油茶无性系裂果特性分析及粒径分级

夏玉洁，姚小华

（1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400；2.安徽农业大学，安徽 合肥 230036）

油茶Camellia oleifera为山茶科Theaceae 山茶属Camellia常绿小乔木[1]，为我国特有，我国也是世界上油茶籽产量最高，分布最广且品种最多的国家[2]。油茶主要分布于长江流域及以南的18个省，集中栽培于湖南、江西和广西等省[3]，其中以湖南、江西两省的产量最高，占全国产量的60%以上[4]。

茶油营养丰富、不饱和脂肪酸含量高，是一种优质、保健、适宜人体吸收的高级植物食用油[5-8]，同时它还是化工、医药、化妆等行业的重要原材料[9-13]。油茶耐干旱瘠薄能力很强，是我国南方丘陵、低山红壤地区的先锋阔叶树种[14-15]。油茶种仁中含有13%～18%的茶皂素，具有抗渗、消炎、镇痛、灭菌杀虫等生理作用，广泛应用于乳化剂、防腐剂、杀虫剂和其它医药产品的生产[16-17]。脱毒后的油茶籽粕是优质的饲料蛋白源，籽壳含有丰富的多缩戊糖、纤维素和木质素，是制取木糖、糠醛的理想原料[18]，因此油茶籽具有很高的经济价值。

油茶果由果皮、种壳、种仁组成。种仁主要成分为脂肪、淀粉、蛋白质、皂素等，用来提炼茶油；果皮和种壳的主要成分为粗纤维，不含油脂，占整个鲜果的45%～65%，需在油茶果采摘后1～2周内作脱壳清选处理[19]。由于带壳压榨会带走油分，影响出油率，对加工油脂不利，因此油茶果加工利用前需作脱壳去皮处理[20]。在实际生产中，油茶果采收后都采用传统的堆沤法[21-22]，即将采后的鲜果堆沤几天促进果实开裂、脱籽，也有油茶果采后随即在室外摊晒，促进果实开裂的建议[23]。

近年来油茶产量逐年大幅增加，但是油茶鲜果脱壳技术和设备研究才刚起步，脱壳技术逐渐成为油茶原料处理的瓶颈。无论是堆沤还是直接日晒都需要较长时间才能完成果实开裂脱籽，显然不适合规模化生产的需要。本研究通过对油茶果实性状及开裂特性等方面进行研究，首先分析了不同无性系果实开裂时间及开裂高峰期的差异性，然后通过对开裂速度和剩余籽粒率进行聚类处理，筛选出了一类开裂快且剩余籽粒率低的最优无性系，最后对这类无性系的果高和果径进行粒径分级，以期为未来制造专用工业化油茶籽脱壳设备提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

供试验的材料来自于浙江省金华市东方红林场种质园内，属亚热带季风气候，四季分明，气温适中，热量丰富，雨量充沛。年平均气温17.3 ℃，年平均降水量1 406 mm，相对湿度为77%。地形为山地丘陵，红黄壤，pH 值5.5 左右。分批于2008年及2009年种植，之后每年进行常规的人工管理。随着林木的生长，原有的栽植密度已不能满足现有林分的要求，两排林木之间交叉重叠现象严重，造成光能利用率不足，生长受阻，并导致严重的病害。因此，在2017年将油茶林每隔行移除。

1.2 测定内容及方法

试验于2016—2017年果实成熟期采摘，选用成熟度较一致的92 个无性系油茶鲜果，2016年共调查了92 个无性系，2017年调查了75 个普通油茶及45 个小果油茶无性系（第二年试验林中大部分无性系因隔行移除，果实产量减少，无法达到取样标准。因此2 a 中只有35 个重复无性系，即下表中1～35 号）。统计其开裂时间、剩余籽粒率等，测量其果实性状、籽粒总个数及单个籽粒质量；每个无性系测量30 个果实的果高、果径，以果径与果高的比值计算果型指数（果实性状均及籽粒性状为3 次重复试验，每个重复30 个果实、100 个籽粒）。

用0.01 g 电子分析天平称量果质量和籽粒质量，用游标卡尺测量果高、果径、种高、种径，以果实横径与果实高的比值计算果型指数。

1.3 数据处理

试验数据计算采用Excel 2007 和SPSS 22.0 对实验数据进行整理及方差分析，用Duncan 法进行多重比较，使用R 进行了聚类分析。

2 结果与分析

2.1 油茶不同无性系的果实开裂时间及开裂高峰期差异

由 表1可 知，2016年 前5 d 果 实 开 裂 率平均值为4.48%，高于均值的无性系占总量的45.65%，如3、24、27、53 号等；前15 d 果实开裂率平均值为54.59%，高于均值的无性系占总量的50.00%，如49、51、52、14、43 号等；前25 d果实开裂率平均值为92.80%，高于均值的无性系占总量的58.70%，如6、7、10、14 号等剩余籽粒率均为0。

综合2016年油茶果实开裂时间、开裂率及剩余籽粒率，2、13、14、44、50、53、78 号的性状优于其它无性系。

由表2可知，2017年普通油茶中前5 d 全部开裂的无性系为8、10、117、130 号，前5 d 的平均开裂率为39.94%，15、100、110、130 号等无性系开裂率高于开裂均值，占无性系总量的37.84%；前10 d 的平均开裂率为84.07%，开裂率超过均值的无性系占总量的67.57%，如8、10、11、13、17 号等；前15 d 的平均开裂率为92.75%，31 个无性系全部开裂，开裂率超过均值的无性系占总量的71.62%；无性系16、19、97、123 号开裂慢，剩余籽粒率也较高。综合2017年油茶果实开裂时间及开裂率，8、10、110、117、125、130 号的性状优于其它无性系。

表1 2016年油茶无性系之间果实开裂时间的差异Table1 Differences in fruit cracking time among 92 Camellia oleifera clones in 2016 %

表2 2017年普通油茶无性系间果实开裂时间的差异 Table2 Differences in fruit cracking time between Camellia oleifera clones in 2017 %

由表3可知，小果油茶中136、143、176 号在前3 d 全部开裂，17 个无性系在前5 d 全部开裂，前5 d 的平均开裂率为73.76%，全部开裂的无性系占37.78%；前10 d 的平均开裂率为93.81%，全部开裂的无性系占73.33%；前15 d 的平均开裂率为97.84%，全部开裂的占82.22%，开裂率未达到90%的仅占4.44%。

表3 2017年小果油茶无性系间果实开裂时间的差异Table3 Differences in fruit cracking time between camellia meiocarpa clones in 2017 %

2.2 不同无性系的籽粒的差异

2017年普通油茶无性系间籽粒质量的变化范围是0.63～4.96 g， 变异系数为21.30%～51.47%；重复间籽粒数量的变异系数范围是2.67%～33.01%，籽粒质量的变异系数范围是0.12%～15.77%（表4）。

重复试验间籽粒数较稳定的无性系为14、19、30 号，变异系数均低于2.98%；籽粒质量在重复间变化小的无性系为4、13、107、131 号，变异系数均低于1.14%；无性系内籽粒质量变化较小的无性系为12、13、29、129、145、157 号，变异系数均低于24.62%。综合考虑，4、12、13、25、28、29、126、129 号的籽粒质量较大、稳定性强，籽粒性状较优良。

小果油茶无性系间籽粒质量的变化范围是0.59～1.45 g，变异系数为21.69%～45.62%；重复间籽粒数量的变异系数范围是0.90%～48.38%，籽粒质量的变异系数范围是0.35%～47.32% （表5）。

重复试验间籽粒数较稳定的无性系为133、151、154、158、162 号，变异系数均低于2.98%；籽粒质量在重复间变化小的无性系为137、139、142、146、171 号，变异系数均低于1.07%；无性系内籽粒质量变化较小的无性系为162、145、149、171 号，变异系数均低于24.00%。综合考虑，146、157、162、171、172 号的籽粒籽粒质量较大，且稳定性强。

2.3 油茶开裂速度和剩余籽粒率的聚类分析

由图1可知，对普通油茶无性系开裂速度（前15 d 开裂率）和剩余籽粒率2 个指标，对其进行聚类分析，性状指标优良程度由高到低可分为4类：第1 类的前15 d 开裂率和剩余籽粒率均值分别为33.10%和6.18%，第2 类分别为38.46%和22.45%，第3 类分别为77.18%和3.48%，第4 类分别为52.70%和1.92%。根据表6可知，第3 类油茶无性系的前15 d 开裂率最高，且剩余籽粒率最低，变异系数也较小，因此开裂指标最好。

表4 重复试验间普通油茶籽粒的差异性†Table4 The difference of Camellia oleifera grains between repeated tests

2.4 油茶果高与果径的聚类分析

油茶果实在刚采摘下来时含水率高、果壳坚硬未开裂，由于油茶果的直径差别较大，采用揉搓型脱壳机在相同力度下脱壳效果可能不佳，可按直径大小分3 类来脱壳。通过对油茶开裂速度和剩余籽粒率的聚类分析可知，性状最优良的第3 类共33 个无性系，根据其果高和果径两个指标，再次对第3 类油茶无性系进行了聚类分析（表7），可将油茶鲜果分成3 个直径等级：第一类的果高和果径均值分别为24.98 mm 和25.02 mm，第二类分别为28.84 mm 和27.27 mm，第三类分别为 31.38 mm 和30.67 mm。第一类的果高和果径范围分别为22.48～27.29 mm 和22.84～26.71 mm，第二类为26.72～31.44 mm 和25.64～28.82 mm，第三类为30.06～33.73 mm 和29.19～32.40 mm。根据上述均值和范围，未来油茶专用工业脱壳设备的孔隙可大致设置成半径分别为26、30、34 mm（图2）。

表5 重复试验间小果油茶籽粒的差异性†Table5 The difference of camellia meiocarpa grains between repeated tests

图1 果实前15 d 开裂率和剩余籽粒率的聚类结果Fig.1 Clustering of cracking rate in the first 15 days and residual grain rate of fruit

2.5 果实最终开裂率和果型指数的相关分析

在实验过程中发现，果实采收25 d 以后开裂情况基本停止，因此将第25 天的果实开裂率作为果实最终开裂率。首先，对果实最终开裂率（前25 d）和果型指数的相关分析结果表明，相关性仅为0.059，基本无相关关系（表8）。其次由图3可知，采用线性回归分析油茶果实最终开裂率（第25 d）和果型指数二者关系，数据出现较大的偏离，即不存在显著线性相关关系。

表6 果实的前15 d 开裂率和剩余籽粒率Table6 The cracking rate in the first 15 days and residual grain rate of fruit

表7 油茶果实果高与果径的聚类Table7 The clustering of fruit height and fruit diameter in Camellia oleifera

图2 油茶果实果高与果径的聚类结果Fig.2 Clustering of cracking rate in the first 15 days and residual grain rate of Camellia oleifera fruit

表8 果实最终开裂率（前25 d）和果型指数的相关分析Table8 Correlation analysis of fruit final cracking rate (25 d) and fruit type index

通过统计92 个油茶无性系的最终开裂率和果型指数分布（图4）可知，当果型指数在0.95～1.05范围内时，果实最终开裂率较高，基本均高于90%；当果型指数低于0.95 或高于1.06 时，油茶无性系分布较少且开裂率相对较低。

3 讨 论

试验调查过程中发现，9、19 号开裂速度慢、剩余籽粒率高，但是与其果皮厚度相似的14、23、26 号开裂速度快、剩余籽粒率低，这说明果皮厚度与开裂速度可能没有极显著相关关系。2017年对其中的35 个无性系再次调查了开裂率与剩余籽粒率（表7），2016年前5 d 和前15 d 的开裂率仅为4.76%、56.77%，2017年则为36.5%和92.99%（表9），2017年的开裂速度显著高于2016年，在调查中发现2016年试验期间试验地多为阴雨天，湿度高，2017年多为晴天，湿度较低，由此可推测湿度可能会影响油茶开裂速度。

图3 果实最终开裂率（前25 d）和果型指数的回归分析Fig.3 The regression analysis of fruit final cracking rate (25 d) and fruit type index

图4 果实最终开裂率与果型指数的分布点Fig.4 Distribution of fruit’s final cracking rate and fruit shape index

表9 油茶无性系在2016―2017年间的果实开裂速率Table9 The fruit cracking rate of Camellia oleifera clones from 2016 to 2017 %

根据Considine 等[25]的理论模型，球形果实的半径越大，或其形状越偏离规则的球体而趋向扁圆或扁长时，其外层包裹的膜所受的压力越大，因而理论上来说大果型或者果型指数越不接近于1 的果实更易裂果。本研究发现果实最终开裂率和果型指数相关分析的结论与上述不符，反而是当果型指数在0.95～1.05 范围内时，果实最终开裂率较高。由于目前对于果实开裂的研究大多集中在浆果，关于油茶等核果开裂的研究几乎没有，未来可研究分析更多油茶无性系或类似蒴果验证此结论。

油茶果壳含水率高，果壳脆性差、不利于完整脱壳，含水率过低，果壳硬度偏大，破壳后易对果仁造成破损。根据唐湘等[26]不同油茶果含水率对脱壳指标的影响，含水率对破壳力的影响极为显著，不同含水率油茶果的破壳力不相等；当茶果含水率高于37.4%时，脱壳率随含水率减少而升高，茶果含水率减少至37.4%后，脱壳率随含水率减少而降低。试验同样也表明油茶果的直径对破壳为的影响也极为显著，由于较小的茶果饱满度不高，果壳薄、壳仁间隙大，破壳力较小；随着茶果直径的増加，果壳间隙减少，所需破壳力越来越大。未来可从不同无性系果皮含水率、果实直径（体积）与开裂速度方面进行试验，探究3 者关系，作为筛选油茶开裂特性良好的无性系的标准。

在今后的研究中可从油茶果皮含水率、果实直径、壳仁间隙、果皮成分、采摘期温湿度等因素来调查分析影响油茶果实开裂速度的因素。

4 结 论

1）综合普通油茶果实开裂时间、开裂率及剩余籽粒率，无性系2、8、10、13、14、44、50、53、78、110、117、125、130 号的性状优良；小果油茶中136、143、176 号性状优良；籽粒方面，普通油茶4、12、13、25、28、29、126、129、小果油茶146、157、162、171、172 号的籽粒籽粒质量较大，且稳定性强。

2）2016年油茶无性系果实最集中的开裂时间为第5～15 天，其次为第15～25 天；2017年为第5～15 天，其次为第1～5 天；2017年小果油茶无性系果实最集中的开裂时间为第1～5天，其次为第5～15 天。普通油茶方面，2016年前5、15、25 d 果实开裂率平均值分别为4.48%、54.59%、92.80%，2017年果实平均开裂率在前5、10、15 d 分 别 为39.94%、84.07%、92.75%。 前5、10、15 d 的果实平均开裂率分别为73.76%、93.81%、97.84%。

3）根据开裂速度（前15 d 开裂率）和剩余籽粒率可将油茶无性系可分为4 类，其中最优良的第三类共有33 个无性系，开裂率和剩余籽粒率均值分别为77.18%和3.48%，且其变异情况稳定；为将来制造、推广适应性强、脱壳效率高、果仁损失小的油茶籽脱壳专用设备，将最优良的33 个无性系根据果高和果径两个指标聚类分析，由高到低再细分为3 类：第1 类的果高和果径均值分别为24.98 mm 和25.02 mm，第2 类分别为 28.84 mm 和27.27 mm，第3 类分别为31.38 mm和30.67 mm，未来油茶专用工业脱壳设备的孔隙可大致设置成半径分别为26、30、34 mm。

4）果实最终开裂率和果型指数不存在显著线性相关，当果型指数在0.95～1.05 范围内时，果实最终开裂率较高，基本均高于90%，当果型指数低于0.95 或高于1.06 时，油茶无性系分布较少且开裂率相对较低。