1、书书书收稿日期 : 2010 12 29; 修回日期 : 2011 08 05基金项目 : 中国科学院优秀青年专项基金 ( KSCX2EWQ17) ;中国科学院院地合作基金作者简介 : 蔡志全 ( 1973) ， 男 ， 博士 ， 研究方向为资源植物学( E-mail) zhiquan cai126 com。专题论述特种木本油料作物星油藤的研究进展蔡志全( 中国科学院 西双版纳热带植物园 ， 云南 勐腊 666303)摘要 : 特种木本油料作物星油藤原产于南美洲 ， 其种子已被当地人食用了 3 000 多年 ， 可作为一种营养价值很高的健康食用油 。在对星油藤的种质资源和影响栽培的环境因子进行
2、阐述的基础上 ，重点概述了其种子中两种主要化学成分油脂和蛋白质 ， 具体包括油脂含量和脂肪酸组成 、脂质活性成分及降血脂作用 ， 种子蛋白质含量和氨基酸组成等方面的研究现状 ， 并对星油藤的研究和开发利用提出了相应的建议 。关键词 : 星油藤 ; 种质资源 ; 油脂 ; 蛋白质 ; 栽培中图分类号 : TS222; S7273 文献标志码 : A 文章编号 : 1003 7969( 2011) 10 0001 06Advance in research on a special woody oilseed crop ofPlukenetia volubilis LCAI Zhiquan( Xi
3、shuangbanna Tropical Botanical Garden， the Chinese Academy of Sciences，Mengla 666303， Yunnan， China)Abstract: Plukenetia volubilis L ( Sacha Inchi ) is a special woody oilseed crop used by the local peoplein South America for over three thousand years， and its seeds can be made into edible oil with
4、high nutri-tive value The related germplasm resources of Sacha Inchi and the dominant factors affecting its cultiva-tion were described The research progress on oil and protein in Sacha Inchi seeds， including oil contentand fatty acid composition， protein content and amino acid composition， as well
5、as lipid active ingredientswere statedKey words: Plukenetia volubilis L ; germplasm resources; oil; protein; cultivation星油藤 ( Plukenetia volubilis L ) ， 又名南美油藤 、印加果 、印加花生 ， 为大戟科多年生木质藤本植物 ， 原生长在南美洲安第斯山脉的热带雨林中 1 2。星油藤最初由印加人变野生为家种 ， 印加语称Sacha Inchi ， 已被南美印第安土著居民食用了 3 000多年 1。星油藤当年种植 ， 当年可挂果 ， 2 3 年即进入盛
6、产期 ; 一年四季开花 、结果 ， 产量较高 2 3。星油藤种子的主要成分是油脂 、蛋白质 、维生素 、甾醇等生物活性物质 ， 以及生物碱 、皂甙和香豆素等次生代谢物 4 9。从星油藤种子中榨取的油 ( SachaInchi oil) ， 可用于食品 、保健品 、药品 、化妆品等 ， 对调整血脂 、预防心血管疾病 、保养肌肤等有显著的作用 10 18。由于种子产量较高 、含油率较高 ， 使得星油藤比其他油料作物具有较大的优势 1 2。由于星油藤油组成成分优良 、营养品质高 ， 被认为是世界上最好的植物油之一 8 9。在 2004、2006 年和 2010年巴黎世界食用油博览会上 ， 星油藤油由
7、于其优良的感官和品质而获得金质奖章 ， 引起了世界油料产品开发商的高度关注 4 6， 18 21。2006 年 ， 星油藤由中国科学院西双版纳热带植物园引种成功 ， 现在云南西双版纳境内有栽培 。本文通过查阅相关文献资料 ， 并结合笔者的研究 ， 对星油藤的种质资源 、地理分布和栽培 、种子油脂肪酸 、活性物质及种子蛋白质理化性质等进行了概述和分析 ， 为今后开发利用这种具有重要经济价值的特种木本油料作物资源提供12011 年 第 36 卷 第 10 期 中 国 油 脂参考 。1 星油藤的种质资源及其地理分布Plukenetia 属中包含着 20 余种植物 ， 主要分布于热带美洲 、非洲 、马
8、达加斯加和亚洲 22 27， 但在我国没有分布 。Plukenetia 属植物大多数是缠绕状木质藤本 ， 极少数是蔓生的多年生草本植物 ， 主要生长在热带湿性森林 、季节性干性森林或灌木丛 1 2， 25。星油藤最早在 1753 年命名 27， 主要野生于秘鲁热带森林很多不同的地方 ， 如圣马丁 ( San Martin) 、乌卡亚利 ( Ucayali) 、瓦努科 ( Hunuco) 、亚马逊 ( Ama-zonas) 、马德雷德迪奥斯 ( Madre de Dios) 、洛雷托( Loreto) 等 ; 在拉丁美洲的墨西哥 、厄瓜多尔 、巴西和玻利维亚等国家也有分布 22 27。星油藤是茎
9、攀援状多年生木质藤本 ， 总状花序腋生或与叶对生 ， 雌雄同株 。雄花小 ， 白色 ， 聚生于花序基部 ; 在花序基部侧面生有单个雌花 。蒴果成熟时是茶褐色 ， 通常具有 4 7 裂片 ， 1 个裂片包裹 1 粒种子 22， 25。种子育苗 1 个月后的小苗在定植后的 6 7 个月即开始开花结实 ， 第 1 年可以获得 700 2 000 kg/hm2的产量 ， 盛产年份可达 10 年以上 1 2。据秘鲁农业部统计 ， 星油藤经自然或人工驯化 、选育形成的具有相对遗传稳定性的品种共有 40 余种 。不同品种的星油藤间 ， 亚麻酸含量的变化范围为 39 82% 57 22%，而其产量的变化范围为
10、 125 2 050 kg/hm2( 见表 1) 。不同品种间 ， 亚麻酸的含量与产量呈负相关趋势( r = 058， P =0080) ， 这是由于不同基因调控过程产生差异所致 。表 1 不同品种星油藤油的脂肪酸含量及星油腾种子产量*品种脂肪酸含量 /%棕榈酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 亚麻酸产量 /( kg/hm2)1 494a002 183a001 822a000 2780a000 5722a002 1252 521ab010 356b003 1005h003 3718b009 4400b020 1 3503 482a004 349bc002 1028c003 3929c001 4213c0
11、01 1 6004 481a002 368d000 1085d001 3955d008 4112d004 2 0505 467a007 353bc006 1240a006 3791e007 4150d006 5506 497a003 346bce001 1006h001 4109d001 4043e001 6007 569c020 340ce001 1015f002 4194g006 3982d018 1 6008 522ab008 380d003 966g000 3441h007 4691g002 2209 531ab003 359b001 1100h001 3782a003 4232c00
12、4 1 49010 474a022 305c002 1004a003 3442h000 4791h039 1 250注 : * 秘鲁亚马逊研究所 Cachique D 等 2010 未发表数据 ; 数字后的不同字母表示差异显著 ( P 005) 。2 影响星油藤栽培的环境因子植物种子脂肪的脂肪酸成分主要在种子发育过程中的种子填充阶段合成 28 29。在这个阶段 ， 胚乳和胚胎的形态 、细胞代谢发生明显变化 ， 伴随着脂肪和蛋白质等储存物质的快速增加 28 30。不同的环境条件直接影响着油料作物的生长发育 、生理功能及其种子脂肪的脂肪酸和种子蛋白质成分的种类和含量 ; 且脂肪和蛋白质含量的变化模
13、式往往与一些生理 、生长发育特性密切相关 30 33。星油藤生长迅速 ， 属于强需光性植物 ， 其叶片最大净光合速率极高( 20 mol/( m2s) ) ， 与热带先锋树种相近 1 3， 34。星油藤植物表面受到光线照射越多 ， 越有利于花芽萌发 、开花和结果 ， 嫩枝 、花以及果实的数量也越多 。光照强度低时 ， 植株需要较长的时间完成生长周期 ; 当光线特别阴暗的时候 ， 花的数量会大大减少 ， 产量也会随之急剧降低 1 3。最近的研究表明 ， 生长在高海拔地区的油橄榄和核桃含油率比低海拔的高 35 37。星油藤能够适应 70 2 000 m的海拔高度 1 2， 34， 但在约 600
14、m 海拔高度种子的产量最高 。生长季的温度显著影响油料作物种子的含油率及其脂肪酸组成 32， 37 40。从植物的地理分布和进化角度 ， 自然选择形成的压力使得高纬度地区植物种子中的不饱和脂肪酸含量比低纬度植物的更高 41; 高纬度地区的低温增加油料植物种子中的多元不饱和脂肪酸合成 35， 37， 41。跨纬度的田间试验表明 ， 随纬度降低 ， 温度的增加导致大豆 、油菜和向日葵等草本油料植物种子的含油率下降 ， 但对蛋白质积累的影响相对较小 31， 41。低纬度地区较高的气温加快油料作物种子的生长率 ， 但减少了种子填充持续期的时间 42 45; 种子发育期内依赖于植株光合同化产物的程度降低
15、 ， 因此含油率较低 31 32。但具有不同生物学特性的油料作物对纬度梯度的适应2 CHINA OILS AND FATS 2011 Vol. 36 No. 10性不同 ， 且不同脂肪酸的变异程度很大 31 32。星油藤能够在较大的温度范围内 ( 10 36) 生长良好 1 2， 34， 但过高的温度对其生长非常不利 。高温会导致星油藤花和果实凋落 ， 形成小种子 1 2。水分胁迫也会缩短油料作物种子填充的持续时间 46 50。干旱降低芝麻 、油菜和大豆等种子的油含量 46 48， 但对不同脂肪酸成分的影响不同 。例如 ，干旱导致大豆种子的硬脂酸和油酸含量升高 ， 亚油酸含量降低 39， 50
16、; 也会大大降低红花籽油中饱和脂肪酸的含量 ， 并降低其含油率 48。星油藤具有广泛适应不同类型土壤的特性 ， 在黏土 ( 50% 以上的黏土 ) 、沙壤土 ( 60%以上的沙 ) 中生长良好 ， 且能够在高含量铝酸性土壤 ( pH = 4 5 5， 铝含量大于70%) 中生长旺盛 1 2， 34。长期干旱和低温是造成星油藤植株生长缓慢的主要原因 ， 但涝灾也会对植株造成伤害或增加病害 1 2。在原产地 ， 星油藤能与当地所有的作物间作 ， 如棉花 、香蕉 、菜豆 、玉米 、木薯以及森林里的其他物种 1， 并对这些植物的生长没有显著的负面影响 。星油藤常见的虫害是玉米根虫 ( Diabroti
17、ca spp ) 、蟋蟀 ( Gryllidae) 、切叶蚁( Myrmicinae) 等 。星油藤植株对镰刀菌 ( Fusariumspp ) 和根结线虫 ( Meloidogyne spp ) 极其敏感 ; 这两类病虫害对其幼苗和成年植株危害很大 ， 常常造成植株大面积死亡 1 2， 且高含油量的品种更容易感染上根结线虫 2， 34。因此 ， 在受污染的土壤中栽培时 ， 需要采取预防措施 。3 星油藤油中脂肪酸成分研究20 世纪 80 年代 ， 科学家开始对星油藤种子中的化学组成及其生理功效进行研究 。星油藤种子含油量为 30% 60% 4 9， 主要由多元不饱和脂肪酸组成 ， 其含量可达
18、 90% 以上 ( 见表 2) ， 明显高于其他油料作物 9， 11。其多元不饱和脂肪酸以 Omega脂肪酸为主 ， 要高于大豆 、花生 、油菜及亚麻等传统油料作物 。其中 ， 亚麻酸含量为 452% 52 51% 4 9，要远远高于大豆油和花生油中亚麻酸的含量 。亚麻酸具有酯化胆固醇 、增加血管弹性 、疏导清理心脏血管 、调节血细胞功能 、促进血液循环 、提高人体免疫 、消除亚健康等一系列生理功能 ， 尤其对预防肥胖 、心血管疾病及脂肪肝等具有重要的生理功能 10 18 ， 51 54。因此 ， 星油藤油可以补充人体因长期食用大豆油 、花生油导致的亚麻酸摄入不足 ， 适合日常膳食需要 。与传
19、统植物油 ( 大豆油等 ) 相比 ， 星油藤油显著降低大鼠血浆甘油三酯和胆固醇的比例 ， 增加肝脏二十碳五烯酸 ( EPA) 和二十二碳六烯酸 ( DHA) 的含量和比例 52。食用星油藤油也能够显著降低成年人餐后的甘油三酯 ， 对预防心血管等疾病有显著作用 53。对人体血清的抗氧化活性和尿中 8 羟基 2 脱氧鸟苷 ( 8 OHdG) 含量的评价研究表明 ， 星油藤油具有优异的抗氧化活性和抗 DNA 损伤的作用 53。表 2 星油藤种子含油量和油的脂肪酸组成 %项目 星油藤种子 9星油藤种子1星油藤种子2星油藤种子3星油藤油 4星油藤油 7星油藤油 8星油藤油 53含油量 452 54 54
20、 5604棕榈酸 361 385 45 393 379 408 44 424硬脂酸 247 254 32 211 265 296 24 25油酸 944 828 96 819 877 1045 91 841亚油酸 3275 368 368 3186 3367 3534 334 3408亚麻酸 5139 4861 452 5251 5073 4692 508 5041注 : 1 秘鲁 Emma I Cspedes 2006 年提供的数据 ; 2 美国康奈尔大学 Hazen DC 和 Stoewsand Y 1980 年分析的未发表数据 ;3 农业部农产品质量监督检验测试中心 ( 昆明 ) 检测结
21、果 。4 脂质活性成分的研究星油藤油中还含有甾醇 、多酚和生育酚等多种脂质活性成分 ， 这些化学成分能增加油脂的稳定性和生物活性 。多数油脂中甾醇含量为 1 5 g/kg， 星油藤油中的甾醇含量也在此范围内 ， 为 247 g/kg 5， 其甾醇中含有胆固醇 ( 0 3%) 、菜油甾醇 ( 7 1%) 、菜油 甾烷醇 ( 0 2% ) 、豆甾醇 ( 27 9% ) 、 谷甾醇( 565%) 和 5 燕麦甾醇 ( 53%) 等 13 种甾体类化合物 ， 其中含量最多的为 谷甾醇和豆甾醇 5， 8。油脂中的植物甾醇是天然的降胆固醇活性成分 。甾类化合物不仅具有较强的抗氧化活性 ， 还具有抗癌 、预
22、防心脑血管疾病和抗炎等多种生物活性 8 ， 55。星油藤种子中生育酚总含量为 5957 mg/100 g，要高于大豆 ( 18 9 mg/100 g) 。星油藤油中生育酚总含量可高达 2 000 3 000 mg/kg 5， 7， 55， 要明显高于菜籽油 ( 687 mg/kg) 、大豆油 ( 54 1 237 8 mg/kg) 和葵花籽油 ( 671 mg/kg) 等植物油 56。与菜籽油和大豆油相似 ， 星油藤油中的生育酚以 和 32011 年 第 36 卷 第 10 期 中 国 油 脂生育酚为主 。星油藤油的氧化稳定性要优于同样富含亚麻酸的亚麻籽油和鱼油 ， 正是归结于其含有较为丰富且
23、抗氧化活性很强的化合物 ( 如甾醇类物质 、多酚类化合物和生育酚 ) ， 但其氧化稳定性比菜籽油 、橄榄油 、芝麻油 、玉米油和葵花籽油要差 ， 这可能是由于其本身含有大量易被氧化的亚麻酸 ， 以及未经精炼导致油中含有水分 、磷脂等杂质 ， 导致氧化稳定性较差 4 5。5 种子中的蛋白质研究星油藤种子富含蛋白质 ( 26% 33%) ， 粗纤维含量约为 12 1%， 种子蛋白质含量仅次于大豆 ， 种子压榨后的饼粕可做高蛋白食品 1 2， 5， 8 9。种子中的蛋白质由 18 种氨基酸组成 ， 其中包含了 8 9 种必需氨基酸 5， 8 9， 且各种氨基酸含量比例都比较合适 。其中 ， 必需氨基
24、酸含量达到 10 6%， 总氨基酸含量达到 32 56%， 而必需氨基酸的含量与总氨基酸含量比达到 326%， 仅次于大豆 。其中精氨酸含量最为丰富 ， 高达 266% 左右 ; 其次是亮氨酸 、甘氨酸 、缬氨酸和脯氨酸 ， 均大于 13%， 其中缬氨酸含量高于大豆蛋白 。非必需氨基酸中则以谷氨酸含量最高 ， 达 4%左右 5， 9。与 FAO/WHO 的能量及蛋白质需要的参考模式相比 ， 星油藤蛋白中的限制性氨基酸为赖氨酸 、亮氨酸和异亮氨酸 ， 其他的则均高于参考模式 ， 其中最容易缺乏的赖氨酸含量为 4 95%，远远高于亚麻籽蛋白 5， 9。从星油藤种子中提取并纯化出一种新型水溶性蛋白
25、， 其色氨酸含量非常高 ( 44 mg/g) ， 但苯丙氨酸含量低 ( 9 mg/g) ， 同时水溶性也很好 ， 这种水溶性蛋白占饼质量的 25%， 占种子中蛋白质质量的31%， 因此被称为 Sacha Inchi 蛋白 ， 或 IPA 蛋白 。该蛋白由 2 种糖基化多肽组成 ， 相对分子质量约为32 800 Da 和 34 800 Da。糖的含量约为 48%， 基础蛋白质的 pI 值 ( 等电点 ) 为 9 4， 含有各种人体必需的氨基酸 57， 为目前首个含有所有人体必需氨基酸的植物蛋白 ， 将应用于功能食品和膳食补充剂领域 。6 建议与展望星油藤油作为世界上最好的天然植物油之一 ，具有高
26、的产量和优良的品质 ， 具有很大的市场开发潜力 。在原产地秘鲁 ， 为了更好地对星油藤这一重要资源植物开发利用 ， 自 2002 年至今 ， 开展了Omega项目 ， 相关产品在全世界主要发达国家和地区均有销售 ， 取得了良好的经济和社会效益 。星油藤的栽培虽然历史久远 ， 但其栽培 、品质形成规律 、品种改良等方面的研究刚刚起步 。加速星油藤的开发利用建议从以下几个方面入手 :( 1) 星油藤核心种质资源库的建立 。收集保存 、评价和选育具有高产 、抗逆等优良性状的新种质 ， 建立种质管理数据库和育种资源保存基地 。开展星油藤与同属野生作物的亲缘关系和遗传多样性分析 ， 在对其农艺性状和抗逆
27、能力评价研究的基础上 ， 完成特定抗性材料的挖掘和具有特殊性状遗传材料的选育 ， 为加强和实现星油藤作物种质资源的有效管理及开发利用提供便利的条件和途径 。( 2) 星油藤山地高产栽培技术主导因子 ( 纬度 、海拔 、水肥等 ) 及其机理的研究 。从星油藤植株对自然和人工环境的适应性及其机理入手 ， 以高产栽培种植为主要目标 ， 通过不同区域田间系统试验 ， 规划适宜的种植区域 ， 制定规范化高产栽培技术 。阐明星油藤的物质生产 、分配和代谢物 ( 主要是脂肪酸和蛋白质 ) 的动态协调及其栽培调控原理 。通过充分利用我国热带和热带向亚热带地区的荒山资源 ， 推广种植星油藤 。( 3) 星油藤碳
28、同化的生化途径 、脂肪酸的生物合成和基因工程等方面的研究 。利用分子生物学和基因工程手段 ， 提高对星油藤种实的生理代谢 ， 尤其是脂肪酸合成代谢途径及其关键酶基因的认识和利用 ， 以便更有利于种实产量和品质的提高 。将常规育种与分子育种技术相结合 ， 进行种质创新 ， 培育出高产量 、高含油量以及抗旱 、抗寒 、耐线虫和镰刀菌的改良品种 。根据星油藤油特性 ， 培育出符合特殊用途的品种 ( 如更高亚麻酸含量的品种 ) ， 为保健品的开发提供优质资源 。( 4) 开发适合于星油藤种子的制油工艺和高附加值产品 。星油藤油营养价值较高 ， 且稳定性优于其他富含高不饱和脂肪酸的植物油脂 ( 如亚麻籽
29、油 ) ， 食用安全性高 。因此 ， 有必要在保证成熟制油工艺基础上 ， 开发出高营养价值的星油藤油 ， 并加强人们对星油藤油的认识 ， 促进星油藤油的消费 。参考文献 : 1 SEMINO C A， ROJAS F C， ZAPATA E S Protocolo delcultivo de Sacha Inchi ( Plukenetia volubilis L) M Peru: La Merced， 2008: 1 87 2 MENDOZA N P Obtencin de los cidos grasos del aceitede la Plukenetia olubilis L “Sac
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