全 文 ：第 7卷第 6期 过 程 工 程 学 报 Vol.7 No.6
2007年 12月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2007

收稿日期：2007−01−17，修回日期：2007−03−23
作者简介：李瑞(1982−)，女，河南省驻马店市人，硕士研究生，生物化工专业；赵兵，通讯联系人，E-mail: bzhao@home.ipe.ac.cn.
耐盐碱植物牛角瓜产能成分分析
李 瑞 1,2， 曾建立 1,2， 王晓东 1， 赵 兵 1， 王玉春 1
(1. 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100080；2. 中国科学院研究生院，北京 100049)
摘 要：对海南产耐盐碱植物牛角瓜(Calotropis gigantean)产能成分进行了较系统的研究. 采用气相色谱-质谱联用仪
(GC−MS)研究结果表明，牛角瓜汁液中含有 C7∼C44的烷烃，其中 C21烷烃含量最高，占总烷烃的 52.98%左右，C7∼C17
的烷烃占 10.28%左右，C29∼C44 的烷烃占 37.45%左右，汁液中总烷烃含量为 0.02%∼0.03%，整株中总烷烃含量为
0.01%∼0.015%. 按煤炭样品的国标分析检测方法检测牛角瓜灰分为 8.10%，挥发分含量为68.90%，热值为 17.93 MJ/kg，
碳氢含量总和达到 49.51%，高于已报道的印度白花牛角瓜的 46.22%，硫含量仅为 0.55%，综纤维素的含量以茎中最
高，皮中最低，牛角瓜皮含油脂量最髙，在全株中多糖和蛋白质含量都较高，而在汁液中则含量较低.
关键词：牛角瓜；烷烃；热值；皂化值
中图分类号：S59 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2007)06−1217−04
1 前 言
牛角瓜[Calotropis gigantea (L.) Dryand. ex Ait.f.]为
萝摩科牛角瓜属植物，又名断肠草、五狗卧花，是近年
来发现的有利用潜力的能源植物之一[1−3]，主要分布在
我国广东、广西、海南、四川、云南等地，及印度、印
度尼西亚、老挝、马来西亚、尼泊尔、巴基斯坦、斯里
兰卡、泰国、越南、非洲等干旱、半干旱及盐碱地区[4].
目前，对牛角瓜的相关研究仅见国外对白花牛角瓜
的报道. 白花牛角瓜汁液含有多种化学成分，可用来开
发液体燃料和有用化学品[5,6]. 以甲苯提取白花牛角瓜，
不同提取方法提取物得率为 8%∼18%，用红外光谱和核
磁谱等检测提取物含有烷烃，但未报道其含量[7,8]. 对印
度东北部产的白花牛角瓜(C. procera)研究表明，整株植
物中油脂的含量为 4.7%左右，热值与原煤接近[9].
我国牛角瓜(C. gigantean)主要生长在南方沿海海
滩，耐盐碱能力强，生长速度很快，可进行多次割茬收
获，生物量很大，有望作为能源植物被开发利用；而白
花牛角瓜主要分布在云南等地，其资源量较小，主要利
用其有效成分牛角瓜甙入药. 虽然牛角瓜作为能源植物
具有巨大潜力，但目前尚未见相关的研究报道. 本工作
研究了海南产耐盐碱牛角瓜(C. gigantean)的产能成分，
包括烷烃类物质、油脂含量、元素及热值等，以期为其
利用提供依据.
2 实 验
2.1 实验材料及试剂
实验材料：新鲜牛角瓜全株，海南国翔生物技术公
司提供，10月份采于海南西部海滩.
试剂：正己烷(n-Hexane)，纯度≥99.99%，北京北
化精细化学品有限责任公司；丙酮(Actone)，纯度≥
99.5%，阿托兹精细化工有限公司；邻二甲苯，色谱纯，
天津精细化工有限公司；葡萄糖，分析纯，天津市化学
试剂一厂；牛血清蛋白，Sigma公司.
2.2 实验仪器
日本岛津 QP-2010 气相色谱−质谱(GC−MS)联用
仪，FID 检测器，DDS-11A 型电导仪(检测范围 0.02
µs/cm∼100 ms/cm)，752 紫外分光光度计，BP2215
(Sartorius)天平，GW-300B箱式电阻炉；101-2型电热鼓
风箱，ZCS-1智能测硫仪，BCH-1半自动碳氢测定仪，
SPCM-III智能数字单控量热仪.
2.3 新鲜样品的处理
将新鲜全株样品分成两部分，一部分自然条件下阴
干，另一部分用榨汁机榨汁，对汁液进行密封保存，将
所得残渣自然晾干.
2.4 分析检测
2.4.1 烷烃成分及含量测定
样品制备：取新鲜的牛角瓜植株 1000 g，用榨汁机
压榨，收集汁液 530 mL. 精确取 15.0 mL汁液，向其中
加入 5.0 mL正己烷，超声波辅助萃取 5 min，静置 10 min
后，取上层正己烷相，重复此操作 3次. 合并 3次的正
己烷溶液，浓缩至 2.5 mL. 取 1.0 mL浓缩液，加入内标
物邻二甲苯 0.1 g，进行检测.
检测条件：色谱柱 DB-5ms，30 m×0.25 mm，程序
升温，50℃保温 2 min，以 20℃/min升至 250℃，保温
20 min，分流比 20:1；质谱条件：离子源温度 250℃，
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电子能量 70 eV，扫描范围(质荷比，m/z) 20∼600.
2.4.2 皂化值测定
取适量粉末样品[过 80目(180 µm)筛]，用丙酮进行
索氏提取，液固质量比 10:1，提取温度 78℃，提取时
间 36 h，105∼110℃烘 2 h. 按 GB 9104.2-88进行测定.
2.4.3 综纤维素、木质素含量的测定
综纤维素、木质素含量的测定参见文献[10,11].
2.4.4 汁液中多糖测定
多糖含量测定采用苯酚−硫酸法[12]，对应标准曲线
为 y=0.0072+0.9463x，其中 y 为对应的多糖浓度，x 为
紫外吸收值，相关因子为 0.9963. 样品采用脱脂−去蛋白
处理后[12]，同样方法检测.
2.4.5 蛋白质含量测定
蛋白质含量测定用考马斯亮蓝 G-250 染色法
(YY-SW-DB-0091)[13,14]，对应的标准曲线是 y=0.0020+
0.2517x，其中 y为对应的蛋白质浓度，x为紫外吸收值，
相关因子为 0.9967.
2.4.6 工业分析、元素及热值分析
取自然晾干的整个植株粉碎，粉碎后全部过 80 目
(180 µm)筛，封存备测. 工业分析、热值检测、全硫检
测、元素分析分别参照煤样品检测国标 GB/T212-1991,
GB/T213-1996, GB/T214-1996, GB/T476-1991进行.
3 结果与讨论
3.1 植物含水率及汁液物性
3.1.1 植株含水率
取新鲜样品，先于 105℃[15]下烘 20 min，然后在
50℃下烘至质量恒定，测得含水率如表 1所示. 显然，
叶含水率最髙，其次分别是全株、茎和皮. 牛角瓜各部
位含水率的高低直接影响原料处理方法的选择和原料
的用途. 需要用来榨取汁液的原料可选择叶等含水率髙
的部分，皮和茎作为它用. 在同等室温条件下，对样品
的各部分进行阴干处理时，叶较易干燥，其次为皮，最
后为全株和茎. 在以牛角瓜作为燃料时，如果需对其进
行干燥处理，可根据此研究结果选择不同的处理方式，
以节省原料、处理时间和成本.
表 1 植株含水率
Table 1 Water content of plant
Item Whole plant Leaf Steam Bark
C. gigantean (g) 1180 190 490 187.5
Dry weight (g) 122.66 12.62 59.96 36.43
Water content (%) 89.61 93.36 87.76 80.57
3.1.2 汁液物性
新鲜汁液是用榨汁机直接压榨新鲜植物所得，放置
汁液是新鲜汁液在不添加任何防腐剂、5℃下密封放置
3个月的样品. 放置汁液与新鲜汁液相比(见表 2)，颜色
明显加重，刺激性气味增强，pH 值和电导率均有所增
加，且汁液中出现了沉淀，这些变化说明植物汁液在长
期放置过程中发生了性状及性质的变化. 由于牛角瓜汁
液中含有多糖、烷烃和蛋白质等物质，为防止汁液在放
置过程中发生腐变，保存过程中需考虑防腐等问题[16].
3.2 烷烃组成及含量
牛角瓜汁液中含丰富的烷烃[3]，但至今未见相关检
测数据. 本研究采用GC−MS对 10月份采于海南的牛角
瓜新鲜汁液中的烷烃进行了分析，结果见图 1和表 3.
表 2 新鲜汁液和放置汁液物理性质对比
Table 2 Comparison of physical characters for fresh juice and 3-month juice
Item pH Conductance (S/cm) Colour Modality Transparency Smell
3-month juice 4.23 9 100 Dark gray Deposition Translucent Irritative
Fresh juice 4.17 6 900 Deep green None Opacity None





图 1 汁液中烷烃气相色谱图
Fig.1 GC spectrum of hydrocarbons in the juice of
Calotropis gigantean
表 3 汁液中烷烃组分 GC-MS 分析结果
Table 3 GC-MS analysis results of hydrocarbon
constitutes in the juice of C. gigantea
Peak
No.
Molecular
formula
Reservation
time (min)
Proportion in total amount
of hydrocarbons (%)
1 C7H16 2.600 2.12
2 C9H20 4.017 1.04
3 C12H26 8.117 2.40
4 C14H30 11.733 2.49
5 C17H36 14.767 2.23
6 C21H44 23.838 1.99
7 C21H44 24.250 5.61
8 C21H44 25.083 10.03
9 C21H44 25.950 12.49
10 C21H44 26.900 12.07
11 C21H44 27.983 10.79
12 C29H60 29.233 10.54
13 C36H74 30.717 9.91
14 C44H90 32.517 7.48
15 C44H90 34.683 5.26
16 C36H74 73.350 4.26
0 10 20 30 40
16
15
14
13
12
11
109
8
7
654
3
2
1In
te
ns
ity
(p
A
)
Time (min)
第 6期 李瑞等：耐盐碱植物牛角瓜产能成分分析 1219
取新鲜植株 1610 g，榨出汁液 850 mL，汁液的密
度为 1.02 g/mL. 经国家质谱中心和生化工程国家重点
实验室检测，牛角瓜汁液中含有 C7∼C44的直链饱和烷
烃，其中 C21烷烃含量最高，占总烷烃的 52.98%左右，
C7∼C17 的烷烃占 10.28%左右，C29∼C44 的烷烃占
37.45%左右. 由汁液中不同烷烃含量进一步计算得到
牛角瓜汁液中总烷烃含量在 0.02%∼0.03%，整株中总烷
烃含量在 0.01%∼0.015%.
3.3 各部分皂化值
皂化值用来表征样品中油脂量的多少. 皂化值大，
样品中所含油脂量多；皂化值小，样品中油脂少. 表 4
列出了植株各部分皂化值，数据显示，牛角瓜植株中皮
的皂化值较高，茎、全株和新榨取汁液的皂化值依次降
低，这说明皮中含油脂量较大. 以油酸为标准，对各样
品对应皂化值进行含量折算，皮为 4.92%，其次是茎和
全株.
表 4 植株各部分皂化值
Table 4 Saponification value in each part of C. gigantea
Item Whole plant Squeezed plant Stem Bark Leaf Fresh juice 3-month juice
Saponification value 77.47 31.12 82.88 97.66 69.73 66.49 14.56
Fatty acid (%, oleic acid) 3.90 1.57 4.17 4.92 3.51 3.35 0.73

3.4 综纤维素及木质素
综纤维素是指植物纤维原料中全部纤维素和半纤
维素，也即碳水化合物总量[17]. 对比表 5中全株植物、
茎、皮、叶、瓜中的综纤维素含量，以茎中含量最高，
皮中最低. 牛角瓜植株中的纤维是目前发现的质量较好
的野生纤维，可以代替棉花供混纺用[2].
表 5 纤维素、半纤维素、木质素分析结果比较
Table 5 Comparision of analysis results of
cellulose, hemicellulose and lingin
Item Whole plant Stem Bark Leaf Fruit
Cellulose (%) 2.46 5.50 2.50 0.87 1.00
Hemicellulose (%) 19.50 45.35 15.52 35.04 32.97
Lingin (%) 22.08 40.00 23.36 10.00 32.00
3.5 汁液中多糖及蛋白质含量
汁液中多糖和蛋白质含量的检测结果如表 6 所示.
在全株中多糖和蛋白质含量都较高，而在汁液中则含量
较低. 牛角瓜中多糖和蛋白质的作用之一就是作为表面
活性剂来保持乳状汁液的稳定性，这也为转基因技术用
于提高汁液中的烷烃等有效成分含量提供了可能性. 初
步的实验结果亦表明，烷烃在牛角瓜新鲜汁液中的溶解
浓度是本工作中检测到的新鲜汁液中浓度的 100 倍以
上，相关实验结果将另文发表.
表 6 植株各部分多糖和蛋白质测定结果
Table 6 Analysis results of polysaccharide and
protein in each part of C. gigantea
Item
Whole plant
(mg/g)
Fresh juice
(mg/mL)
3-month juice
(mg/mL)
Polysaccharide 171.63 13.74 15.16
Protein 118.80 2.34 0.78
3.6 工业分析、元素分析及热值检测
3.6.1 工业分析
工业分析是在煤样品分析检测中对包括样品的湿
度、灰分、挥发分等检测的统称. 在本实验中，由中国
煤炭科学研究院采用煤样分析中的工业分析方法和设
备对牛角瓜样品进行了分析检测. 表 7中对牛角瓜样品
分析结果和不同产地的煤进行了比较.
表 7 牛角瓜和煤工业分析结果比较
Table 7 The comparision of industrial analysis results
between C. gigantea and coals (%)
C. gigantea Coal[18]
Item Air dried
basis
Dried
basis
Pingdingshan Datong Panzhihua
Moisture 5.91 － 1.28 1.48 2.04
Ash 8.12 8.63 79.79 61.90 76.64
Volatile
matter
68.82 73.14 8.45 17.92 10.25
以与空气湿度达到平衡状态(即空气干燥基)和假定
完全干燥(即干燥基)2 个标准对牛角瓜进行了衡量. 同
煤进行比较时，采用空气干燥基为标准. 牛角瓜在空气
干燥基中的含水率高于不同产地的 3种煤. 煤的灰分含
量一般在 60%∼80%之间，而牛角瓜样品的灰分含量则
低于 9%；牛角瓜的挥发分含量在 68%以上，煤的挥发
分含量则低于 20%. 若作为固体然料，牛角瓜灰分仅为
一般煤的 1/7，同时，牛角瓜植物中的挥发分含量是一
般煤的 3倍以上，这是牛角瓜灰分低的主要原因.
3.6.2 元素分析
对牛角瓜中的碳、氢、氮、硫等元素的分析结果如
表 8所示. 碳氢含量总和达到 49.51%，高于印度白花牛
角瓜中碳氢含量(46.22%)[9]. 而煤中的硫以有机硫、无机
硫和元素硫 3种形式存在. 从低阶褐煤到中阶烟煤，有
机硫的含量为 0.80%∼3.2%[19]. 显然，牛角瓜中硫含量远
低于煤，且牛角瓜具有可再生和生物量大的特点，如果
表 8 元素分析结果比较
Table 8 Comparison of elemental analysis results (%)
Item Carbon Hydrogen Nitrogen Total sulfur
C. procera[9] 40.03 6.19 2.06 －
C. gigantea 44.07 5.44 2.86 0.55
1220 过 程 工 程 学 报 第 7卷

用作固体燃料替代化石煤燃料，将有利于显著减少残渣
和硫氧类污染物对环境的污染.
3.6.3 热值分析
热值是衡量生物质能源的一个重要指标，它与组成
生物质的化学成分及数量有关[20]. 经分析检测，海南牛
角瓜全株的热值是 17.93 MJ/kg.
4 结 论
通过对耐盐碱能源植物牛角瓜的系统研究，得出如
下结论：
(1) 牛角瓜汁液中含有 C7∼C44烷烃，其中 C21烷
烃含量最高，占总烷烃的 52.98%左右，C7∼C17烷烃占
10.28%左右，C29∼C44 烷烃占 37.45%左右，汁液中总
烷烃含量在 0.02%∼0.03%，整株中总烷烃含量在
0.01%∼0.015%.
(2) 牛角瓜的灰分为一般煤的 1/7，挥发分含量是其
3倍以上，全株的热值达到 17.93 MJ/kg，碳氢含量总和
达到 49.51%，高于已报道的印度白花牛角瓜中的碳氢
含量(46.19%)，牛角瓜全株硫含量仅为 0.55%；综纤维
素的含量以茎中含量最高，皮中最低，牛角瓜皮和茎的
皂化值较高，以油酸计，皮含油量为 4.92%，在全株中
多糖和蛋白质含量都较高，而在汁液中则含量较低.
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Energy-produced Components in Calotropis gigantea
LI Rui1,2, ZENG Jian-li1,2, WANG Xiao-dong1, ZHAO Bing1, Wang Yu-chun1
(1. State Key Lab. Biochem. Eng., Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China;
2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: The energy-produced components in Calotropis gigantean, a plant growing in saline and alkaline land, have been
systematically investigated. According to the results from GC−MS analysis, there are alkyl hydrocarbons from C7H16 to C44H90 in the
plant juice. The content of C21H44 in the total alkyl hydrocarbons is the highest as 52.98%, the contents from C7H16 to C17H36 and from
C29H60 to C44H90 are 10.28% and 37.45% respectively. The content of total alkyl hydrocarbons is 0.02%∼0.03% in the juice and
0.01%∼0.015% in the entire plant. Based on the national standard examination of coals, for whole plant, the results show ash content
8.12%, the volatile matter 68.82%, gross calorific value 17.93 MJ/kg, sulfur content only 0.55%, the total content of carbon and hydrogen
49.51% which is higher than that of Calotropis procera reported. In the plant, total cellulose is the highest in the stem and lowest in the
bark, the saponification values of the bark is the highest, the contents of polysaccharide and protein are higher than those of juice.
Key words: Calotropis gigantean; alkyl hydrocarbons; gross calorific value; saponification value