌特
性、重组表达、净水机理等方面的研究进展，讨论了辣木蛋白作为天然净水剂的优点和不足，展望了辣木蛋白
作为天然净水剂的应用前景。
关键词：辣木；絮凝剂；天然净水剂；抗菌剂；絮凝
中图分类号：TU991.2；X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-3700(2009)02-009-05
收稿日期：2008-04-08
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（2006BAD18B04）和林业公益性行业科研专向项目（200704007）
作者简介：张重权（1971-），男，博士，研究方向为天然净水剂；联系电话：0871-3860021；E-mail：zhzhongquan@yahoo.com.cn
联系作者：段琼芬，博士；联系电话：0871-3860033；E-mail：qiongfend@163.com。
第 35卷 第 2期
2009 年 2 月
水处理技术
TECHNOLOGYOF WATER TREATMENT
Vol.35 No.2
Feb.,2009 9
下水[16]，能够有效地除去水中的农药残留如：对硫
磷、苯、甲苯、乙苯等[17-18]。除此之外，辣木种子用于饮
用水的净化还有杀菌消毒的作用[19]。
2 净水活性物质的提取、分离和纯化
最简便的提取净水活性成分的方法是：粉碎辣
木种子，将种子粉末与水配制成质量浓度为 3%～
6%的乳浊液，搅拌或剧烈摇动乳浊液，促进净水活
性物质溶入水中，然后静置，上清液就可直接用来净
水了。通过压榨或其他方法提取了辣木油的油枯，
也可以按上述方法方便地提取净水活性成分[12]。
需要说明的是，上述方法提取的净水活性成分，
因为含有其他水溶性的非净水活性成分，这些成分
大多为有机物，这种辣木种子的水提液用来净水时，
如果净化的水在常温下存放较长的时间，就会产生
颜色和其他气味[20]。因此，就有学者开始纯化净水活
性成分的研究[5，21]。
Ndabigengesere [5]提取、分离、纯化净水活性成
分的步骤为：辣木种子粉碎→加水并在家用搅拌机
中搅拌 30 min→依次用 Whatman No.42 滤纸和
0.45 μm尼龙膜过滤→6～8 kDa 和 12～14 kDa 膜
透析→30 kDa膜超滤→冷冻干燥→蒸馏水重溶→
80%～100% 硫酸铵溶液沉淀→0.45 μm 尼龙膜过
滤→蒸馏水重溶→羧甲基纤维素阳离子交换树脂纯
化（CM纤维素 C-50, 0.05 mol·L-1，pH 7.0 磷酸缓
冲液平衡，0～1 mol·L-1 NaCl溶液洗脱）→净水活
性蛋白。
Okuda等 [10]通过以下步骤对辣木净水活性成分
进行纯化：辣木种子 1 mol·L-1盐水提取液→过滤→
滤液经 12～14 kDa纤维素膜透析→冷丙酮脱脂→
脱脂物溶解于 0.1 mol·L-1 NH4Cl-NH3 溶液中（pH
10.5）→3 500 r·min-1离心 30 min→上清液经柱层
析（25 mm×30 mm，Amberlite IRA-900，0.1 mol·L-1、
pH 10.5 NH4Cl-NH3 溶液平衡，0.15～0.25 mol·L-1
NaCl溶液洗脱）→净水活性成分。通过这些步骤纯
化的净水活性成分，其净水活性比粗提液提高了 34
倍。需要指出的是，该方法纯化的净水活性成分为
非蛋白类物质。
Ghebremichael 等[22]以 95%乙醇提取辣木种子
中的油之后，油枯用蒸馏水或 0.5 mol·L-1盐水提取
其中的净水活性成分，然后用阳离子交换树脂纯化
（CM-Sepharose FF树脂，50 mmol·L-1 pH 7 醋酸铵
溶液平衡，0～1 mol·L-1醋酸铵溶液洗脱）。盐水和
蒸馏水的提取物经树脂柱纯化时都显示出三个蛋白
质峰(A、B、C)，其中代表蛋白质峰 B和 C的流份显
示出很好的净水活性。其中，盐水的提取物包含较大
比例的流份 C，该流份在树脂柱上的吸附性很好，用
较高浓度的醋酸铵溶液才能洗脱下来。进一步的研
究表明[22]，0.5～0.6 mol·L-1的 NaCl溶液可以先择性
的洗脱出高净水活性的馏分 C。这种现象说明，用离
子交换树脂纯化辣木种子的盐水提取液，先用 0.5
mol·L-1的 NaCl溶液洗脱，除去没有或净水活性较
低的成分，然后用 0.6 mol·L-1的 NaCl溶液一步洗
脱出高净水活性成分。与前面两种纯化方法相比，该
方法步骤少、易于放大为工厂化操作，经过纯化的净
水活性蛋白基本不含有其他非净水活性成分，克服
了水或盐水粗提物用于净水时的一些主要缺点。
3 净水活性成分不同提取、纯化方法的比较
不同的净水活性成分提取纯化方法，其不同点
在于：提取净水活性成分之前，辣木油是否提取过；
提取净水活性成分，用水还是盐水；纯化活性成分，
用盐析法还是离子交换法。
Ghebremichael等 [22]发现，提取净水活性成分之
前，辣木油提取过与否并不影响净水活性成分的提
取。这样，在实际应用中，特别是在较大规模的应用
中，可以先将辣木油提取出来，然后再进行净水活性
成分的提取。
经溶剂提油后的干燥辣木种子粉末加入 20～
30倍的盐水或蒸馏水，充分搅拌 30 min，过滤，滤液
为净水活性成分的粗提物。对该粗提物做净水活性
实验，结果表明，辣木种子的盐水提取物其净水效能
要明显高于相应的蒸馏水提取物[23-25]。Okuda等用高
岭土配制成一定浊度的水所做的实验证明，辣木种
子 1 mol·L-1 NaCl溶液提取液，其净水活性是蒸馏
水提取液的 7.4倍[10]。这种结果可能的解释为：在同
样情况下，盐水溶出的蛋白质总量大约为蒸馏水溶
出的蛋白质总量的 2倍，因为盐离子强度的增加促
进了蛋白质的溶解[26]。
Ghebremichael 等 [22] 用离子交换树脂（CM-
Sepharose FF，50 mmol·L-1 pH 7 醋酸铵溶液平衡，
0～1 mol·L-1醋酸铵溶液洗脱）对辣木净水活性成分
粗提物进行纯化，发现辣木种子盐水和蒸馏水的粗提
物中，被离子交换树脂吸附的蛋白质含量、洗脱出的
蛋白质净水活性和其它理化性质都很接近。
进一步的研究发现，辣木种子用水和用醋酸铵
水处理技术 第 35卷 第 2期10
缓冲液提取，其净水蛋白的含量和净水效能也很接
近[23]。
Okuda等 [10]以上文所述的方法对辣木净水活性
成分进行纯化（纤维素膜透析→冷丙酮脱酯→离
心→上清液柱层析），发现纤维素膜透析纯化可以
将盐水粗提液的净水活性提高为原来的 26倍，膜透
析纯化物再经柱层析纯化 （25 mm ×30 mm，
Amberlite IRA-900，0.1 mol·L-1、pH 10.5 NH4Cl-NH3
溶液平衡，0.15～0.25 mol·L-1 NaCl溶液洗脱），最后
的纯化物其净水活性提高为原来的 33.7倍。这样纯
化后的净水活性物质用于净水时不会增加水中的有
机物含量，对浊度低至 3.5 NTU的水也有很好的净
水效果。并且蒸馏水提取物纯化的活性物质与盐水
提取物纯化的活性物质不同，前者溶于去离子水，后
者却不溶；前者的分子量约为 12～14 kDa，后者约为
3 kDa；前者为蛋白质[20，27]，后者却是非蛋白类成分。
4 辣木净水活性蛋白的重组
现代分子生物学技术的发展，为辣木净水活性
蛋白的重组提供了条件。为了更全面地认识辣木净
水活性蛋白，人们利用基因工程的方法对其进行了
重组。
Gassenschmidt 等 [20]纯化并测定了辣木净水活
性多肽 MO2.1的氨基酸序列，建立了其 cDNA文
库，通过大肠杆菌 Escherichia coli 表达出该多肽[19]。
重组表达的多肽分子量大约为 6 kDa，能够使分散
在水中的高岭土微粒聚集，也能够絮凝格兰氏阳性
细菌和格兰氏阴性细菌。
利用多肽MO2.1的序列，Suarez合成了一段适
于该多肽在大肠杆菌中表达的基因序列并在 E. coli
ER2566中成功表达[28]。
5 净水活性成分的基本性质
最初的研究表明，辣木种子中的净水活性成分
为水溶性带阳性电荷的多肽，其分子量为 6～16
kDa，等电点为 10[5，27]。
Ndabigengesere [5]以上述方法纯化的净水活性
蛋白为带阳性电荷的二聚体，其分子量大约为 13
kDa，等电点在 10～11之间；在分解的情况下，其分
子量为 6.5 kDa。因此他们认为，辣木净水活性蛋白
是由两个分子量为 6.5 kDa的蛋白质亚基组成，两
个蛋白质亚基通过 S-S键连接。
Ghebremichael等 [22]用前文所述的离子交换树
脂纯化的净水活性蛋白为阳性蛋白，等电点大于
9.6，分子量小于 6.5 kDa，在 95℃下保温 5 h仍然保
持 80%左右的净水活性。
对辣木净水蛋白的表面活性和光谱研究表明，
辣木蛋白具有很好的表面活性[29]，在 343±2 nm处有
最大激发光谱[30]。
辣木净水蛋白中的一个多肽 MO2.1，包含 8个
（13.1%）带阳性电荷的氨基酸残基（7个精氨酸，1
个组氨基酸）、1个（1.6%）带阴性电荷的天门冬氨
酸残基和 14个（23%）谷氨酸残基，该多肽带正电，
等电点的理论值为 12.6[22]。
从盐水的粗体物中，Okuda等[10]通过盐析、冷丙
酮脱脂、离子交换等一系列方法纯化的一个净水活
性成分不含蛋白质、多糖和脂类成分，其最佳絮凝活
性 pH为 8或略高，分子量为 3 kDa，小于从蒸馏水
粗体物中纯化的净水活性成分。该活性成分对浊度
很低的水也具有很好的净水活性。
如上所述，不同的纯化方法所得到的絮凝活性
成份有可能不同，所以，笔者认为，在辣木种子中存
在蛋白类和非蛋白类絮凝活性成份。
6 辣木净水活性成分净水机理
对于辣木蛋白的净水机理，目前有不同的解释。
有人将其归结为电荷吸收和中和：带阳性电荷的辣
木蛋白能够与带阴性电荷的浑浊物微粒结合并中和
浑浊物微粒表面的部分电荷，使浑浊物微粒表面形
成电荷特性不同的区域，这样，在浑浊微粒运动碰撞
过程中，浑浊微粒就通过不同电荷特性的区域相互
结合而形成较大的絮凝颗粒[5，20]。也有解释说：辣木
的一种净水活性成分 MO2.1富含谷氨酸，谷氨酸之
间通过氢键形成的网状结构有利于浑浊微粒形成絮
凝颗粒[19]。
而对于辣木种子中分子量为 3 kDa的非蛋白净
水活性成分，Okuda等提出了另外一种絮凝机理：网
式絮凝[10]，即通过净水活性成分形成的网状结构网
住水中悬浮的颗粒[31]。在二价阳离子存在和适于絮
凝的 pH条件下，二价阳离子与净水活性成分带阴
性电荷的部位结合，二价阳离子同时与其它物质如
浑浊微粒结合，如此便可形成不溶性的网状结构。相
反，一价阳离子不能同时结合絮凝成分和浑浊微粒，
就不能形成上述网状结构，不能使浑浊微粒絮凝沉
淀。由此可见，其絮凝机理不可能是电荷中和[5]。
根据现有研究结果，我们初步认为，对于分子量
较小、带较多正电荷（等电点大于 10）的蛋白质类
张重权等，辣木天然净水剂研究进展 11
活性成分来说，其絮凝机理可能是吸附和电荷中和；
而对于非蛋白类活性成分的絮凝机理，网式絮凝可
能是更合理的解释。显然，更为确切的絮凝机理需
要进一步研究。
7 辣木天然净水剂的优点和不足
目前，铝盐是最为广泛应用的净水剂，但是铝盐
作为净水剂长期使用有以下缺点：可能人们的对健
康不利，比如引起老年痴呆症；铁盐和其他合成的高
分子净水剂也可以用来净水，但大规模应用成功的
例子较少；化学净水剂产生的废渣不好处理，易造成
环境污染；化学净水剂对于经济较落后的地区而言
经济上难以负担。
天然的辣木净水剂较化学净水剂有很多优点，
它无毒、可降解、对环境友好[7]，辣木种子作为天然
净水剂、辣木油用于食用都有多年的历史。辣木净
水剂对于所净化水的 pH及导电性没有影响 [32]，它
在较高的温度下也很稳定，净水过程中还能够除去
水中的微生物[28]，能够除去污水中的 Cd、Ni、Cr等重
金属离子 [33-34]。辣木净水后所产生的絮凝废物体积
仅为化学净水剂的三分之一，并且该絮凝废物可用
作肥料，不存在环境污染问题。辣木净水剂在经济
落后的地区相比化学净水剂更有经济、方便的优点。
人们栽种于房前屋后等空闲地的辣木不占用耕地，
种子成熟后易于收获，种子还可获得 25%的珍贵辣
木油，提取了净水剂的剩余物可当作动物的功能性
饲料添加剂等。
辣木种子用于净水的一个主要缺点是部分有机
物溶于所净化的水中[35]，所净化的水存放一定的时
间之后，溶于水中的有机物可产生颜色和气味；粗提
的辣木净水剂对较高浊度的水有效，但对低浊度的
水效果不够好[9]。
对于可溶性有机物溶于水中的问题，可以通过
较简单的方法来纯化辣木净水剂，纯化的净水剂对
低浊度的水，其净水效果相当好[22]。
8 天然辣木净水剂应用展望
饮用水的净化现在已经是一个全世界共同关注
的课题。在发展中国家，饮用水的质量通常得不到
保障；而在发达国家，长期应用化学净水剂，残留在
水中的化学物质可能损害健康，净水之后的残渣造
成的环境问题不容忽视。因此，天然净水剂以其成
本和环境友好的优势重新引起人们的重视。辣木净
水剂的一系列优点使其成为天然净水剂的首选。使
用辣木净水在世界上的一些地方具有很长的历史，
最近也有成功应用辣木作为净水剂的中试研究[36-37]，
但是要使辣木净水剂真正得到商业化的大规模应
用，还有一些问题需要研究解决，包括：辣木栽培、净
水剂的大规模纯化、净水设备的配套、天然净水剂产
品的生产和应用的规范化、标准化；系统的经济性品
估等相关多学科的综合研究；通过严格的毒理学研
究结果取得相关卫生主管部门的应用许可、市场开
发等工作。真正大规模应用之后，辣木的培育、种植、
辣木油、辣木净水剂等相关产品的深加工等，都会有
相当的经济效益，这反过来又会促进辣木产业的发
展，促进辣木净水剂的广泛应用。
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水处理技术 第 35卷 第 2期12
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ZHANG Zhong-quan，MA Li-yi，WANG You-qiong，ZHANG Yan-ping，DUAN Qiong-fen
(Research Institute of Resource Insects, Chinese Academy of Forestry, Kunming 650224, China)
Abstract: Moringa oleifera Lam. belongs to the family moringaceae. It was native to the Himalayan regions of India, and now grown in Africa, Arabia,
Southeast Asia, the Pacific Islands, the Caribbean Islands, and South America. Moringa oleifera is known for the seeds containing components with
compelling coagulant activity. As a natural, non-toxic, and degradable coagulant, it is a potential substitute of chemical flocculants. Few study on this
subject has been appeared in China. Advance of the study on the extraction and purification, general characteristics, anti-microbial effect, and recombi-
nant of the coagulant components was reviewed, the mechanism of moringa coagulant, as well as the advantages and disadvantages of moringa seeds as
natural coagulant were also addressed.
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