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樹齡對海南省越南油茶經濟性狀的影響

2024-01-30 13:59王珮璇杜艷軍郭鈺柬陳靜周開兵
經濟林研究 2023年3期
關鍵詞:經濟性狀

王珮璇 杜艷軍 郭鈺柬 陳靜 周開兵

摘 要:【目的】為開發不同樹齡特色茶油產品和提升茶籽油市場綜合競爭力提供參考,同時為老齡樹的合理開發和及時保護提供參考依據?!痉椒ā恳院D鲜? 個采樣點的老、幼齡樹群為研究對象,在2019、2020 年進行采樣,采用常規方法調查其產量性狀,采用索氏提取法提取茶籽油后,對茶籽油品質性狀、揮發性成分進行比較分析?!窘Y果】老、幼齡樹的產量性狀、脂肪酸組分無顯著差異,老齡樹的單果質量較高。幼齡樹茶籽油的理化性質在年份間差異較大,老齡樹茶籽油的過氧化值更低、酸價更高。茶籽油揮發性物質中的特殊物質包括鄰苯二甲酸酯和2 種酚類化合物,這2 類物質在老齡樹茶籽油中的含量均顯著小于幼齡樹茶籽油;茶籽油中其他揮發性物質共32 種,不存在某個采樣點、某一年或某個樹齡特有的化學成分,采樣地、年份、樹齡等因素間存在相互影響;油酸、單硬脂酸甘油酯、有機酸類、酯類在老齡樹茶籽油中含量更多,香樹素、角鯊烯、醇醛烴類、不皂化物、三萜、甾醇在幼齡樹茶籽油中含量更多;主體氣味物質(反, 反-2,4- 癸二烯醛、壬醛)含量在老、幼齡樹茶籽油中無顯著差異,幼齡樹茶籽油中反-2- 癸烯醛含量更高,這些物質在老、幼齡樹茶籽油中的含量在不同年份表現不同;此外還有一些老、幼齡樹茶籽油特有的香氣物質?!窘Y論】老齡樹茶籽油更適合制作護膚品和外用藥基質,幼齡樹茶籽油更適合作為保健用油。

關鍵詞:越南油茶;老、幼齡樹;經濟性狀;揮發性物質;PAEs

中圖分類號:S601;S794.4 文獻標志碼:A 文章編號:1003—8981(2023)03—0037—11

油茶屬于山茶科Theaceae 山茶屬Camellia,是世界四大木本油料作物之一。近些年,油茶籽油(簡稱“茶籽油”)因高含量的不飽和脂肪酸和油酸而受到大眾的認可,茶籽油還含有豐富的甾醇、三萜、維生素、茶皂苷、多酚等成分,具有良好的消炎、抗菌、抗氧化、抗癌等活性,在美容、化工、醫療等領域具有較大利用潛力[1-2]。不論是從國家食用油料安全的角度出發,還是從其經濟價值、生態價值出發,油茶產業的前景一片大好[3]。目前海南省主要采用越南油茶Camelliavietnamensis 造林[4],且海南省具有獨特的氣候地理環境,使得本地油茶在多方面與其他省份不同[5]。

2022 年,國家將提升油料產能工程列入鄉村振興的任務中,將新植油茶林和改造低產老林均列為工作重點。截至2016 年底,我國有油茶400多萬hm2,樹齡大于40 a 的油茶老林(樹)至少占總面積的1/2[6]。由于老樹產量低、管理成本高[7],大批油茶老樹面臨被砍伐的風險,對油茶老樹及老樹油進行研究意義重大而緊迫。關于低產老林豐產栽培技術的研究略有成果[7],還有針對不同林齡(包括少量老齡樹和古樹)油茶林根區土壤和枝葉的成分、生理生化特性、酶活性,樹體生長發育及產量,抗性等方面進行的調查研究報道[8-10]。僅見陳亨業等[11] 針對廣東省高州油茶C.gauchowensis 的樹齡與其產量及茶油脂肪酸組分的關系進行了研究,不過參試樹齡均較?。?1、9、7 a),未涉及老齡樹。針對海南省越南油茶老、幼齡樹經濟性狀的對比研究鮮見報道。為給油茶老樹的保護和合理開發提供參考,本研究中對海南省3 個采樣點的老、幼齡樹群的產量性狀和茶籽油品質性狀、揮發性成分進行了比較分析。

1 材料與方法

1.1 老、幼齡樹的選擇與果實采樣地概況

分別在昌江黎族自治縣霸王嶺長臂猿保護區、五指山市暢好鄉太吳村、瓊海市會山鎮中酒村各設定2 個樹群(老、幼),共6 個樹群,每個樹群選擇2 ~ 5 株作為研究對象。老齡樹為樹齡40 a以上結果正常的植株,幼齡樹為樹齡15 a 以下的植株,均為實生單株,并處于失管狀態。各采樣點均為熱帶海洋季風氣候,采樣點基本信息見表1。

1.2 研究方法

在2019—2020 年連續2 a 調查各老、幼齡樹群的豐產性、穩產性,檢測茶籽油品質、揮發性成分,并進行老、幼齡樹2 個樣本成組數據的比較分析。

1.2.1 取樣與樣品處理

在選定的老、幼齡樹群各單株樹冠中部的東、西、南、北4 個方位,隨機采摘無病蟲害的果實,每個采樣點老齡樹群和幼齡樹群各采30 個油茶果。將所采果實樣品按各采樣點不同樹群分裝,帶回實驗室,室溫下放置,待后熟至果皮開裂時取出種子,備用。

1.2.2 指標測定

采用常規方法調查單果質量、出籽率、干種子出仁率、干種仁含油率、干種子含油率、果實含油率等產量指標。

采用索氏提取法提取茶籽油。參照文獻[12-15] 分別測定茶籽油的過氧化值、碘值、酸價、皂化值等理化指標;參照文獻[16] 制備脂肪酸甲酯,并用氣相色譜法檢測脂肪酸的種類與含量,通過與脂肪酸混合標樣的保留時間比對進行脂肪酸定性分析,按照峰面積歸一化法進行定量分析。采用氣相色譜- 質譜法(GC-MS)檢測茶籽油揮發性物質的種類與含量,用Data Analysis 化學工作站及Nist2005 和Wiley275 質譜庫對化合物進行鑒定,并采用色譜峰面積歸一化法計算其相對含量。

1.3 數據處理

采用SAS 軟件中的GLM 過程進行方差分析,采用TTEST 過程對不同樹齡各指標的差異顯著性進行分析。

2 結果與分析

2.1 油茶老、幼齡樹產量性狀的對比

油茶老、幼齡樹的產量性狀見表2。由表2 可知:2020 年老齡樹的出籽率顯著大于2019 年;除老齡樹的單果質量(2019、2020 年)、干種子出仁率(2019 年)顯著大于幼齡樹外,在2019、2020 年其余各項指標在老、幼齡樹之間均無顯著差異。說明產量性狀基本不受樹齡影響,單果質量除外。

2.2 油茶老、幼齡樹茶籽油品質的對比

2.2.1 茶籽油理化性質的對比

油茶老、幼齡樹茶籽油的理化性質見表3。由表3 可知:幼齡樹茶籽油的碘值、酸價均為2019年顯著高于2020 年,這表明幼齡樹茶籽油的理化性質在年際間差異較大;2019、2020 年,幼齡樹茶籽油的過氧化值顯著高于老齡樹,老齡樹茶籽油的酸價顯著高于幼齡樹,其余理化性質在老、幼齡樹間無顯著差異,這表明老齡樹茶籽油更耐儲存,抗氧化能力更強,酸價高可能是因為未氧化的游離脂肪酸含量較高。

2.2.2 茶籽油脂肪酸組成的對比

油茶老、幼齡樹茶籽油的脂肪酸組成見表4。由表4 可知:2019 年幼齡樹茶籽油的棕櫚酸含量顯著高于老齡樹茶籽油,其余各脂肪酸含量在不同年份間、不同樹齡之間均無顯著差異。說明這些主要脂肪酸的含量基本上不受樹齡影響。

2.3 油茶老、幼齡樹茶籽油揮發性成分的對比

對茶籽油進行GC-MS 分析,根據質譜數據、相對保留時間,鑒定出老齡樹和幼齡樹茶籽油中揮發性物質共37 種,包括14 種酯類、8 種烴類、5 種有機酸、4 種醛類、4 種醇類、2 種酚類,油茶老、幼齡樹茶籽油的揮發性成分見表5。

2.3.1 茶籽油揮發性成分含量在年份間的對比

由表5 可知:2019 年小分子有機酸(壬酸、辛酸)、醛類(2- 十一烯醛、反, 反-2,4- 癸二烯醛、壬醛)、小分子有機酸的酯類(乙酸硬脂醇酯、乙酸十五烷酯)含量較多;2020 年不飽和脂肪酸(油酸)、長鏈脂肪醇類(反-2- 十一烯醇)、甾醇類(豆甾醇、豆甾-7- 烯-3- 醇)含量較多。儲存過程中油脂會發生自氧化反應,游離的不飽和脂肪酸會氧化分解為醇、醛、酮、小分子酸、呋喃、吡嗪、烴類、芳香類或合成一些小分子酯類化合物,可見2019 年的茶籽油較2020 年的氧化程度更高,可能是因為不同年份的油茶樹生長環境或茶籽油儲藏條件不同。

有些物質的含量在年份間差異不大,比如一些飽和酯類(棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、2- 單棕櫚酸甘油酯)、油酸酯類(油酸甲酯、反油酸乙酯、單油酸甘油酯)、三萜類(香樹素、角鯊烯)、單萜(反-2- 癸烯醛),說明這些物質性質較穩定。

2.3.2 茶籽油揮發性成分含量在單個物質間的對比

由表5 可知:連續2 a 老齡樹茶籽油含量較多的物質是油酸、單硬脂酸甘油酯;連續2 a 幼齡樹茶籽油含量較多的物質是香樹素、角鯊烯,這2 種物質均屬于三萜類,具有較強的生物活性,是三萜皂苷的重要前提物質。油酸、香樹素、角鯊烯均具有較好的抗氧化活性,所以老、幼齡樹茶籽油中均含有各自優勢的抗氧化活性物質??傊?,連續2 a 在老、幼樹茶籽油中含量多的物質較為穩定,這些物質是老、幼樹茶籽油的主體差異。

2019、2020 年在老齡樹茶籽油中的含量以及2 a 平均含量顯著更多的是壬酸、辛酸、硬脂酸、棕櫚酸、棕櫚酸乙酯、1- 甲酸十六醇酯、十六烷、2,3,5,8- 四甲基十烷、油酸甲酯、2- 十一烯醛,除了油酸甲酯、2- 十一烯醛,其他物質是老齡樹茶籽油在2019 年或2020 年所特有的,主要是有機酸、烷烴類物質。2019、2020 年在老齡樹茶籽油中的含量以及2 a 平均含量顯著更多的是乙酸硬脂醇酯、乙酸月桂酯、乙酸十五烷酯、反-2- 十一烯醇、反-1- 甲氧基-9- 十八烯、瓦倫烯、二十一烷、二十烷、棕櫚酸甲酯、反-2- 癸烯醛、豆甾醇,除了棕櫚酸甲酯、反-2- 癸烯醛、豆甾醇,其他物質是幼齡樹茶籽油在2019 年或2020 年所特有的,主要是小分子有機酸的酯、烯烴、烷烴。一些高級脂肪酸酯(油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯)和長鏈烷烴(二十一烷、二十烷、十六烷),雖然在老、幼齡樹茶籽油中種類不同但2 類物質性質相似??傊?,2019 和2020 年在老、幼齡樹茶籽油中的含量以及2 a 平均含量多的物質主要是特有物質,易受年份、地理位置的影響,不太穩定。

2019 和2020 年,老、幼齡樹茶籽油中含量差異不明顯的物質為2- 單棕櫚酸甘油酯、壬醛;2019 和2020 年,老、幼齡樹茶油中含量相反的物質是豆甾-7- 烯-3- 醇、反, 反-2,4- 癸二烯醛,均表現為在2019 年老齡樹茶籽油中含量更多,在2020 年幼齡樹茶籽油中含量更多,2 a 的平均值在老、幼齡樹茶籽油中差異不大。壬醛、反, 反-2,4-癸二烯醛均為茶油的主體氣味物質,表明老、幼齡樹茶籽油間主體氣味物質含量差異較小,少數生物活性物質、香氣物質在年份間表現不同,可能也是老、幼齡樹茶籽油表現不同的原因之一。

除了不同樹齡茶籽油的特有物質,年份間特有物質為2019 年1 個、2020 年2 個,采樣點特有物質為QS 4 個、TW 8 個、YCW 5 個,樹齡特有物質為老齡樹8 個、幼齡樹8 個,TW 采樣點的特有物質種類最多。不存在某個年份、采樣點或樹齡穩定特有的物質,說明這些因素之間相互影響,所以比較老、幼齡樹茶籽油的差異時,應多年、多點連續采樣,篩選出老樹中普遍穩定存在的功能性物質,有助于老、幼樹茶籽油品牌的建立。

2.3.3 茶籽油揮發性成分含量按類別對比

由表5 可知,按照物質基團分類,可將茶籽油揮發性物質分為有機酸、酯類、醛類、烴類、醇類。老、幼齡樹茶籽油各成分含量存在差異,在老齡樹茶籽油中含量由高到低依次為有機酸、酯類、醛類、烴類、醇類,在幼齡樹茶籽油中含量由高到低依次為有機酸、酯類、烴類、醇類、醛類,有機酸、酯類均在老齡樹茶籽油中含量更多,醛類、烴類、醇類均在幼齡樹茶籽油中含量更多。醛類、烴類、醇類大多數是由不飽和脂肪酸氧化降解來的,可見幼齡樹茶籽油的氧化程度可能更高。

按照物質性質和生物活性分類,在不飽和脂肪酸、不皂化物、三萜、甾醇中,除不飽和脂肪酸(油酸)外,其他3 類物質均表現為在幼齡樹茶籽油中含量更多,表明幼齡樹茶籽油中生物活性物質更豐富,可能有更高的保健價值。這幾類物質均有較好的抗氧化活性,表明老、幼齡樹茶籽油均有各自優勢的抗氧化物質。

2.3.4 茶籽油特殊揮發性成分的對比

茶籽油中存在一些特殊物質:鄰苯二甲酸酯(PAEs)和2 種酚類化合物,PAEs 包括鄰苯二甲酸單(2- 乙基己基) 酯、鄰苯二甲酸二甲氧乙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP),2 種酚類化合物包括2,4- 二叔丁基苯酚(2,4-DTBP)、2,2′- 亞甲基雙-(4- 甲基-6- 叔丁基苯酚)(抗氧劑2246)。

這些物質為抗氧劑或塑化劑,可能是從橡膠、塑料制品中遷移出來,通過土壤、水、空氣、食品等途徑進入植物體、人體,或是植物感受到環境脅迫產生的化感物質[17-18]。因為這些物質對人體健康有危害,所以在茶油中的含量越少越好。

由表5 可知:PAEs 含量在老、幼齡樹茶籽油中差異顯著,幼齡樹茶籽油中的含量顯著大于老齡樹茶籽油;老、幼齡樹茶籽油中PAEs 含量的差異在年份間不同,表現為在2020 年的差異顯著,在2019 年的差異不顯著;不區分老、幼樹,PAEs 含量在年份間的差異顯著,表現為在2020 年的含量顯著大于2019 年。2 種酚類化合物含量在老、幼齡樹茶籽油之間差異顯著,幼齡樹茶籽油中含量顯著大于老齡樹茶籽油;老、幼樹間的差異在不同年份相同;不區分老、幼樹,2 種酚類物質含量在年份間差異顯著,表現為在2020 年的含量顯著低于2019 年??傊?,這2 類物質在老、幼樹間及年份間差異均顯著,均表現為在老齡樹茶籽油中含量顯著小于幼樹,表明老齡樹茶籽油中此類有害物質更少,更有益人體健康,老齡樹中抗有害物質吸收富集或抗脅迫的基因可能有更高效的表達。

3 結論與討論

老、幼齡樹茶籽油各有優勢,進而決定了老、幼齡樹茶籽油的不同用途。幼齡樹茶籽油含有更多的香氣物質,更多的生物活性物質,主要是三萜類物質;老齡樹茶籽油的過氧化值更低,有更好的氧化穩定性,更高含量的單硬脂酸甘油酯。針對不同樹齡茶籽油開發不同的價值,建立特色“老/ 幼樹茶籽油”品牌及開辟新的應用領域,對茶籽油市場競爭力的提升有很大幫助。與幼齡樹茶籽油相比,老齡樹茶籽油中有害物質含量低,因此老樹可能是今后主要的油茶育種材料,保護和合理開發老齡樹(古樹)對油茶產業的發展具有重要意義。

3.1 老、幼齡油茶樹經濟性狀差異

本研究結果表明,產量性狀中僅單果質量在老、幼齡樹間的差異顯著,老樹的單果質量大于幼樹,這與王慶齡等[10] 的研究結果一致,即從產前期到盛果期,產量隨樹齡的增大而增大,而產油率差異在老、幼齡樹間均不顯著。為給豐產無性系的早期選擇提供參考,后續研究中可增加海南本地油茶研究的樹齡梯度,對產量性狀及樹體生長量的性狀與樹齡進行相關性分析[19]。

茶籽油理化性質的對比結果顯示,老齡樹茶籽油較幼齡樹茶籽油的過氧化值更低,酸價更高。這2 個指標在茶籽油氧化程度、抗氧化活性及其加工、運輸、貯藏方式的評價中有重要作用,值越低表示茶籽油的品質越好[20]。本研究結果表明,老、幼齡樹茶籽油這2 個指標的表現相反。老齡樹茶籽油酸價較高可能是因為老齡樹茶籽油中酚類,特別是具抗氧化活性的多酚類物質可能較多,苯環使得酚羥基略帶酸性,另外,老齡樹茶籽油中未被氧化的游離脂肪酸更多。

除此之外,檢測食用油氧化程度的方法均有一定局限性,其中測定過氧化值時是檢測油脂自動氧化初期氫過氧化物的生成量,氫過氧化物具有較高活性,隨即分解成小分子醛、酮,所以最好再進行巴比妥酸值的檢測,測過氧化物分解量。除了酸價、過氧化值、巴比妥酸值外,茴香胺值及特征氧化產物(醛酮類化合物)、脂肪酸組成等指標也能較好反映油脂氧化程度[21-22]。采用多指標綜合測定,才能更客觀評價老、幼齡樹茶籽油的氧化程度。

3.2 老、幼齡樹茶籽油成分差異

老、幼齡樹茶籽油均含有各自的優勢物質,這與前人對不同樹齡茶葉、杜仲等的成分比較的結果基本一致[23-24]。連續2 a 在老、幼齡樹茶籽油中各自含量多的物質較為穩定,這些物質可以作為老、幼齡樹茶籽油的標記物質,用來鑒別老、幼齡樹茶籽油。

充分利用不同樹齡茶油優勢成分或生物活性是提升茶籽油市場競爭力的重要因素。角鯊烯、香樹素、不皂化物、甾醇、三萜在幼齡樹茶籽油中含量更高,這些物質在抗菌、消炎、抗腫瘤等多方面有較強的生物活性,對提高免疫力、改善“三高”等慢性病有較大的功效[25-26],幼齡樹茶籽油更適合作為保健用油;單硬脂酸甘油酯(GMS)和油酸在老齡樹茶籽油中含量更高,高含量的GMS 有利于老齡樹茶籽油乳化分散,使其更黏稠且性質穩定、有更好的藥效協同性[27-29],所以老齡樹茶籽油更適用于制作護膚品和外用藥基質?;谶@些成分的差異,可開發出具有不同價值的茶籽油商品,建立特色“老/ 幼樹茶籽油”品牌及開辟新的應用領域[30]。

根據化感物質在老、幼齡樹茶籽油中含量的差異,可考慮設計不同樹齡油茶園品種配置、間套種的品種布局[31],防止出現低齡樹自毒現象[32],篩選老齡樹抗脅迫高效表達基因[30-33]。由于PAEs類塑化劑在老、幼茶油中含量存在差異,后續可研究有害物質在老齡樹體吸收富集能力弱的深層原因,從而為去除茶籽油中的塑化劑提供參考[17,30]。PAEs 類物質還有顯色功能,其含量在不同樹齡黑木相思不同部位的木材中有所不同,導致木材的顏色各異[34],PAEs 對不同樹齡茶油顏色的影響有待進一步研究。

3.3 GMS 含量導致的老、幼齡樹茶籽油品質差異

由于老齡樹茶籽油在色澤、氣味、口感等方面具有特殊表現,民間常用茶籽油治療跌打損傷、疑難雜癥,至今仍保留較多茶籽油內服外敷的偏方,人們普遍認為老齡樹或古樹茶籽油的效果更好??赡芘cGMS 在老、幼齡樹茶籽油中的含量差異有關。

GMS 作為凝膠因子可以賦予植物油獨特的風味和口感[28],老、幼齡樹茶油中GMS 含量的明顯差異會導致風味和口感的差異。GMS 能影響油凝膠中植物油的微觀結構,凝膠性能隨著其含量的增多而變化[27-28],植物油色澤的影響因素可能是黏度、折射程度,老齡樹茶籽油的GMS 含量更多,所以茶籽油的黏度更大、雙折射更明顯,導致視覺上透明度更弱、色澤更深。在GMS 影響下油凝膠三維網絡結構更緊湊、更穩定性[27],幼齡樹茶籽油的氧化程度更大,老、幼齡樹茶籽油氧化產物不同,所以香氣物質、感官特征不同[35]。在食品加工中GMS 作為乳化劑可以讓食材各組分混合均勻,優化了食品的口感、組織、結構、外觀[27],餐桌上老齡樹茶籽油在蒸炒烹炸后的優秀表現經過口口相傳、代代相傳,使老齡樹茶籽油成為高端、美味的代名詞。

GMS對藥(有)效成分有均勻分散、促進滲透、協同藥效等輔助作用[27,29,36],因此老齡樹茶籽油中較多的GMS 也可以更好地幫助其藥效(生物活性)成分,比如多酚[37]、三萜、甾醇,更好地發揮作用,老齡樹茶籽油藥效更好。這些作用也能影響茶籽油的氣味和口感,讓茶籽油更清晰、充分、徹底地被感受到和品嘗到。

后續對老、幼齡油茶樹的研究還可以從以下幾個方面進行。一是,對老、幼齡樹茶籽油中多酚和黃酮類物質的種類和含量進行對比分析,這些物質對于茶籽油的生物活性有較大的影響[37];二是,對老、幼齡樹茶籽油的生物活性進行分析,比如抗氧化、抗菌、抗癌、消炎等活性,進一步擴大并驗證老、幼齡樹茶籽油各自優勢的應用領域;三是,在本研究基礎上,深入挖掘老齡樹抗脅迫、抗有害物質吸收富集的相關機制;四是,進一步探究PAEs 等特殊物質在油茶植株或茶籽油中的“身份”;五是,進一步驗證茶籽油中GMS對油脂品質的影響。

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[ 本文編校:聞 麗]

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