不同種源烏桕種子的形態、質量及油脂特性

吳文景，王兆勇，梅輝堅，馬祥慶，吳鵬飛

(1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002； 2.福州市不動產登記和交易中心， 福建 福州 350002； 3.撫州市林業局森林資源監測中心，江西 撫州 344000)

烏桕(Sapiumsebiferum(L.) Roxb.)為大戟科(Euphorbiaceae)烏桕屬落葉喬木，主要分布于黃河流域以南的安徽、福建、四川、江西等區域[1]；其果實球形，熟時黑色三裂，內含種子3粒；種子表面附有一層蠟皮可榨取桕脂，且含油率高，可榨提梓油[2-3]。當前能源危機遍及全球，以生物質能源替代石油來生產燃料與化工產品，因地制宜地利用植物油作代用燃料油已成重要趨勢[4]。與生物柴油相比，烏桕籽油不但各項指標完全達到我國生物柴油理化特性標準[5]，且具有清潔、高效和安全等優點[6-8]。因此，以烏桕為原料生產的生物柴油具有廣闊發展前景，但我國烏桕分布區域較廣且優劣混雜，不同種源間種子能源品質存在一定差異[9-10]，目前在種源選擇、定向選育方面研究較少[11-13]，未能根據不同種源烏桕種子形態、質量和油脂特性的差異，進行能源樹種的定向選育。

鑒于此，本文選擇福建南平、建甌、尤溪、江西九江、安徽黃山等5個地區采集的烏桕種子為研究對象，分別測定不同種源種子形態、質量及油脂特性等品質指標，從產油能力和油脂特性角度進行比較，揭示不同種源烏桕種子能源品質的差異，以期篩選出產油量高和油脂特性優良種源，為烏桕種質資源的遺傳改良和豐產栽培提供參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

為確保所采種子的質量，于2010年11月分別在福建南平、建甌、尤溪、安徽黃山、江西九江等地選擇多株具有當地種源典型性狀、自然散生，樹齡20 a以上、生長旺盛、無病蟲害、結實量大以及所在立地條件良好的烏桕優良母株作為采種母樹，每株母樹東、西、南、北4個方向采集新鮮種子，混合備用。5個地理種源的烏桕分布區的基本情況見表1。

表1　不同種源地烏桕分布區基本情況

1.2　研究方法

1.2.1種子形態及質量測定烏桕種子單粒質量較大，本文用百粒重作為衡量種子品質的指標。采用四分法對5個種源烏桕分別選取成熟、飽滿的種子100粒，重復3次，進行百粒重的測定。用游標卡尺測定每粒參試種子的形態，以種子最長、最寬處長度作為長和寬，以種臍上頂點到其垂直種面最大距離為厚[14]。

1.2.2種子含油率及油脂特性測定將新鮮烏桕種子置85 ℃烘箱內烘干后粉碎，采用索式提取法測定含油率[15]。將石油醚加入不同種源烏桕提取的原料油中，利用NaOH催化劑制備出生物柴油后[16-17]，分別利用ST2433-2灰分測定器、ST260-2水分測定器、ST264-1酸值測定器、ST265-2運動黏度測定器測定生物柴油的灰分、水分、酸值和運動黏度等油脂特性指標。

1.3　統計分析

采用SPSS 20.0進行單因素方差分析，利用Origin 9.1作圖；同時對種子品質和生物柴油理化特性進行相關性雙側檢驗(P=0.05)，研究結果以平均值±標準差表示。

2　結果與分析

2.1　不同種源烏桕種子形態、質量特征的差異

不同種源烏桕種子形態、質量特征之間存在顯著差異(圖1)。安徽黃山烏桕種子寬顯著大于其余4個種源(P<0.05，圖1a)。福建尤溪和安徽黃山烏桕種子長和厚均顯著大于其它種源(圖1b，圖1c)；而江西九江烏桕種子的長、寬、厚均顯著小于其它種源。可見，安徽黃山和福建尤溪烏桕的種子個體較大，而江西九江種源最小。從百粒重來看，安徽黃山烏桕種子顯著大于其它4個種源(P<0.05，圖1d)，而福建南平與江西九江的種子百粒重均顯著小于其它種源。

不同字母為不同烏桕種源之間的差異達顯著水平(P<0.05)，下同。圖1　不同種源烏桕種子形態、質量特征

2.2　不同種源烏桕種子油脂提取率及油脂特性比較

不同種源烏桕種子油脂特性及油脂提取率見表2。不同種源烏桕種子酸值和灰分差異未達顯著水平(P>0.05)；安徽黃山、福建南平、江西九江烏桕種子生物柴油水分差異不顯著，但明顯小于其它2個種源。水分較高會降低生物柴油的燃燒性能，影響生物柴油燃燒的程度。從這一點來看，安徽黃山、福建南平和江西九江烏桕種源提取的生物柴油燃燒性能優于其它2個種源；安徽黃山與福建南平烏桕種子運動黏度的差異未達到顯著水平，但均顯著小于其它3個種源。運動黏度太高，流動性差，減少油滴有效蒸發面積，易造成燃燒不完全。從這一點來看，安徽黃山和福建南平烏桕種子提取的生物柴油燃料流動性能及霧化性能較強，有利于充分燃燒。以石油醚作為提取劑，福建建甌烏桕種子油脂提取率最高(64.68%)，明顯大于江西九江、福建南平、福建尤溪種源，但與安徽黃山種源差異不顯著。

2.3　烏桕種子形態質量與油脂生物柴油理化特性的相關性分析

由表3可以看出，不同種源烏桕種子形態質量與生物柴油理化特性之間的相關性無明顯規律。其中烏桕種子長寬比與含水率成顯著負相關，即個體較大的種子含水率較低。烏桕種子油脂生物柴油理化特性中酸值與灰分存在顯著正相關，說明烏桕種子提取出來的油脂酸值較大，可能燃燒后的灰分較多。除此之外，不同種源烏桕種子形態質量與生物柴油理化特性無顯著相關性。

表2　不同種源烏桕種子油脂特性、油脂提取率比較

表3　烏桕種子形態質量與生物柴油理化特性的相關性分析

*：*為相關顯著(P<0.05)。

3　結論與討論

研究發現，不同種源油料作物種子形態和產油量差異顯著[18-19]。不同種源西葫蘆(CucurbitapepoL.)種子中的雜交組合659千粒重種子、長和寬均最大，且含油量最高，高達49.94%[20]；不同種源無患子(SapindusmukorossiGaertn.)種子的形態特征和含油率也存在明顯差異[21]。本研究表明，安徽黃山烏桕種子寬為0.75 cm，顯著大于其余4個種源，且安徽黃山和福建尤溪烏桕種子長和厚均顯著大于其它種源；而江西九江烏桕種子在長、寬、厚顯著小于其它種源。其中安徽黃山烏桕種子百粒重最大，單粒平均質量達1.49 g。雖然本文選擇的5個種源烏桕種子油脂提取率均較高(61.08%～64.68%)，但安徽黃山和福建建甌烏桕種子油脂提取率顯著大于其它3個種源。可見，安徽黃山種源的種子飽滿、質量大且油脂提取率高，屬能源樹種烏桕的優良種源，值得進一步研究推廣。

然而，隨著經濟全球化的發展和能源危機的蔓延，不僅需要選取產油量高的油料作物，所提取生物柴油的理化特性也至關重要[22-23]。史亞亞[24]研究發現樟樹(Cinnamomumcamphora(L.)Presl)籽油提取的生物柴油在密度、運動黏度和氧化安定性等方面均較為優秀，有利于提高燃燒效率和保持柴油性質穩定。羅麗萍等[25]研究表明，白木通(Akebiatrifoliata(Thunb.)Koidz.subsp.australis(Diels)T.Shimizu)種子酸值和水分較高，需要對其進行降酸和降水處理，才能進一步制備生物柴油。本文研究表明：安徽黃山、福建南平、江西九江烏桕種子生物柴油水分差異不顯著，但明顯小于其它2個種源；安徽黃山與福建南平烏桕種子運動黏度的差異未達到顯著水平，但均顯著小于其它3個種源。安徽黃山和福建南平烏桕種子提取的柴油在水分、運動黏度等生物柴油理化特性指標中數值均較低，有利于保護環境、節約資源和提高柴油燃燒效率。從這一點看，安徽黃山和福建南平烏桕種子表現較優，福建建甌烏桕種子則較差。

通過相關性分析可知，烏桕種子的長寬比與含水率成顯著負相關，可能由于烏桕種子成熟新陳代謝消耗了一部分水分，導致其含水量較低。烏桕種子油脂生物柴油理化特性中酸值與灰分存在顯著正相關，油脂中酸值較高，容易導致不完全燃燒，余下較多灰分。烏桕種子的形態性狀與油脂生物柴油理化特性的相關性不大，這與周俊新等[9]對烏桕的研究結果相同。可能由于影響烏桕油脂質量與產量的因素很多，種子內部營養物質、酶或激素也有一定影響，以種粒大小、含水率、重量等來衡量具有一定的局限性[9]。且光照、水分、土壤費力等地理環境差異可以明顯影響烏桕油脂的產量與質量[26]，這仍需進行深入研究。

參考文獻：

[1]中國科學院《中國植物志》編輯委員會.中國植物志：第44卷：第3分冊[M].北京：科學出版社，1980.

[2]楊志斌，李暉，楊柳，等.淺談生物質能源樹種烏桕的利用[J].湖北林業科技，2010(1)：47-49.

[3]吳開金，黃勇，何文廣，等.烏桕梓油酸堿催化法制備生物柴油的研究[J].福建林業科技，2011(3)：62-64，68.

[4]劉火安，姚波.烏桕油脂成分作為生物柴油原料的研究進展[J].基因組學與應用生物學，2010(2)：402-408.

[5]李冬林，黃棟，王瑾，等.烏桕研究綜述[J].江蘇林業科技，2009(4)：43-47.

[6]江清陽，孫平.生物柴油對能源和環境影響的研究[J].江蘇大學學報：自然科學版，2002(4)：8-11.

[7]梅德清.柴油機燃用生物柴油的排放特性研究[J].內燃機學報，2006(4)：331-335.

[8]吳鵬飛，馬祥慶，王平，等.我國發展生物能源樹種原料林的潛力和對策[J].亞熱帶農業研究，2007(2)：125-128.

[9]周俊新，李寶銀.烏桕種源經濟性狀遺傳變異及優良種源選擇[J].甘肅農業大學學報，2014(4)：110-117.

[10]黃雪方，金雅琴，李冬林，等.烏桕不同種源種子性狀的地理變異[J].西南林業大學學報，2011(4)：44-48.

[11]鄭科，趙琳，郎南軍，等.木本生物質能源樹種烏桕的種質資源與培育研究進展[J].生物質化學工程，2006(S1)：360-366.

[12]駱緒美，苗婷婷，方建民，等.烏桕1年生播種苗生長規律及育苗技術[J].林業科技開發，2010(5)：114-116.

[13]王曉光，鄧先珍，程軍勇，等.湖北烏桕優樹選擇初報[J].湖北林業科技，2008(4)：18-20.

[14]洑香香，周曉東，洪雪婷，等.山茱萸種子形態變異及與環境因子的相關性[J].生態學雜志，2013，32(1)：27-32.

[15]趙月林.石油醚測定脫脂棉及紗布油脂含量[J].蘇鹽科技，2005(3)：5-36.

[16]李桂華.油料油脂檢驗與分析[M].北京：化學工業出版社，2006.

[17]林鐸清，邢福武.中國非糧生物柴油能源植物資源的初步評價[J].中國油脂，2009(11)：1-6.

[18]陳隆升，彭方仁，梁有旺，等.不同種源黃連木種子形態特征及脂肪油品質的差異性分析[J].植物資源與環境學報，2009，18(1)：16-21.

[19]李培江，李碧娟，南偉，等.油用與食用向日葵籽形態及主成分差異辨析[J].四川大學學報：自然科學版，2017，54(1)：203-208.

[20]劉慶華，雷逢進，韓麗麗，等.西葫蘆種子形態特征及脂肪酸組成分析[J].山西農業科學，2015，43(2)：149-151.

[21]趙曉霞，董振浩，劉光斌，等.不同種源無患子品質差異及種籽油脂肪酸分析[J].江西農業大學學報，2014，36(3)：575-581.

[22]劉迎春，曹衛彬，孫傳慶，等.棉籽油生物柴油的理化特性研究[J].可再生能源，2008，26(6)：34-37.

[23]姜峰，潘美俊，張洪濤，等.大豆毛油制生物柴油理化特性實驗分析[J].廣西科技大學學報，2014，25(2)：78-81.

[24]史亞亞，陶武輝，曾哲靈，等.樟樹籽油生物柴油理化特性的優越性分析[J].陜西農業科學，2016，62(3)：47-51.

[25]羅麗萍，藍雅惠，胡冰峰，等.白木通種子油的理化特性及制備生物柴油的研究[J].天然產物研究與開發，2013，25(8)：1095-1100.

[26]李秀蘭，劉盤林.地理分布對烏桕脂產量質量的研究[J].上海農學院學報，1992，10(2)：1145-120.