油莎豆的利用价值与其产业发展现状

■ 孙 蕊 钟 鹏 刘泽东 高海娟 王若丁 李 伟 尤海洋 李旭业

（1.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江齐齐哈尔 161005；2.黑龙江省草原与牧草育种重点实验室，黑龙江齐齐哈尔 161005）

油莎豆（Cyperus esculentusL.）又名油莎草、地下核桃、铁荸荠等，是集粮、饲、油、药等为一体的特色作物。油莎豆是多年生草本植物，属于莎草科莎草属植物，土壤适应性强，具有耐涝、耐旱、耐盐碱等特性。油莎豆含有丰富的油脂，含油量仅次于大豆和花生，是新兴的重要油料作物之一[1]。同时油莎豆的种植、收获、储存管理方式等均与种植花生相类似。油莎豆榨油后产生的油饼和豆粕可被当做饲料，地上的茎叶可做青贮，地下块茎亦可开发成休闲食品等，具有较高的饲用价值和开发潜力。

1 油莎豆的起源与分布

油莎豆原产于地中海地区、非洲北部以及尼罗河沿岸等地，在摩洛哥、西班牙、俄罗斯、美国等国家均有种植[2-4]。油莎豆分为野生种和栽培种两种。野生油莎豆多见于欧洲南部、亚洲和非洲，南美洲、北美洲也有少量分布；栽培种油莎豆则分布于欧洲南部、非洲和亚洲[3]。油莎豆按种皮颜色分类可分为黄、棕、红和黑4 种。棕、黄两色较为常见，在加纳和喀麦隆还曾发现过黑色和红色油莎豆[4-5]。

在我国，油莎豆也已经被20 多个省、市、自治区种植。北起黑龙江，南至海南岛，都有种植油莎豆的记载。根据油莎豆生产要求及自然特点，可把我国油莎豆分布区划为：东北、内蒙古、中原、西北、西南等。但由于受到气候、土壤等情况的限制，我国油莎豆主要栽培区集中在东北的吉林、新疆的南疆、内蒙古鄂尔多斯和河北保定一带[6]。

2 油莎豆的生理形态特征

油莎豆为莎草科莎草属单子叶植物，株高在50～120 cm，丛生叶片包裹形成地上茎叶，叶呈剑状，单叶互生，叶宽4～8 mm[7]。地下茎斜向生长，地上部分形成分枝；分枝分蘖能力极强，每株可产生40～100 个分蘖；地下茎的末端膨大成块茎即油莎豆[8]。块茎形状不规则、多呈黄褐色椭圆形，每个块茎表面具皮，有环状节和鳞片[7，9]，顶端生有1～3个芽点。油莎豆的根为须根垂直分布在土壤中。少数植株开花，花朵为黄白色穗状花序，全株生育期为110～130 d[10]。

3 油莎豆的营养成分与利用价值

油莎豆是一种多用途作物[11]，具有含油量高（含油率为20%～32%）、营养品质好等特点，中国农科院油料所培育的“中油莎1 号”每亩产油量高达170 kg，是普通花生产油量的1.5 倍，是油菜的2 倍[12]，是未来最有可能减少大豆进口的新型油料作物。

油莎豆的全株均可利用，茎叶可用作青贮饲料，研究表明，油莎豆茎叶中含粗脂肪7.6%～8.9%、可溶性糖10.6%、粗蛋白9.8%和粗纤维19.3%[13]；油莎豆块茎富含粗脂肪20%～36%[4]、蛋白质5%～10%、淀粉25%～45%[14]、纤维素含量在20%上下，高于其他传统粮用、饲用作物。这与段帅等[15]对油莎豆块茎进行营养成分测定结果相似，各品种中含脂肪（23.35%～25.60%）、淀 粉（21.15%～25.40%）、总 糖（17.10%～17.95%）和膳食纤维（20.15%～21.95%）。可见油莎豆是提取脂肪、淀粉和糖类的优良原料，能够广泛用于制备食品、饲料等。

油莎豆富含油脂，通常被用于加工成食用油、豆乳等，由于油莎豆块茎风味独特，在国外也作为休闲食品替代坚果食用[16]。师茜等[17]研究证明，油莎豆块茎油脂的合成积累主要源于糖类的代谢。油莎豆含有的糖类物质有蔗糖、果糖、还原糖等，在油莎豆的总糖中以还原糖为主，占总糖含量的82.63%～91.57%[18]。在油莎豆块茎发育的前期，蔗糖和可溶性糖含量整体呈现下降趋势，而脂肪含量稳定增加，该时期是糖类向脂肪转化的高峰时期[17]。从块茎发育40 d 到成熟期期间，可溶性糖含量则基本不变，蔗糖含量持续降低，脂肪含量则保持上升趋势，说明在此过程中脂肪的积累大部分是由蔗糖转化而来。

油莎豆的豆粕中含有淀粉（60%）、糖分（20%）、粗蛋白（8%）[19]，蛋白品质极好。房芳等[20]计算油莎豆蛋白的氨基酸比值系数高于大豆和马铃薯蛋白，与鸡蛋的蛋白氨基酸比值系数相接近，表明油莎豆蛋白与鸡蛋蛋白的营养价值相近，油莎豆是用于家畜饲养的优质蛋白质饲料。油莎豆茎叶柔软且无茸毛，不管是干草或是鲜草，都可直接或打碎后饲养牲畜与家禽，是备受鸡、鸭、牛、羊等所喜食的优质饲料[7]。此外，油莎豆中还含有膳食纤维、各种维生素以及钠、钾、钙、镁等多种矿物质[21]，具较高的药用价值，对于糖尿病、冠心病有较好的预防效果[22]，同时在降低胆固醇、促进血液循环、防止细胞衰老等方面也起到一定作用[23-25]。

油莎豆因其含油丰富，也被作为制造生物柴油的原料。生物柴油的应用可减少使用普通柴油对大气的污染，是石油的首选替代品。李国平等[26]以油莎豆油为原料，运用酯交换反应原理制备生物柴油，在最佳的反应条件下其转化率高达94.5%。He 等[27]试验证明，用油莎豆制备的生物柴油的总体燃料性能要优于用大豆油为原料生产出的柴油。将油莎豆当作生物柴油原料来源能产生较高的经济效益，发展潜力巨大[28]。

油莎豆是沙漠原生植物，根系发达，分蘖能力强，对于防风固沙、保持水土、减少土地沙漠化效果显著，对保护自然生态环境同样发挥着重要作用。

4 我国油莎豆产业现状

20 世纪60 年代初，我国相继从前苏联、朝鲜等国家引进油莎豆种质资源，经过复杂的引种和繁育过程，油莎豆终于在中国科学院植物研究所北京植物园得以试种成功[4]。随后分别在北京周边县区的砂土、沙滩、低洼、高岗、盐碱等不同种类地块上试种，均获得了成功，平均亩产可以达到500 kg。到20 世纪70 年代油莎豆种植经推广逐渐传播至全国各地[29]。

4.1 与油莎豆相关的利好政策

近年来，油莎豆产业发展呈现利好趋势，2007 年农业部国家认监会把油莎豆油认证为无公害农产品，又 在2012 年 将 油 莎 豆 认 证 为 有 机 产 品[3，12]。2015 年在农业部公布的《关于“镰刀弯”地区玉米结构调整的指导意见》，以及2016 年4 月发布的《全国农业种植结构调整发展规划》[30]中都提出了要发展饲油兼用作物——油莎豆，用以增加我国新的饲料来源。进入21 世纪后，随着油莎豆生产加工技术水平的逐步提高，以及政府相关扶持政策的出台，我国油莎豆产业开始进入快速发展阶段。据全国油莎豆产业联盟数据统计，全国油莎豆种植面积在最近几年进一步扩大，到2019 年油莎豆的全国种植面积达到13 300 hm2[31]。全国各地适时大力发展油莎豆产业，这将对促进我国农业种植结构调整、生态环境改善等起到积极作用。

4.2 种质资源情况

近年来，随着农业农村部种植结构的调整，油莎豆的种植面积得以逐步扩大，但在油莎豆育种方面仍然存在诸多问题[32]，例如种质资源匮乏、遗传多样性较低[33]，油莎豆品种单一、混杂退化现象严重等[34-35]都制约着油莎豆产业的发展。到2017年全国只有1个“中油莎1号”是经专业审定的品种[29]。截至目前国内各个科研院所共收集到60 余份油莎豆的种植资源，选育和认定的新品种4个[31]。同时由于油莎豆的全基因组测序还没有完成，油莎豆的功能基因得不到鉴定，限制了油莎豆遗传性状的改良[36]。同时缺乏对于油莎豆的组织培养等相关技术的研究，这也严重限制了油莎豆的育种进程，制约了油莎豆产业的发展。

4.3 栽培技术现状

研究发现，不同的栽培条件（种植密度、播种时期、种植模式等）以及田间管理（灌溉量、施肥量、刈割时间等）对于油莎豆产量及其构成因素、农艺性状及生理特性等都有着重要影响[37]。黄明华[38]试验得出，油莎豆是适宜密植的植物，在11.11×104穴/hm2（30 cm×30 cm）密度下的油莎豆产量达到最大。试验证明[39]，5 月份播种的油莎豆的块茎油含量为21.48%，显著高于其他月份播种的油莎豆。沈庆雷[6]通过对油莎豆施加不同量的氮肥，得出合理的施氮量能够增加有效分蘖数、块茎数、千粒重等的结论。张修业[40]采取不同时间对油莎豆进行刈割，发现夏季两次刈割处理可有效增加油莎豆的茎蘖数，虽然对块茎产量无显著影响，但对于油莎豆地上部草产量及其品质的提升效果显著。综上可见，不同的栽培措施对于油莎豆产量、性状及其特性等都有着重要影响，栽培技术对于油莎豆的丰产丰收、产业发展有着重要意义。但目前我国油莎豆的栽培技术不甚规范，针对不同区域、不同土壤类型目前还没有较为完善的栽培技术体系。对保苗防杂、水肥管理和化学防控等丰产栽培技术也缺乏系统性的研究，种植油莎豆年产量稳定性差[41]。

4.4 油莎豆种植机械化现状

机械化操作是农业生产的关键。与发达国家相比，我国农业生产机械化仍然处于低水平阶段[42]。在油莎豆生产过程中，由于机械的使用率不高、播种收获费时费力、效率较低。油莎豆块茎生于地下且形状不规则，目前对其播种机械和收获机械的研究较少且不够深入，这都严重影响了我国油莎豆产业的发展。因此，加快推进油莎豆生产机械化进程，将会大幅度提高作物种植效益，这也成为了实现油莎豆规模化种植及产业化发展的关键[43]。

现阶段油莎豆生产实践中常用的播种机有以下四种：一是手推式单行精播机，其特点是可适应不同形状的地块以及种子的大小，可在土壤情况、地形复杂的小区域上灵活操作，缺点是播种过程需要大量人力。二是采用多行并行的膜下播种的方式，该机器优势在于成垄、施肥、播种、覆膜等一次完成，可以省去人工操作的多道工序[44]。播种规格一致性好，缺点是易撕膜窜膜。三是鸭嘴式膜上打孔播种机，较第二种的膜下播种方式，此类打孔机则是利用仓壳上的鸭嘴进行膜上打孔。在机械行进时，播种嘴在地膜上打孔的同时通过鸭嘴的活门将机具种仓中的种子投入孔穴中。该机还可通过调节鸭嘴的间距来控制穴播的距离。第二、三两种机械虽然省去了人工放苗，机械化程度有所提高、省时省力，但均不适合在降雨量大的地区使用，同时存在排种稳定性差、对土壤墒情要求高、易造成土壤板结、不利于种子出苗等缺点[45]。四是气吸式播种机[46]，该播种机采用牵引式连接与拖拉机配套使用，与机械式播种机相比，气吸式播种机的播种过程更加精准，靠负压吸取种子，不伤种也更省种。

首先，没有机械化收获是油莎豆难以规模化发展的主要瓶颈。油莎豆块茎埋于地下，根茎较细容易断裂，极易发生落果现象；其次，生产中对于油莎豆的收获时期也有严格要求，收获时间过早或过晚都将影响块茎的品质，收获过程难度较大。因此油莎豆的机械化收获成为实现油莎豆规模化种植的核心[47]。早在20 世纪70 年代，西北植物研究所先后研制出两种用于油莎豆收获的筛选机[43]，一个是需要人力脚踏的半自动化机械[48]。它具有结构简单、操作方便、造价低廉等优点，缺点是难以解决收获过程中晃动幅度大的问题。另一种是悬挂式机型[49]，较前一种提升了收获机的整体性能，但该机型对土壤性质、含水量等要求严格，在黏壤土中作业效果差，工作效率不高。近些年来，全国油莎豆收获机械生产企业通过不断试验改进，现已研发出一系列油莎豆收获设备，其各项指标和性能也在不断完善中，这些收获设备的研制成功为油莎豆生产带来了利好局面，但油莎豆收获机总体上仍存在功能简单、适用性差的技术问题，现阶段的油莎豆机械化生产作业难以适应产业发展的需要。因此早日研发出国内统一标准的油莎豆收获机械是发展油莎豆产业的关键[30]。

湖南邵阳市农业机械研究所在2010 年成功研发出一种小型多功能收获机械[50]，一举解决了油莎豆在黏土中起豆使土、果难以分离的难题。该设备与传统收获机械相比多加了一个风轮机，在消耗较低的能量条件下还可以大风力地将粉碎的根茎吹出，解决了传统机械草茎堵塞筛孔的问题，同时可以通过调整偏心块和更换筛网来快速实现功能的转换。由于该收获机具有体积小、重量轻、操作灵活等特点，普遍适用于南方丘陵地区及小区域地区[51]。近几年自走式油莎豆收获机逐渐流行，该机以谷物收获机为基础，结合花生、马铃薯收获技术，装置将土壤松开，将挖出的油莎豆利用输送装置送入分离装置，完成根、豆、杂质分离后的油莎豆最终进入到集粮箱。破土、挖掘、脱粒、分离、收集一次完成，在实际生产中得到了农户好评[52]。

4.5 深加工技术、终端市场开发现状

油莎豆除收获存在难度外，由于块茎形态不规则、种皮粗糙硬实，这使得油莎豆在产品后续加工方面也存在较多问题。收获之后的清洗、去皮、烘干等是不可缺少的工序，传统机械设备在抛光和烘干过程中效率较低、损失率较高，因此探究不同干燥方式对油莎豆油品质的影响，研究出油莎豆的最佳脱皮工艺，是油莎豆深加工亟需改善的重要问题[53-54]。

在国外，油莎豆因其营养丰富、用途广泛，早已被开发成食用油、奶粉、饮料、保健食品以及饲料添加剂等产品，被大众所接受[55]。但在国内由于还没有成熟的油莎豆加工技术体系，在提取油莎豆有效成分方面还处在试验阶段，现有的加工装备及提炼工艺还不足以从油脂高、糖分高、淀粉含量高的油莎豆原料中获得高得率油脂[29]。因此研发配套的产业化压榨、浸油技术是加快发展油莎豆深加工工艺的关键。部分企业也相继开发出了一系列相关产品，但现有市场上的产品质量缺乏稳定性，产品行业标准化不足，无法实现规模化生产，油莎豆产业发展仍处于初级阶段。

此外，当前农户对油莎豆营养价值和药用价值的认识还有待加强，终端市场对油莎豆产品的认可度不够，市场开发严重不足。加之落后的深加工技术提高了油莎豆产品的加工成本，产品市场价格普遍偏高，使得油莎豆油与橄榄油、茶籽油等食用油以及其他油莎豆饲用产品与其功能相类似的产品比较，缺乏市场竞争力，难以带动终端消费。

5 油莎豆产业发展建议

油莎豆是一种集合多种用途、利用价值较高的新型作物，在提供饲料来源、保障国家粮油供应、保护生态等方面都具有重要意义。

发展油莎豆产业，首先要对现有的种质资源进行改良，利用远缘杂交和多倍体诱变育种等手段培育出高产、优质的高蓄能油莎豆新品种。重视科研院所与企业的协同合作，注重产学研联合发挥油莎豆种植资源的产业核心支撑作用，同时加强油莎豆高产优质栽培技术，建立健全油莎豆种植技术体系。油莎豆具有含油高、产量高、出油量大等特点，通过引导农民以规范种植为主要栽培模式，并搭配与农艺相配套的高产高效、低能耗的机械化生产技术体系，大力实现油莎豆高产化、基地化、规范化产业发展。同时延伸油莎豆产业链，对油莎豆生产中的各个环节开展产业装备机械化、智能化的创新研究，促进农业生产、食品饲料加工和现代畜牧业发展[56]。“以研带产，以产带创”，多维度协同快速推进油莎豆生产的规范化、现代化与产业化。

其次要加大对油莎豆产品与价值的宣传力度，提高油莎豆产品知名度。借助相应利好政策，积极推进油莎豆相关产品市场准入，加大终端产品需求，以产品需求为牵引驱动产业发展。除榨油外，加强油莎豆地上茎叶青贮及饲草料的开发和根茎药源性产品、微生物有机肥等综合利用开发，形成油莎豆循环经济产业体系[57]。完善油莎豆从生产、加工到物流营销的完整体系链，实现油莎豆加工利用和废弃物利用循环模式，有效提升油莎豆产业的影响力，从而带动油莎豆产业的长足发展。