齊 季 熊 彪 張志翔 甄愛國 蒲發(fā)光

(北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院1，北京 100083)(湖北省英山縣林業(yè)局2，黃岡 438700)(安徽省天馬國家級自然保護(hù)區(qū)管理局3，六安 237300)

不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸組分多樣性分析

齊 季1熊 彪1張志翔1甄愛國2蒲發(fā)光3

(北京林業(yè)大學(xué)自然保護(hù)區(qū)學(xué)院1，北京 100083)(湖北省英山縣林業(yè)局2，黃岡 438700)(安徽省天馬國家級自然保護(hù)區(qū)管理局3，六安 237300)

為了解山胡椒果實(shí)在不同種源地間的脂肪酸組分差異及油脂品質(zhì)特點(diǎn)，在其自然分布區(qū)內(nèi)選取9個(gè)具代表性的群體，測定果實(shí)脂肪酸組分并進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，從各種源地果實(shí)中共檢測出14種脂肪酸，其中9種飽和脂肪酸，5種不飽和脂肪酸，且各脂肪酸在種源地間表現(xiàn)出不同的變異性和豐富度，棕櫚酸受地理-氣候因子影響最大，緯度對脂肪酸性狀影響范圍最廣，湖北英山1、湖北英山2山胡椒群體具備優(yōu)良的脂肪酸性狀，是生產(chǎn)生物柴油和食用油的較佳選擇。

山胡椒 脂肪酸 多樣性 生物柴油

山胡椒(LinderaglaucaBlume)又名牛筋樹、假死柴、油金條、野胡椒等，隸屬樟科(Lauraceae)山胡椒屬(LinderaThunb)，為落葉灌木或小喬木，廣布于我國秦嶺—淮河以南各省區(qū)[1]。有研究報(bào)道，其種子含油率可達(dá)39.2%，脂肪酸組成包括癸酸、月桂酸、硬脂酸、棕櫚酸、豆蔻酸和辛酸[2-5]，通過工藝加工可得到純度達(dá)98%以上的癸酸、月桂酸，是制造肥皂和潤滑油的重要原料[6]。周書來等[7]提出了山胡椒調(diào)味油的最優(yōu)工藝條件，劉立鼎等[8]利用山胡椒果實(shí)油脂合成金屬去污劑，取得了良好效果。以上研究大多局限在山胡椒分布的某一地區(qū)，著重于油脂開發(fā)利用，鮮有對不同種源果實(shí)脂肪酸組分多樣性分析的相關(guān)報(bào)道。此外，山胡椒作為高油脂含量樹種，被列為燃料油植物資源分布的第Ⅱ等級[9]，具備適應(yīng)性廣、資源豐富的特點(diǎn)，其生物柴油特性亟待挖掘。

本研究通過收集分布于9個(gè)種源地典型生境條件下的山胡椒果實(shí)，對其脂肪酸組分進(jìn)行多樣性分析，進(jìn)一步了解脂肪酸組分在種源間的差異及變異趨勢，同時(shí)依據(jù)各種源地果實(shí)脂肪酸組分特點(diǎn)初步開展油脂品質(zhì)評價(jià)研究，為篩選具備生物柴油特性的種質(zhì)提供參考依據(jù)，也為山胡椒的良種選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于山胡椒果實(shí)成熟期(2013年9～10月、2014年9～10月)，分別在河南雞公山、河南羅山、河南商城、河南桐柏、安徽金寨、湖北英山1(馬頭村)、湖北英山2(葉家山)、湖南望城、浙江臨安等9個(gè)種源地取樣，所選山胡椒種源均為當(dāng)?shù)仄鹪?、天然群體，結(jié)實(shí)情況為平年或大年。每個(gè)種源所選樣株數(shù)目在10株以上，混合取樣。樣株具備的條件是：優(yōu)勢木或亞優(yōu)勢木，生長正常，無明顯缺陷，無病蟲害或病蟲害較輕。為避免同一家系重復(fù)，2棵樣株距離在50 m以上。從樣株東、西、南、北4個(gè)方向，收集成熟果實(shí)。各種源地生態(tài)地理因子及立地氣候條件見表1。

1.2 脂肪酸測定方法

將收集到的各個(gè)種源地的山胡椒果實(shí)混合樣品分別置于105 ℃烘箱中烘干至恒重，并粉碎。參照GB/T 22223—2008水解提取-氣相色譜法[10]測定脂肪酸含量，進(jìn)行2次獨(dú)立測試，取平均值。由測定得到的每百克樣品中脂肪酸的含量，計(jì)算該脂肪酸占總脂肪酸含量的百分比，即為相對含量。C12～C20脂肪酸甲酯是生物柴油能源植物的篩選標(biāo)準(zhǔn)之一[11]，故研究中還統(tǒng)計(jì)了C11～C19脂肪酸的相對含量。

1.3 儀器及數(shù)據(jù)分析

研究采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)來評定不同種源地山胡椒脂肪酸性狀的變異程度，其計(jì)算參照孫儒泳等[12]介紹的方法；相關(guān)性分析采用SPSS 20.0軟件完成，其他數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Microsoft Excel 2003軟件完成。

表1 種源地的地理-氣候因子

試驗(yàn)中使用的主要儀器：日本島津GC-2010氣相色譜儀；HSX-600S電熱恒溫水箱；DHG-9023A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；OHAUS CP114電子天平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸組分

不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸組分測定結(jié)果見表2。從表2可以看出，山胡椒果實(shí)油脂中共檢測出14種脂肪酸，飽和脂肪酸9種，不飽和脂肪酸5種。其中，全部種源地果實(shí)中均含有羊蠟酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等9種脂肪酸，而其余5種脂肪酸僅在個(gè)別種源地果實(shí)中被檢測出來。

在河南桐柏、河南羅山、河南雞公山、河南商城、安徽金寨、湖南望城、浙江臨安等種源地內(nèi)，基本呈現(xiàn)出油酸相對含量最多，棕櫚酸、羊蠟酸、亞油酸、月桂酸相對含量中等，棕櫚油酸、硬脂酸、亞麻酸相對含量較少，肉豆蔻酸相對含量最低的趨勢。但與以上趨勢不同，湖北英山1、湖北英山2的山胡椒果實(shí)脂肪酸在短鏈飽和脂肪酸及油酸相對含量上與其余種源地存有一定差異。表現(xiàn)為兩者均未檢測出羊脂酸，而且羊蠟酸、月桂酸等短鏈飽和脂肪酸相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<5%)明顯低于其他種源地，油酸相對含量(>50%)明顯高于其他種源地。同樣的差異也體現(xiàn)在飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸以及C11～C19脂肪酸總量上。湖北英山1、湖北英山2不飽和脂肪酸相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到73.24%和68.01%，明顯高于飽和脂肪酸相對含量，這與其他種源地飽和脂肪酸相對含量較高的規(guī)律相反。此外，兩者的C11～C19脂肪酸總量均大于95%，也明顯高于其余種源地。

表2 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸組分相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化/%

注：“—”表示未檢測出。

2.2 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸變異特征

表3對不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸相對含量的平均值、最大值、最小值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，飽和脂肪酸中相對含量平均值最高的為棕櫚酸，其最大值出現(xiàn)在河南桐柏，最小值出現(xiàn)在湖南望城，變異系數(shù)為16.53%，性狀相對穩(wěn)定；其次為羊蠟酸，湖南望城的果實(shí)脂肪酸中羊蠟酸相對含量平均值最高，湖北英山1最低，極差較大，變異系數(shù)較高，性狀不穩(wěn)定。不飽和脂肪酸中相對含量平均值最高的為油酸，占不飽和脂肪酸總量的74.42%，變幅較大，極差達(dá)到34.00%，但其變異系數(shù)在所有脂肪酸變異系數(shù)中相對較小，說明各種源地的油酸性狀值離散程度較小，大都集中在均值附近，只有個(gè)別種源地油酸性狀值偏大；其次為亞油酸，相對含量平均值與油酸相差達(dá)25%以上，最大值來自湖北英山2，最小值為湖南望城，變異系數(shù)為22.20%，性狀相對穩(wěn)定。C11～C19脂肪酸總量平均值為80.55%，變幅為71.20%～97.91%，變異系數(shù)為12.22%，在所有脂肪酸性狀中其變異系數(shù)最小，說明C11～C19脂肪酸總量離散程度小，性狀穩(wěn)定。

表3 山胡椒果實(shí)脂肪酸相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本統(tǒng)計(jì)分析/%

2.3 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸多樣性指數(shù)比較

以山胡椒果實(shí)脂肪酸在各種源地的相對含量，計(jì)算脂肪酸性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，如表4所示。不同脂肪酸性狀的多樣性指數(shù)之間存在一定差異。15個(gè)脂肪酸性狀的平均多樣性指數(shù)為1.283，變化幅度為0.693～1.735。其中，肉豆寇酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞油酸、二十碳一烯酸、C11～C19脂肪酸總量等性狀的多樣性指數(shù)大于1.5，相對較高，說明以上性狀的性狀值在所劃分的級別中分布較為多樣，變異較為豐富，受環(huán)境及個(gè)體發(fā)育的差異影響較大。比較而言，其余脂肪酸性狀的多樣性指數(shù)較小，性狀相對保守。

表4 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸多樣性指數(shù)比較

2.4 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸與地理-氣候因子相關(guān)性分析

將各種源地山胡椒果實(shí)中均含有的9種脂肪酸、C11～C19脂肪酸總量與地理-氣候因子進(jìn)行相關(guān)性分析及顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表5。同時(shí)進(jìn)一步對相關(guān)性顯著的變量線性作圖可知，棕櫚酸與緯度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.849**)，表明隨著緯度的升高，棕櫚酸相對含量增大；棕櫚油酸與緯度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.690*)，與無霜期呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.689*)，說明棕櫚油酸隨著緯度升高而降低，無霜期的延長而增大；亞油酸與緯度、光照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r1=0.672*，r2=0.745*)，與年均溫、無霜期呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.689*，r2=-0.693*)，說明亞油酸在緯度高、光照時(shí)數(shù)長、年均溫低、無霜期短的種源，相對含量較高；亞麻酸僅與海拔呈正相關(guān)關(guān)系(r=0.686*)，表明隨著海拔升高，亞麻酸相對含量增大。

表5 山胡椒果實(shí)脂肪酸與地理-氣候因子的相關(guān)系數(shù)

注：*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸組分的變異分析

多數(shù)研究表明[2-5]，其脂肪酸組分以羊脂酸、羊蠟酸、月桂酸、硬脂酸、棕櫚酸、豆蔻酸、油酸以及亞油酸為主，而本研究結(jié)果中的十五碳酸、珠光脂酸、花生酸、二十碳一烯酸鮮見報(bào)道。比較變異系數(shù)和多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，同一脂肪酸性狀的變異系數(shù)與多樣性指數(shù)表現(xiàn)不完全一致，如棕櫚酸的多樣性指數(shù)(1.735)在所有性狀中最高，但其變異系數(shù)(CV=16.53%)較低；十五碳酸的多樣性指數(shù)(0.693)在所有性狀中最低，變異系數(shù)也相對較低；亞麻酸的變異系數(shù)(CV=53.63%)最大，但其多樣性指數(shù)(1.215)較?。籆11～C19脂肪酸總量的變異系數(shù)(CV=12.22%)最低，但其多樣性指數(shù)(1.523)偏高。以上表明變異系數(shù)和多樣性指數(shù)2個(gè)反映種質(zhì)間遺傳變異的指標(biāo)具有不同的內(nèi)涵。變異系數(shù)側(cè)重于性狀值在單位均值上的離散程度，而多樣性指數(shù)更側(cè)重于性狀值在所劃分級別中的豐富程度和均勻程度。這與武艷培[13]對于多樣性指數(shù)與變異系數(shù)的比較結(jié)果相同。

Sanders[14]、朱萬澤等[15]、侯新村等[16]、黃勇[17]分別報(bào)道了花生、油橄欖、黃連木、小果油茶等油料植物脂肪酸隨地理-氣候因子的變異情況，呈現(xiàn)出多樣的變異趨勢。本研究中所選擇的9個(gè)山胡椒群體，其地理位置從山胡椒在我國分布的北界逐漸向南擴(kuò)展，基本涵蓋了暖溫帶、亞熱帶氣候類型，囊括了溝谷、山脊、林緣以及路邊坡地等典型生境條件，海拔高度在196.9～970.7 m之間，年降水量在1 118.7～1 630.0 mm之間，1月均溫在1.8～9.6 ℃之間，7月均溫在18.8～30.0 ℃之間。諸上地理氣候條件的差異，應(yīng)會導(dǎo)致物種在相關(guān)性狀上做出對生存環(huán)境一定程度的適應(yīng)性變異。試驗(yàn)結(jié)果也表明，棕櫚酸受地理-氣候因子影響最強(qiáng)，與緯度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；亞油酸與緯度、年均溫、無霜期、光照時(shí)數(shù)等多種地理-氣候因子相關(guān)性顯著；棕櫚油酸與緯度、無霜期，亞麻酸與海拔，也都表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。由此也不難看出，緯度是所有地理-氣候因子中，對山胡椒果實(shí)脂肪酸性狀影響最廣的。

3.2 不同種源山胡椒果實(shí)油脂品質(zhì)評價(jià)

與核桃[18]、花生[19]、大豆[20]等傳統(tǒng)植物的可食用油脂比較，山胡椒果實(shí)脂肪酸的差異主要在于較高的飽和脂肪酸含量。中國營養(yǎng)學(xué)會提出人體脂肪酸攝入的推薦比例：飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的質(zhì)量比是1∶1∶1，多不飽和脂肪酸中n-6與n-3的比是4～6∶1[21]。單一天然油脂的脂肪酸難以符合上述比例，必須合理搭配各種油脂以滿足機(jī)體健康的需要[22]。所以，建議山胡椒油與富含不飽和脂肪酸的大豆油、花生油、核桃油等調(diào)和使用。一方面山胡椒油可以彌補(bǔ)這類油脂在飽和脂肪酸比例上的不足；另一方面，適量攝入飽和脂肪酸會促進(jìn)脂肪代謝，還可為人體提供能量來源[23-24]。此外，山胡椒果實(shí)脂肪酸中亞油酸與亞麻酸比例基本滿足人體對于多不飽和脂肪酸中n-6與n-3比值的要求，進(jìn)一步證明山胡椒油脂作為食用油調(diào)和成分的可行性。

王利兵等[25]提出，能源樹種脂肪酸不飽和度低于133.13，其生物柴油產(chǎn)品的十六烷值和碘值可達(dá)標(biāo)；脂肪酸飽和碳鏈長度因子小于8.41和2.72，可以分別滿足冷濾點(diǎn)0 ℃和-10 ℃的要求；合成高品質(zhì)生物柴油的原料應(yīng)含少量的飽和脂肪酸(<30%)、大量的單不飽和脂肪酸(>30%)和一定量的多不飽和脂肪酸(<60%)。林鐸清等[11]也制定出初步的生物柴油植物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：三烯脂肪酸總含量小于12%，C12～C20脂肪酸甲酯(C11～C19脂肪酸)含量超過95%。結(jié)合上述學(xué)者制定的標(biāo)準(zhǔn)及本研究中對于脂肪酸組分的分析，將各種源地山胡椒果實(shí)脂肪酸的燃料特性因子統(tǒng)計(jì)如表6所示。

表6 不同種源山胡椒果實(shí)脂肪酸燃料特性因子

注：脂肪酸不飽和度(DU)=(單不飽和脂肪酸/%)+2×(二元不飽和脂肪酸/%)+3×(三元不飽和脂肪酸/%)+4×(四元不飽和脂肪酸/%)，飽和碳鏈長度因子(LCSF)=∑(飽和脂肪酸熔點(diǎn)MPn×飽和脂肪酸含量Cn)/100[25]。

可見，各種源地山胡椒果實(shí)脂肪酸基本能夠滿足上述標(biāo)準(zhǔn)中對于三烯脂肪酸含量、脂肪酸不飽和度以及單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的要求，僅有湖北英山1、湖北英山2群體能夠達(dá)到飽和脂肪酸和C11～C19脂肪酸的含量標(biāo)準(zhǔn)，所有種源地的飽和碳鏈長度因子均高于標(biāo)準(zhǔn)。但相對而言，湖北英山1、湖北英山2群體飽和碳鏈長度因子低于其他種源地。依據(jù)冷濾點(diǎn)和飽和碳鏈長度因子的正相關(guān)關(guān)系[25]，可以推斷山胡椒油脂的冷濾點(diǎn)偏高。生產(chǎn)中可以通過將山胡椒油與飽和脂肪酸含量較低的油脂或者石化柴油摻混使用的方式，保證生物柴油的低溫性能。對湖北英山1、湖北英山2以外的7個(gè)種源地而言，山胡椒果實(shí)飽和脂肪酸含量較高，C11～C19脂肪酸總量較低，但這并不意味著其缺乏開發(fā)能源樹種的價(jià)值。這些種源地中較高的果實(shí)含油率和飽和脂肪酸含量，在提供豐富油脂來源的同時(shí)，可在一定程度上抵抗空氣作用，確保生物柴油產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性。相反，以黃連木、麻瘋樹、山杏等為原料生產(chǎn)的生物柴油，飽和脂肪酸含量較低，需加入抗氧化劑。因此，山胡椒可以彌補(bǔ)上述樹種在抗氧化性上的不足。此外，山胡椒果實(shí)油脂中含有較多的羊蠟酸、月桂酸，以湖南望城、安徽金寨、浙江臨安等群體最為豐富，這兩種脂肪酸是輕化工、醫(yī)藥行業(yè)重要的原料[26]。

綜上，可將研究中的9個(gè)種源地山胡椒種質(zhì)的脂肪酸特點(diǎn)歸納如下：河南雞公山、河南羅山、河南商城、安徽金寨、湖南望城、浙江臨安群體不飽和脂肪酸含量較低，C11～C19脂肪酸總量較低，羊蠟酸、月桂酸等短鏈飽和脂肪酸含量較高，適宜作為輕化工、醫(yī)藥行業(yè)中羊蠟酸和月桂酸的原料；河南桐柏山胡椒群體的主要特點(diǎn)是羊蠟酸、月桂酸等短鏈飽和脂肪酸含量較低，不飽和脂肪酸含量較高，C11～C19脂肪酸總量較高，適宜用作食用油的調(diào)和成分或者生物柴油的摻混成分；湖北英山1、湖北英山2山胡椒群體羊蠟酸、月桂酸等短鏈飽和脂肪酸含量低，C11～C19脂肪酸總量高，不飽和脂肪酸含量高，是生產(chǎn)生物柴油和食用油的較佳選擇。

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Diversity Analysis on Fatty Acid Composition of Lindera Glauca Fruit from Different Provenances

Qi Ji1Xiong Biao1Zhang Zhixiang1Zhen Aiguo2Pu Faguang3

(School of Nature Conservation, Beijing Forestry University1, Beijing 100083) (Yingshan Forestry Bureau2, Huanggang 438700)(National Nature Reserve Administration of Tianma3, Liuan 237300)

In order to reveal fatty acid composition difference and oil quality characteritics ofLinderaglaucafruit from different provenances, 9 typical populations were selected from its natural distribution area for fatty acid determination and statistical analysis. Results showed that 14 varieties of fatty acids were detected, of which 9 kinds of saturated fatty acids and 5 kinds of unsaturated fatty acids were included. Various fatty acid variations and richness were presented among provenances, and geography-climate factors had greatest influence on palmitic acid, among which the influence range of latitude was widest.L.glaucapopulations from Yingshan1 and Yingshan2 of Hubei Province were equipped with better fatty acid traits, which were good choices for biodiesel and edible oil production.

Linderaglauca, fatty acid, biodiversity, biodiesel

TS222+.1

A

1003-0174(2016)12-0072-07

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃(2013BAD01B06)

2015-05-09

齊季，男，1988年出生，碩士，生物質(zhì)能源樹種開發(fā)利用

張志翔，男，1960年出生，教授，植物分類及系統(tǒng)學(xué)、野生植物保護(hù)生物學(xué)