不同采收期山桐子的果实品质分析

赵梦幻, 许郡元, 刘亚丽, 李鹏程, 刘震, 李志, 耿晓东, 代莉, 刘一, 王艳梅

(1.河南农业大学林学院,河南 郑州 450002; 2.河南省林业生态建设发展中心,河南 郑州 450000;3.天润物华(北京)生态科技有限公司,北京 100052)

山桐子(IdesiapolycarpaMaxim)是大风子科(Flacourtiaceae)山桐子属(Idesia)的落叶乔木,其果实(浆果)含油率高且营养丰富,果实的含油率可达39.40%,不饱和脂肪酸含量可达88.67%,亚油酸含量在70%以上,可作为开发高档食用植物油、医药和保健食品的优质原料,可作为制备生物柴油的原料[1];山桐子油也可作工业润滑油。榨油后的饼粕油渣可提取驱虫剂,也可以加工做饲料及石墨化分级多孔生物炭材料[2]。山桐子树干通直圆满、树冠分层,材质轻软,干缩性小,可加工成上等板材供室内装修和制作家具,或用于生产高档纸浆;顶生圆锥花序,花色淡黄芳香,秋季果实成熟后呈鲜红色,挂果期长,极具观赏价值,也是重要的园林绿化树种。可见,山桐子不仅是优质、高产的木本油料植物,同时还兼有较高的用材、观赏价值,因此被誉为“美丽的树上油库”。

2008年出台的《国家粮食安全中长期规划纲要(2008—2020年)》,把山桐子作为一种重要的木本油料树种,上升到国家粮油安全的战略地位,之后又陆续出台了《文冠果原料林可持续培育指南和山桐子原料林可持续培育指南》及《全国优势特色经济林发展布局规划(2013—2020年)》等一系列相关文件,将山桐子纳入国家发展规划。2020年国家卫生健康委员会在《新食品原料终止审查目录》中将山桐子油按普通食品管理。因此,山桐子作为木本油料树种,具有“不与人争粮、不与粮争地”的优势,在食品、医药、化工及林业等多领域具有巨大的开发潜能及应用前景。

采收期与木本油料树种果实品质有着直接密切的关系[3]。过早或过晚采收,都会对果实品质造成不利影响。过早采收的果实小、产量低,尚未形成品种固有的品质;过晚采收的果实容易被霉菌侵染,导致表皮发黑,影响品质[4],但采收时期的确定较为困难,不仅与果实品种有关,与栽植地的具体情况和当地当年的气候也有一定的关系[5]。在实际生产推广中,应根据用途确定采收期。郝金莲等[6]研究不同品种核桃(JuglansregiaL.),将温185、新新 2、新丰、新光和温179的青果开裂率达75 %,扎343的青果开裂率达55 %作为适宜的采收期,以获得果实大且营养物质含量高的核桃。苗森浩等[7]研究不同品种油茶(CamelliaoleiferaAbel)为获得高的含油率和不饱和脂肪酸,将“华金”的最佳采收期定为10月11日左右,“华鑫”和“湘林210”在10月25日和11月1日左右,“华硕”在11月8日左右。马婷等[8]研究不同品种油橄榄(OleaeuropaeaL.),以油橄榄果实质量为标准将云杂1号最佳采收期定为9月末,云杂2号、云杂3号采收期定为10月末。山桐子是重要的木本油料树种,高的含油率和种子活力能提高其经济效益。有研究发现,不同采收期‘香玲’核桃含油率及脂肪酸组分含量存在差异,且含油率随着采收期的推迟呈先上升后下降趋势[9]。贾然然等[10]研究毛叶山桐子得出不同采收期会极显著影响种子发芽率。然而壮年期山桐子果实采收期对种子萌发及果实油品质影响的报道较为少见。因此,本研究以壮年期山桐子人工林果实为研究对象,对其品质进行分析评价,以确定其不同用途果实的最佳采收时期,以期为山桐子的质量评价、采摘、加工利用、苗木繁育及推广栽植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为生长于济源市蟒河林区的‘豫济’山桐子(Idesiapolycarpa‘Yuji’),行间距为3 m×5 m,到2022年林龄已21 a。于2022年7—11月,每月8日从林区内3棵或3棵以上目标树树冠中上部外缘四周枝条中部随机采摘果穗共24串,带回实验室测定相关指标,并将若干果实放入烘箱、超低温冰箱以供后续试验的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 果实表型性状测定 不同月份采收的果实样品中每棵单株选取3串果穗,使用直尺(精度0.01 cm)测定果穗长、果穗宽(将果穗垂直悬挂,果穗顶部到基部的直线距离为果穗长,其横截面的最大直径即为果穗宽),计算果穗长宽比,记录单穗果实个数;用电子天平(精度0.01 g)测定单穗果柄鲜质量、单穗果实鲜质量、单果鲜质量,并计算单串果穗鲜质量(单穗果实鲜质量与单穗果柄鲜质量之和);每串果穗上随机选取8粒鲜果,用数显游标卡尺(精度0.01 mm)分别测量单果横、纵径。

1.2.2 果实含油率及油脂脂肪酸成分测定 每棵单株称取烘干果实粉末3 g,参照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》[11]采用索氏提取法提取油脂,每个时期重复3次。提取的油脂需进行蒸馏分离,分离后的油脂存放于玻璃瓶中,并置于5 ℃低温环境下密封保存。

利用气相色谱技术对油样进行脂肪酸成分及含量测定。对所提油脂先进行甲酯化处理,再经正己烷萃取后上机测定。气相色谱仪的工作条件:FID氢火焰离子化检测器,DB-FastFAME色谱柱,进样口温度250 ℃,分流比20∶1,检测器温度260 ℃,色谱柱初温80 ℃,保持0.5 min,以40 ℃·min-1程序升温至165 ℃,保持1 min,以4 ℃·min-1程序升温至230 ℃,并在此温度下维持6 min。

1.2.3 种子发芽率测定 种子发芽试验参照李非[12]的方法。将处理好的种子每个培养皿上放100粒,在15/25 ℃ (15 ℃,12 h/25 ℃,12 h)的培养箱中培养,每个时期3个重复。每5 d统计一次发芽数。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2021初步整理试验数据,SPSS 26.0进行单因素分析,Origin 2021进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同采收期果实表型形状变化规律

2022年山桐子落花期在5月20日左右,并于5月23日全部落完,之后子房不断长大发育为果实。7—11月‘豫济’山桐子果实表型性状变化如表1。果穗长度随着日期的变化而逐渐增长,可达24 cm;果穗宽度变化与长度不同,以8月为最大值,9.55 cm;不同时期单穗果实个数不等,约为51～79粒,其中8月和10月总粒数达到最多;单穗果柄鲜质量、单穗果实鲜质量、单串果穗鲜质量和单果鲜质量随着日期的变化,表现为先增加后降低的趋势,单穗果实鲜质量和单果鲜质量均在10月达到最大值,单穗果柄鲜质量、单穗果实鲜质量、单串果穗鲜质量和单果鲜质量的变化可能与果实含水率有关;果实的横径、纵径在7—9月显著增长,之后增长缓慢,横径在10月达到最大值8.38 mm,纵径在9月达到最大值9.47 mm,10月之后横、纵径都有一定程度缩小。果形指数接近于1,表明‘豫济’山桐子果实近球形;种子千粒质量随成熟度的增加,在10月达到最大值2.26 g,在11月显著降低。

表1 2022年7—11月‘豫济’山桐子果实表型性状变化Table 1 Table of fruit phenotypic traits changes of Idesia polycarpa ‘Yuji’ from July to November, 2022

表2 ‘豫济’山桐子果实性状的相关性分析Table 2 Correlation analysis among fruit traits of Idesia polycarpa ‘Yuji’

7—11月‘豫济’山桐子果实外观变化如图1所示。7月浆果为青绿,8月为深绿,10月由黄绿变为橙红,11月变为深红(部分果实变黑)。

图1 2022年7—11月‘豫济’山桐子果实变化Fig.1 Fruit changes of Idesia polycarpa ‘Yuji’ from July to November, 2022

2.2 不同采收期果实含油率变化规律

2022年7—11月‘豫济’山桐子果实含油率和含水率如图2所示。由图2可知,2022年‘豫济’山桐子果实含油率和含水率均随着成熟度的增加呈先上升后下降。8月的果实含油率最高,约为24%,10月含油率为21.87%,与8月差异不显著(p>0.05);果实含水率也在8月达到最高,为71.01%,从8月后,显著降低(p<0.05),表明随着果实的成熟,果实内的含水率也在逐渐下降。

图2 2022年7—11月‘豫济’山桐子果实含油率及含水率的变化Fig.2 Figure of fruit oil content and moisture content changes of Idesia polycarpa ‘Yuji’ from July to November, 2022

2.3 果实性状相关性分析

山桐子果实性状的相关性分析结果见表 2。单果鲜质量与果实横径、纵径、果形指数、果大小指数及果柄长度均呈极显著正相关关系(p<0.01),表明果实形状越大、越趋于球形果实、质量越大。果实含水率与果穗长度和果柄长度呈极显著负相关关系,表明果柄和果穗越长果实含水率越低。含油率作为评价果实质量最重要的指标与果穗宽、单串果穗鲜质量、单穗果实鲜质量、单果鲜质量、果实横径均呈极显著正相关,其中与单串果穗鲜质量关系最为密切(r=0.728),与果实横径次之(r=0.725)。

2.4 不同采收期果实油脂肪酸组成及含量变化规律

2022年7—11月‘豫济’山桐子果实油脂脂肪酸组成及含量见表3。由表3可知,不同月份‘豫济’山桐子果实油脂脂肪酸含量前3的均为亚油酸、油酸和棕榈酸。亚油酸和油酸含量均随着果实成熟度的增加表现波动式变化趋势,亚油酸平均含量为72.51 %,其中果实初期(7月)的亚油酸含量高达76.11 %;油酸平均含量为8.95 %,其中9月达最大值8.95 %;棕榈酸含量随着果实成熟度的增加表现为先增加后降低的趋势,也在9月达到最大值17.14 %;硬脂酸含量随着成熟度的增加表现为持续下降的趋势;γ-亚麻酸和二十碳烯酸在7—9月含量极低,但在10月后含量逐渐增加,并都在11月达到最大,分别为0.71 %、0.78 %;饱和脂肪酸含量随着成熟度的增加,表现为先上升后下降的趋势,在9月达到最大值18.61 %;不饱和脂肪酸的变化与饱和脂肪酸正好相反,表现为先下降后上升的趋势,在9月达到最小值81.39 %。由此可得,不同月份‘豫济’山桐子果实油脂脂肪酸含量存在差异。

表3 2022年7—11月‘豫济’山桐子果实油脂脂肪酸组成及含量Table 3 Fatty acid composition and content of in fruit oil of Idesia polycarpa ‘Yuji’ from July to November, 2022 %

2.5 不同采收期种子发芽情况变化规律

2022年7—11月‘豫济’山桐子种子发芽情况如表4所示。由表4可知,不同月份的‘豫济’山桐子种子发芽情况不同。发芽率、发芽势随着果实成熟度的增加呈逐渐上升趋势,在10月达到最大值,而到11月显著降低。7月山桐子种子不能发芽,10月发芽率、发芽势分别为93.33%、35.33%,11月发芽率、发芽势下降至43.33%和25.33%。平均发芽时间随着成熟度的增加呈现先下降后上升趋势,9月平均发芽时间最短为22 d左右,11月最长为28 d左右,9月和10月平均发芽时间差异不显著,和11月差异显著。由此可得,种子成熟度影响种子发芽,成熟度越高,山桐子种子活力越强。

表4 2022年7—11月‘豫济’山桐子种子发芽率变化Table 4 Germination rate changes of Idesia polycarpa ‘Yuji’ seeds from July to November, 2022

3 结论与讨论

‘豫济’山桐子在果实发育过程中伴随有形态和颜色的变化,果实生长类型为“S”曲线,经历开始缓慢生长,快速生长、又缓慢生长直到果实成熟。6月是果实膨大期,果实内含水量较高,果实的颜色为绿色;7—9月为物质积累期,最后趋于稳定.果实颜色由绿色变为红色;从10月之后横、纵径和单果鲜质量都有一定程度缩小,这与马婷等[8]研究油橄榄得出的结果一致,果实大小和重量的降低可能与果实含水率降低有关。果实发育的整个阶段,果实纵、横径变化较为同步,果实形状为球形与苏上等[13]研究采自广东省乳源县大桥镇的山桐子果实呈非常规的圆柱状不同,是由取样地的环境和遗传决定的。蔡齐飞等[14]研究373份山桐子种质表型性状得出,表型性状变异系数大于10.00%,存在较高的遗传多样性。

山桐子作为重要的木本油料树种,采收期对其果实含油率有重要影响。本研究结果表明,果实含油率会随着时间,即成熟度的增加先上升后下降,这与陈子茜等[15]、杨塘榆等[16]的研究结果一致。含油率达到最高时在8月8日左右,与前人研究的10月30日左右[17]、11月15日左右[18]达到最高存在差异。主要由于果实成熟期极易受气候因素的影响,同时地区及年份差异也对其造成影响。如浙江金华地区种植的薄壳山核桃与山东济宁种植的成熟期有明显差异[19-20]。张正文等[21]连续3 a观测重庆市綦江区山桐子物候期,也发现山桐子在不同年份果熟期存在较大差异。果实含油率最高为24%左右,相比前人研究的33.4%[22]、29.83%[23]、30%[24]稍低,主要可能受环境因素和自身遗传因素的综合影响。LI等[25]研究不同地区山桐子脂肪酸含量、油脂脂肪酸谱及形态特征发现,海拔、年平均气温和年降水量是影响含油量和脂肪酸组成的主要因素。王艳梅等[26]研究6个种源山桐子种子也发现,不同种源含油率相差较大,变幅为11.34%～26.54%。相关性分析表明,果实含油率与果穗宽、单串果穗鲜质量、单穗果实鲜质量、单果鲜质量、果实横径均呈极显著正相关关系,这与刘英等[27]的研究结果一致。

果油的质量和效用主要取决于其脂肪酸组成。本次试验检测出‘豫济’山桐子果实油中含有丰富的脂肪酸,以亚油酸、油酸、棕榈酸、棕榈油酸为主,其中亚油酸的摄入在降低健康人的心血管疾病风险方面起着积极作用[28],对生物体的代谢也有重要意义[29];油酸在抗炎和抗癌方面表现良好[30-31];棕榈酸可以诱发胰岛素抵抗[32-33]。山桐子果实中亚油酸、硬脂酸在果实初期(7月)达到最大值;油酸、棕榈酸、棕榈油酸在9月达到最大值,与贾然然等[10]的研究结果有一定出入,可能是由于山桐子研究地的选取以及气候条件的不同导致的。

植物种子成熟的时间不同所经历的环境条件就不同,直接影响种子休眠萌发特性[34]。本研究发现,山桐子种子发芽率、发芽势随着果实成熟度的增加而上升,但到11月又显著下降,这与贾然然等[10]的研究结果一致。山桐子种子具有冬休眠的特性,11月发芽率和发芽势显著降低可能与种子进入休眠期有关。种子活力直接影响种子萌发和产量,是衡量种子品质最重要的指标[35],本研究得出,10月左右采收果实的种子发芽率最高、活力最强,播种后的幼苗品质,仍需进一步研究。

在实际生产应用中,应根据目的来确定合理的采收期。研究结果表明,10月左右采收的山桐子果形较大、果实成熟度高,果实含油率较高、种子活力也最强,这一时期是用作油脂原料和播种育苗的最佳采收期,可为本地山桐子合理采收提供参考。