薄壳山核桃胚发育过程中主要营养成分的变化

2018-09-10卢翔李效文夏海涛

林业科技 2018年3期

卢翔　李效文　夏海涛

摘要：为探究薄壳山核桃胚发育过程中营养物质与油脂积累的变化规律，以薄壳山核桃‘波尼品种为试材，研究了胚发育过程中主要形态指标和营养成分的变化。结果表明，在固体胚形成期（S2-S3），粗脂肪含量、氨基酸含量、多酚和黄酮等营养物质的增长幅度最大，为胚发育过程中营养积累最关键的时期。氨基酸总量在S3（9月15日）最高（361.90 mg/g），其中，必需氨基酸占总氨基酸的30.31%；不饱和脂肪酸含量在S5（10月15日）最高，占总脂肪酸的92.06%；在胚发育过程中，粗脂肪的积累与多酚和黄酮呈显著正相关，油脂在胚发育过程中发生了“棕榈酸→油酸→亚麻酸”的转化。

关键词：薄壳山核桃；胚发育；油脂脂肪酸；氨基酸组分；营养成分

中图分类号： S 664. 1， S 601 文献标识码： A

薄壳山核桃（Carya illinoinensis），胡桃科（Juglandaceae）山核桃属（Carya），是一种重要的木本油料树种。其果实的胚中油脂含量极高，并含有丰富的蛋白质等营养物质，是一种美味且营养丰富的坚果[ 1 ]。与中国山核桃（Carya cathayensis Sarg.）相比，薄壳山核桃胚中含有更丰富的不饱和脂肪酸和对人体有益的各种氨基酸，其氨基酸含量超过了油橄榄[ 2 ]等油料作物。油脂中的不饱和脂肪酸不仅能促进人体正常生长发育，还在预防心脑血管疾病等方面起重要作用[ 3 - 5 ]。其中，亚油酸和亚麻酸是人类必需的多不饱和脂肪酸，不能由人体自身合成，具有防止高血压、心脏病、动脉粥样硬化等作用[ 6 ]。除此之外，胚中还含有丰富的具有生理活性的多酚和黄酮类物质[ 7 ]，多酚具有抗氧化性，黄酮具有扩张冠状血管、降低高血压和抑制肿瘤细胞生长等多重功效[ 8 ]。

目前，对薄壳山核桃油脂开发与利用领域的研究，主要集中在各品种间胚成熟期油脂组分的比较[ 9 - 11 ]，而对于胚发育过程中生理生化变化的相关研究较少。本研究以在诸多品种中表现出适应性好、抗逆性强，具有早实、丰产等优良特性的主栽品种‘波尼（良种编号：浙 R-ETS-CI-012-2015）为试材，通过对其胚发育过程中形态的观察、营养物质的测定与相关性比较等研究，为油用薄壳山核桃生产与薄壳山核桃油的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试材料为薄壳山核桃‘波尼品种，采自浙江省新昌薄壳山核桃基地（120°46′21″E，29°13′42″N）。选取6棵树龄在15年以上、健康无病害的样株，每2株为一组，采集树冠外侧东、南、西、北4个方向生长良好、无病虫害果实各3个，采样时间分别为S1（8月15日）、S2（8月30日）、S3（9月15日）、S4（9月30日）和S5（10月15日）。采集后的果实用封口袋封装带回，在实验室先进行形态学指标的测定和拍照，然后按自来水、RO水和去离子水的顺序清洗果实，将果实按照外果皮、果壳、种皮和胚4个部位剥离，再用烘箱105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重，粉碎过筛，最后进行各指标的测定。

1. 2 测定方法及数据分析

按GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的测定》方法[ 12 ]进行脱脂处理，粗脂肪测定采用改良索氏法[ 13 ]；油脂脂肪酸组分，参照氨基酸测定方法（GB/T 5009.

124-2003）中的酸水解法[ 14 - 15 ]进行测定；氨基酸组分含量，按（GB/T 17376-2008、GB/T 17377-2008）酯交换法[ 16 ]进行测定；多酚含量用福林酚法测定；黄酮含量用硫酸鋁-亚硝酸钠-氢氧化钠比色法[ 16 ]测定。矿质元素采用原子吸收分光光度法[ 17 ]测定。

采用Excel 2007和SPSS 19.0等软件工具对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2. 1 胚的形态和粗脂肪的变化

根据图1（A）薄壳山核桃胚的形态变化可知，S1-S2时期，果壳内的透明、粘稠溶胶状胚不断转化为凝胶状胚；S2-S3时期，胚从胚乳中吸收营养，凝胶胚体型变大，随后胚完成了从凝胶状向固态状的转变，随着营养物质的输送，至S3时胚充满整个子房，灌浆期结束；S3-S4时期，胚逐渐发育成熟；S4-S5时期以后，胚的形态已基本不变。S1-S5时期，胚颜色由透明→白色→棕褐色→金黄色逐渐变化，最终胚呈矩圆形状。

根据图1（B）可知，薄壳山核桃胚中粗脂肪含量在S2-S5时期差异显著。S2时期的含量最低为11.61%；S2-S3时期粗脂肪含量迅速增加，至S3时达到74.75 %，为S2的6.45倍；S3-S5时期，胚中粗脂肪增长幅度变缓，至S5时达到最高的81.89 %。

2. 2 胚中主要营养物质的变化规律

2. 2. 1 胚中油脂的脂肪酸组分的变化

胚中的脂肪酸由8种成分组成：棕榈酸（C16∶0）、棕榈烯酸（C16∶1）、硬脂酸（C18∶0）、油酸（C18∶1）、亚油酸（C18∶2）、亚麻酸（C18∶3）、顺-11-二十碳稀酸（C20∶1）和花生酸（C20∶0）。其中，饱和脂肪酸由棕榈酸（C16：0）、硬脂酸（C18∶0）和花生酸（C20∶0）组成；不饱和脂肪酸根据双键个数分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，棕榈烯酸（C16∶1）和油酸（C18∶1）为单不饱和脂肪酸，亚油酸（C18∶2）和亚麻酸（C18∶3）为多不饱和脂肪酸。图2显示，棕榈酸在S2时为35.33%，至S3时下降了83.48%，而S3-S5时段变化幅度仅为0.15%。油酸呈“升高-降低”的趋势，S2时为40.01%，至S3时达到最高值81.403 %，S3-S5时期略有下降，变幅为9.18%。亚油酸（C18∶2）和油酸（C18∶1）变化趋势相反，亚油酸在S5时达到最高值，19.714%。C18∶1、C18∶2和C18∶3在四个时期脂肪酸含量的变化均呈差异显著。

不饱和脂肪酸含量在S2时达到57.02 %，S3时迅速增加至91.97 %；S3-S5时期都维持在总量的90 %以上，变幅不大。饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸变化趋势相反（图3），S2时为42.98 %，S3时降低为8.03 %，降幅达到81.30 %；S3-S5时期变幅不大。单不饱和脂肪酸与多不饱和脂肪酸变化趋势相反，各脂肪酸组分含量也在S2-S3时期变化最剧烈，S3-S5变化幅度最小。C16∶0和C18∶0是饱和脂肪酸的主要成分，二者均维持在较低水平。

2. 2. 2 薄壳山核桃胚中氨基酸组分的变化

薄壳山核桃胚脱脂后的粉末中富含17种氨基酸，氨基酸总含量在119.20～361.90 mg/g之间，其中包含7种必需氨基酸，在胚成熟时期占氨基酸总量的28.98%～30.31%。由表1可知，谷氨酸在各组分中含量最高，S5时达到61.80 mg/g；亮氨酸在必需氨基酸中含量最高，缬氨酸次之，在S5时分别为20.70 mg/g和14.30 mg/g。各时期氨基酸含量均呈“上升-下降”趋势，在S3时含量最高（除了胱氨酸和蛋氨酸外），在S3时胚中谷氨酸含量最高，为73.8 mg/g。胱氨酸和蛋氨酸的含量都是在S5时达到最大值，蛋氨酸一直呈上升趋势，而胱氨酸则是呈现“N”型变化。S2-S3时期，各组分氨基酸含量都有不同程度的提高，其中精氨酸的增长幅度最大，其浓度在S3时是S2的6.93倍。S4-S5时期各组分氨基酸浓度含量基本无明显变化。

2. 2. 3 胚中多酚和黄酮的变化

在胚发育过程中，多酚含量一直呈上升趋势。由图4可知，S2-S4时期，多酚和黄铜含量差异显著，S2时多酚含量为14.52 mg/g，S3时上升为21.58 mg/g，并在S5时达到最高，为25.20 mg/g，其中，S2-S3时期多酚升高幅度最大。黄酮含量在S2时最低，为4.77 mg/g；S2-S4时期呈上升趋势，在S4时达到最高，为5.10 mg/g；S4-S5时期黄酮含量略微下降，但趋势不明显，S5时为4.85 mg/g。

2. 3 粗脂肪和其他内含物的相关性

胚中粗脂肪含量和其他营养物质的相关性分析结果（表2）表明，粗脂肪含量的变化和多酚在胚中的变化呈显著正相关，相关系数为0.961。粗脂肪含量的变化和黄酮含量在胚中的变化为显著正相关，相关系数为0.964。薄壳山核桃胚中的棕榈酸和硬脂酸呈极显著正相关，相关系数为0.998；与亚麻酸呈显著正相关，相关系数为0.983；而与油酸呈显著负相关，相关系数为-0.974。硬脂酸和亚麻酸呈极显著正相关，与油酸呈显著负相关，相关系数分别为0.991和-0.974。油酸和亚麻酸之间呈显著负相关，相关系数为-0.988。

3 讨论

3. 1 對薄壳山核桃胚发育及各营养物质变化规律研究的结果表明，薄壳山核桃胚的状态在S2-S5时期发生了“溶胶状→凝胶状→固体状”的变化，颜色呈现“透明→白色→棕褐色→金黄色”的变化。根据胚的状态特征，可将胚的发育期划分为四个时期：凝胶状胚形成期（S1-S2）、固体胚形成期（S2- S3）、固体胚缓慢发育期（S3-S4）和胚完全成熟期（S4- S5）。胚中粗脂肪含量在S2时所占比重只有11.61%；随后胚开始迅速积累粗脂肪，S2-S3时期粗脂肪含量迅速增加，S3-S5时期胚中粗脂肪含量变化不大，S5时达到最高的81.89%。因此，薄壳山核桃粗脂肪的形成在发育进程中是一个积累的过程，且S2-S3时期，胚从溶胶状迅速增大充满果实并最终变为固体状，粗脂肪积累迅速，故该时段为胚发育中最关键的时期。

3. 2 薄壳山核桃胚在发育成熟时，不饱和脂肪酸含量达92.06%，其中，油酸、亚油酸为脂肪酸的主要组成部分。油酸在S2-S3时期迅速增长，S3-S5时期含量降低；亚油酸和亚麻酸含量呈升高趋势。Bates， P. D.等[ 19 ]研究显示，油脂积累过程中，油酸在SAD酶的催化作用下，碳链上的双键会增加。因此在胚成熟期油脂积累过程中，油酸不断转化为亚油酸和亚麻酸。薄壳山核桃成熟胚中含有17种氨基酸，7种为人体必需氨基酸[ 20 ]。在S2-S3的固体胚形成期[ 21 ]，各组分氨基酸含量大幅度升高，在S3时达到最高（除了胱氨酸和蛋氨酸外）；S3-S5时期各组分氨基酸呈降低趋势，但变化幅度不大。这与张琦等[ 22 ]检测出的核桃中的氨基酸种类结果相同，且各组分氨基酸含量高于核桃。薄壳山核桃胚中含有丰富的多酚和黄酮，胚中多酚含量和粗脂肪变化趋势相同，都是不断积累的过程[ 23 - 25 ]。

3. 3 薄壳山核桃胚中内含物间相关关系显示，多酚和黄酮在胚中含量的变化，与粗脂肪在胚中的含量变化呈显著正相关，相关系数为0.961和0.964。多酚和黄酮之间也呈显著正相关，相关系数为0.988。胚在S2-S5时期，主要油脂脂肪酸之间存在着转化关系，棕榈酸和油酸呈显著负相关，相关关系为-0.974；油酸和亚麻酸呈显著负相关，相关关系为-0.988。这说明在S2-S5时期，由于碳链的增加和双键断裂，发生了“棕榈酸-油酸-亚麻酸”的转化。

参考文献

[1] 梁珊珊，吕芳德，蒋瑶，等. 美国山核桃坚果主成分分析及综合评价[J]. 中国南方果树， 2015， 44（3）： 123 - 128.

[2] 刘力，龚宁，夏国华，等. 山核桃种仁蛋白质及氨基酸成分含量的变异分析[J]. 林业科学研究， 2006， 19（3）： 376 - 378.

[3] Mcgandy R R， Hegsted D M. The role of fats in human nutrition[M]. London： Academic Press， 1975.

[4] Torres I C， Mira L， Ornelas C P， et al. A Study of the dietary fish intake on serum lipids and lipoproteins in two populations with different dietary habits[J]. Br J Nut， 2000， 83（4）： 371-379.

[5] Gill I， Valivety R. Polyunsaturated fatty acids part2： Biotrans formations and biotechnological applications[J]. Trends Biotechnol， 1997， 15： 470-478.

[6] Savage G P， Dutta P C， Mcnell D L. Fatty acid and to copherol contents and oxidative stability of walnut oils[J]. J Am Oil Chem Soc， 1999， 76（9）： 1 059-1 063.

[7] 徐宏化，程慧，王正加，等. 美国山核桃总多酚与总黄酮含量及抗氧化活性[J]. 核农学报， 2016， 30（1）： 72 - 78.

[8] 陈杭君，李兴飞，郜海燕，等. 山核桃仁多酚组分分析及抗氧化研究[J]. 核农学报， 2013， 27（1）： 61 - 67.

[9] 贾晓东，罗会婷，翟敏，等. ‘波尼薄壳山核桃果实发育动态分析[J]. 中国南方果树， 2015（2）： 247 - 253.

[10] 于敏，徐宏化，王正加，等. 6个薄壳山核桃品种的形态及营养成分分析[J]. 中国粮油学报， 2013， 28（12）： 74 - 77.

[11] 李永荣，吴文龙，刘永芝. 薄壳山核桃种质资源的开发利用[J]. 安徽农业科学， 2009， 37（27）： 13 306 - 13 308.

[12] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T14772-2008，食品中粗脂肪的测定[S]. 北京：中国标准出版社， 2008.

[13] Toro-Vazquez J F， Charo-Alonso M A， Perez-Briceno F. Fatty acid composition and its relationship with physicochemical properties of pecan （Carya illinoensis）oil[J] . Journal of the American Oil Chemists' Society， 1999， 76（ 8 ）： 957 - 965.

[14] 中华人民共和国国家質量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T17376-2008. 动植物油脂，脂肪酸甲酯制备[S]. 北京：中国标准出版社， 2008.

[15] 陈臣，李艳，牟德华. 核桃仁与发酵核桃乳中脂肪酸GC法的甲酯化条件优化及含量测定[J]. 食品工业科技， 2015， 36（13）： 314 - 320.

[16] 蔡文国，吴卫，代沙，等. 不同无性系鱼腥草总酚、黄酮含量及其抗氧化活性[J]. 食品科学， 2013， 34（7）： 42 - 46.

[17] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科技出版社， 1999.

[18] Bates， P. D， Stymne， S， Ohlrogge， J. Biochemical pathways in seed oil synthesis[J]. Current Opinion in Plant Biology， 2013， 16（3）： 358 - 364.

[19] 张汇慧，吴彩娥，李永荣，等. 不同品种薄壳山核桃营养成分比较[J]. 南京林业大学学报， 2014， 38（3）： 55 - 58.

[20] 袁紫倩，杨先裕，凌骅，等.长山核桃‘马汉叶片主要矿质营养元素生育期动态变化特征[J]. 西北植物学报， 2014， 34（7）： 1 443 - 1 449.

[21] 俞春莲. 薄壳山核桃果实成熟过程中主要营养物质变化规律研究[D]. 杭州：浙江农林大学， 2014.

[22] 张琦，程滨，赵瑞芬，等. 不同品种核桃仁的脂肪酸与氨基酸含量分析[J]. 山西农业科学， 2011， 39（11）： 1 165-1 169.

[23] 董润泉. 美国薄壳山核桃果实发育研究[J]. 云南林业科技， 2002， 100（3）： 66 - 70.

[24] 盖素芬，赵宝军，郑庆田，等. 早实核桃不同生育期主要器官氮、磷、钾含量变化规律及特征[J]. 经济林研究， 2002， 20（2）： 63 - 66.

[25] 杨系铃，杨克军，李佐同，等. 锌对不同基因型玉米幼苗光合特性及锌积累的影响[J]. 核农学报， 2016， 30（3）： 71 - 79.