廖 陽 李昌珠 于凌一丹 黃國文 閆榮玲

(湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院1，永州 425199)(湖南省林業(yè)科學(xué)院；省部共建木本油料資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，長沙 410007)

閆榮玲, 女，1982年出生，副教授，天然產(chǎn)物開發(fā)利用

傳統(tǒng)草本油料作物油菜、大豆、花生等一直以來是全球油料油脂的主要來源，這些植物油料油脂在食用油、食品、化工、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著全球油脂需求量的不斷增加，傳統(tǒng)草本植物油料油脂已不能滿足實(shí)際需要，而我國人口基數(shù)大、耕地面積不足，這一矛盾越加嚴(yán)重。因此，發(fā)展不占用耕地的木本油料作物及其油脂產(chǎn)業(yè)可有效緩解我國耕地短缺等問題，增強(qiáng)國家油脂安全保障，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

木本油料油脂資源的開發(fā)利用已被提升到國家戰(zhàn)略，如國家衛(wèi)生部發(fā)布的《關(guān)于批準(zhǔn)元寶楓籽油和牡丹籽油作為新資源食品的公告》有力促進(jìn)了新型木本油脂資源進(jìn)入油脂市場，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》對(duì)木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干至關(guān)重要因素提出了明確的目標(biāo)要求和政策措施。在此背景下，我國學(xué)者在木本油脂資源利用及其產(chǎn)業(yè)化等領(lǐng)域取得了系列成果，本文從木本油料作物種類與分布區(qū)域、木本油脂脂肪酸組成及品質(zhì)、新木本油料作物資源的挖掘、木本油料作物遺傳基因鑒定與調(diào)控、木本油脂的綜合利用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題與對(duì)策等方面對(duì)我國木本油脂資源的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。

1 木本油料作物種類及其區(qū)域分布

我國地域遼闊，經(jīng)緯度跨度大、地形和氣候多樣，木本油料作物種類繁多、資源豐富，各地均有木本油料作物分布，僅貴州省調(diào)查統(tǒng)計(jì)到的木本油料作物即有29科76種[2]。不過大部分木本油料作物還未得到有效開發(fā)，除傳統(tǒng)木本油料作物如油茶、核桃、文冠果、油橄欖、椰子、油桐之外，近年一批新木本油料作物如牡丹、星油藤和元寶楓等品種的開發(fā)得到了長足發(fā)展[3]。表1列出了我國極具開發(fā)潛力的部分木本油料作物種類及其分類、分布、含油量等資料。我國境內(nèi)可開發(fā)木本油料作物所屬科屬眾多、且植株形態(tài)特征差異明顯，呈現(xiàn)出顯著的多樣性；大部分木本油料作物植株壽命長且種子含油率高，這意味著栽培這些樹種可獲得更長的盛果期和更高的經(jīng)濟(jì)收益。值得注意的是，部分油料作物如元寶楓、翅果油、西康扁桃、榧樹、接骨木、杜仲、西康扁桃、青翅果等還是我國特有樹種。實(shí)質(zhì)上，除上述主要木本油料作物外，各省還存在一些地方特色木本油料植物資源，如新疆的碧根果、沙漠果、巴旦木和甜杏仁，四川的毛葉山桐子、廣西的蝴蝶果、西北荒漠地區(qū)的長柄扁桃等。這些木本油脂資源的顯著地域特色與不同地區(qū)氣候、海拔、土壤等因素存在顯著差異密切相關(guān)，因此各地可根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)具自身優(yōu)勢的木本油脂。

表1 我國主要木本油料作物的分類、形態(tài)、分布及種子含油量

2 油脂的脂肪酸組成及綜合品質(zhì)

脂肪酸成分及其占比是決定植物油脂品質(zhì)的重要因素，不同植物油脂種類中所含有的脂肪酸組分及含量差異明顯。表2列出了我國主要木本油脂的脂肪酸組成。與草本油脂類似，木本油脂中主要成分也是油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，且除油棕和椰子等少數(shù)種類外，大部分木本油脂的不飽和脂肪酸總量均顯著高于飽和脂肪酸，部分油脂的不飽和脂肪總占比甚至超過90%；但不同木本油脂的脂肪酸成分及其含量存在差異，這意味著不同木本油脂作物在油脂合成代謝途徑和調(diào)控機(jī)制上存在不同程度的差異。木本油脂中的脂肪酸成分與含量決定其適用于食用油、工業(yè)、醫(yī)藥、保健的領(lǐng)域范圍。一些分布范圍廣的木本油料作物，其油脂成分及占比會(huì)隨各產(chǎn)區(qū)地理經(jīng)緯度的變化而改變。以黃連木為例，其果實(shí)與種子油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著地理經(jīng)度和緯度的增加而降低，油脂中不同的脂肪酸成分如棕櫚酸、油酸、亞油酸、硬脂酸和亞麻酸等隨著地理經(jīng)度和緯度的增加均表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律[19]。另外，不同的脂肪酸組成也會(huì)賦予木本油脂特殊的理化性質(zhì)，如油桐油中高達(dá)73.19%的十八碳共軛三烯酸使其表現(xiàn)出干燥速度快的特性。

除脂肪酸組成外，油脂中含有活性成分也是衡量其綜合品質(zhì)的重要指標(biāo)，這些活性物質(zhì)包括角鯊烯、甾醇、維生素E(生育酚)、多酚、類胡蘿卜素、山俞酸等，它們的存在賦予木本油脂特殊口感或味覺等感官體驗(yàn)以及抗氧化、提高免疫力、降低膽固醇等特殊生物學(xué)活性。這也是除不飽和脂肪酸含量高之外，植物油脂相較動(dòng)物油脂更有利于健康的另一個(gè)因素，這些活性物質(zhì)在的存在與否及含量高低將在植物油脂中品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中占據(jù)越來越重要的權(quán)重。表3列出了部分木本油脂總各類活性成分的含量。大部分木本油脂均含有角鯊烯、甾醇、生育酚等活性成分，但不同種類木本植物油脂中含活性成分也表現(xiàn)出了品種特色，如元寶楓種子油中就含有神經(jīng)酸這類特殊活性物質(zhì)，這與不同木本油料作物生存的氣候環(huán)境、海拔高度、遺傳背景、代謝途徑等密切相關(guān)。不同產(chǎn)地的同一木本油脂所含生物活性物質(zhì)的種類與含量也不盡相同。如浙江衢州油茶籽油總甾醇含量達(dá)317.14 mg/100 g，湖南邵陽油茶籽油的角鯊烯與總生育酚含量分別達(dá)29.27 mg/100 g與338.74 mg/kg，較其他地區(qū)含量更高[29]。

表3 部分木本油脂含有的特殊生物學(xué)活性物質(zhì)

3 新木本油脂資源挖掘

全球木本油脂開發(fā)利用主要集中在椰子、油橄欖、油茶、棕櫚四類，且所產(chǎn)木本油脂大都用作食用油，其中油茶是我國特有木本油料作物。我國油脂產(chǎn)量與需求間矛盾的日益加劇要求我們除進(jìn)行傳統(tǒng)木本油料作物栽培與管理技術(shù)的改進(jìn)及其產(chǎn)業(yè)化升級(jí)外，還需進(jìn)行新木本油脂資源的深度挖掘?！蛾P(guān)于加快木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》出臺(tái)后，包括核桃、文冠果、牡丹、長柄扁桃、油橄欖、光皮木、元寶楓、翅果油樹、杜仲、鹽膚木等10余種發(fā)展基礎(chǔ)較好的木本油料成為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象[30]。近年來，毛葉山桐子、油用牡丹等新木本油料植物資源也被陸續(xù)發(fā)掘和報(bào)道，研究表明這些木本油料作物具有產(chǎn)量高、出油率高、油脂品質(zhì)好、開發(fā)成本低等系列優(yōu)點(diǎn)[31，32]。部分學(xué)者則對(duì)特殊地形地貌、不同氣候環(huán)境或某一行政區(qū)域的木本油料作物資源進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)。呂仕洪等[33]對(duì)廣西境內(nèi)的茶條木、狗骨木、蒜頭果、石栗、東京桐和蝴蝶果等6個(gè)樹種的分布范圍、生境類型、現(xiàn)存規(guī)模等進(jìn)行了全面的野外調(diào)查，并通過育苗造林實(shí)驗(yàn)比較了各樹種的場圃發(fā)芽率、病蟲害發(fā)生率、苗木生長速度、植苗造林率，綜合分析確定茶條木和狗骨木適合在廣西巖溶山區(qū)重點(diǎn)開發(fā)。符籍鋒等[34]從生態(tài)系統(tǒng)植被修復(fù)與重建，扭轉(zhuǎn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)地區(qū)扶貧開發(fā)、維護(hù)國家糧油安全等方面出發(fā)，對(duì)我國西南喀斯特地區(qū)具有產(chǎn)業(yè)化開發(fā)潛力的巖生木本食用油料資源的地理分布、生理生態(tài)習(xí)性、開發(fā)利用價(jià)值進(jìn)行了分析和闡述。地處熱帶的海南島油脂植物種質(zhì)資源也十分豐富且分布集中，主要含油部位含油量超過30%的油脂植物達(dá)50科116屬163種，且它們中的多數(shù)是木本油料樹種[35]?？梢姡覈履颈居土献魑镔Y源開發(fā)潛力大，尤其是地域特色木本油料作物還有待深入發(fā)掘。

4 遺傳資源多樣性及油脂合成調(diào)控

植物油脂在細(xì)胞中通過特定合成途徑產(chǎn)生，因此不同木本油料作物油脂產(chǎn)量、油脂成分及占比、油脂合成季節(jié)及其積累規(guī)律等主要決定于其遺傳基因。目前關(guān)于木本油料作物栽培技術(shù)、生理生化、油脂利用等方面的研究較多，但在其分子遺傳方面的研究還較少見。

已有研究一部分集中在木本油料作物的轉(zhuǎn)錄組和基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的遺傳多樣性或特定基因的表達(dá)調(diào)控研究，如戚華沙等[36]優(yōu)化得到了海南油茶SRAP-PCR的最佳反應(yīng)體系，并獲得了32對(duì)多態(tài)性好且條帶清晰的有效引物，為海南油茶遺傳多樣性分析和種質(zhì)資源鑒定等研究提供了參考?；谀颈居土献魑镛D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，人們還開展了參與植物基因表達(dá)調(diào)控的重要轉(zhuǎn)錄因子的生物信息學(xué)研究。AP2轉(zhuǎn)錄因子是植物最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，主要參與植物花、果實(shí)和種子等器官生長發(fā)育的調(diào)控。劉曉輝等[37]基于文冠果的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)得到了其AP2基因的全長cDNA序列，并通過生物信息學(xué)方法得到了文冠果AP2轉(zhuǎn)錄因子的氨基酸序列為515個(gè)氨基酸，其氨基酸序列與其他植物這一轉(zhuǎn)錄因子高度同源，空間結(jié)構(gòu)主要由無規(guī)則卷曲、ɑ-螺旋、β-轉(zhuǎn)角和延伸鏈組成。另有研究團(tuán)隊(duì)開展了黃連木分子標(biāo)記遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建，完成了黃連木cDNA文庫構(gòu)建及質(zhì)量鑒定，進(jìn)行了部分與油脂形成密切相關(guān)的關(guān)鍵酶基因如硬脂酰-?；d體蛋白脫飽和酶(stearoyl-ACP desat-urase，SAD)基因的克隆和分析[38]。油茶脫落酸不敏感蛋白5(abscisic acid-insensitive 5，ABI5)的cDNA序列全長也被克隆成功，其基因的亞細(xì)胞定位在細(xì)胞核，不同器官間表達(dá)量差異顯著，其中花粉總表達(dá)量最高，但在授粉后的不同時(shí)間，花柱、子房等器官的表達(dá)量在自交和異交植株的花柱或子房等器官中的表達(dá)量差異顯著，如自交24 h花柱中的表達(dá)量大于異交，而48 h異交子房中的表達(dá)量大于自交；研究結(jié)果為進(jìn)一步挖掘該基因在油茶后期自交不親和過程中發(fā)揮的作用提供研究基礎(chǔ)，對(duì)油茶自交不親和分子機(jī)制解析具有重要的意義[39]。

5 油脂提取工藝及保存

植物油脂的提取方法多樣，同一植物油脂采取不同提取方法可收獲不同的出油率，且所得油脂理化性質(zhì)也會(huì)存在不同程度差異。如提取文冠果油時(shí)，超聲波輔助提取法明顯比壓榨提取法和索式提取法更高[40]。李光輝等[41]比較了濕磨加工、干法加工、熱處理和酶解法等提取方法所得原生態(tài)椰子油中的理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)不同提取方法所得油脂中的飽和與不飽和脂肪酸比例、油脂的氧化穩(wěn)定性之間存在較大差異，酶解法提取的原生態(tài)椰子油中飽和脂肪酸含量更高且油脂的氧化穩(wěn)定性最好，而干法加工下提取的椰子油則不飽和脂肪酸較高。甚至即使都采取壓榨法，但壓榨方式不同(古法壓榨、螺旋壓榨、液壓壓榨)也會(huì)影響油茶籽油的感觀品質(zhì)、特征指標(biāo)、理化指標(biāo)、營養(yǎng)功能成分[42]。近年，國內(nèi)學(xué)者致力新木本油脂提取方法與工藝的探索，張東陽[43]建立了綠色、環(huán)保、高效的空化微波法，利用此法提取文冠果種仁油并確定了最佳工藝參數(shù)為提取溶劑100%乙醇、微波功率700 W、提取溫度63 ℃、液固比35∶1 mL/g、負(fù)壓強(qiáng)度-0.07 MPa、提取時(shí)間25 min，在此提取條件下提取率可達(dá)52%。

與其他動(dòng)植物油脂一樣，如何長時(shí)間保存木本油脂且維持品質(zhì)不變是重要研究領(lǐng)域。油脂氧化是影響其保存過程中品質(zhì)變化的最重要因素，微生物、物理、化學(xué)等因素均會(huì)影響油脂的氧化。人們發(fā)現(xiàn)，文冠果油的過氧化值和酸價(jià)隨時(shí)間延長呈上升趨勢，低溫和避光有利于文冠果油更好地儲(chǔ)存和保持品質(zhì)，且溫度比光照影響更明顯[40]。近年人們?cè)絹碓疥P(guān)注添加天然抗氧化劑來抑制植物油脂的氧化的研究，比較發(fā)現(xiàn)對(duì)于文冠果油，不同天然抗氧化劑的活性大小VC優(yōu)于維生素E和β胡蘿卜素，一些植物提取物如多酚、黃酮等物質(zhì)可作清除油脂氧化過程中的自由基，也可用于油脂的保存[40, 44]。有研究者則根據(jù)不同溫度下油茶籽油的動(dòng)態(tài)氧化情況建立了其人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以期更好地對(duì)油脂氧化變質(zhì)過程進(jìn)行預(yù)測[45]。

6 油脂的綜合利用

木本植物油脂應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，涉及到食品、化工、制藥、生物能源等領(lǐng)域。隨著我國人口增加以及人們生活水平的提高，食用植物油脂需求量逐年攀升，草本植物油脂的產(chǎn)量已不能滿足市場需要，因此每年需大量木本油脂補(bǔ)充食用油市場，2013年我國用于食品領(lǐng)域的棕櫚油就已超600 t[46]。因此，近年我國加快推進(jìn)木本油脂作為新資源食品的步伐，根據(jù)《中華人民共和國食品安全法》和《新資源食品管理辦法》等有關(guān)規(guī)定，部分木本油脂如茶葉籽油、長柄扁桃油等已被批準(zhǔn)進(jìn)入新資源食品行列。牡丹籽油及元寶楓籽油列入國家新資源食品有力促進(jìn)了新型木本油脂資源進(jìn)入油脂市場，帶動(dòng)了全國各地挖掘開發(fā)木本油脂資源的熱潮。另外，木本油脂還被加工成乳化劑等食品添加劑，可見在食品領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

除食品行業(yè)，木本植物油脂還可用于化妝品、洗滌劑、高分子材料等化工領(lǐng)域，不過需先經(jīng)脫色、脫膠、脫酸等前處理，如油茶籽化妝品基礎(chǔ)油的其最佳復(fù)合脫色劑配比為占油質(zhì)量7.5%的膨潤土、2.5%凹凸棒土、0.5%活性炭的組合，最佳脫色工藝條件為復(fù)合脫色劑用量7%～8%、脫色時(shí)間30～40 min、脫色溫度100～110 ℃[47，48]。而利用不同脫色劑對(duì)黃連木油進(jìn)行脫色時(shí)，選用活性白土的效果最好，且在最佳條件下脫色率可達(dá)95%[49]。我國學(xué)者還開展了桐油、橡膠籽油、棕櫚油等木本油脂基聚酯、聚氨酯、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂等高分子材料合成研究，合成產(chǎn)物用作潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、增塑劑、增韌劑和熱固性材料等[50]。

油脂很早就被用作醫(yī)藥工業(yè)原料，最初人們僅用油脂來改進(jìn)或提高各種劑型的質(zhì)量，后來開始利用油脂的獨(dú)特生化性質(zhì)來提高藥物的生物利用度。目前已廣泛用作各類藥物劑型如乳劑、混懸劑、油膏劑、栓劑、緩釋劑的基質(zhì)或涂層等，以改變藥物性狀或增加藥物效果。一些木本油脂富含6～12個(gè)碳原子的中鏈脂肪酸，這些脂肪酸的甘油三酯能抑制肥胖和控制組織中的膽甾醇沉積物，還能降低血清膽甾醇，因此被廣泛用于吸收不良癥患者的治療，以幫助患者免遭乳糜尿、脂肪痢、高脂蛋白血癥等相關(guān)病癥的痛苦[51]。

木本植物油脂為原料經(jīng)酯交換反應(yīng)合成的生物柴油將逐步取代部分石化燃油，且這類生物柴油表現(xiàn)出顯著的環(huán)保效應(yīng)及發(fā)動(dòng)設(shè)備保護(hù)效應(yīng)[52]。如隨著麻瘋樹生物柴油摻混入柴油的比例的升高，醛類、SO2、CO2等主要非常規(guī)排放下降，總排放也有所下降；隨著摻混比例增大，最大燃燒壓力、放熱率峰值有所下降，即麻瘋樹生物柴油的摻入對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)也較為有利[53]。可見，木本油料植物所產(chǎn)油脂適合作為生物柴油的制備原料，黃連木、文冠果、麻瘋樹和光皮樹等4種樹木已被科技部列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。近年國內(nèi)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在積極探索基于木本油脂生物柴油新型催化途徑，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液體酸、堿催化制備生物柴油。張東陽[43]構(gòu)建了可用于以文冠果油為原料生產(chǎn)生物柴油的改性纖維素基固載化雜多酸催化體系，并發(fā)現(xiàn)在最佳催化劑和催化條件下生物柴油轉(zhuǎn)化率達(dá)96%以上。李良厚等[26, 54]則分別利用新型Fe/C-SO3H中空纖維催化體系和超聲波輔助固體堿Li2O/MgO催化體系進(jìn)行黃連木油的生物柴油轉(zhuǎn)化，均獲得了不低于97%的轉(zhuǎn)化率。還有研究設(shè)計(jì)生物柴油的性狀及穩(wěn)定性，通過調(diào)合或加入植物提取物等策略來增強(qiáng)生物柴油的低溫流動(dòng)性或抗氧化穩(wěn)定性[55]。

7 存在的問題

我國木本油料油脂領(lǐng)域的研究依然存在許多不足，有待后續(xù)研究中不斷完善或解決。在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，新型木本油料作物資源的發(fā)掘還有待加強(qiáng)，各地相關(guān)研究機(jī)構(gòu)可結(jié)合本地實(shí)際加大新型木本油料作物資源的挖掘和培育；部分新發(fā)現(xiàn)的木本油脂其脂肪酸組成、營養(yǎng)價(jià)值、保質(zhì)時(shí)間、所含活性物質(zhì)、急性和慢性毒理等還有待進(jìn)一步明確，促進(jìn)其進(jìn)行新資源食品認(rèn)定及應(yīng)用；許多新木本油料作物的良種選育、苗木擴(kuò)繁、配套栽培技術(shù)，以及油脂合成途徑、累積規(guī)律、關(guān)鍵基因鑒定克隆及表達(dá)調(diào)控等研究也還有待進(jìn)一步豐富。在應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域，由于大部分木本油脂不能作為食用油進(jìn)入食品領(lǐng)域，因此進(jìn)行衍生產(chǎn)品的開發(fā)尤為重要，目前我國木本油脂相關(guān)高附加值產(chǎn)品不多，還需進(jìn)一步加大多樣化衍生產(chǎn)品的開發(fā)力度，促進(jìn)木本油脂在化工、航空、能源、保健等領(lǐng)域的利用；木本油脂生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的粕餅、殘?jiān)?、外殼大部分舍棄，還需從生物質(zhì)循環(huán)利用的角度進(jìn)一步加強(qiáng)這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中副產(chǎn)物的綜合利用。在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，木本油脂產(chǎn)業(yè)鏈上游的種植、采摘、壓榨、提取等環(huán)節(jié)的設(shè)備研發(fā)及其裝配還跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，部分木本油脂的種植規(guī)模有限，從源頭上限制了木本油脂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；而木本油脂生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、現(xiàn)代化程度不足，導(dǎo)致生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)監(jiān)管難度大，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，加上相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制修訂滯后，都不利于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[56]。

8 小結(jié)

我國木本油脂資源豐富、開發(fā)潛力大，且對(duì)木本油脂資源的開發(fā)與利用已上升到前所未有的戰(zhàn)略高度。近年木本油脂種質(zhì)資源挖掘、規(guī)?；耘嗯c管理、油脂合成途徑調(diào)控、遺傳多樣性及基因表達(dá)調(diào)控、油脂提取新方法、高附加值產(chǎn)品開發(fā)等研究得到了迅猛發(fā)展，一些高水平的專門研究機(jī)構(gòu)相繼成立，雖然木本油脂產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)領(lǐng)域還存在許多需要解決的問題和困難，但可預(yù)期在不久將來，我國木本油脂領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)都將取得長足發(fā)展。