我国主要木本油料油脂资源研究进展

廖 阳 李昌珠 于凌一丹 黄国文 闫荣玲

(湖南科技学院化学与生物工程学院1，永州 425199)(湖南省林业科学院；省部共建木本油料资源利用国家重点实验室2，长沙 410007)

闫荣玲, 女，1982年出生，副教授，天然产物开发利用

传统草本油料作物油菜、大豆、花生等一直以来是全球油料油脂的主要来源，这些植物油料油脂在食用油、食品、化工、医药、能源等领域发挥着重要作用。随着全球油脂需求量的不断增加，传统草本植物油料油脂已不能满足实际需要，而我国人口基数大、耕地面积不足，这一矛盾越加严重。因此，发展不占用耕地的木本油料作物及其油脂产业可有效缓解我国耕地短缺等问题，增强国家油脂安全保障，促进农民增产增收。

木本油料油脂资源的开发利用已被提升到国家战略，如国家卫生部发布的《关于批准元宝枫籽油和牡丹籽油作为新资源食品的公告》有力促进了新型木本油脂资源进入油脂市场，国务院发布的《关于加快木本油料产业发展的意见》对木本油料产业发展的若干至关重要因素提出了明确的目标要求和政策措施。在此背景下，我国学者在木本油脂资源利用及其产业化等领域取得了系列成果，本文从木本油料作物种类与分布区域、木本油脂脂肪酸组成及品质、新木本油料作物资源的挖掘、木本油料作物遗传基因鉴定与调控、木本油脂的综合利用及产业发展的问题与对策等方面对我国木本油脂资源的研究现状进行了综述。

1 木本油料作物种类及其区域分布

我国地域辽阔，经纬度跨度大、地形和气候多样，木本油料作物种类繁多、资源丰富，各地均有木本油料作物分布，仅贵州省调查统计到的木本油料作物即有29科76种[2]。不过大部分木本油料作物还未得到有效开发，除传统木本油料作物如油茶、核桃、文冠果、油橄榄、椰子、油桐之外，近年一批新木本油料作物如牡丹、星油藤和元宝枫等品种的开发得到了长足发展[3]。表1列出了我国极具开发潜力的部分木本油料作物种类及其分类、分布、含油量等资料。我国境内可开发木本油料作物所属科属众多、且植株形态特征差异明显，呈现出显著的多样性；大部分木本油料作物植株寿命长且种子含油率高，这意味着栽培这些树种可获得更长的盛果期和更高的经济收益。值得注意的是，部分油料作物如元宝枫、翅果油、西康扁桃、榧树、接骨木、杜仲、西康扁桃、青翅果等还是我国特有树种。实质上，除上述主要木本油料作物外，各省还存在一些地方特色木本油料植物资源，如新疆的碧根果、沙漠果、巴旦木和甜杏仁，四川的毛叶山桐子、广西的蝴蝶果、西北荒漠地区的长柄扁桃等。这些木本油脂资源的显著地域特色与不同地区气候、海拔、土壤等因素存在显著差异密切相关，因此各地可根据实际情况开发具自身优势的木本油脂。

表1 我国主要木本油料作物的分类、形态、分布及种子含油量

2 油脂的脂肪酸组成及综合品质

脂肪酸成分及其占比是决定植物油脂品质的重要因素，不同植物油脂种类中所含有的脂肪酸组分及含量差异明显。表2列出了我国主要木本油脂的脂肪酸组成。与草本油脂类似，木本油脂中主要成分也是油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，且除油棕和椰子等少数种类外，大部分木本油脂的不饱和脂肪酸总量均显著高于饱和脂肪酸，部分油脂的不饱和脂肪总占比甚至超过90%；但不同木本油脂的脂肪酸成分及其含量存在差异，这意味着不同木本油脂作物在油脂合成代谢途径和调控机制上存在不同程度的差异。木本油脂中的脂肪酸成分与含量决定其适用于食用油、工业、医药、保健的领域范围。一些分布范围广的木本油料作物，其油脂成分及占比会随各产区地理经纬度的变化而改变。以黄连木为例，其果实与种子油脂的质量分数随着地理经度和纬度的增加而降低，油脂中不同的脂肪酸成分如棕榈酸、油酸、亚油酸、硬脂酸和亚麻酸等随着地理经度和纬度的增加均表现出不同的变化规律[19]。另外，不同的脂肪酸组成也会赋予木本油脂特殊的理化性质，如油桐油中高达73.19%的十八碳共轭三烯酸使其表现出干燥速度快的特性。

除脂肪酸组成外，油脂中含有活性成分也是衡量其综合品质的重要指标，这些活性物质包括角鲨烯、甾醇、维生素E(生育酚)、多酚、类胡萝卜素、山俞酸等，它们的存在赋予木本油脂特殊口感或味觉等感官体验以及抗氧化、提高免疫力、降低胆固醇等特殊生物学活性。这也是除不饱和脂肪酸含量高之外，植物油脂相较动物油脂更有利于健康的另一个因素，这些活性物质在的存在与否及含量高低将在植物油脂中品质综合评价中占据越来越重要的权重。表3列出了部分木本油脂总各类活性成分的含量。大部分木本油脂均含有角鲨烯、甾醇、生育酚等活性成分，但不同种类木本植物油脂中含活性成分也表现出了品种特色，如元宝枫种子油中就含有神经酸这类特殊活性物质，这与不同木本油料作物生存的气候环境、海拔高度、遗传背景、代谢途径等密切相关。不同产地的同一木本油脂所含生物活性物质的种类与含量也不尽相同。如浙江衢州油茶籽油总甾醇含量达317.14 mg/100 g，湖南邵阳油茶籽油的角鲨烯与总生育酚含量分别达29.27 mg/100 g与338.74 mg/kg，较其他地区含量更高[29]。

表3 部分木本油脂含有的特殊生物学活性物质

3 新木本油脂资源挖掘

全球木本油脂开发利用主要集中在椰子、油橄榄、油茶、棕榈四类，且所产木本油脂大都用作食用油，其中油茶是我国特有木本油料作物。我国油脂产量与需求间矛盾的日益加剧要求我们除进行传统木本油料作物栽培与管理技术的改进及其产业化升级外，还需进行新木本油脂资源的深度挖掘。《关于加快木本油料产业发展的意见》出台后，包括核桃、文冠果、牡丹、长柄扁桃、油橄榄、光皮木、元宝枫、翅果油树、杜仲、盐肤木等10余种发展基础较好的木本油料成为重点发展对象[30]。近年来，毛叶山桐子、油用牡丹等新木本油料植物资源也被陆续发掘和报道，研究表明这些木本油料作物具有产量高、出油率高、油脂品质好、开发成本低等系列优点[31，32]。部分学者则对特殊地形地貌、不同气候环境或某一行政区域的木本油料作物资源进行了系统的调研和统计。吕仕洪等[33]对广西境内的茶条木、狗骨木、蒜头果、石栗、东京桐和蝴蝶果等6个树种的分布范围、生境类型、现存规模等进行了全面的野外调查，并通过育苗造林实验比较了各树种的场圃发芽率、病虫害发生率、苗木生长速度、植苗造林率，综合分析确定茶条木和狗骨木适合在广西岩溶山区重点开发。符籍锋等[34]从生态系统植被修复与重建，扭转农村产业结构、实现地区扶贫开发、维护国家粮油安全等方面出发，对我国西南喀斯特地区具有产业化开发潜力的岩生木本食用油料资源的地理分布、生理生态习性、开发利用价值进行了分析和阐述。地处热带的海南岛油脂植物种质资源也十分丰富且分布集中，主要含油部位含油量超过30%的油脂植物达50科116属163种，且它们中的多数是木本油料树种[35]。可见，我国新木本油料作物资源开发潜力大，尤其是地域特色木本油料作物还有待深入发掘。

4 遗传资源多样性及油脂合成调控

植物油脂在细胞中通过特定合成途径产生，因此不同木本油料作物油脂产量、油脂成分及占比、油脂合成季节及其积累规律等主要决定于其遗传基因。目前关于木本油料作物栽培技术、生理生化、油脂利用等方面的研究较多，但在其分子遗传方面的研究还较少见。

已有研究一部分集中在木本油料作物的转录组和基于转录组数据的遗传多样性或特定基因的表达调控研究，如戚华沙等[36]优化得到了海南油茶SRAP-PCR的最佳反应体系，并获得了32对多态性好且条带清晰的有效引物，为海南油茶遗传多样性分析和种质资源鉴定等研究提供了参考。基于木本油料作物转录组数据，人们还开展了参与植物基因表达调控的重要转录因子的生物信息学研究。AP2转录因子是植物最大的转录因子家族之一，主要参与植物花、果实和种子等器官生长发育的调控。刘晓辉等[37]基于文冠果的转录组数据得到了其AP2基因的全长cDNA序列，并通过生物信息学方法得到了文冠果AP2转录因子的氨基酸序列为515个氨基酸，其氨基酸序列与其他植物这一转录因子高度同源，空间结构主要由无规则卷曲、ɑ-螺旋、β-转角和延伸链组成。另有研究团队开展了黄连木分子标记遗传连锁图谱的构建，完成了黄连木cDNA文库构建及质量鉴定，进行了部分与油脂形成密切相关的关键酶基因如硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶(stearoyl-ACP desat-urase，SAD)基因的克隆和分析[38]。油茶脱落酸不敏感蛋白5(abscisic acid-insensitive 5，ABI5)的cDNA序列全长也被克隆成功，其基因的亚细胞定位在细胞核，不同器官间表达量差异显著，其中花粉总表达量最高，但在授粉后的不同时间，花柱、子房等器官的表达量在自交和异交植株的花柱或子房等器官中的表达量差异显著，如自交24 h花柱中的表达量大于异交，而48 h异交子房中的表达量大于自交；研究结果为进一步挖掘该基因在油茶后期自交不亲和过程中发挥的作用提供研究基础，对油茶自交不亲和分子机制解析具有重要的意义[39]。

5 油脂提取工艺及保存

植物油脂的提取方法多样，同一植物油脂采取不同提取方法可收获不同的出油率，且所得油脂理化性质也会存在不同程度差异。如提取文冠果油时，超声波辅助提取法明显比压榨提取法和索式提取法更高[40]。李光辉等[41]比较了湿磨加工、干法加工、热处理和酶解法等提取方法所得原生态椰子油中的理化性质，发现不同提取方法所得油脂中的饱和与不饱和脂肪酸比例、油脂的氧化稳定性之间存在较大差异，酶解法提取的原生态椰子油中饱和脂肪酸含量更高且油脂的氧化稳定性最好，而干法加工下提取的椰子油则不饱和脂肪酸较高。甚至即使都采取压榨法，但压榨方式不同(古法压榨、螺旋压榨、液压压榨)也会影响油茶籽油的感观品质、特征指标、理化指标、营养功能成分[42]。近年，国内学者致力新木本油脂提取方法与工艺的探索，张东阳[43]建立了绿色、环保、高效的空化微波法，利用此法提取文冠果种仁油并确定了最佳工艺参数为提取溶剂100%乙醇、微波功率700 W、提取温度63 ℃、液固比35∶1 mL/g、负压强度-0.07 MPa、提取时间25 min，在此提取条件下提取率可达52%。

与其他动植物油脂一样，如何长时间保存木本油脂且维持品质不变是重要研究领域。油脂氧化是影响其保存过程中品质变化的最重要因素，微生物、物理、化学等因素均会影响油脂的氧化。人们发现，文冠果油的过氧化值和酸价随时间延长呈上升趋势，低温和避光有利于文冠果油更好地储存和保持品质，且温度比光照影响更明显[40]。近年人们越来越关注添加天然抗氧化剂来抑制植物油脂的氧化的研究，比较发现对于文冠果油，不同天然抗氧化剂的活性大小VC优于维生素E和β胡萝卜素，一些植物提取物如多酚、黄酮等物质可作清除油脂氧化过程中的自由基，也可用于油脂的保存[40, 44]。有研究者则根据不同温度下油茶籽油的动态氧化情况建立了其人工神经网络模型，以期更好地对油脂氧化变质过程进行预测[45]。

6 油脂的综合利用

木本植物油脂应用领域广泛，涉及到食品、化工、制药、生物能源等领域。随着我国人口增加以及人们生活水平的提高，食用植物油脂需求量逐年攀升，草本植物油脂的产量已不能满足市场需要，因此每年需大量木本油脂补充食用油市场，2013年我国用于食品领域的棕榈油就已超600 t[46]。因此，近年我国加快推进木本油脂作为新资源食品的步伐，根据《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》等有关规定，部分木本油脂如茶叶籽油、长柄扁桃油等已被批准进入新资源食品行列。牡丹籽油及元宝枫籽油列入国家新资源食品有力促进了新型木本油脂资源进入油脂市场，带动了全国各地挖掘开发木本油脂资源的热潮。另外，木本油脂还被加工成乳化剂等食品添加剂，可见在食品领域具有巨大的应用价值。

除食品行业，木本植物油脂还可用于化妆品、洗涤剂、高分子材料等化工领域，不过需先经脱色、脱胶、脱酸等前处理，如油茶籽化妆品基础油的其最佳复合脱色剂配比为占油质量7.5%的膨润土、2.5%凹凸棒土、0.5%活性炭的组合，最佳脱色工艺条件为复合脱色剂用量7%～8%、脱色时间30～40 min、脱色温度100～110 ℃[47，48]。而利用不同脱色剂对黄连木油进行脱色时，选用活性白土的效果最好，且在最佳条件下脱色率可达95%[49]。我国学者还开展了桐油、橡胶籽油、棕榈油等木本油脂基聚酯、聚氨酯、醇酸树脂、环氧树脂等高分子材料合成研究，合成产物用作润滑剂、热稳定剂、增塑剂、增韧剂和热固性材料等[50]。

油脂很早就被用作医药工业原料，最初人们仅用油脂来改进或提高各种剂型的质量，后来开始利用油脂的独特生化性质来提高药物的生物利用度。目前已广泛用作各类药物剂型如乳剂、混悬剂、油膏剂、栓剂、缓释剂的基质或涂层等，以改变药物性状或增加药物效果。一些木本油脂富含6～12个碳原子的中链脂肪酸，这些脂肪酸的甘油三酯能抑制肥胖和控制组织中的胆甾醇沉积物，还能降低血清胆甾醇，因此被广泛用于吸收不良症患者的治疗，以帮助患者免遭乳糜尿、脂肪痢、高脂蛋白血症等相关病症的痛苦[51]。

木本植物油脂为原料经酯交换反应合成的生物柴油将逐步取代部分石化燃油，且这类生物柴油表现出显著的环保效应及发动设备保护效应[52]。如随着麻疯树生物柴油掺混入柴油的比例的升高，醛类、SO2、CO2等主要非常规排放下降，总排放也有所下降；随着掺混比例增大，最大燃烧压力、放热率峰值有所下降，即麻疯树生物柴油的掺入对发动机也较为有利[53]。可见，木本油料植物所产油脂适合作为生物柴油的制备原料，黄连木、文冠果、麻疯树和光皮树等4种树木已被科技部列为重点攻关项目。近年国内多个研究团队在积极探索基于木本油脂生物柴油新型催化途径，以代替传统的液体酸、碱催化制备生物柴油。张东阳[43]构建了可用于以文冠果油为原料生产生物柴油的改性纤维素基固载化杂多酸催化体系，并发现在最佳催化剂和催化条件下生物柴油转化率达96%以上。李良厚等[26, 54]则分别利用新型Fe/C-SO3H中空纤维催化体系和超声波辅助固体碱Li2O/MgO催化体系进行黄连木油的生物柴油转化，均获得了不低于97%的转化率。还有研究设计生物柴油的性状及稳定性，通过调合或加入植物提取物等策略来增强生物柴油的低温流动性或抗氧化稳定性[55]。

7 存在的问题

我国木本油料油脂领域的研究依然存在许多不足，有待后续研究中不断完善或解决。在基础研究领域，新型木本油料作物资源的发掘还有待加强，各地相关研究机构可结合本地实际加大新型木本油料作物资源的挖掘和培育；部分新发现的木本油脂其脂肪酸组成、营养价值、保质时间、所含活性物质、急性和慢性毒理等还有待进一步明确，促进其进行新资源食品认定及应用；许多新木本油料作物的良种选育、苗木扩繁、配套栽培技术，以及油脂合成途径、累积规律、关键基因鉴定克隆及表达调控等研究也还有待进一步丰富。在应用开发领域，由于大部分木本油脂不能作为食用油进入食品领域，因此进行衍生产品的开发尤为重要，目前我国木本油脂相关高附加值产品不多，还需进一步加大多样化衍生产品的开发力度，促进木本油脂在化工、航空、能源、保健等领域的利用；木本油脂生产环节中产生的粕饼、残渣、外壳大部分舍弃，还需从生物质循环利用的角度进一步加强这些生产环节中副产物的综合利用。在产业化领域，木本油脂产业链上游的种植、采摘、压榨、提取等环节的设备研发及其装配还跟不上产业发展的需要，部分木本油脂的种植规模有限，从源头上限制了木本油脂产业的发展；而木本油脂生产企业规模小、现代化程度不足，导致生产加工环节监管难度大，产品质量参差不齐，加上相关质量标准制修订滞后，都不利于产业的健康发展[56]。

8 小结

我国木本油脂资源丰富、开发潜力大，且对木本油脂资源的开发与利用已上升到前所未有的战略高度。近年木本油脂种质资源挖掘、规模化栽培与管理、油脂合成途径调控、遗传多样性及基因表达调控、油脂提取新方法、高附加值产品开发等研究得到了迅猛发展，一些高水平的专门研究机构相继成立，虽然木本油脂产业的各个环节、各个领域还存在许多需要解决的问题和困难，但可预期在不久将来，我国木本油脂领域的基础研究和产业化开发都将取得长足发展。