不同种源山胡椒果实脂肪酸组分多样性分析

齐 季 熊 彪 张志翔 甄爱国 蒲发光

(北京林业大学自然保护区学院1，北京 100083)(湖北省英山县林业局2，黄冈 438700)(安徽省天马国家级自然保护区管理局3，六安 237300)

不同种源山胡椒果实脂肪酸组分多样性分析

齐 季1熊 彪1张志翔1甄爱国2蒲发光3

(北京林业大学自然保护区学院1，北京 100083)(湖北省英山县林业局2，黄冈 438700)(安徽省天马国家级自然保护区管理局3，六安 237300)

为了解山胡椒果实在不同种源地间的脂肪酸组分差异及油脂品质特点，在其自然分布区内选取9个具代表性的群体，测定果实脂肪酸组分并进行相关统计分析。结果表明，从各种源地果实中共检测出14种脂肪酸，其中9种饱和脂肪酸，5种不饱和脂肪酸，且各脂肪酸在种源地间表现出不同的变异性和丰富度，棕榈酸受地理-气候因子影响最大，纬度对脂肪酸性状影响范围最广，湖北英山1、湖北英山2山胡椒群体具备优良的脂肪酸性状，是生产生物柴油和食用油的较佳选择。

山胡椒 脂肪酸 多样性 生物柴油

山胡椒(LinderaglaucaBlume)又名牛筋树、假死柴、油金条、野胡椒等，隶属樟科(Lauraceae)山胡椒属(LinderaThunb)，为落叶灌木或小乔木，广布于我国秦岭—淮河以南各省区[1]。有研究报道，其种子含油率可达39.2%，脂肪酸组成包括癸酸、月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、豆蔻酸和辛酸[2-5]，通过工艺加工可得到纯度达98%以上的癸酸、月桂酸，是制造肥皂和润滑油的重要原料[6]。周书来等[7]提出了山胡椒调味油的最优工艺条件，刘立鼎等[8]利用山胡椒果实油脂合成金属去污剂，取得了良好效果。以上研究大多局限在山胡椒分布的某一地区，着重于油脂开发利用，鲜有对不同种源果实脂肪酸组分多样性分析的相关报道。此外，山胡椒作为高油脂含量树种，被列为燃料油植物资源分布的第Ⅱ等级[9]，具备适应性广、资源丰富的特点，其生物柴油特性亟待挖掘。

本研究通过收集分布于9个种源地典型生境条件下的山胡椒果实，对其脂肪酸组分进行多样性分析，进一步了解脂肪酸组分在种源间的差异及变异趋势，同时依据各种源地果实脂肪酸组分特点初步开展油脂品质评价研究，为筛选具备生物柴油特性的种质提供参考依据，也为山胡椒的良种选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于山胡椒果实成熟期(2013年9～10月、2014年9～10月)，分别在河南鸡公山、河南罗山、河南商城、河南桐柏、安徽金寨、湖北英山1(马头村)、湖北英山2(叶家山)、湖南望城、浙江临安等9个种源地取样，所选山胡椒种源均为当地起源、天然群体，结实情况为平年或大年。每个种源所选样株数目在10株以上，混合取样。样株具备的条件是：优势木或亚优势木，生长正常，无明显缺陷，无病虫害或病虫害较轻。为避免同一家系重复，2棵样株距离在50 m以上。从样株东、西、南、北4个方向，收集成熟果实。各种源地生态地理因子及立地气候条件见表1。

1.2 脂肪酸测定方法

将收集到的各个种源地的山胡椒果实混合样品分别置于105 ℃烘箱中烘干至恒重，并粉碎。参照GB/T 22223—2008水解提取-气相色谱法[10]测定脂肪酸含量，进行2次独立测试，取平均值。由测定得到的每百克样品中脂肪酸的含量，计算该脂肪酸占总脂肪酸含量的百分比，即为相对含量。C12～C20脂肪酸甲酯是生物柴油能源植物的筛选标准之一[11]，故研究中还统计了C11～C19脂肪酸的相对含量。

1.3 仪器及数据分析

研究采用Shannon-Wiener多样性指数来评定不同种源地山胡椒脂肪酸性状的变异程度，其计算参照孙儒泳等[12]介绍的方法；相关性分析采用SPSS 20.0软件完成，其他数据统计采用Microsoft Excel 2003软件完成。

表1 种源地的地理-气候因子

试验中使用的主要仪器：日本岛津GC-2010气相色谱仪；HSX-600S电热恒温水箱；DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱；OHAUS CP114电子天平。

2 结果与分析

2.1 不同种源山胡椒果实脂肪酸组分

不同种源山胡椒果实脂肪酸组分测定结果见表2。从表2可以看出，山胡椒果实油脂中共检测出14种脂肪酸，饱和脂肪酸9种，不饱和脂肪酸5种。其中，全部种源地果实中均含有羊蜡酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等9种脂肪酸，而其余5种脂肪酸仅在个别种源地果实中被检测出来。

在河南桐柏、河南罗山、河南鸡公山、河南商城、安徽金寨、湖南望城、浙江临安等种源地内，基本呈现出油酸相对含量最多，棕榈酸、羊蜡酸、亚油酸、月桂酸相对含量中等，棕榈油酸、硬脂酸、亚麻酸相对含量较少，肉豆蔻酸相对含量最低的趋势。但与以上趋势不同，湖北英山1、湖北英山2的山胡椒果实脂肪酸在短链饱和脂肪酸及油酸相对含量上与其余种源地存有一定差异。表现为两者均未检测出羊脂酸，而且羊蜡酸、月桂酸等短链饱和脂肪酸相对质量分数(<5%)明显低于其他种源地，油酸相对含量(>50%)明显高于其他种源地。同样的差异也体现在饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸以及C11～C19脂肪酸总量上。湖北英山1、湖北英山2不饱和脂肪酸相对质量分数分别达到73.24%和68.01%，明显高于饱和脂肪酸相对含量，这与其他种源地饱和脂肪酸相对含量较高的规律相反。此外，两者的C11～C19脂肪酸总量均大于95%，也明显高于其余种源地。

表2 不同种源山胡椒果实脂肪酸组分相对质量分数变化/%

注：“—”表示未检测出。

2.2 不同种源山胡椒果实脂肪酸变异特征

表3对不同种源山胡椒果实脂肪酸相对含量的平均值、最大值、最小值、极差、标准差、变异系数等进行了统计。结果表明，饱和脂肪酸中相对含量平均值最高的为棕榈酸，其最大值出现在河南桐柏，最小值出现在湖南望城，变异系数为16.53%，性状相对稳定；其次为羊蜡酸，湖南望城的果实脂肪酸中羊蜡酸相对含量平均值最高，湖北英山1最低，极差较大，变异系数较高，性状不稳定。不饱和脂肪酸中相对含量平均值最高的为油酸，占不饱和脂肪酸总量的74.42%，变幅较大，极差达到34.00%，但其变异系数在所有脂肪酸变异系数中相对较小，说明各种源地的油酸性状值离散程度较小，大都集中在均值附近，只有个别种源地油酸性状值偏大；其次为亚油酸，相对含量平均值与油酸相差达25%以上，最大值来自湖北英山2，最小值为湖南望城，变异系数为22.20%，性状相对稳定。C11～C19脂肪酸总量平均值为80.55%，变幅为71.20%～97.91%，变异系数为12.22%，在所有脂肪酸性状中其变异系数最小，说明C11～C19脂肪酸总量离散程度小，性状稳定。

表3 山胡椒果实脂肪酸相对质量分数基本统计分析/%

2.3 不同种源山胡椒果实脂肪酸多样性指数比较

以山胡椒果实脂肪酸在各种源地的相对含量，计算脂肪酸性状的Shannon-Wiener多样性指数，如表4所示。不同脂肪酸性状的多样性指数之间存在一定差异。15个脂肪酸性状的平均多样性指数为1.283，变化幅度为0.693～1.735。其中，肉豆寇酸、棕榈酸、硬脂酸、亚油酸、二十碳一烯酸、C11～C19脂肪酸总量等性状的多样性指数大于1.5，相对较高，说明以上性状的性状值在所划分的级别中分布较为多样，变异较为丰富，受环境及个体发育的差异影响较大。比较而言，其余脂肪酸性状的多样性指数较小，性状相对保守。

表4 不同种源山胡椒果实脂肪酸多样性指数比较

2.4 不同种源山胡椒果实脂肪酸与地理-气候因子相关性分析

将各种源地山胡椒果实中均含有的9种脂肪酸、C11～C19脂肪酸总量与地理-气候因子进行相关性分析及显著性检验，结果如表5。同时进一步对相关性显著的变量线性作图可知，棕榈酸与纬度呈极显著正相关关系(r=0.849**)，表明随着纬度的升高，棕榈酸相对含量增大；棕榈油酸与纬度呈显著负相关关系(r=-0.690*)，与无霜期呈显著正相关关系(r=0.689*)，说明棕榈油酸随着纬度升高而降低，无霜期的延长而增大；亚油酸与纬度、光照时数呈显著正相关关系(r1=0.672*，r2=0.745*)，与年均温、无霜期呈显著负相关关系(r1=-0.689*，r2=-0.693*)，说明亚油酸在纬度高、光照时数长、年均温低、无霜期短的种源，相对含量较高；亚麻酸仅与海拔呈正相关关系(r=0.686*)，表明随着海拔升高，亚麻酸相对含量增大。

表5 山胡椒果实脂肪酸与地理-气候因子的相关系数

注：*在0.05水平(双侧)上显著相关，**在0.01水平(双侧)上显著相关。

3 结论与讨论

3.1 不同种源山胡椒果实脂肪酸组分的变异分析

多数研究表明[2-5]，其脂肪酸组分以羊脂酸、羊蜡酸、月桂酸、硬脂酸、棕榈酸、豆蔻酸、油酸以及亚油酸为主，而本研究结果中的十五碳酸、珠光脂酸、花生酸、二十碳一烯酸鲜见报道。比较变异系数和多样性指数发现，同一脂肪酸性状的变异系数与多样性指数表现不完全一致，如棕榈酸的多样性指数(1.735)在所有性状中最高，但其变异系数(CV=16.53%)较低；十五碳酸的多样性指数(0.693)在所有性状中最低，变异系数也相对较低；亚麻酸的变异系数(CV=53.63%)最大，但其多样性指数(1.215)较小；C11～C19脂肪酸总量的变异系数(CV=12.22%)最低，但其多样性指数(1.523)偏高。以上表明变异系数和多样性指数2个反映种质间遗传变异的指标具有不同的内涵。变异系数侧重于性状值在单位均值上的离散程度，而多样性指数更侧重于性状值在所划分级别中的丰富程度和均匀程度。这与武艳培[13]对于多样性指数与变异系数的比较结果相同。

Sanders[14]、朱万泽等[15]、侯新村等[16]、黄勇[17]分别报道了花生、油橄榄、黄连木、小果油茶等油料植物脂肪酸随地理-气候因子的变异情况，呈现出多样的变异趋势。本研究中所选择的9个山胡椒群体，其地理位置从山胡椒在我国分布的北界逐渐向南扩展，基本涵盖了暖温带、亚热带气候类型，囊括了沟谷、山脊、林缘以及路边坡地等典型生境条件，海拔高度在196.9～970.7 m之间，年降水量在1 118.7～1 630.0 mm之间，1月均温在1.8～9.6 ℃之间，7月均温在18.8～30.0 ℃之间。诸上地理气候条件的差异，应会导致物种在相关性状上做出对生存环境一定程度的适应性变异。试验结果也表明，棕榈酸受地理-气候因子影响最强，与纬度呈极显著正相关关系；亚油酸与纬度、年均温、无霜期、光照时数等多种地理-气候因子相关性显著；棕榈油酸与纬度、无霜期，亚麻酸与海拔，也都表现出一定的相关性。由此也不难看出，纬度是所有地理-气候因子中，对山胡椒果实脂肪酸性状影响最广的。

3.2 不同种源山胡椒果实油脂品质评价

与核桃[18]、花生[19]、大豆[20]等传统植物的可食用油脂比较，山胡椒果实脂肪酸的差异主要在于较高的饱和脂肪酸含量。中国营养学会提出人体脂肪酸摄入的推荐比例：饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的质量比是1∶1∶1，多不饱和脂肪酸中n-6与n-3的比是4～6∶1[21]。单一天然油脂的脂肪酸难以符合上述比例，必须合理搭配各种油脂以满足机体健康的需要[22]。所以，建议山胡椒油与富含不饱和脂肪酸的大豆油、花生油、核桃油等调和使用。一方面山胡椒油可以弥补这类油脂在饱和脂肪酸比例上的不足；另一方面，适量摄入饱和脂肪酸会促进脂肪代谢，还可为人体提供能量来源[23-24]。此外，山胡椒果实脂肪酸中亚油酸与亚麻酸比例基本满足人体对于多不饱和脂肪酸中n-6与n-3比值的要求，进一步证明山胡椒油脂作为食用油调和成分的可行性。

王利兵等[25]提出，能源树种脂肪酸不饱和度低于133.13，其生物柴油产品的十六烷值和碘值可达标；脂肪酸饱和碳链长度因子小于8.41和2.72，可以分别满足冷滤点0 ℃和-10 ℃的要求；合成高品质生物柴油的原料应含少量的饱和脂肪酸(<30%)、大量的单不饱和脂肪酸(>30%)和一定量的多不饱和脂肪酸(<60%)。林铎清等[11]也制定出初步的生物柴油植物评价标准：三烯脂肪酸总含量小于12%，C12～C20脂肪酸甲酯(C11～C19脂肪酸)含量超过95%。结合上述学者制定的标准及本研究中对于脂肪酸组分的分析，将各种源地山胡椒果实脂肪酸的燃料特性因子统计如表6所示。

表6 不同种源山胡椒果实脂肪酸燃料特性因子

注：脂肪酸不饱和度(DU)=(单不饱和脂肪酸/%)+2×(二元不饱和脂肪酸/%)+3×(三元不饱和脂肪酸/%)+4×(四元不饱和脂肪酸/%)，饱和碳链长度因子(LCSF)=∑(饱和脂肪酸熔点MPn×饱和脂肪酸含量Cn)/100[25]。

可见，各种源地山胡椒果实脂肪酸基本能够满足上述标准中对于三烯脂肪酸含量、脂肪酸不饱和度以及单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的要求，仅有湖北英山1、湖北英山2群体能够达到饱和脂肪酸和C11～C19脂肪酸的含量标准，所有种源地的饱和碳链长度因子均高于标准。但相对而言，湖北英山1、湖北英山2群体饱和碳链长度因子低于其他种源地。依据冷滤点和饱和碳链长度因子的正相关关系[25]，可以推断山胡椒油脂的冷滤点偏高。生产中可以通过将山胡椒油与饱和脂肪酸含量较低的油脂或者石化柴油掺混使用的方式，保证生物柴油的低温性能。对湖北英山1、湖北英山2以外的7个种源地而言，山胡椒果实饱和脂肪酸含量较高，C11～C19脂肪酸总量较低，但这并不意味着其缺乏开发能源树种的价值。这些种源地中较高的果实含油率和饱和脂肪酸含量，在提供丰富油脂来源的同时，可在一定程度上抵抗空气作用，确保生物柴油产品的氧化稳定性。相反，以黄连木、麻疯树、山杏等为原料生产的生物柴油，饱和脂肪酸含量较低，需加入抗氧化剂。因此，山胡椒可以弥补上述树种在抗氧化性上的不足。此外，山胡椒果实油脂中含有较多的羊蜡酸、月桂酸，以湖南望城、安徽金寨、浙江临安等群体最为丰富，这两种脂肪酸是轻化工、医药行业重要的原料[26]。

综上，可将研究中的9个种源地山胡椒种质的脂肪酸特点归纳如下：河南鸡公山、河南罗山、河南商城、安徽金寨、湖南望城、浙江临安群体不饱和脂肪酸含量较低，C11～C19脂肪酸总量较低，羊蜡酸、月桂酸等短链饱和脂肪酸含量较高，适宜作为轻化工、医药行业中羊蜡酸和月桂酸的原料；河南桐柏山胡椒群体的主要特点是羊蜡酸、月桂酸等短链饱和脂肪酸含量较低，不饱和脂肪酸含量较高，C11～C19脂肪酸总量较高，适宜用作食用油的调和成分或者生物柴油的掺混成分；湖北英山1、湖北英山2山胡椒群体羊蜡酸、月桂酸等短链饱和脂肪酸含量低，C11～C19脂肪酸总量高，不饱和脂肪酸含量高，是生产生物柴油和食用油的较佳选择。

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Diversity Analysis on Fatty Acid Composition of Lindera Glauca Fruit from Different Provenances

Qi Ji1Xiong Biao1Zhang Zhixiang1Zhen Aiguo2Pu Faguang3

(School of Nature Conservation, Beijing Forestry University1, Beijing 100083) (Yingshan Forestry Bureau2, Huanggang 438700)(National Nature Reserve Administration of Tianma3, Liuan 237300)

In order to reveal fatty acid composition difference and oil quality characteritics ofLinderaglaucafruit from different provenances, 9 typical populations were selected from its natural distribution area for fatty acid determination and statistical analysis. Results showed that 14 varieties of fatty acids were detected, of which 9 kinds of saturated fatty acids and 5 kinds of unsaturated fatty acids were included. Various fatty acid variations and richness were presented among provenances, and geography-climate factors had greatest influence on palmitic acid, among which the influence range of latitude was widest.L.glaucapopulations from Yingshan1 and Yingshan2 of Hubei Province were equipped with better fatty acid traits, which were good choices for biodiesel and edible oil production.

Linderaglauca, fatty acid, biodiversity, biodiesel

TS222+.1

A

1003-0174(2016)12-0072-07

“十二五”国家科技支撑计划(2013BAD01B06)

2015-05-09

齐季，男，1988年出生，硕士，生物质能源树种开发利用

张志翔，男，1960年出生，教授，植物分类及系统学、野生植物保护生物学