郑玉琳等 南京林业大学学报
专题报道
无患子果实成熟过程及其油脂、皂苷动态变化
郑玉琳 1 ，刘济铭 1 ，史双龙 1 ，贾黎明 1 *，翁学煌 2 ，
罗水晶 2 ，盛克寨 3
1.北京林业大学，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，国家能源非粮生物质原料研发中心；2.福建源华林业生物科技有限公司；3.湖南无患子农林发展有限公司。
无患子( Sapindus mukorossi Gaertn.)为无患子科(Sapindaceae)无患子属( Sapindus L.) 落叶乔木,于我国南方地区广泛分布。无患子集生物日化、生物质能源、生物医药、园林绿化、生态保护和木材生产等多种价值于一身,具有极大发展潜力。当前,对其研究集中于活性成分的提取与利用、种质资源的评价、整形修剪及种苗繁育等方面。其种仁含油率26.15~44.69%,可用于生产生物柴油和高级润滑油;果皮含皂苷 4.14%~27.04%,具有良好非离子表面活性,可替代目前广泛使用的化工表面活性剂生产洗涤用品;此外,种仁榨油后所剩的油渣可用于制作蛋白饼,种壳可用于制作活性炭等。
经过对无患子的物候进行详细调查,笔者将其果实生长阶段划分为初果期、果实膨大期、果实转色期、果实初熟期、果实完全成熟期等5个重要时期,再依照BBCH标准,将种子和果实成熟的时期进步划分为:成熟开始果皮起皱、果皮略带金黄色透明、成熟晚期、完全成熟。前人对无患子不同采果期果实的主要经济性状、果实发育动态及内含物含量变化进行了研究，但果实采收时间间隔长、测定次数少,且未关注种油含量等问题,难以满足无患子多联产产业发展对原料的需求。由于无患子果期长,其果实生长发育规律、果皮和种子内含物含量变化等与果实收获相关的系统调查研究仍较少,尚缺乏确定其最佳采收时间的方法,在生产上也没有明确的最佳采收期。
近年来,学者们主要采用果实耐贮性或贮藏品质、果实活性物质(如葡萄的酚类物质和柿的单宁含量)的动态变化等来确定果实的最佳采收期,着重关注采收期对果实品质的影响19-201随着人工智能技术的发展,基于视觉图像确定果实最佳采收期,在此基础上进行机械化果实采收等方面的研究成为热点。 为此,本期论文推荐的作者对无患子成熟过程的生长发育动态及油脂和皂苷动态变化进行研究，以揭示无患子果实生长发育的变化规律,确定最佳的果实采收期及其相应的外观特征，为实现高质量无患子果实生产提供科学依据。
下面跟学报君一探究竟！
作者简介
通讯作者
贾黎明， 本刊编委。男，汉族。北京林业大学森林培育、城市林业教授，博士生导师。主讲林学、水土保持与荒漠化防治、城市林业等专业或方向本科生课程“森林培育学”、“森林游憩”，主持研究生课程“森林培育研究法”，主讲“森林培育学专题”的部分内容。主讲中国大学MOOC《森林培育学》。
主要在用材林和能源林培育、城市林业、树木栽培生理生态、文献计量学等领域开展科学研究。在杨树速生丰产用材林精准水肥管理、无患子良种选育及原料林高效培育、片麻岩山地微立地评价及植被恢复、风景游憩林培育及森林游憩体系规划、栓皮栎林生长模拟和抚育决策、混交林树种间相互作用及培育等理论和技术方面取得了一系列创新研究成果，得到同行和学术界的广泛好评，许多研究成果在生产上推广应用。
第一作者
郑玉琳，女，1998年3月生，北京林业大学森林培育专业硕士研究生。
关键词 ： 无患子；果实；皂苷；内含物；能源树种
基金项目： 国家自然科学基金项目(32071793)。
引文格式： 郑玉琳,刘济铭,史双龙,等.无患子果实成熟过程及其油脂、皂苷动态变化[J].南京林业大学学报(自然科学版) ,2021,45(4) :78-84.ZHENG Y L,LIUJ M ,SHIS L, et al. Maturation process and the dynamics of oil and saponin in Sapindus mukorossi [J]. Journal of Nanjing Forestry University ( Natural Sciences Edition) , 2021, 45(4):78- 84. DOl: 10.12302/j. issn. 1000- 2006.202 103047.
1目的
探究不同固废及无患子(Sapindus mukorossi Gaertn.)是重要的生物日化和生物质能源树种,近年来我国无患子产业蓬勃发展,但目前在生产上仍没有明确的采收期或者确定最适采收时间的方法。 通过对果实生长发育过程及内含物含量动态变化间的关系研究,确定无患子果实的最适采收时间。
2方法
选取5株长势中等、开花结实良好的8年生实生无患子树,于果实膨大期的末期到果实脱落期,每隔4d每株树采摘15个发育正常的果实,观察其外观变化,并进行果实、种子、果皮及种仁干,果实横径、纵径、侧径,种子横径、纵径、侧径共10项表型指标及种仁含油率、单种仁油质量、果皮含皂苷率、单果皮皂苷质量及含水率的测定。
2.1 试验材料
试验地位于福建省三明市建宁县(116 ° 35'~117°04'E,26 ° 30'-27 ° 06'N),该地属中亚热带海洋性季风气候,同时具有大陆性山地气候特点,雨热同期,四季分明,年平均气温17.0°C,年平均降水量1950mm。2017年,年平均气温18.3 °C ,总日照时间1654.4h,降水量1431.5mm,降水集中在春夏两季。土壤为长石砂岩风化母质上发育成的厚层山地黄红壤(土层厚度>100cm)。
2.2 研究方法
2017年,在试验地选取生长状态中等且开花结实良好的5株8年生实生起源的无患子树进行调查和取样,时间为8月28日(处于果实膨大末期,果实转色前)至当年11月8日(果实完全成熟脱落),每隔4d采样1次,从每株树上随机选取3个果序,每果序采摘5个发育正常的果实,将每棵树上采摘的果实混合作为一个生物学重复,放入保鲜袋中带回实验室测定相关指标。 果实采收后带回实验室,立即用千分之一分析天平进行果实鲜质量的测定,并肉眼观察果实的颜色及表面纹理。采用游标卡尺测量果实和种子的横径纵径和侧径,精确到0.01mm。随后,将其置于70°C恒温烘箱中烘至质量恒定,分别称量果实、种子、果皮和种仁的干质量。
采用Excel2016和SPSS22.0进行数据处理。运用Change-point analyzer2.3拐点分析软件(Taylor Enterprises,USA)对不同采收期各项指标的拐点进行分析,以确定各指标发生变化的时间。
3结果
①9月底果实由绿色变为金黄色,随后在10月上半个月内失水,果皮表面皱缩,果实横径下降7.95%,侧径下降10.71%。②8月底至9月初种仁体积较小,呈绿色,随后逐渐长大,在9月20日左右由绿转黄,且在9月底完全变为黄色。种子横径、纵径和侧径在10月上旬明显下降,其中横径下降10.81%,纵径下降4.87%,侧径下降8.96%。③果实和果皮的干质量变化趋势相同,均在10月15日之前上升,随后小幅波动,且果皮干质量发生第2次明显上升时种子干质量下降。④种仁油质量在9月中旬及之后较高,果皮皂苷质量在10月上旬和中旬较高。
3 .1 果实外观形态与表型指标的动态变化
3.1.1 果实外观形态
8月28日 - 9月13日,无患子果皮为淡青绿色且表面光滑;9月17日,果实开始转黄;9月25日 - 9月29日,果实颜色由黄中带绿转变为完全金黄色,但果皮仍保持光滑;10月3日,果皮开始皱缩;10月11日-11月8日,果实的外观变化较小,表现为金黄色,且表面皱缩明显(图1)。8月底至9月初,无患子种仁体积较小,呈绿色;随后逐渐长大,在9月17日-9月21日期间,种仁开始由绿转黄,9月29日种仁完全转黄。
▲图 1 无患子果实外观变化
3.1.2 表型指标
10月3日-10月19日,果实横径和侧径显著下降,果皮开始失水,皱缩。横径均值从19.75mm下降到18.18mm,下降了7.95%;侧径均值从17.37mm下降到15.51mm,下降了10.71%(图2)。
研究期间,种子的横径、纵径和侧径表现出相同变化趋势,均在9月29日 - 10月7日这9天内出现显著下降。横径均值从12.77下降到11.39mm,下降了10.81%;纵径均值从13.56下降到12.90mm,下降了4.87%;侧径均值从11.27下降到10.26mm,下降了8.96%(图2)。
▲图 2 果实与种子的横径、纵径和侧径变化
果实和果皮的干质量变化趋势相同,从8月28日-10月15日逐渐上升,果实干质量均值从1.45上升至2.55g,果皮干质量均值从0.60增加至1.53g;果实干质量、果皮干质量分别在9月17日、10月11日和9月17、9月29日出现两次较为明显的增加。在果皮干质量发生第2次明显上升的同时,种子干质量出现了明显下降(图3)。
种仁干质量变化幅度较其他干质量大,均值由0.14g(8月28日)增加0.38g(9月25日),在1个月内增加了165.86%,但在果实成熟后期变化幅度变小。
▲图 3 无患子果实、种子、果皮种仁干质量动态变化
3.2 果实含水率动态变化
果实含水率在9月29日-10月15日期间大幅度下降,从64.60%下降到13.77%,下降了78.68%,随后在11.24%~15.19%小幅波动,说明无患子果实的失水主要发生在10月的上半月,这与其果皮表面出现皱缩、果实的横径和侧径下降的时间基本一致。生产上通常使用自然风干的方式处理果实,本研究同时测定了无患子果实的风干含水率,结果表明风干含水率变化趋势和烘干含水率变化趋势相似,二者差值为7.59%~10.08%,因此在生产上可以采用风干含水率来估计烘干含水率,进一步指导采收(图4)。
▲图 4 无患子果实含水率动态变化
3.3 种仁油脂和皂苷含量动态变化
3.2.1 油脂
种仁含油率(图5A)和单种仁油质量(图6A)都呈现先上升后下降的趋势。由图5-6可见,种仁含油率和单种仁油质量都在9月9日 - 9月13日期间出现跃迁,并于10月3日达到最高值,说明种仁中油脂的积累在10月初完成。
种仁含油率均值于10月3日达到最高值49.62%,在10月11日降至42.38%,下降了14.59%,且于10月15日 - 10月19日间再次出现明显下降,后期波动较大。种仁含油率在9月21日至10月7日期间保持在较高水平。
单种仁油质量在10月3日达到最高值0.187g,较8月28日高311%。根据拐点探测分析,单种仁油质量在9月9-13日期间出现跃迁后,后期没有明显下降(图6B),单种仁油质量从9月中旬至果实脱落均保持在较高水平。
▲图 5 无患子种仁含油率及果皮含皂苷率动态变化及其拐点探测
▲图 6 无患子单种仁油质量及单果皮皂苷质量动态变化及其拐点探测
3.2.2 皂苷
果皮含皂苷率(图5A)和单果皮皂苷质量(图6A)都呈现先升后降的趋势。由图5C和6C可见,果皮含皂苷率在10月11日-10月15日间出现显著下降,随后一直降低,说明果皮含皂苷率在果皮失水前较高。
单果皮皂苷质量在9月25-9月29日间出现跃升,10月11日达到最高值0.212g,表明皂苷在10月上旬完成积累。随后在10月23日 - 10月27日间出现明显下降(图6C),从13.00%降低到10.45%,下降了19.62%。单果皮皂苷质量在10月上中旬较高。
4结论
果皮中皂苷和种仁中油的积累在10月上旬均达到最高,针对果皮皂苷和种仁油的应用,最佳采果期在10月上旬和中旬。由果实外观判断,生产上,果实完全变为金黄且果皮开始皱缩后的20d内,为最佳采果期。
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