我國主要木本油料油脂資源研究進展

廖 陽 李昌珠 于凌一丹 黃國文 閆榮玲

(湖南科技學院化學與生物工程學院1，永州 425199)(湖南省林業科學院；省部共建木本油料資源利用國家重點實驗室2，長沙 410007)

閆榮玲, 女，1982年出生，副教授，天然產物開發利用

傳統草本油料作物油菜、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、醫藥、能源等領域發揮著重要作用。隨著全球油脂需求量的不斷增加，傳統草本植物油料油脂已不能滿足實際需要，而我國人口基數大、耕地面積不足，這一矛盾越加嚴重。因此，發展不占用耕地的木本油料作物及其油脂產業可有效緩解我國耕地短缺等問題，增強國家油脂安全保障，促進農民增產增收。

木本油料油脂資源的開發利用已被提升到國家戰略，如國家衛生部發布的《關于批準元寶楓籽油和牡丹籽油作為新資源食品的公告》有力促進了新型木本油脂資源進入油脂市場，國務院發布的《關于加快木本油料產業發展的意見》對木本油料產業發展的若干至關重要因素提出了明確的目標要求和政策措施。在此背景下，我國學者在木本油脂資源利用及其產業化等領域取得了系列成果，本文從木本油料作物種類與分布區域、木本油脂脂肪酸組成及品質、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控、木本油脂的綜合利用及產業發展的問題與對策等方面對我國木本油脂資源的研究現狀進行了綜述。

1 木本油料作物種類及其區域分布

我國地域遼闊，經緯度跨度大、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，僅貴州省調查統計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，除傳統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得到了長足發展[3]。表1列出了我國極具開發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。我國境內可開發木本油料作物所屬科屬眾多、且植株形態特征差異明顯，呈現出顯著的多樣性；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濟收益。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。實質上，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氣候、海拔、土壤等因素存在顯著差異密切相關，因此各地可根據實際情況開發具自身優勢的木本油脂。

表1 我國主要木本油料作物的分類、形態、分布及種子含油量

2 油脂的脂肪酸組成及綜合品質

脂肪酸成分及其占比是決定植物油脂品質的重要因素，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控機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、醫藥、保健的領域范圍。一些分布范圍廣的木本油料作物，其油脂成分及占比會隨各產區地理經緯度的變化而改變。以黃連木為例，其果實與種子油脂的質量分數隨著地理經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度和緯度的增加均表現出不同的變化規律[19]。另外，不同的脂肪酸組成也會賦予木本油脂特殊的理化性質，如油桐油中高達73.19%的十八碳共軛三烯酸使其表現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的重要指標，這些活性物質包括角鯊烯、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以及抗氧化、提高免疫力、降低膽固醇等特殊生物學活性。這也是除不飽和脂肪酸含量高之外，植物油脂相較動物油脂更有利于健康的另一個因素，這些活性物質在的存在與否及含量高低將在植物油脂中品質綜合評價中占據越來越重要的權重。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出了品種特色，如元寶楓種子油中就含有神經酸這類特殊活性物質，這與不同木本油料作物生存的氣候環境、海拔高度、遺傳背景、代謝途徑等密切相關。不同產地的同一木本油脂所含生物活性物質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29.27 mg/100 g與338.74 mg/kg，較其他地區含量更高[29]。

表3 部分木本油脂含有的特殊生物學活性物質

3 新木本油脂資源挖掘

全球木本油脂開發利用主要集中在椰子、油橄欖、油茶、棕櫚四類，且所產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。我國油脂產量與需求間矛盾的日益加劇要求我們除進行傳統木本油料作物栽培與管理技術的改進及其產業化升級外，還需進行新木本油脂資源的深度挖掘。《關于加快木本油料產業發展的意見》出臺后，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余種發展基礎較好的木本油料成為重點發展對象[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發掘和報道，研究表明這些木本油料作物具有產量高、出油率高、油脂品質好、開發成本低等系列優點[31，32]。部分學者則對特殊地形地貌、不同氣候環境或某一行政區域的木本油料作物資源進行了系統的調研和統計。呂仕洪等[33]對廣西境內的茶條木、狗骨木、蒜頭果、石栗、東京桐和蝴蝶果等6個樹種的分布范圍、生境類型、現存規模等進行了全面的野外調查，并通過育苗造林實驗比較了各樹種的場圃發芽率、病蟲害發生率、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重點開發。符籍鋒等[34]從生態系統植被修復與重建，扭轉農村產業結構、實現地區扶貧開發、維護國家糧油安全等方面出發，對我國西南喀斯特地區具有產業化開發潛力的巖生木本食用油料資源的地理分布、生理生態習性、開發利用價值進行了分析和闡述。地處熱帶的海南島油脂植物種質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50科116屬163種，且它們中的多數是木本油料樹種[35]。可見，我國新木本油料作物資源開發潛力大，尤其是地域特色木本油料作物還有待深入發掘。

4 遺傳資源多樣性及油脂合成調控

植物油脂在細胞中通過特定合成途徑產生，因此不同木本油料作物油脂產量、油脂成分及占比、油脂合成季節及其積累規律等主要決定于其遺傳基因。目前關于木本油料作物栽培技術、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錄組和基于轉錄組數據的遺傳多樣性或特定基因的表達調控研究，如戚華沙等[36]優化得到了海南油茶SRAP-PCR的最佳反應體系，并獲得了32對多態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資源鑒定等研究提供了參考。基于木本油料作物轉錄組數據，人們還開展了參與植物基因表達調控的重要轉錄因子的生物信息學研究。AP2轉錄因子是植物最大的轉錄因子家族之一，主要參與植物花、果實和種子等器官生長發育的調控。劉曉輝等[37]基于文冠果的轉錄組數據得到了其AP2基因的全長cDNA序列，并通過生物信息學方法得到了文冠果AP2轉錄因子的氨基酸序列為515個氨基酸，其氨基酸序列與其他植物這一轉錄因子高度同源，空間結構主要由無規則卷曲、ɑ-螺旋、β-轉角和延伸鏈組成。另有研究團隊開展了黃連木分子標記遺傳連鎖圖譜的構建，完成了黃連木cDNA文庫構建及質量鑒定，進行了部分與油脂形成密切相關的關鍵酶基因如硬脂酰-酰基載體蛋白脫飽和酶(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，其基因的亞細胞定位在細胞核，不同器官間表達量差異顯著，其中花粉總表達量最高，但在授粉后的不同時間，花柱、子房等器官的表達量在自交和異交植株的花柱或子房等器官中的表達量差異顯著，如自交24 h花柱中的表達量大于異交，而48 h異交子房中的表達量大于自交；研究結果為進一步挖掘該基因在油茶后期自交不親和過程中發揮的作用提供研究基礎，對油茶自交不親和分子機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也會存在不同程度差異。如提取文冠果油時，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椰子油中的理化性質，發現不同提取方法所得油脂中的飽和與不飽和脂肪酸比例、油脂的氧化穩定性之間存在較大差異，酶解法提取的原生態椰子油中飽和脂肪酸含量更高且油脂的氧化穩定性最好，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)也會影響油茶籽油的感觀品質、特征指標、理化指標、營養功能成分[42]。近年，國內學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、負壓強度-0.07 MPa、提取時間25 min，在此提取條件下提取率可達52%。

與其他動植物油脂一樣，如何長時間保存木本油脂且維持品質不變是重要研究領域。油脂氧化是影響其保存過程中品質變化的最重要因素，微生物、物理、化學等因素均會影響油脂的氧化。人們發現，文冠果油的過氧化值和酸價隨時間延長呈上升趨勢，低溫和避光有利于文冠果油更好地儲存和保持品質，且溫度比光照影響更明顯[40]。近年人們越來越關注添加天然抗氧化劑來抑制植物油脂的氧化的研究，比較發現對于文冠果油，不同天然抗氧化劑的活性大小VC優于維生素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]。有研究者則根據不同溫度下油茶籽油的動態氧化情況建立了其人工神經網絡模型，以期更好地對油脂氧化變質過程進行預測[45]。

6 油脂的綜合利用

木本植物油脂應用領域廣泛，涉及到食品、化工、制藥、生物能源等領域。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，草本植物油脂的產量已不能滿足市場需要，因此每年需大量木本油脂補充食用油市場，2013年我國用于食品領域的棕櫚油就已超600 t[46]。因此，近年我國加快推進木本油脂作為新資源食品的步伐，根據《中華人民共和國食品安全法》和《新資源食品管理辦法》等有關規定，部分木本油脂如茶葉籽油、長柄扁桃油等已被批準進入新資源食品行列。牡丹籽油及元寶楓籽油列入國家新資源食品有力促進了新型木本油脂資源進入油脂市場，帶動了全國各地挖掘開發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，可見在食品領域具有巨大的應用價值。

除食品行業，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域，不過需先經脫色、脫膠、脫酸等前處理，如油茶籽化妝品基礎油的其最佳復合脫色劑配比為占油質量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合脫色劑用量7%～8%、脫色時間30～40 min、脫色溫度100～110 ℃[47，48]。而利用不同脫色劑對黃連木油進行脫色時，選用活性白土的效果最好，且在最佳條件下脫色率可達95%[49]。我國學者還開展了桐油、橡膠籽油、棕櫚油等木本油脂基聚酯、聚氨酯、醇酸樹脂、環氧樹脂等高分子材料合成研究，合成產物用作潤滑劑、熱穩定劑、增塑劑、增韌劑和熱固性材料等[50]。

油脂很早就被用作醫藥工業原料，最初人們僅用油脂來改進或提高各種劑型的質量，后來開始利用油脂的獨特生化性質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病癥的痛苦[51]。

木本植物油脂為原料經酯交換反應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出顯著的環保效應及發動設備保護效應[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發動機也較為有利[53]。可見，木本油料植物所產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攻關項目。近年國內多個研究團隊在積極探索基于木本油脂生物柴油新型催化途徑，以代替傳統的液體酸、堿催化制備生物柴油。張東陽[43]構建了可用于以文冠果油為原料生產生物柴油的改性纖維素基固載化雜多酸催化體系，并發現在最佳催化劑和催化條件下生物柴油轉化率達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催化體系進行黃連木油的生物柴油轉化，均獲得了不低于97%的轉化率。還有研究設計生物柴油的性狀及穩定性，通過調合或加入植物提取物等策略來增強生物柴油的低溫流動性或抗氧化穩定性[55]。

7 存在的問題

我國木本油料油脂領域的研究依然存在許多不足，有待后續研究中不斷完善或解決。在基礎研究領域，新型木本油料作物資源的發掘還有待加強，各地相關研究機構可結合本地實際加大新型木本油料作物資源的挖掘和培育；部分新發現的木本油脂其脂肪酸組成、營養價值、保質時間、所含活性物質、急性和慢性毒理等還有待進一步明確，促進其進行新資源食品認定及應用；許多新木本油料作物的良種選育、苗木擴繁、配套栽培技術，以及油脂合成途徑、累積規律、關鍵基因鑒定克隆及表達調控等研究也還有待進一步豐富。在應用開發領域，由于大部分木本油脂不能作為食用油進入食品領域，因此進行衍生產品的開發尤為重要，目前我國木本油脂相關高附加值產品不多，還需進一步加大多樣化衍生產品的開發力度，促進木本油脂在化工、航空、能源、保健等領域的利用；木本油脂生產環節中產生的粕餅、殘渣、外殼大部分舍棄，還需從生物質循環利用的角度進一步加強這些生產環節中副產物的綜合利用。在產業化領域，木本油脂產業鏈上游的種植、采摘、壓榨、提取等環節的設備研發及其裝配還跟不上產業發展的需要，部分木本油脂的種植規模有限，從源頭上限制了木本油脂產業的發展；而木本油脂生產企業規模小、現代化程度不足，導致生產加工環節監管難度大，產品質量參差不齊，加上相關質量標準制修訂滯后，都不利于產業的健康發展[56]。

8 小結

我國木本油脂資源豐富、開發潛力大，且對木本油脂資源的開發與利用已上升到前所未有的戰略高度。近年木本油脂種質資源挖掘、規模化栽培與管理、油脂合成途徑調控、遺傳多樣性及基因表達調控、油脂提取新方法、高附加值產品開發等研究得到了迅猛發展，一些高水平的專門研究機構相繼成立，雖然木本油脂產業的各個環節、各個領域還存在許多需要解決的問題和困難，但可預期在不久將來，我國木本油脂領域的基礎研究和產業化開發都將取得長足發展。