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102年1月(第247期)

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紫錐花栽培與功效成分簡介


臺中區農業改良場 陳裕星.蔡宜峰.陳鐶斌

一 . 認識紫錐花

  紫錐花又名紫錐菊、松果菊,英文名稱為 Purple coneflower ,是歐洲和北美洲家喻戶曉的保健植物之一, 原生地在北美地區,屬於菊科紫錐菊屬( Echinacea spp. )之多年生草本植物。本屬植物計有九個種( species ),其中 E. purpurea ( Li. ) Moench 、 E. angusifolia D.C. 及 E. pallida Nutt. 等三個種類的藥用成分活性被研究的較為透澈,另外六個種的利用並不普遍。本文以下內容將以紫錐菊(圖 1 )代表 E. purpurea ,以狹葉紫錐菊代表 E. angusifolia D.C. ,及以白花紫錐菊(圖 2 )代表 E. pallida Nutt. ,紫錐花則泛稱以上三種常用於保健用途的紫錐菊屬植物。

  紫錐菊的地理分布相當廣泛,北從溫帶加拿大的薩克屯郡到美國亞熱帶的路易安納州都是其原生地, 行政院農業委員會臺中區農業改良場(以下簡稱臺中場)民國 89 年引進紫錐花,於彰化大村臺中場及埔里分場栽培, 發現紫錐菊頗適合臺灣的氣候與土壤環境,生育良好,平地如於早春育苗移植田間,在五月即可開花,花期可延續 2 個月,可以作為誘蝶及美化景觀的作物(圖 3 )。

狹葉紫錐和白花紫錐的分布則主要侷限在溫帶地區,在臺灣試種的結果則發現在平地栽培時,難度過臺灣夏季的高溫。

二 . 紫錐花的栽培與收穫

(一)種子繁殖與育苗

  紫錐菊可用種子、根冠分株或根部繁殖,商業化栽培以種子繁殖最為簡單易行,也是目前最普遍運用的繁殖方法,惟紫錐菊為異花授粉作物,且種子在花器上的成熟期相當不一致,會影響種子的發芽率與發芽整齊度。同時,不同種之間,亦有差異。種子於播種前經層積處理( stratification )或滲調處理( priming ),能改善種子的發芽率及整齊度。在溫室內育苗再移植田間,是商業栽培常用的方法,有時亦可行田間直播方式,惟萌芽整齊度極差。 E. purpurea 的種子重量約 257,000 粒 / 公斤, E. angustifolia 約為 319,000 粒 / 公斤, 種子的千粒重介於 2.5-5 g 之間,充實之種子千粒重高於 4.0 g 。

  臺中場試種紫錐菊已可從栽植的紫錐菊收獲種子,發現種子的收穫期對種子的發芽率影響很大,因紫錐菊的種子從花的外圍向中心逐步成熟,如過早採收,則中心部種子的胚發育未完成,影響種子發芽率及整齊度至鉅。收獲期以種子生理成熟期最佳,即花器完全成熟植株乾枯之前為收獲適期。種子播種前先行風選,去除充實不良的種子,可獲 70-80% 的發芽率。 於苗圃育苗後可用臺中場自行研發的蔬菜移植機進行移植作業。

(二)紫錐菊的 栽培管理

  紫錐菊是耐旱、耐寒的植物,在北美原生地冬季低溫下,葉片自然枯萎,根莖在地面下成休眠狀態。臺灣因為低溫不若溫帶地區明顯,葉片雖會陸續老化,但也有葉片維持鮮綠繼續進行光合作用。然而入冬後老化的葉片較容易感染病害,經常可以發現白粉病危害,需要移除罹病葉片。

  紫錐花喜好排水良好的石灰質土壤,在北美原生地的土壤酸鹼值介於 6-8 之間,狹葉紫錐的自然生長區土壤通常含有豐富的石灰質。德國的專業紫錐菊栽培農戶在栽培過程通常會分次施用氮肥約每公頃 100-200 公斤,在定植時則施用 100 公斤磷肥與最多 250 公斤的鉀肥,依照臺中場肥料試驗後植體分析結果顯示,採收期紫錐菊植株中 氮:磷:鉀:鈣:鎂等要素吸收量比例約為 6 : 1 : 12 : 4 : 2 ,可見鉀肥相當的重要 。

  在美國,紫錐花以單行栽培,行距 30-40 公分,株距 30 公分,栽培密度為每平方公尺 8-11 株,紐西蘭的研究則建議每平方公尺 25 株的高密度栽培可以獲得最大產量,後者的密植方式如在臺灣實施,容易因通風不良及高溫發生病蟲害,因此並不建議。臺中場的研究則建議採高畦栽培以利排水,每畦種植兩列品字型栽培,植株間距 45 公分,每分地約種植 4,000 株。

  要達到理想的收穫量必須注意雜草防除,種子直播的另一個缺點就是種子發芽期長,不易與雜草競爭,在臺灣尚未有研究探討何種殺草劑可應用於紫錐花,如果不擬採用化學藥劑防除,抑草蓆的使用可以節省相當可觀的雜草防除工作,對未來的採收清洗作業也會很有幫助。

(三)收穫

  在溫帶地區入秋後日長明顯變短,溫度下降,植株葉片也開始轉色凋萎,因此紫錐花多於秋天收穫。臺灣的天氣雖然不若溫帶地區寒冷,但是紫錐花於秋冬也會陸續進入休眠狀態停止生長,葉片開始老化,此時葉片也更容易罹病而影響品質,因此要及時採收。採收地上部時,莖葉切到地面上約 5 公分處,之後葉片切碎到 5-10 公分大小,徹底清洗乾淨。紫錐花的根系以鬚根為主,較難處理,栽培前要選擇黏土粒子少的地區栽培,否則會帶來後續處理的困擾,根系大約占植株總重的 30-35% 。清洗前地上部殘餘的莖段盡量去掉,根切碎後徹底洗淨,再以 40-45 ℃ 溫度烘乾。 臺中場已累積超過 10 年的紫錐菊栽培管理經驗,這段期間紫錐菊在臺灣生長情形相當良好,雖然是有潛力的一種作物,但是農民在確認主要買主及其需求之前,切勿大規模種植。

(四)影響紫錐花品質的因素

  紫錐花因為品種差異與栽培季節的不同,其中的活性成分可能有極大的差異,例如指標成分菊苣酸的含量以紫錐菊最高,達 2.0-2.68% ,但是狹葉紫錐菊和白花紫錐菊僅含 0.02-0.49% 。另一種活性成分烷醯胺,在相同植株的不同部位也差異頗大,通常以種子的種皮最高,其次為根、莖、筒狀花、葉片和舌狀花。改良品種可以達到提升活性成分含量的目的,例如國外文獻報導,紫錐菊選育品種 ”Sorgogo” 的菊苣酸和烷醯胺比未選育之前分別提升了 50% 與 100% 。

  另外影響紫錐菊品質最重要的因素莫過於病蟲害,病蟲害也會影響到活性成分的含量,例如根腐病、黴漿病( mycoplasma )都會減少菊苣酸含量達 50% 以上。如果紫錐菊罹患根腐病而未發覺,不僅會影響周遭健康的植株,加工萃取之後也會影響到萃取液的安定性和風味,因此在材料收穫時即須嚴加控管。由於紫錐菊的主訴求在於其保健功效,消費者多會希望所購買到的產品具有有機驗證,有機栽培的紫錐菊因此價格也比慣行法栽培者為高,然而相對的在生產上也有風險,必須妥善的運用生物防治資材,特別是土壤連作時的根部障礙與土壤病害問題要特別留意加以排除。

三 . 紫錐花的機能性成分和功效

  紫錐花在歐美有長遠的使用歷史, 德國在 1950 年代展開對紫錐花化學成分廣泛的研究,很多植物化學成分都是首度從紫錐花的萃取物中分離純化而得,是極少數經過實驗證實可以調節免疫力的植物,目前在全球市面上有超過 800 種產品含有紫錐花成分。

  紫錐花具有機能性的成分包括酚酸、多醣體、烷醯胺、聚乙烯、醣蛋白等,其中酚酸、多醣體和烷醯胺是研究的重點,和調節免疫系統有很大的關聯性。酚酸類主要以咖啡酸衍生物為主,其中包括卡夫塔酸( caftaric acid )、菊苣酸( Cichoric acid )、綠櫞酸( Chlorogenic acid )及紫錐菊苷( Echinacoside )等,是類型相近的咖啡酸衍生物( Caffeic acid derivatives )如圖 4A~C 所示。

  在紫錐花植株中,酚酸的含量相當高,經過育種選拔後,在葉片中的總酚酸含量可以到達乾重的 5% 以上。過去研究證實,酚酸具有多重的生物活性,包括抗發炎、防止血栓形成、抑制腫瘤增生、抗氧化、清除自由基等,醫學界也發現增加酚酸的攝取量可以降低心血管疾病的併發及各種癌症的形成。

  在紫錐花中,酚酸成分以菊苣酸為主,近年來的研究發現,在流感病毒的細胞模式研究中,紫錐花的酚酸 可以結合流感病毒,抑制病毒進入細胞繁殖,達到預防病毒增殖複製的效果,以 HIV 病毒感染 Hela37 細胞株的研究也顯示了同樣的效果。除此之外,菊苣酸 對 巨噬細胞 RAW 264.7 細胞株也有抑制 iNOS 蛋白質表現的效果,可減少細胞產生一氧化氮( NO )以及減少後續的發炎反應。另一方面,菊苣酸也具有促進細胞分泌介白素 IL-4 和 IL-10 功能,可活化精胺酸酶和鳥胺酸酶,促進組織新生。

  從紫錐花也分離出相當多種的多醣體,這些多醣體的類型包括 rhamnogalacturonan ( RG-1 )、 arabinogalatan ( AG )、 glucuronoarabinoxylan 、以及果膠型多醣體( pectin-like polysaccharides )等,不同的部位如莖、葉片、榨汁中含有不同類型的多醣,被認為可以直接作用在免疫系統上。在一項逢機雙盲的人體試驗中曾顯示,服用由紫錐花分離純化的 a rabinogalactan 可以提高血液中補體破壞素( complement properdin ),效果優於由落葉松所萃取的同類型多醣體 。並且服用紫錐花產品的試驗者在健康調查量表( SF-36 )中,其健康狀況與活力優於對照的安慰劑組。

  近年來大多的研究則關注在 紫錐菊產品中的烷醯氨類( alkylamides, alkamides )成分,烷醯胺被發現可以結合活化人類細胞上的 CB2 受體( cannabinoid receptors ), CB2 受體廣泛表現在免疫系統和造血細胞,特別是脾臟和扁桃腺中的組織細胞上遍布 CB2 受體。脾臟是免疫系統的重要防線,含有 B 細胞、 T 細胞、樹突細胞、巨噬細胞及殺手細胞等,可以過濾血液中抗原,產生抗體,這樣的發現和傳統觀點認為紫錐菊可以提升免疫力的名聲不謀而合。

  我國中研院學者在 2008 年也發表了一篇相當重要的研究報告,研究中使用紫錐菊正丁醇萃取物作用在人類未成熟的樹突細胞( human immature dendritic cells, iDCs ) ,並以基因晶片分析細胞基因表現的情形。樹突細胞是免疫系統中最重要的抗原呈現細胞,在先天性免疫與適應性免疫中佔重要角色,當施用紫錐菊的正丁醇萃取物 4 小時之後,樹突細胞產生特異基因表現包括細胞激素 cytokines ( IL-8, IL-1βand IL-18 )以及化學激素 chemokines ( CXCL 2, CCL 5and CCL 2 ),施用菊苣酸也會提升樹突細胞中抗氧化還原酵素的表現,以及改變樹突細胞的細胞骨架,後者和樹突細胞的移動、抗原呈現有關連性。這篇研究報告在發表後短短半年就被下載超過 1,500 次,在歐美也引起廣大迴響,紛紛邀請中研院學者前往演講。

四 . 紫錐花產品在人體試驗的結果

  紫錐花產品因為在歐美已經風行一百多年,是少數具有功效且安全性高的藥用植物,也累積非常豐富的人體試驗資料。在一個大型分析中, Melchart ( 1994 )等人分析了 18 組有試驗控制的紫錐花免疫調節( immunomodulatory )的臨床試驗,在 18 個逢機試驗組內,有 16 組證實具有正向效果,顯示含有紫錐花萃取物的產品在臨床上確實具有正向的免疫調節效果。

  不僅是萃取物製成的錠劑或萃取液才有效果,紫錐菊以茶袋沖泡方式對於減緩感冒症狀可能也有效。 Lindenmuth 等曾進行大規模的試驗,探討紫錐菊茶飲對改善感冒症狀的效果,該臨床試驗以逢機雙盲方式進行針對 95 個個體,試驗項目包括喉嚨癢、流鼻水、發燒、出現感冒症狀的時間長短,實驗結果顯示不論在感冒症狀的嚴重程度,或是感冒天數,飲用紫錐花茶的組別都顯著的改善。

  澳洲學者在 2011 年也進行了一項有趣的研究,探討在長途旅行之前服用紫錐花錠劑對於預防上呼吸道感染症狀,這個試驗調查 175 位從澳洲飛到美洲、歐洲及非洲的旅客,以逢機、雙盲、安慰劑為控制組的試驗中,旅客在搭機前或同時先服用紫錐花錠劑或安慰劑,之後調查受測旅客上呼吸道感染情形或不適症狀,結果顯示事先服用紫錐花錠劑具有預防上呼吸道感染的功效,此研究處理差異的顯著性分析恰巧為邊界值( P=0.05 )。

  由於紫錐花產品種類非常多元化,包括液體類型如萃取劑、茶飲等,以及固體的膠囊、錠劑類型,大多數學者都同意液體劑型,不論是以酒精或茶的方式較有利於最大的吸收, Woelkart 等以人體臨床實驗證實,給予受測者相同劑量的酊劑或是錠劑,酊劑的吸收較為快速且完整,錠劑因為在消化道中崩解速度較慢,因此在血液中活性成分出現高峰較慢,但整體的吸收模式與效果在錠劑與液劑大致相同 。

五 . 結語

  在歐洲和北美,紫錐花的萃取物被政府認可適用於多種症狀,包括感冒、上呼吸道感染、尿道感染、促進傷口癒合等。在歐美可以購買到的產品種類包括紫錐茶、膠囊、錠劑、酊劑、噴劑等,純粹紫錐花產品的訴求主要為抗感冒、提升免疫力等,許多家庭常用品如牙膏、洗手乳、清潔抗菌液、外傷藥膏中也會添加紫錐花的成分。 從紫錐花純化物質作用在細胞與動物試驗的研究,證實了紫錐花中的菊苣酸、多醣體以及烷醯胺,可以在不同層次巧妙的協調免疫系統的作用,針對免疫系統中的巨噬細胞、樹突細胞等,可以促進吞噬作用、抗原呈現功能、提升細胞激素分泌,調降發炎因子生成、提高殺手細胞的數量與活性等。由於 紫錐花在歐美家庭已經相當普遍使用,因此衛生署於 2009 年核准紫錐花為「可供食品使用原料」,每日建議之食用限量為紫錐花萃取物 900 mg 。

  一般建議紫錐花產品應間歇性的服用,以達到提升免疫力的功效,而非持續的服用刺激免疫系統。要特別注意的是,有 自動免疫失調者、狼瘡症、連結組織失調、膠原纖維症、結核病等則不宜服用,紫錐花所含成分可能和上述病症的用藥產生拮抗作用,同時孕婦及一歲以下孩童禁止服用。最後必須注意的是紫錐花不能取代必須治療之藥物。因此,本文中之資料不鼓勵做為疾病發生之參考依據。若有相關之疾病發生,應先找尋醫療諮詢後,遵照醫生指示使用。

圖1 紫錐菊(Echinacea purpurea)

圖 1 紫錐菊( Echinacea purpurea

圖 2 白花紫錐菊( E. pallida )

圖 2 白花紫錐菊( E. pallida

圖 3 紫錐菊在田間盛開的情形

圖 3 紫錐菊在田間盛開的情形

A Chlorogenic acid 綠櫞酸

A. Chlorogenic acid 綠櫞酸

B. Cichoric acid 菊苣酸

B. Cichoric acid 菊苣酸

C. Echinacoside 紫錐菊苷

C. Echinacoside 紫錐菊苷

D. Dodeca-2 E ,4 E ,8 Z ,10 Z -tetraenoic acid isobutylamide

 

D. Dodeca-2 E ,4 E ,8 Z ,10 Z -tetraenoic acid isobutylamide

 

圖 4 紫錐菊中主要的活性成分,其中綠 櫞 酸、菊苣酸( cichoric acid )與紫錐菊苷( echinacoside )為酚類化合物,烷醯氨類化合物已發現超過 20 種,圖 D 為其中一種紫錐菊中主要烷醯氨成分的結構式

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