以油茶果壳类废弃物制出土壤改良试剂,对果壳中的纤维素和木质素进行定向分离,开发出可替代工程塑料的3D打印材料,提取的皂素替代畜禽抗生素……
走进木本油料资源利用国家重点实验室展厅,各种超出人们对于油料作物认知的实验成果,被装在一列列整齐摆放的玻璃罐中,琳琅满目。经过长期不懈的努力,科研人员建立起木本油料资源全资源利用技术体系,不断发掘木本油料的潜力。
木本油料国家重点实验室科研人员在观察检验数据(中为肖志红)。 政协融媒记者 许望桥摄
取得多个技术重大突破
2020年5月20日,科技部官网公布了《关于批准建设省部共建木本油料资源利用国家重点实验室的通知》,湖南省林业科学院获批建设省部共建木本油料资源利用国家重点实验室。这是当时国内木本油料领域唯一的国家重点实验室,是湖南第二家省部共建国家重点实验室。
“发展木本油料,湖南有得天独厚的条件。”省林业科学院经济林研究所所长、木本油料资源利用国家重点实验室专职副主任肖志红告诉记者,油茶是世界四大木本油料之一,是中国第一大木本油料,茶油的营养价值可与橄榄油媲美。湖南作为全国油茶主产区,有着2300多年的栽培历史,目前湖南油茶面积、产量、产值均居全国第一。
肖志红介绍,实验室建成以来,科研团队聚焦油茶、油桐和山苍子等湖南特色木本油料资源,紧密围绕品质定向调控等技术形成功能脂质遗传基础和物质转化机制这一关键科学问题,开展木本油料资源的高值化利用方面的应用基础研究。
实验室由国务院特殊津贴专家、二级研究员李昌珠任主任,蒋剑春、印遇龙、邹学校3位院士分别担任学术委员会主任委员和副主任委员,设置了木本油料高品质性状遗传机制、木本油脂功能挖掘和定向转化、木本油料生物炼制及资源转化三大研究方向,着力攻克选育高产、高含油、机种机收良种,油脂功能应用领域拓展、油脂附加值提升,油脂伴随物转化等技术难题,形成了全资源、多层次、高值化利用的技术体系。
“木本油料研究,在省林科院有60多年历史,很多科研成果历经几代人沉淀,数十年如一日地钻研。”肖志红说,在良种选育方面,通过不断地育种、筛选、试种,目前油茶良种试验示范区亩产油量提升至77公斤,规模栽培良种亩均产油量达50公斤。同时,建成了首个国家级油茶种质资源收集保存库,收集了2504份种质材料,启动了航天育种项目,创制出“国油”等油茶新品种4个;建成了山苍子、油桐、光皮树等木本油料国家良种基地,在木本油料高产矮化、适应机械化优良无性系、油茶鲜果机械化采收等方面取得了技术的重大突破。
高效利用油料资源
树上采摘下来的新鲜油茶果,出油率不高,如何提升加工利用率,是摆在科研团队面前的现实问题。
为此,实验室开展了油茶鲜果规模化处理装备技术升级改造,系统研究了螺旋压榨、超临界和亚临界萃取等特色制油工艺,自主研发了千吨级全程低温压榨联程亚临界制油中试装置。
“实现制油过程温度80℃以下,最大限度地避免VE和角鲨烯等有益营养成分因压榨高温遭到破坏,油脂萃取效率达99%以上……”肖志红介绍,整套技术创新不仅让消费者吃到了高品质健康油,同时在皂素/磷脂/油脂同步提取方面取得突破,为高品质茶油制备和功能性油脂产品开发奠定了基础。
抑菌治脚气的植物精油、控油防脱发的洗发水、润肤补水的护肤品、增色美颜的化妆品……在肖志红的指引下,记者看到了一项又一项令人意想不到的“宝贝”。这些产品均由实验室研发,原材料提取自油茶、山苍子、油桐等木本油料。
产品的旁边,只见科研人员认真操作着微波扫描电化学探针测试系统、液相色谱质谱联用仪、双色红外激光扫描成像系统、激光倍体分析仪等仪器设备。在这里,他们日复一日地实验测试,详尽收集各种数据,只为让更多先进的科研产品走进千家万户。
“将油料资源吃干榨尽,光提高油脂提取效率还不够。”肖志红说,此前木本油料的利用率仅为7%左右,以油茶为例,榨油之后,油茶蒲、果壳、饼粕、油脚等剩余物质怎么高效利用,是实现产业高质量发展绕不开的路。
在李昌珠等专家的带领下,科研团队通过“南方木本油料资源加工利用提质增效技术与示范”等项目,前后历时18年,攻克木本油料利用过程中资源利用率低、产品附加值低等问题。
如今,实验室全面拓展了油茶蒲、果壳、饼粕等副产物在医学、化工、环保、农业以及新能源、新材料等领域的应用研究,将其中的蛋白质、木质素、纤维、皂素等提取出来,制作成3D打印材料、饲料添加剂,生物质燃料等。其中,重点推进了皂素替代畜禽抗生素和食品保鲜剂、防腐剂等研发工作,相关实验已经成功完成,部分成果已经应用于市场。通过创新油茶等木本油料资源全资源利用技术体系,资源规模q利用率如今已提高到了30%以上。
有了科技“魔力”的加持,油茶已完全脱离了大众眼里熟知的烹饪用油产品形态和功能认知,它可以变成固体、粉末,可以融入液体,剩余物衍生物产品可以成为土壤改良剂……应用十分广泛。
实验室批复建设以来,已与新金浩茶油、广垦茶油、山润茶油等50余家行业龙头(高新技术)企业建立全产业链合作关系,与郴州市、永州市、怀化市等地方政府合作,组建了一批联合实验室、新型研发机构、成果转化基地、专家工作站,在广东、海南、浙江等地建立了联合研发机构,面向全国20余所高校科研院所设立开放课题,吸引一批高层次人才投身实验室建设,实现了产学研用全流程、一体化发展。
相关技术、产品先后在湖南、广东、江苏等18家上市或高新技术企业应用,建立规模生产线20条以上,近3年累计新增销售额42.07亿元,新增利润4.57亿元。
成为全球先进方阵
长期以来,我国油茶等木本油料资源应用基础研究薄弱、创新技术体系相对落后,传统理论和技术局限于模仿草本油料工艺技术的油脂加工,产业经济技术体系尚未成熟,整体经济效益不高,要突破这些瓶颈,需要大量的应用基础研究支撑。
为此,实验室团队始终坚持以基础研究为主导,通过收集木本油料810份种质资源,解析了近4万种木本油料资源脂质和伴随物物质,建立脂质二维三维分子结构数据库、揭示油脂及其伴随物生物合成与品质调控遗传机制,突破了生物合成、脂类和非脂类多目标产品梯级生物炼制等技术瓶颈,不断发掘木本油料资源高值化利用的密码。创立光谱无损快速检测木本油料成分方法学,拉曼光谱油脂和伴随物特征成分指纹图谱分析学,实现油品检测鉴伪,为下游的高效利用奠定基础。
在木本油料科研从业者的共同努力下,湖南油茶等木本油料研究从过去的简约粗放型态,一跃成为全球先进方阵。
肖志红介绍,在国家林草局、省委、省政府及省科技厅等部门大力支持下,实验室纳入了岳麓山实验室林大林科院片区一体化建设,“二室一谷”建设被列为全省林业重点工作,实验环境和条件不断改善。
面向未来,科研团队将继续对标国家重点实验室建设使命要求,依托国家级平台,服务湖南油茶千亿产业发展,助力乡村振兴,为湖南木本油料科技创新面向国际前沿,形成木本油料国际产业链打好基础。
文 | 政协融媒记者 许望桥