文章信息
- 叶珊, 王为宇, 周敏樱, 何煜明, 庄志城, 喻卫武, 吴家胜, 宋丽丽
- Ye Shan, Wang Weiyu, Zhou Minying, He Yuming, Zhuang Zhicheng, Yu Weiwu, Wu Jiasheng, Song Lili
- 不同采收成熟度和堆沤方式对香榧种子堆沤后熟品质的影响
- Effects of Different Harvest Maturity and After-Ripening Ways on the Harvested Quality of Torreya grandis 'Merrillii' Seeds
- 林业科学, 2017, 53(11): 43-51.
- Scientia Silvae Sinicae, 2017, 53(11): 43-51.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20171105
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文章历史
- 收稿日期:2017-03-23
- 修回日期:2017-07-25
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油脂含量及其不饱和脂肪酸组成是评价油料种子品质的重要指标之一。油料种子油脂品质及其脂肪酸组成受到栽培品种、后熟环境因素等诸多内外因素的影响(Beltran et al., 2004; Parvini et al., 2014)。不同品种美国山核桃(Carya illinoensis)的脂肪酸组成也有较大差异(俞春莲等,2013)。采摘时间对于橄榄(Canarium album)果营养、油脂含量以及脂肪酸组成和比例都有显著影响(Baccouri et al., 2005)。油茶(Camellia oleifera)籽成熟过程中,油酸相对含量整体呈上升趋势(李好等,2014)。而随着后熟时间的延长,环境温度、光照、机械损伤等环境因素也会对油料种子脂肪酸组成产生显著影响。因此,合适的采摘时间和后熟处理对油料种子油脂品质、不饱和脂肪酸组成及其转化影响较大。
香榧(Torreya grandis‘Merrillii’)是红豆杉科(Taxaceae)榧树属(Torreya)榧树(Torreya grandis)的优良品种(黎章矩等,2007),其种子是我国特有的珍稀干果,营养丰富,种仁含油量高达60%左右(546.2~614.7 g·kg-1),脂肪酸组成以亚油酸和油酸为主,不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的79.41%,对防治人体心脑血管疾病有显著功效(黎章矩等,2006)。香榧种子采摘一般在白露至秋分之间的9月上中旬,榧蒲由翠绿色渐变为淡黄色,榧蒲表面出现纵向裂纹,假种皮开裂露出种核。但实际生产中,榧农为了产品提早上市,往往会提前采收,导致香榧的采青。香榧种子采摘后多采用二次堆沤传统工艺法完成种子的生理后熟,即第1步:将采种后带假种皮种子薄摊通风室内,待假种皮开裂、干缩、变黑时,剥去假种皮,收集种核;第2步:剥去假种皮的种核,须经种子后熟处理,上盖假种皮或湿稻草,堆沤15天,至种壳上残留的假种皮由黄色转黑色,同时种衣由紫红转黑即后熟完成(黎章矩等,2007)。上述传统二次堆沤方式主要存在的瓶颈问题是:堆沤时间长、腐烂的假种皮难以处理并污染环境。相比于橄榄、油茶等油料,香榧的采摘及后熟研究起步较晚。目前香榧的研究多集中于种子油的营养成分、脂肪酸含量及组成(王衍彬等,2016;徐超等,2012)。虽然田荆祥等(1989)的研究指出,随种子的成熟,饱和脂肪酸逐渐减少,不饱和脂肪酸逐渐增加,不饱和脂肪酸的含量也会随着成熟度的提高而增加,但是否可以通过提高采摘的成熟度,改传统的二次堆沤为一次堆沤,以提高不饱和脂肪酸的组成及其比例,进而提升香榧种子的后熟品质,目前还尚未有报道。本研究拟通过对不同采收成熟度和堆沤方式对香榧种子后熟过程中淀粉、可溶性糖、蛋白质、油脂含量、脂肪酸组成和种仁切面显微结构的影响,以期了解堆沤后熟过程中营养变化,优化传统的堆沤方式,为提高香榧种子的后熟品质,进而为科学量化香榧的采摘、脱涩和后熟工艺提供参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料香榧种子于2015年9月采自中国浙江省临安市板桥镇三口村,树龄10年以上经嫁接的10株香榧。去除有瑕疵的,筛选形状、大小和颜色较一致的种子,混合,确保样本平均性。将筛选后的香榧种子储存于室温下,备用。
1.2 试验方法 1.2.1 不同采收成熟度处理青果:花后(515±5)天的榧蒲翠绿色;裂果:花后(525±5)天,榧蒲由翠绿色渐变为淡黄色,榧蒲表面出现纵向裂纹,假种皮开裂露出种核。每个处理取样500 g,设3个重复。取样时人工去除榧蒲假种皮及壳质种皮,测定种仁淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白和油脂含量以及脂肪酸组分,并对带种衣的种仁进行切面显微结构观察。
1.2.2 不同堆沤方式一次堆沤:人工剥去香榧种子假种皮,堆积于水泥地面,堆积高度为(25±2) cm,堆放环境荫凉,四周通风,隔5天上下翻动1次,翻动后盖上遮荫网,堆积至榧脱涩完成。二次堆沤:将香榧种子堆积于水泥地面,堆积高度为(25±2) cm,堆放环境荫凉,四周通风,堆放3天左右;经过后熟腐烂,假种皮与榧壳易剥离时,及时剥去假种皮;剥去假种皮后,每隔5天上下翻动1次,翻动后盖上遮荫网,堆积至香榧种子脱涩完成。于堆沤开始与结束时各取样1次,期间每隔7天取样1次。每个处理设置3个重复。取样时人工去除榧蒲假种皮及壳质种皮,将种仁放置于4 ℃冰箱中保存备用,进行种仁切面显微结构、油脂品质指标、脂肪酸组成的测定。
1.3 测定方法 1.3.1 种仁可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉和油脂含量的测定1) 可溶性蛋白含量测定:参照郑炳松(2006)考马斯亮蓝染色法测定。
2) 可溶性糖含量测定:参照郑炳松(2006)蒽酮比色法测定。。
3) 淀粉含量的测定:参照郑炳松(2006)蒽酮比色法测定。
4) 油脂含量:提取和测定方法参照国标GB/T 14772-2008索氏抽提法。香榧种子油的提取流程为:种仁处理,索氏抽提法(使用沸点为30~60 ℃的石油醚),蒸发脱溶,获得种仁粗脂肪酸。含油率(%)=(粗脂肪/样品质量)×100%。
1.3.2 种仁脂肪酸组分的测定油脂甲酯化:参考国际GB/T17376—2008的甲酯交换法。取2 mL样品用于脂肪酸成分分析。分析仪器为Agilent 7 890 A,色谱条件:DB-WAX弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);高纯氦气为载气,氢气30 mL·min-1,空气400 mL·min-1,恒流模式,流速:1 mL·min-1;程序升温:初始温度140 ℃ (1 min),以4 ℃·min-1升温至280 ℃,进样口温度为230 ℃,FID检测器温度为270 ℃;1 μL进样量,分流比为80:1。根据脂肪酸甲酯气相标准品(Sigma公司产品)的保留时间鉴定,采用峰面积归一法进行定量。
1.3.3 种仁切面显微结构观察带种衣的种仁用FAA固定至少24 h后,按照常规石蜡切片法制片,切片厚度8 μm,番红-固绿对染,Olympus DP 70观察并拍照。
1.4 数据分析试验数据用Excel 2007和SPSS 18.5进行统计处理,所有数据均为3次生物学重复的平均值和标准误。采用SPSS 18.5,用邓肯多重比较方法进行差异显著性分析。使用SigmaPlot 12.5进行绘图。
2 结果与分析 2.1 不同采收成熟度对香榧种子营养品质的影响香榧种仁淀粉、可溶性蛋白、含油率等指标是影响香榧产品品质的重要指标。一般而言,含油率越高,淀粉含量越低,炒制后香榧种仁则越松脆。与青果比较,香榧假种皮开裂时(裂果)进行采摘,种子的营养品质呈现明显变化,可溶性糖和淀粉含量明显下降,而可溶性蛋白和含油率则明显的升高(表 1)。尤其是含油率,裂果采摘较青果提高了5.6%,表明成熟度的提高可明显提高种仁的含油率(表 1)。采摘过早,则导致香榧含油率低,炒食硬而不脆,无香醇味,产量和质量都受影响。
由表 2可知,香榧籽油主要含有9种脂肪酸,分别为棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、二十碳一烯酸、二十碳二烯酸、金松酸,其中亚油酸所占比例最高(41.6%~44.2%),其次为油酸(30.8%~32.8%),然后为金松酸(10.5%~11.3%)。与青果比较,香榧在假种皮开裂时采摘,棕榈酸、油酸和金松酸的变化不显著,而亚油酸的含量显著增加(P<0.05),不饱和/饱和脂肪酸的比值则有显著增加,表明提高采收成熟度可以增加香榧种子中不饱和脂肪酸尤其是亚油酸的含量。
从显微结构(图 1)中也可以看出,香榧假种皮裂开时采摘,种衣与种仁的间距显著增大(表 1)(图 1中数值均为单个样本数值,表 1中数值为3个样品平均值),有助于香榧炒制过程中的脱衣,而青果采摘则会使得种衣嵌入褶缝而不能剥离,容易导致炒制期间种衣不易剥离,使得品质下降。
生产实践中,香榧后熟完成的标志为种衣由紫红转黑。在本试验中,传统二次堆沤处理下香榧后熟完成时间为21天,一次堆沤处理下为14天。
由图 2 A可知,不同堆沤方式对香榧后熟过程中淀粉含量的影响显著。在堆沤起始时,一次堆沤和二次堆沤处理下香榧淀粉含量分别为12.72和13.05 mg·g-1,在随后的后熟过程中,淀粉含量均呈现不断下降趋势。与二次堆沤相比,一次堆沤处理过程中淀粉含量下降更快,至结束时(14天)种仁淀粉含量为8.87 mg·g-1,二次堆沤结束时(21天)淀粉含量为9.03 mg·g-1,表明一次堆沤可以缩短后熟脱涩时间。
由图 2B可知,随着种子后熟可溶性糖含量逐渐减少,与油脂的变化相反,即在后熟过程中油脂含量仍不断增加,而糖的含量不断减少,说明油料植物种子中脂肪的形成积累总是伴随着糖类的分解和减少(田荆祥等,1989)。在堆沤起始时,一次堆沤和二次堆沤处理下香榧可溶性糖含量分别为28.64和28.81 mg·g-1,二者无明显差异。随着后熟时间的延长,二次堆沤处理下香榧可溶性糖含量较一次堆沤高出许多,一次堆沤(14天)和二次堆沤(21天)结束时,种仁可溶性糖含量分别达到18.25和17.85 mg·g-1,二者无显著差异(P>0.05),表明一次堆沤不仅可以缩短香榧后熟完成时间,而且并不影响糖类分解。
由图 2C可知,不同堆沤方式对香榧后熟过程中可溶性蛋白含量影响显著。随着堆沤后熟时间延长,2种堆沤方式处理的可溶性蛋白含量均呈现不断上升趋势。一次堆沤处理下可溶性蛋白含量几乎呈直线上升,在后熟结束时,达到峰值23.05 mg·g-1。二次堆沤至14天时,可溶性蛋白含量仅为19.04 mg·g-1,显著低于一次堆沤,至21天时才达到峰值22.79 mg·g-1完成后熟脱涩(种衣由紫红转黑)。可见,一次堆沤方式在加快后熟进程的同时,可以保持蛋白质含量的增加,达到二次堆沤21天时的效果。
由图 2D可知,不同堆沤方式对香榧后熟过程中含油率的影响显著。2种堆沤方式处理下,含油率均呈不断上升趋势。一次堆沤处理过程中含油率前期上升迅速,后期上升速度减缓,后熟结束(14天)时,含油率为55.16%。二次堆沤处理下香榧含油率平稳上升,在21天时完成后熟达到峰值54.90%(图 2D),二者无显著差异(P>0.05)。表明一次堆沤方式可以加快后熟进程,同时增加种仁中的含油率,达到与传统二次堆沤一样的效果。
2.5 不同堆沤方式对香榧后熟过程中脂肪酸组分的影响由图 3可知,香榧种子在堆沤后熟过程中,饱和脂肪酸下降,不饱和脂肪酸含量上升,随着后熟时间的延长,油酸的含量出现下降,亚油酸则呈现明显上升。与传统上的二次堆沤相比,一次堆沤在起始时油酸与亚油酸含量无显著差异(P>0.05)。随着堆沤时间的延长,油酸含量下降,亚油酸含量上升。至堆沤结束时,较传统的二次堆沤处理,一次堆沤处理下香榧种仁中油酸含量较高,而亚油酸含量较低,分别为32.1%和42.7%。随着香榧种子逐渐完成后熟,香榧油脂中不饱和脂肪酸含量上升,而饱和脂肪酸含量下降,2种堆沤方式对后熟结束时不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量的比值无显著影响(P>0.05)。可见,一次堆沤方式在加快后熟进程的同时,没有降低香榧不饱和脂肪酸的含量,从而保持了较好的香榧品质。
去衣的难易程度是衡量香榧炒制产品质量重要感官指标。香榧种仁与种衣间距会直接影响香榧产品去衣的难易程度,种仁与种衣间距越大,炒制后的香榧产品去衣越容易。由图 4和图 5可知,不同堆沤方式对香榧后熟过程中种仁与种衣间距的影响显著。随着后熟时间的延长,2种堆沤方式处理下,种仁与种衣间距均呈现不断增大趋势。一次堆沤处理下种仁与种衣间距增大速率更快,在14天时间距达到峰值477 μm,完成了香榧后熟脱涩。而二次堆沤在14天时,种仁与种衣间距只有260 μm,显著低于一次堆沤,堆沤至21天时才达到一次堆沤的间距,从而完成后熟脱涩,比一次堆沤迟了7天。可见,一次堆沤与传统二次堆沤相比,可以加速香榧种仁与种衣间距的增长,缩短香榧后熟脱涩时间。
香榧脂肪酸组成多样,且具有一定的功能特性及较高的营养价值。香榧种子油中不饱和脂肪酸含量高,而且主要是亚油酸和油酸。不饱和脂肪酸有明显降低低密度胆固醇的作用,进而降低高血压、心脏病及中风等疾病的发病率(郑健仙,1995)。因此,不饱和脂肪酸组成是评价油料种子品质的重要指标之一。本研究表明,香榧种子油的不饱和脂肪酸组成以油酸、亚油酸和金松酸含量为主,其中亚油酸的含量最高,这与王衍彬等(2016)的研究结果一致。与青果比较,香榧在裂果时采摘,亚油酸的含量呈现明显增加(P<0.05),不饱和/饱和脂肪酸的比值显著增加,表明提高采收成熟度可以增加香榧种子中不饱和脂肪酸比例,进而提高香榧油脂品质。这与Baccouri等(2005)在橄榄果实上的研究一致。在不同堆沤方式试验中,通过香榧种子后熟完成标志观察判断得知:一次堆沤处理可比二次堆沤提前7天使香榧完成后熟。香榧种子在堆沤后熟过程中,饱和脂肪酸下降,不饱和脂肪酸含量上升,这在香蕉(Musa nana)(Wade,1995)、苹果(Malus domestica)(Song et al., 2003)、柿(Diospyros kaki)(Glew et al., 2005)和桃(Amygdalus persica)(吴敏等,2001)等果实成熟衰老进程中也有类似报道。随着后熟时间的延长,油酸的含量下降,亚油酸则呈现明显上升,这与Antunes等(2008)在中华猕猴桃(Actinidia chinensis)果实中的研究一致。一次堆沤方式在加快后熟进程的同时可以保证香榧的高不饱和脂肪酸含量,从而保持了较好的香榧品质。
油脂含量高是坚果类种子的特色,同时也是构成其香味和商业价值的重要因素。香榧作为珍贵坚果,其优良的口感和风味也是多种脂肪酸相互作用的结果。研究表明,香榧种子香脆程度与种子含油率呈正相关(黎章矩等,2005)。在本试验中,与青果比较,香榧在裂果时采摘,含油率提高了5.6%,表明成熟度的增加有助于油脂的积累,而糖类则呈现分解和减少的趋势,这与田荆祥等(1989)在香榧上的研究结果一致。油茶种子在成熟的后期,绿色器官的同化物质和果皮中的储藏物质都迅速向种子中转移,对种子的油脂合成与积累至关重要,所以种子的含油率随种子的成熟度而提高(黎章矩等,2010),由此推断在香榧种子中也是如此。因此可以通过提高采摘的成熟度来提高香榧含油率,进而提升香榧后熟品质。一次堆沤和二次堆沤处理下,后熟结束时香榧种子含油率均高达约55%,但一次堆沤可以使香榧种子提早1周完成后熟,表明一次堆沤方式在保证香榧达到高含油率的同时,可以加快后熟进程,使香榧产品提早上市。庄瑞林(2008)研究发现,在油茶油脂形成的过程中,受到很多外界因素的影响,其中温湿度尤为重要。在转化期间,气温高,昼夜温差大,有利于油脂的转化形成。尤其是夜间的低温,有利于不饱和脂肪酸的积累与形成。在香榧后熟进程中,温湿度对油脂转化以及不饱和脂肪酸组成的影响仍未知,是否可以通过人为控制温湿度条件来促进油脂的转化合成有待进一步研究。
除油脂含量与不饱和脂肪酸组成之外,去衣难易程度、蛋白质含量、淀粉含量也是评价香榧产品品质的重要指标。香榧产品去衣难易程度虽受加工炒制工艺间接影响,但与后熟结束时种仁与种衣间距有着直接关系。在本试验中,与青果比较,香榧在裂果时采摘种仁与种衣间距明显增大,有助于香榧炒制过程中的脱衣;2种堆沤方式在香榧种子后熟结束时均使种仁与种衣间距达到了477 μm的峰值,但一次堆沤与传统二次堆沤相比,可以缩短香榧后熟脱涩时间约1周。蛋白质是香榧坚果中重要营养成分,而油脂、淀粉含量高低决定种仁的香、脆程度。香榧蛋白质、油脂含量高,淀粉含量低,口感细腻香脆,而实生榧相反,口感粗硬,不香不脆(黎章矩等,2007)。本试验中,香榧在裂果时采摘较青果时采摘可溶性蛋白含量明显升高,淀粉含量明显降低,表明可以通过提高采摘的成熟度来提高蛋白质含量,降低淀粉含量,进而提升香榧后熟品质;2种堆沤方式在香榧种子后熟结束时均使可溶性蛋白含量达到了约23 mg·g-1,淀粉含量由起始时约13 mg·g-1下降到结束时约9 mg·g-1,表明一次堆沤方式在缩短后熟脱涩时间的同时并不会降低蛋白质含量,又能保证香榧产品松脆程度,进而保证香榧品质。
在香榧种子的后熟过程中,可溶性糖和淀粉含量下降,而含油率和可溶性蛋白含量上升,由此推测香榧后熟过程中存在着糖类向脂肪和蛋白质的转化。糖转变为脂肪的主要途径:糖酵解所产生的磷酸二羟丙酮还原后形成甘油,丙酮酸氧化脱羧形成乙酰辅酶A,它是脂肪酸合成的原料,进而甘油和脂肪酸合成脂肪。糖转变为蛋白质的主要途径:糖分解代谢产生的丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸、磷酸烯醇式丙酮酸、4-磷酸赤藓糖等是合成氨基酸的碳架。伴随着香榧种子后熟作用的发生,香榧种子中糖类不断向脂肪和蛋白质转化,从而使香榧品质得到提升。在本试验中,一次堆沤处理下香榧种子含油率和蛋白质含量均达到了传统二次堆沤处理下相同的水平,进一步证明了一次堆沤不仅能完成后熟,且能缩短时间并保证香榧品质。
香榧种子后熟脱涩过程中遇到的主要问题是:传统二次堆沤时间过长;假种皮后熟腐烂后剥离废弃,如不妥善处理易造成环境污染。香榧假种皮分泌的芳香性物质中含有醇、醛、酮、烯等20多种芳香成分,可作为提取高级芳香油和浸膏的天然优质原料(李兴飞等,2012)。目前二次堆沤方式中脱除假种皮的方法是待假种皮腐烂后手工剥除,极大地限制了获取假种皮的效率(宋慧芝等,2011)。在本试验中,通过提高采收成熟度,即在假种皮开裂时采摘,使得香榧假种皮易于人工剥除从而直接进行一次堆沤,既能优化香榧种子品质加快后熟进程,又能保证获取假种皮的效率和质量。
4 结论香榧在假种皮开裂(裂果)时采摘可明显提高种仁的可溶性蛋白含量和含油率;增加香榧种子中不饱和脂肪酸尤其是亚油酸的含量;有助于香榧炒制过程中的脱衣,从而提高香榧产品品质。采用一次堆沤方式完成香榧后熟,来替代传统二次堆沤,既能在时间上加快香榧后熟进程,也能使假种皮发挥商业价值,又能达到传统二次堆沤一样的效果,保证香榧产品的优良品质。综上所述,香榧在裂果时采收,采用一次堆沤方式完成后熟,可以缩短后熟时间,提高香榧产品品质。
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