孫鴻良 岳紹先

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081）

1 植物性角鯊烯的提取及其開(kāi)發(fā)趨勢(shì)分析

1.1 角鯊烯的來(lái)源與性能角鯊烯廣泛存在于生物體中，主要來(lái)源是深海魚(yú)類中鯊魚(yú)肝臟的重要化學(xué)活性物質(zhì)，在鯊魚(yú)肝油中含量高達(dá)80%以上。鯊魚(yú)在低溫高壓缺氧下仍可生存，就是靠自身肝臟中角鯊烯所生成的氧氣而維持所致。角鯊烯的特性是在極端低溫下不會(huì)凝固，可以促進(jìn)血液中氧的輸送和利用，活化細(xì)胞，提高耐缺氧能力，是一類難得可貴的免疫調(diào)節(jié)藥品。角鯊烯被公認(rèn)為可以提高疫苗有效性，這也是近期在制備新冠疫苗時(shí)成為所急需的原材料之一的原因。

1.2 角鯊烯的國(guó)際市場(chǎng)需求量較大據(jù)有關(guān)報(bào)道稱，在人類皮膚生理學(xué)中，角鯊烯不僅用作抗氧化劑、潤(rùn)膚霜或局部應(yīng)用的載體材料，而且還用于治療皮膚病。因此當(dāng)今國(guó)際角鯊烯市場(chǎng)主要為化妝品產(chǎn)業(yè)占最大份額，而制藥業(yè)排名第二。同時(shí)，含角鯊烯成分的保健品日趨增多。2019 年全球角鯊烯市場(chǎng)價(jià)值為1.091 億歐元，估計(jì)到2025 年將達(dá)到1.557億歐元[1]。目前，角鯊烯已經(jīng)在醫(yī)藥、化妝品、食品等行業(yè)被廣泛使用。

1.3 植物角鯊烯開(kāi)發(fā)是必然趨勢(shì)事實(shí)上，角鯊烯不僅存在于動(dòng)物體內(nèi)，我們生活中很多植物都含有一定量的角鯊烯成份，而且角鯊烯的分子結(jié)構(gòu)相同，皆為C30H50，比如橄欖油、莧籽油、南瓜籽油等。橄欖油一向是植物性角鯊烯的重要來(lái)源，這是因?yàn)殚蠙煊椭械闹|(zhì)含量（6.67%～26.67%）較高。然而由于橄欖油不是大宗化油類，其產(chǎn)量有限。而作者自美國(guó)羅代爾有機(jī)農(nóng)業(yè)研究中心引進(jìn)的幾個(gè)籽粒莧品種籽實(shí)中脂肪含量占5.73%～8.16%[2]，而其脂肪中竟含7%～8%的角鯊烯[3]。值得一提的是，曾有人對(duì)莧籽粉的保健作用進(jìn)行過(guò)研究，例如北京聯(lián)合大學(xué)與我們合作做過(guò)小鼠抗衰老指標(biāo)的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)小鼠食用莧籽后有延緩衰老的現(xiàn)象[4]，又如日本小西洋太郎做過(guò)食用莧籽粉降血糖的作用等相關(guān)研究，皆說(shuō)明其功效與有一定含量角鯊烯有關(guān)。隨著角鯊烯資源的不斷“稀缺”和海洋生態(tài)保護(hù)，逐步轉(zhuǎn)向植物角鯊烯是必然趨勢(shì)。

2 我國(guó)籽粒莧品種及生產(chǎn)現(xiàn)狀

1982-1988 年自美國(guó)羅代爾有機(jī)農(nóng)業(yè)研究中心陸續(xù)引進(jìn)的優(yōu)良籽粒莧品種紅莧（Amaranthus cruentusL.）R104、K112、K472、M7 等，并經(jīng)過(guò)10 多年馴化、培育后，分別于1991 年、1993 年、1997 年通過(guò)審定，并被國(guó)家作為引進(jìn)品種推廣。實(shí)踐證明，一些企業(yè)曾在亂石山溝中、沿海灘涂地、內(nèi)蒙古庫(kù)布齊煤礦復(fù)墾地以及新疆洗鹽后的輕度鹽堿地種植，皆證明了這幾個(gè)籽粒莧品種的生態(tài)適應(yīng)性廣[5]且有極強(qiáng)的抗逆性，能忍受較貧瘠土壤及含鹽量在0.3%以下、pH 值8.0～8.5 的輕、中度鹽堿化土地[6]，并在種植上積累了一定經(jīng)驗(yàn)。目前由于開(kāi)發(fā)目的以飼草為主，而其刈割期全部放在蛋白含量最高的孕蕾期，因此不待結(jié)實(shí)就收割，從而無(wú)種子生產(chǎn)或種子產(chǎn)量不足。

3 籽粒莧種子中提取角鯊烯的難點(diǎn)與初步解決途徑

籽粒莧種子產(chǎn)量低，單產(chǎn)僅150～250kg/667m2，種子細(xì)小，同時(shí)落粒率高，最高可達(dá)50%。因此要生產(chǎn)高產(chǎn)量種子就意味著最好能攻克種子千粒重低與落粒率高兩大技術(shù)難關(guān)。

3.1 攻克種子千粒重低的問(wèn)題針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們通過(guò)加強(qiáng)適時(shí)施用水肥等管理措施以及選擇不同海拔高度利用其溫度日較差大的地域進(jìn)行長(zhǎng)期培育兩個(gè)途徑來(lái)解決。研究證明，人工栽培馴化有使莧種子增大的趨勢(shì)[7]；而角鯊烯含量在品種內(nèi)的差異不大，但海拔高度與不同環(huán)境條件下則差異較大。異地育種是一項(xiàng)較長(zhǎng)期的培育任務(wù)，不少企業(yè)家經(jīng)過(guò)十幾年的異地育種現(xiàn)已獲得一批千粒重由原來(lái)0.5～0.7g 上升至1.0g 以上的種子可供試種，如果千粒重增長(zhǎng)穩(wěn)定則種子單產(chǎn)或?qū)⒂幸欢ǚ仍鲩L(zhǎng)。

3.2 克服落粒率高的問(wèn)題籽粒莧為無(wú)限花序，花期長(zhǎng)達(dá)1 個(gè)月之久。常常是花序的上部尚在開(kāi)花而下部種子早已成熟，而包在種子外部的穎片不緊，俗稱“口松”，因此下部種子未收獲就大批落粒至土中了。作者于1988 年訪問(wèn)美國(guó)羅代爾有機(jī)農(nóng)業(yè)研究中心時(shí)，見(jiàn)到他們用康拜因收獲莧籽時(shí)田間落粒率就達(dá)30%左右，而且他們感到很難解決這一問(wèn)題。我們用適時(shí)修剪去頂梢后再套網(wǎng)袋以封閉整個(gè)果穗使全部落粒得以回收（圖1）。這一措施雖然需要較大的用工量，卻為日后連袋收割后再日曬收集種子帶來(lái)了方便。

圖1 果穗套網(wǎng)袋防止落粒

4 我國(guó)進(jìn)行籽粒莧干草與角鯊烯原材料綜合開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)支撐特點(diǎn)

4.1 籽粒莧本身具抗逆性強(qiáng)與快速生長(zhǎng)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)的空間大利用籽粒莧具強(qiáng)勁生產(chǎn)力的優(yōu)勢(shì)，可與改造逆境土壤的低產(chǎn)地、非耕地結(jié)合開(kāi)發(fā)，除去原先土地有嚴(yán)重污染，一般開(kāi)發(fā)的土地空間大。例如我國(guó)沿海邊陲地域及排水不良的黃灌區(qū)有大面積鹽堿棄耕地以及新疆綠洲退化洗鹽耕地等，只要沒(méi)有污染問(wèn)題以及鹽漬化程度不太高則大多可用來(lái)種莧。

籽粒莧的抗旱、耐鹽堿以及頑強(qiáng)的復(fù)生能力，與其強(qiáng)大的根系有關(guān)。因此在貧瘠地、礦區(qū)復(fù)墾地塊可以種植，甚而可用飛機(jī)播種等雨萌發(fā)。籽粒莧為C4 作物，又在維管束鞘有光合作用能力[5]，因此表現(xiàn)高產(chǎn)。例紅莧R104剛引進(jìn)時(shí)高2.0～2.5m（圖2），經(jīng)我們30 多年培育現(xiàn)已高達(dá)4～5m。值得關(guān)注的是籽粒莧有一個(gè)生長(zhǎng)快速期，當(dāng)其植株高1m 左右時(shí)直至孕蕾開(kāi)花為止，每天可長(zhǎng)高6～10cm，出苗后只需3 個(gè)月就可高達(dá)4～5m。

圖2 籽粒莧R104 株型

4.2 高產(chǎn)高效技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用有利于提高產(chǎn)量籽粒莧種植與加工上也存在某些難點(diǎn)，這皆與其種性有關(guān)。苗期主要怕旱、蟲(chóng)、草害；中期易倒伏；收割期含水量高難以干燥等。在認(rèn)知種性基礎(chǔ)上有針對(duì)性地以順應(yīng)種性，與一些企業(yè)合作在釋放生產(chǎn)潛勢(shì)的途徑上投入了某些策略性的創(chuàng)新技術(shù)，取得了明顯效果。具體做法有：在播種前用土壤消毒劑殺滅害蟲(chóng)卵與雜草苗，播種時(shí)用穴播與滴灌同步進(jìn)行及延遲滴灌20d 以上，使苗期避免了三害；通過(guò)精確定植苗數(shù)以控制倒伏，也就是定株4500 苗/667m2，能起到既通風(fēng)透光又相互支撐不倒伏的作用；在植株封壟時(shí)及時(shí)用無(wú)人駕駛飛機(jī)灑葉面肥；再用專用收割粉碎機(jī)將孕蕾期的植株在田間快速切割，粉碎后立即送到筒式烘干機(jī)用中溫（70℃）快速烘干。據(jù)此，已成功制出蛋白質(zhì)含量達(dá)20%～23%，含水量20%左右的莧干草，每667m2可加工制備干草3～5t，將此草用來(lái)喂豬后平均可節(jié)約糧食飼料30%～45%，降低飼料成本5%～10%，又由于全部機(jī)械化作業(yè)幾小時(shí)就出干草而使種植到加工共節(jié)省了80%的用工量。

4.3 運(yùn)用生態(tài)工程技術(shù)，既能使生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益高，又可持續(xù)發(fā)展生態(tài)工程技術(shù)是運(yùn)用“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”的生態(tài)工程理念[8]的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)。這是一條整體思維和系統(tǒng)認(rèn)知分析與組合的技術(shù)，是一條提高資源利用效率，降低成本，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)導(dǎo)致可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。生態(tài)工程技術(shù)特點(diǎn)是將多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈在整體上作完整聯(lián)結(jié)，在運(yùn)作上使之協(xié)調(diào)發(fā)展，在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育上導(dǎo)入良性循環(huán)，資源可以再生利用，而使各項(xiàng)運(yùn)作的生態(tài)效率提高。這樣不僅使整個(gè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益倍增，而且改善了生態(tài)環(huán)境[9]。例如各產(chǎn)業(yè)鏈完美結(jié)合時(shí)會(huì)發(fā)揮整體效應(yīng)而使生態(tài)效率提高；又如提取角鯊烯后的老秸稈仍可納入草產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)中，其粗蛋白質(zhì)可達(dá)到7%～10%，與玉米青秸稈飼料相近。以上說(shuō)明在莧干草開(kāi)發(fā)上有成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如再與生產(chǎn)角鯊烯原材料聯(lián)合開(kāi)發(fā)已具有較雄厚的科技支柱。

5 籽粒莧制備青干草與角鯊烯綜合開(kāi)發(fā)的可行性

5.1 籽粒莧提取角鯊烯已具有技術(shù)可行性角鯊烯的植物來(lái)源廣泛，相較于動(dòng)物來(lái)源角鯊烯更具有可持續(xù)性，其中含量較高的橄欖油和籽粒莧油更是制備角鯊烯的重要來(lái)源[10]。橄欖油脫臭餾出物中的角鯊烯已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的生產(chǎn)，籽粒莧來(lái)源的提取研究也進(jìn)展迅速[11]。籽粒莧角鯊烯的高效開(kāi)發(fā)，需不斷優(yōu)化制備工藝，創(chuàng)新提取分離技術(shù)，相信在科技創(chuàng)新和持續(xù)進(jìn)步下，在籽粒莧干草開(kāi)發(fā)已有較雄厚基礎(chǔ)上，籽粒莧角鯊烯工業(yè)化生產(chǎn)和籽粒莧干草實(shí)現(xiàn)綜合開(kāi)發(fā)利用勢(shì)在必行。

5.2 籽粒莧干草與角鯊烯原材料綜合開(kāi)發(fā)的投入成本可降低過(guò)去籽粒莧角鯊烯未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)主要原因便是其含量較鯊魚(yú)肝臟和橄欖油低，況且單一提取成本較高。如今在已成功制備籽粒莧高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)干草的基礎(chǔ)上，籽粒莧作為一種可大面積種植的獨(dú)特而豐富的角鯊烯資源，將在我國(guó)的角鯊烯生產(chǎn)中明顯具有優(yōu)于橄欖油的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此籽粒莧干草與角鯊烯原材料綜合利用，既形成了各自的產(chǎn)業(yè)鏈，又能互相聯(lián)結(jié)互相補(bǔ)充，將能大大降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率，增強(qiáng)其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

前已述及，籽粒莧干草的蛋白質(zhì)含量接近紫花苜蓿，而且價(jià)格較低廉。當(dāng)前莧干草價(jià)格在2200～2600 元/t，而紫花苜蓿為3200～3600 元/t，莧干草的價(jià)格平均可降低1000 元/t，完全可以用莧干草取代紫花苜蓿。此外，原先以大豆加工后的豆粕作為主要蛋白質(zhì)飼料來(lái)源之一，也可以試用莧干草去替代。

據(jù)此，角鯊烯的提取要以籽粒莧成功種植為依靠，籽粒莧的種植與制備干草已有成功經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，如二者綜合開(kāi)發(fā)可起到相互促進(jìn)作用。這樣不僅可以使成本降低，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益增高，或許還可以作為國(guó)家當(dāng)今急需角鯊烯作疫苗材料以及蛋白飼料受進(jìn)口資源限制的雙重困境下的一條出路。