薄殼山核桃胚發(fā)育過程中主要營養(yǎng)成分的變化

盧翔　李效文　夏海濤

摘要： 為探究薄殼山核桃胚發(fā)育過程中營養(yǎng)物質(zhì)與油脂積累的變化規(guī)律，以薄殼山核桃‘波尼品種為試材，研究了胚發(fā)育過程中主要形態(tài)指標和營養(yǎng)成分的變化。結(jié)果表明，在固體胚形成期（S2-S3），粗脂肪含量、氨基酸含量、多酚和黃酮等營養(yǎng)物質(zhì)的增長幅度最大，為胚發(fā)育過程中營養(yǎng)積累最關(guān)鍵的時期。氨基酸總量在S3（9月15日）最高（361.90 mg/g），其中，必需氨基酸占總氨基酸的30.31%；不飽和脂肪酸含量在S5（10月15日）最高，占總脂肪酸的92.06%；在胚發(fā)育過程中，粗脂肪的積累與多酚和黃酮呈顯著正相關(guān)，油脂在胚發(fā)育過程中發(fā)生了“棕櫚酸→油酸→亞麻酸”的轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞： 薄殼山核桃； 胚發(fā)育； 油脂脂肪酸； 氨基酸組分； 營養(yǎng)成分

中圖分類號： S 664. 1， S 601 文獻標識碼： A

薄殼山核桃（Carya illinoinensis），胡桃科（Juglandaceae）山核桃屬（Carya），是一種重要的木本油料樹種。其果實的胚中油脂含量極高，并含有豐富的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，是一種美味且營養(yǎng)豐富的堅果[ 1 ]。與中國山核桃（Carya cathayensis Sarg.）相比，薄殼山核桃胚中含有更豐富的不飽和脂肪酸和對人體有益的各種氨基酸，其氨基酸含量超過了油橄欖[ 2 ]等油料作物。油脂中的不飽和脂肪酸不僅能促進人體正常生長發(fā)育，還在預(yù)防心腦血管疾病等方面起重要作用[ 3 - 5 ]。其中，亞油酸和亞麻酸是人類必需的多不飽和脂肪酸，不能由人體自身合成，具有防止高血壓、心臟病、動脈粥樣硬化等作用[ 6 ]。除此之外，胚中還含有豐富的具有生理活性的多酚和黃酮類物質(zhì)[ 7 ]，多酚具有抗氧化性，黃酮具有擴張冠狀血管、降低高血壓和抑制腫瘤細胞生長等多重功效[ 8 ]。

目前，對薄殼山核桃油脂開發(fā)與利用領(lǐng)域的研究，主要集中在各品種間胚成熟期油脂組分的比較[ 9 - 11 ]，而對于胚發(fā)育過程中生理生化變化的相關(guān)研究較少。本研究以在諸多品種中表現(xiàn)出適應(yīng)性好、抗逆性強，具有早實、豐產(chǎn)等優(yōu)良特性的主栽品種‘波尼（良種編號：浙 R-ETS-CI-012-2015）為試材，通過對其胚發(fā)育過程中形態(tài)的觀察、營養(yǎng)物質(zhì)的測定與相關(guān)性比較等研究，為油用薄殼山核桃生產(chǎn)與薄殼山核桃油的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試材料為薄殼山核桃‘波尼品種，采自浙江省新昌薄殼山核桃基地（120°46′21″E，29°13′42″N）。選取6棵樹齡在15年以上、健康無病害的樣株，每2株為一組，采集樹冠外側(cè)東、南、西、北4個方向生長良好、無病蟲害果實各3個，采樣時間分別為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）。采集后的果實用封口袋封裝帶回，在實驗室先進行形態(tài)學(xué)指標的測定和拍照，然后按自來水、RO水和去離子水的順序清洗果實，將果實按照外果皮、果殼、種皮和胚4個部位剝離，再用烘箱105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，粉碎過篩，最后進行各指標的測定。

1. 2 測定方法及數(shù)據(jù)分析

按GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的測定》方法[ 12 ]進行脫脂處理，粗脂肪測定采用改良索氏法[ 13 ]；油脂脂肪酸組分，參照氨基酸測定方法（GB/T 5009.

124-2003）中的酸水解法[ 14 - 15 ]進行測定；氨基酸組分含量，按（GB/T 17376-2008、GB/T 17377-2008）酯交換法[ 16 ]進行測定；多酚含量用福林酚法測定；黃酮含量用硫酸鋁-亞硝酸鈉-氫氧化鈉比色法[ 16 ]測定。礦質(zhì)元素采用原子吸收分光光度法[ 17 ]測定。

采用Excel 2007和SPSS 19.0等軟件工具對數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2. 1 胚的形態(tài)和粗脂肪的變化

根據(jù)圖1（A）薄殼山核桃胚的形態(tài)變化可知，S1-S2時期，果殼內(nèi)的透明、粘稠溶膠狀胚不斷轉(zhuǎn)化為凝膠狀胚；S2-S3時期，胚從胚乳中吸收營養(yǎng)，凝膠胚體型變大，隨后胚完成了從凝膠狀向固態(tài)狀的轉(zhuǎn)變，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的輸送，至S3時胚充滿整個子房，灌漿期結(jié)束；S3-S4時期，胚逐漸發(fā)育成熟；S4-S5時期以后，胚的形態(tài)已基本不變。S1-S5時期，胚顏色由透明→白色→棕褐色→金黃色逐漸變化，最終胚呈矩圓形狀。

根據(jù)圖1（B）可知，薄殼山核桃胚中粗脂肪含量在S2-S5時期差異顯著。S2時期的含量最低為11.61%；S2-S3時期粗脂肪含量迅速增加，至S3時達到74.75 %，為S2的6.45倍；S3-S5時期，胚中粗脂肪增長幅度變緩，至S5時達到最高的81.89 %。

2. 2 胚中主要營養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律

2. 2. 1 胚中油脂的脂肪酸組分的變化

胚中的脂肪酸由8種成分組成：棕櫚酸（C16∶0）、棕櫚烯酸（C16∶1）、硬脂酸（C18∶0）、油酸（C18∶1）、亞油酸（C18∶2）、亞麻酸（C18∶3）、順-11-二十碳稀酸（C20∶1） 和花生酸（C20∶0）。其中，飽和脂肪酸由棕櫚酸（C16：0）、硬脂酸（C18∶0）和花生酸（C20∶0）組成；不飽和脂肪酸根據(jù)雙鍵個數(shù)分為單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸，棕櫚烯酸（C16∶1）和油酸（C18∶1）為單不飽和脂肪酸，亞油酸（C18∶2）和亞麻酸（C18∶3）為多不飽和脂肪酸。圖2顯示，棕櫚酸在S2時為35.33%，至S3時下降了83.48%，而S3-S5時段變化幅度僅為0.15%。油酸呈“升高-降低”的趨勢，S2時為40.01%，至S3時達到最高值81.403 %，S3-S5時期略有下降，變幅為9.18%。亞油酸（C18∶2）和油酸（C18∶1）變化趨勢相反，亞油酸在S5時達到最高值，19.714%。C18∶1、C18∶2和C18∶3在四個時期脂肪酸含量的變化均呈差異顯著。

不飽和脂肪酸含量在S2時達到57.02 %，S3時迅速增加至91.97 %；S3-S5時期都維持在總量的90 %以上，變幅不大。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸變化趨勢相反（圖3），S2時為42.98 %，S3時降低為8.03 %，降幅達到81.30 %；S3-S5時期變幅不大。單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸變化趨勢相反，各脂肪酸組分含量也在S2-S3時期變化最劇烈，S3-S5變化幅度最小。C16∶0和C18∶0是飽和脂肪酸的主要成分，二者均維持在較低水平。

2. 2. 2 薄殼山核桃胚中氨基酸組分的變化

薄殼山核桃胚脫脂后的粉末中富含17種氨基酸，氨基酸總含量在119.20～361.90 mg/g之間，其中包含7種必需氨基酸，在胚成熟時期占氨基酸總量的28.98%～30.31%。由表1可知，谷氨酸在各組分中含量最高，S5時達到61.80 mg/g；亮氨酸在必需氨基酸中含量最高，纈氨酸次之，在S5時分別為20.70 mg/g和14.30 mg/g。各時期氨基酸含量均呈“上升-下降”趨勢，在S3時含量最高（除了胱氨酸和蛋氨酸外），在S3時胚中谷氨酸含量最高，為73.8 mg/g。胱氨酸和蛋氨酸的含量都是在S5時達到最大值，蛋氨酸一直呈上升趨勢，而胱氨酸則是呈現(xiàn)“N”型變化。S2-S3時期，各組分氨基酸含量都有不同程度的提高，其中精氨酸的增長幅度最大，其濃度在S3時是S2的6.93倍。S4-S5時期各組分氨基酸濃度含量基本無明顯變化。

2. 2. 3 胚中多酚和黃酮的變化

在胚發(fā)育過程中，多酚含量一直呈上升趨勢。由圖4可知，S2-S4時期，多酚和黃銅含量差異顯著，S2時多酚含量為14.52 mg/g，S3時上升為21.58 mg/g，并在S5時達到最高，為25.20 mg/g，其中，S2-S3時期多酚升高幅度最大。黃酮含量在S2時最低，為4.77 mg/g；S2-S4時期呈上升趨勢，在S4時達到最高，為5.10 mg/g；S4-S5時期黃酮含量略微下降，但趨勢不明顯，S5時為4.85 mg/g。

2. 3 粗脂肪和其他內(nèi)含物的相關(guān)性

胚中粗脂肪含量和其他營養(yǎng)物質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果（表2）表明，粗脂肪含量的變化和多酚在胚中的變化呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.961。粗脂肪含量的變化和黃酮含量在胚中的變化為顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.964。薄殼山核桃胚中的棕櫚酸和硬脂酸呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.998；與亞麻酸呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.983；而與油酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.974。硬脂酸和亞麻酸呈極顯著正相關(guān)，與油酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.991和-0.974。油酸和亞麻酸之間呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.988。

3 討 論

3. 1 對薄殼山核桃胚發(fā)育及各營養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律研究的結(jié)果表明，薄殼山核桃胚的狀態(tài)在S2-S5時期發(fā)生了“溶膠狀→凝膠狀→固體狀”的變化，顏色呈現(xiàn)“透明→白色→棕褐色→金黃色”的變化。根據(jù)胚的狀態(tài)特征，可將胚的發(fā)育期劃分為四個時期：凝膠狀胚形成期（S1-S2）、固體胚形成期（S2- S3）、固體胚緩慢發(fā)育期（S3-S4）和胚完全成熟期（S4- S5）。胚中粗脂肪含量在S2時所占比重只有11.61%；隨后胚開始迅速積累粗脂肪，S2-S3時期粗脂肪含量迅速增加，S3-S5時期胚中粗脂肪含量變化不大，S5時達到最高的81.89%。因此，薄殼山核桃粗脂肪的形成在發(fā)育進程中是一個積累的過程，且S2-S3時期，胚從溶膠狀迅速增大充滿果實并最終變?yōu)楣腆w狀，粗脂肪積累迅速，故該時段為胚發(fā)育中最關(guān)鍵的時期。

3. 2 薄殼山核桃胚在發(fā)育成熟時，不飽和脂肪酸含量達92.06%，其中，油酸、亞油酸為脂肪酸的主要組成部分。油酸在S2-S3時期迅速增長，S3-S5時期含量降低；亞油酸和亞麻酸含量呈升高趨勢。Bates， P. D.等[ 19 ]研究顯示，油脂積累過程中，油酸在SAD酶的催化作用下，碳鏈上的雙鍵會增加。因此在胚成熟期油脂積累過程中，油酸不斷轉(zhuǎn)化為亞油酸和亞麻酸。薄殼山核桃成熟胚中含有17種氨基酸，7種為人體必需氨基酸[ 20 ]。在S2-S3的固體胚形成期[ 21 ]，各組分氨基酸含量大幅度升高，在S3時達到最高（除了胱氨酸和蛋氨酸外）；S3-S5時期各組分氨基酸呈降低趨勢，但變化幅度不大。這與張琦等[ 22 ]檢測出的核桃中的氨基酸種類結(jié)果相同，且各組分氨基酸含量高于核桃。薄殼山核桃胚中含有豐富的多酚和黃酮，胚中多酚含量和粗脂肪變化趨勢相同，都是不斷積累的過程[ 23 - 25 ]。

3. 3 薄殼山核桃胚中內(nèi)含物間相關(guān)關(guān)系顯示，多酚和黃酮在胚中含量的變化，與粗脂肪在胚中的含量變化呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.961和0.964。多酚和黃酮之間也呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.988。胚在S2-S5時期，主要油脂脂肪酸之間存在著轉(zhuǎn)化關(guān)系，棕櫚酸和油酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)關(guān)系為-0.974；油酸和亞麻酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)關(guān)系為-0.988。這說明在S2-S5時期，由于碳鏈的增加和雙鍵斷裂，發(fā)生了“棕櫚酸-油酸-亞麻酸”的轉(zhuǎn)化。

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第1作者簡介： 盧翔（1978-）， 男， 碩士， 工程師， 主要從事森林培育和森林生態(tài)學(xué)的研究。

通訊作者： 王金旺， 副研究員， 主要從事森林培育和森林生態(tài)學(xué)的研究。

收稿日期： 2018 - 03 - 16

（責任編輯： 潘啟英）