麻瘋樹單粒種子含油率快速無損檢測技術

吳軍 張俊輝

【摘 要】麻瘋樹是極具潛力的生物質能源樹種之一。開發無損、快速的麻瘋樹種子含油率分析技術，有助于高含油率品種選育和種子質量檢測。論文介紹了利用核磁共振技術和種子性狀相關性開發無損、快速檢測單粒麻瘋樹種子含油率的技術，經過檢測的麻瘋樹種子仍然保持活力，可正常發育成植株。

【Abstract】Jatropha curcas L. is one of the biomass energy trees with great potential. The development of non-destructive and rapid seed oil yield analysis technology is helpful to the breeding of high oil yield varieties and seed quality testing. In this paper， the techniques of non-destructive and rapid testing of oil content in the single seed of Jatropha curcas L. were introduced by NMR and seed character correlation. The tested Jatropha curcas L. seeds remain viable and can develop into plants.

【關鍵詞】麻瘋樹;單粒種子;含油率;核磁共振

【Keywords】Jatropha curcas L.; single seed; oil content; NMR

【中圖分類號】S565.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0139-02

1 引言

麻瘋樹生長速度快，適應能力強，耐干旱瘠薄，種子含油量高、品質好，是目前最有發展潛力的生物質能源樹種之一。國內外的研究表明，培育出高產、優質的麻瘋樹品種是影響該產業發展的重要因素之一[1]。麻瘋樹種子含油率與單位面積種子產油量直接相關，培育高含油率麻瘋樹育種材料和品種是增加產油量的重要途徑。種子含油率分析技術則貫穿于高含油率品種選育的全過程。同時，在麻瘋樹種子的生產過程中，需要對種子含油率進行檢測，為后續油脂壓榨和成本核算等提供重要數據。因此，開發出高效、快速，同時又不影響被檢測種子萌發的分析技術，對培育高含油率麻瘋樹品種和生產檢測具有重要意義。

目前，脂肪測定方法主要以化學法為主，如索氏抽提法、酸水解法、蓋勃法、三氯甲烷冷浸法以及全自動脂肪分析儀測定等[2]，常用的經典方法是GB 5009.6—2016標準中的索氏抽提法，但這些方法的溶劑用量較大，容易造成環境污染，損壞檢測樣本，操作費時費力[3]。研究顯示，核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技術可以很好地適用于油脂的分析檢測[4]，如檢測食品中脂肪的含量與分布。與索氏抽提法相比，核磁共振檢測技術不需要溶劑，對環境友好，操作簡單，具有快速、無損等特點[5]。

本文主要介紹了兩種快速、無損的麻瘋樹單粒種子含油率檢測技術[6-7]，該技術除了用于分析麻瘋樹種子的含油率外，還可為其他植物種子含油率分析技術的研發提供借鑒。

2 核磁共振法

該方法首先利用索氏法提取麻瘋樹種子油脂，建立該油脂的不同梯度量與核磁共振信號相對應的標準曲線;在分析單粒種子含油率時，種子通過核磁共振儀掃描可以獲得該粒種子的核磁共振信號，根據已建立的標準曲線計算出單粒種子油脂含量，同時，稱取單粒種子的重量，再根據公式“單粒種子含油率=單粒種子油脂含量/單粒種子重量”計算出單粒種子的含油率。在該方法推行之初，研究者用600多粒種子樣本對該測定方法的準確度、精度以及穩定性進行了分析;研究顯示，該方法與經典的索氏提取法測定的種子含油率正相關系數可達到0.99，可以很好地用于麻瘋樹種子含油率分析。該技術的分析過程為：將麻瘋樹種子放置在透明試管中，再將試管插入樣品孔，運行測試軟件，同時，在軟件中輸入單粒種子的重量，在60秒以內即可完成單粒種子的含油率分析，如圖1所示。

3 種子性狀相關系數法

利用核磁共振法測量單粒麻瘋樹種子含油率雖然快速、無損，但所需的設備昂貴，而且只能在實驗室完成測量工作。設計一種可在野外操作，所需工具簡單的測量方法，可為更多的科研工作者和生產者對種子含油率進行檢測提供方便，也是對單粒種子含油率分析技術體系的拓展。

種子性狀相關系數法是通過測定麻瘋樹種子和種仁的寬度和厚度，然后通過已獲得的方程計算出種子的含油率。研究顯示，麻瘋樹種子由外面黑色的堅硬種皮和里面白色的種仁構成，種子的油脂儲存在種仁中，種仁發育越飽滿則種子含油率越高，體現在三維結構上，種仁與種皮間的空隙越小。因此，研究者將上千粒種子作為分析樣本，通過測定單粒種子和種仁的三維測量數據，如圖2所示，結合核磁共振技術測定同一種子的含油率，建立了單粒種子含油率與種子三維特性的相關性方程。研究發現，麻瘋樹種子含油率主要與種仁、種子的寬度和厚度乘積的相關性較高，而與種子的長度相關性不高，從而通過簡單地測量種子和種仁的寬度和厚度，即可計算出種子的含油率。該方法可在野外完成，操作簡單，只需要一個游標卡尺即可完成單粒麻瘋樹種子含油率的無損測量，測量后的種仁仍然可以萌發成正常植株。

該方法的具體測量步驟如下：

①利用游標卡尺等長度測量工具測定發育正常、成熟的單粒麻瘋樹種子的寬度和厚度;

②小心去掉該粒麻瘋樹種子的堅硬種皮，注意不要損傷種仁，獲得發育正常的白色種仁，使用游標卡尺等長度測量工具測定該粒麻瘋樹種仁的寬度和厚度;

③根據測量獲得的單粒麻瘋樹種子和種仁的寬度和厚度，計算出參數X值，X=（種仁寬度×種仁厚度）/（種子寬度×種子厚度）。研究顯示，X值與麻瘋樹種子含油率正相關系數達到0.92;

④將X值代入公式Y（%）=-4.6582+61.6586X，測得麻瘋樹單粒種子含油率Y。該公式是研究者對上千粒麻瘋樹種子研究獲得的，隨著研究樣本的增加，公式還可進一步優化。

借鑒麻瘋樹種子的相關研究，種仁可分離且存儲油脂的植物種子的含油率與種仁發育程度密切相關，可考慮使用上述方法進行測量，通過簡單測量種子的三維性狀與分析種子含油率的相關性，開發單粒種子含油率分析技術，其中，方程涉及的性狀參數除了寬帶和厚度外，還可能涉及長度。

【參考文獻】

【1】Daemon Fairless.Biofuel： The little shrub that could–maybe[J].Nature，2007，449（7163）：652-655.

【2】程月紅，鮑連艷，王健，等.食品中脂肪測定方法對比研究[J].現代農業科技，2018（16）：234-240.

【3】曹玉坡，劉義軍，黃暉，等.應用低場核磁共振技術測定腰果仁中的含油量[J].食品與發酵科技，2016（5）：71-74.

【4】周航，李澤榮，李保國.核磁共振技術在食品品質分析中的研究進展[J].農產品加工：學刊.2009（3）：47-49.

【5】肖新生，楊交如，唐滿生，等.核磁共振技術在食用油脂分析中的應用研究進展[J].中國油脂，2018（12）：134-139.

【6】Jun Wu， Yiran Guo， Yuan Liu， et al.Rapid Determination of Oil Content in Seed of Jatropha Curcas by NMR[J].Journal of Biobased Materials and Bioenergy，2010，4（04）：436-439.

【7】Jun Wu， Shun Gao， Lin Tang， et al.The Traits， Oil Content and Correlation Studies of Seed and Kernel in Jatropha curcas L[J].African Journal of Agricultural Research，2012，7（10）：1487-1491.