菊芋参考资料知识.docx

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菊芋参考资料知识

荒漠化地区发展的十大产业之六——菊芋产业

1、产业概况

（1）品种及分布

1）品种

【拉丁名】HelianthustuberosusL． 适合

【别名】菊姜、鬼子姜。

【学名】菊芋

【来源】为菊科（compositae）向日葵属一年生草本植物

【形态特征】为多年生球根花卉。

株高2～3m，茎直立，有刚毛。

叶卵形，互生，粗糙。

块茎扁圆形，具不规则突起。

头状花序，花黄色。

【营养分析】洋姜中含有一种与人类胰腺里内生胰岛素结构非常近似的物质，当尿中出现尿糖时，食用洋姜可以控制尿糖，说明有降低血糖作用。

当人出现低血糖时，食用洋姜后同样能够得到缓解。

【入药部分】以块根、茎、叶入药。

【功效】具治热病、肠热泻血、跌打骨伤等功效。

【分布】分布在华北、华东、华南、华中等地。

洋姜原产美洲，学名“菊芋”，因形状似姜，又是泊来品，故名洋姜，又叫菊姜、鬼子姜，是一种可食用的根茎类蔬菜。

由于口感较差，多用来腌制咸菜。

鬼子姜学名叫菊芋，其块茎富含氨基酸、糖分和维生素，生食熟食，各有风味，若随制成酱菜或制成洋姜脯，则味道更佳。

菊芋含有丰富的菊糖，提炼后具有特殊的保健和抗癌作用。

菊芋为菊科（Compositae）向日葵属，地下块茎含丰富菊糖，系果糖多聚物。

茎直立，高2～3m。

叶卵形，先端尖，绿色，互生。

茎扁圆形，有不规则突起。

头状花序，花黄色。

块茎无周皮。

瘦果楔形，有毛。

按块茎皮色分红皮和白皮两个品种。

阳历3月地温开始回升，冬眠的块茎，由冰冻状态恢复过来。

地温达到10℃时开始发芽，4月初露出地面，长出叶片开始生长，期间早霜对其毫无影响和损害。

正常情况下，8月末9月初菊芋茎高2米左右开始开花。

花为纯黄色，无香味，无异昧，花瓣为l3片。

由于品种各异，叶子的颜色、宽窄不同，花的颜色相同，但花瓣的宽窄也不同，由媒介传粉可结出种子。

在其同时地下茎开始结果，早熟品种10月中旬地上茎自然死亡即成熟，晚熟品种直到冰冻期使地上茎死亡才成熟。

菊芋的产量（地下块茎）和地上茎的直径、高矮与土壤的养分、水分成正比。

如果过于干旱，地上茎长的很细、很矮，不开花，假如开花也很不规则，花片少，地下茎小、产量低，但绝不会旱死。

冰冻期地下茎结冰进入冬眠。

2）生物学特性

菊芋的生物学特性

1．耐寒、耐旱能力特别强：

（1）我国荒漠地区地处高寒带，气候寒冷，冰冻期长，干燥多风沙，而菊芋的耐寒能力极强，在零下40～50℃，甚至再低的温度，对它都不起作用，但有一点，菊芋的块茎必须在土下面，哪怕身上有lcm土覆盖着都行，就是不能露出地面，不怕冰冻期长，长就可以多睡些时候，短就早一点萌发。

（2）荒漠中缺水、干旱是普遍现象，并且很严重，可菊芋具有惊人的抗旱能力，早春菊芋块茎开始萌发，利用本身的养份、水分供其芽的生长，同时生出很多根系，伸向地下各处寻找养分和水分。

共同供给小苗生长，在根系能供给小苗生长的情况下，块茎水分、养分不变还可继续生长，在雨季块茎、根系贮存大量水分，以待干旱时逐渐补充叶茎生长。

菊芋的地上茎和叶片上长有似茸毛的组织，可以减少水分蒸发，当千旱严重到一定程度，地下茎把全部养分、水分供给地上茎和叶片生长。

继续干旱，块茎营养用尽，地上茎死亡，可地下茎第2年仍然可生长出新苗。

在地上茎由下部向上枯死时。

如果下雨，它的恢复能力极强，很快恢复正常生长。

2．繁殖力强：

菊芋一次播种永世不断，也就是说一次播种后这片荒漠上菊芋将永远生存，并且以每年增长20倍以上的速度块茎进行繁殖，这样荒漠上的菊芋面积每年增加，在这同时又可从中抽收部分块茎，作为种子使用，扩大了耕种面积。

另外在生长期较长的地方可收获部分菊芋籽，其发芽率100％f第1年产量不如块茎种子产量大，第2年后一样，如不收获，菊芋籽随风飘荡可安家荒漠任何角落。

3．整个生产过程不需管理：

由于菊芋耐旱、耐寒、自我繁殖，加之无任何病虫害，因此只要把菊芋种上就不用管理了。

只是种、收用了劳动力，再没有其它投入，造价低、见效快。

4.荒漠的水、空气无污染，无需施化肥。

菊芋本身无需喷撒农药，无药害，这样在荒漠上结实的菊芋将是很好的绿色食品，由于菊芋本身含有氨基酸、糖份等，对人体有很大的益处，加之其无味，清脆，并可生熟两食，老少皆宜。

菊芋的植物学特征

菊芋地下块茎含丰富菊糖，系果糖多聚物，多年生草本植物，茎叶繁茂，块茎仿锤形，成不规则瘤状，皮有红、黄淡、白色；总生物量可达4～6t／亩，其中

地上部分产量为2．5～4t，地下部分为1．5～3t／亩。

植株一般2～4m高并有10多个分枝。

自然生长的菊芋，在通常情况下，长成为灌木的簇丛。

菊芋

茎杆坚韧、粗黑、茎秆高、大、壮。

叶片黑绿，呈宽卵圆型；叶片较宽、叶绿呈齿状。

在茎部和分枝的顶端生有头状花序，花型和花色似向日葵，但比向日葵小。

它是严格的白花不孕植物，来自同一花朵或同株花朵，同一基因型花朵的花粉粒在各自的柱头上虽能发芽，但都不能伸长至柱头的深部，更无进入子房与雌配融合的现象。

而不同基因型之间的杂交，虽可产生种子，但结实率仅为1～2。

它的主根不明显，但有强大的须根系。

菊芋的生长对气候条件要求不高，性喜稍消凉而干燥，耐寒、耐旱，抗病虫害，繁殖能力强。

菊芋的块茎在5℃左右芽眼萌动发芽，8℃～10C出苗，幼苗能耐1～2℃低温，18【C～20℃和日照12小时有利于块茎形成，块茎在零下40IC～50℃的冻土层内能安全越冬。

菊芋一次播种多年收获，基本不断种，当年播种，就开始每年以20倍的速度进行繁殖。

菊芋在我国南北各地均有栽培。

块茎作蔬菜、饲料、杂粮，可制菊粉、果糖、酒精；地上茎叶可作饲料。

营养成分化验分析结果表明：

菊芋是一种很有推广价值的高蛋白作物，为畜牧业开辟新的饲料作物具有重要意义。

3）起源及历史

洋姜

洋姜就是鬼子姜，它原产北美，十七世纪的时候传入中国。

在河北的深泽县有这样一个传说，说有个叫刘明的小伙子偶得一块人心，在水里洗了一下后变成一个美丽的姑娘，于是两人结婚了。

而他心如蛇蝎的嫂子却以为那姑娘是个妖怪，于是打碎了盛放那个心的碗，又觉得不解气，就把那人心剁成碎块埋到了房后的井台上。

姑娘托梦给刘明，说是她已幻化成鬼子姜，每年开出黄花的时候在井台上与他相会。

刘明到井台上果然见密密麻麻的鬼子姜，于是每年都到井台与妻子相会，抱头痛哭，而且每年收获鬼子姜时，总不肯挖完，让它生根发芽，盼的是和妻子重逢相会。

（2）研究机构及进展

菊芋-相关研究

近年研究发现：

洋姜对血糖具有双向调节作用，即一方面可使糖尿病患者血糖降低，另一方面又能使低血糖病人血糖升高。

研究显示，洋姜中含有一种与人类胰腺里内生胰岛素结构非常近似的物质，当尿中出现尿糖时，食用洋姜可以控制尿糖，说明有降低血糖作用。

当人出现低血糖时，食用洋姜后同样能够得到缓解。

A．菊芋生物炼制关键技术及其产品开发研究进展

来源：

大连化物所

一、战略研究

本项目针对国家当前面临石油资源短缺及发展我国生物质产业的战略规划目标，依托工业生物技术，开展以果糖基能源植物——菊芋为原料的生物炼制关键技术研究。

主要开展以下几方面的工作：

1、开展以果糖、菊粉、菊芋粉和菊芋秸秆等不同原料层次的生物转化技术研究，实现利用菊芋生产高附加值产品和大宗生物基化学品和生物能源产品的技术突破。

工作重点是研究直接利用菊芋粉发酵获取生物基化学品和生物能源产品的技术。

2、获得高表达及高酶活菊芋生物炼制关键酶（如菊粉外切及内切酶等）的工程菌，实现低成本产酶过程的条件优化，解决菊芋粉替代发酵淀粉的关键技术，形成果糖基产品的新工艺；

3、以微生物产生琥珀酸为重点，分析与琥珀酸产生紧密相关的基因、酶和代谢物及相关途径之间的关系，获得与琥珀酸产量相关的代谢网络图，找到影响琥珀酸合成能力的关键途径或环节，建立琥珀酸代谢生化网络调控的数学模型。

4、构建利用菊芋粉生产琥珀酸的“细胞工厂”，通过改造关键结点酶基因及对代谢网络的调控，形成高效生产琥珀酸的新工艺；

5、优化菊粉糖转化产生微生物油脂及乙醇的发酵过程工艺，实现微生物油脂及乙醇的清洁生产技术；

6、菊芋的综合利用。

根据色谱为核心的分离分析技术（如高效制备液相色谱、液相色谱-质谱联用等），与生物化工相关人员进行合作，进行植物及微生物代谢网络分析及优化，帮助生化工程相关人员解决代谢产物鉴定及含量测定（代谢流计算）等技术问题。

发现新的药用活性成分及组方配伍。

二、课题进展

1、菊芋生物炼制关键酶关键技术研究

完成外切菊粉酶基因的筛选、克隆；完成克鲁维酵母外切菊粉酶基因表达工程菌的构建，已申请克鲁维酵母Y179/pUKDSI-EINU表达工程菌专利。

完成高果糖浆（果糖含量大于80%以上）的生产工艺条件优化的小试。

开展了外切菊粉酶基因的克鲁维酵母Y179U/pUKDS-INU工程菌的稳定性实验及高密度、高分泌表达发酵产酶的条件优化及小试。

克鲁维酵母在5升发酵罐中发酵，采用两次补料方式，发酵液中菊粉酶含量可达11000u/ml以上。

2、菊芋生物炼制应用关键技术研究

1）、进行了菊芋品种和地域栽培实验

2006年在辽宁省瓦房店市谢屯镇1000亩盐碱地上种植野生红，小白和大白3个品种；在岫岩县河套沙地和山坡地种植150亩从青海引进的青地1号和青地3号两个品种；在山东省莱州市种植了8个品种500亩进行海水灌溉试验；在陕西榆林县种植100亩，当地品种榆林1号、南芋1号和南芋4号以及东北的野生红4个品种；在宁夏中卫市沙漠地区种植100亩有青地1号、榆林1号、南芋1号和南芋4号以及东北的野生红5个品种。

2）、菊粉、果寡糖和高果糖浆制备的关键技术

菊芋有菊粉、纤维、蛋白、多酚、脂肪和矿物质等复杂成分。

其中菊粉的含量占湿重的11-15%左右。

菊粉占菊芋干重的70%－80%。

因此，无论是以菊芋制备高果糖浆还是制备果寡糖，都必须进行分离和纯化的工艺过程。

菊粉、果寡糖、高果糖浆的制备和分离纯化具有相同或者相似的工艺特点，因此，从菊粉的提取工艺入手，对加工制备关键工艺技术进行了研究。

目前用大白菊芋品种得到的菊粉占鲜菊芋重量的10%左右，因此，菊芋中菊粉的回收率在88%左右。

已经基本上完成实验室提取菊粉技术实验，正在进行中试放大的准备工作。

3、菊芋生物能源的生物炼制技术研究

1）、对产油酵母菌利用果糖、菊粉和菊芋粉发酵积累油脂的性状进行了系统考察，获得了可直接利用菊芋粉发酵产油的菌株，菌体油脂含量达到45%；以工业级葡萄糖为原料，通过发酵条件优化，使油脂含量稳定在60%以上，最高达到76%；分离得到了一些与油脂积累代谢调控相关基因的片段，初步建立了油脂酵母分子微生物学研究平台；利用离子色谱技术建立了油脂发酵液中有机酸的准确定性和精确定量分析方法，为代谢流分析和代谢工程研究打下了基础。

2）、以大肠杆菌为模式材料，构建琥珀酸“原核细胞工厂”，已成功获得了敲除3个代谢和糖代谢调控相关基因，为进一步调控代谢流，提高琥珀酸。

3）、对利用菊粉和菊芋粉为原料发酵生产衣康酸和曲酸进行了探索性研究。

4、菊芋综合利用的研究

围绕菊芋综合利用进行其药用活性成分的研究与开发，主要包括花中抗病虫、抗真菌倍半萜类活性成分及叶中抗氧化绿原酸类活性成分的研究与开发，并建立从菊芋中提取绿原酸类成分的工艺流程。

对菊芋杆的制浆造纸进行了研究。

。

采用烧碱蒽醌（NAOH-AQ）法制浆，测定其制浆得率并进行漂白试验，成浆抄纸测定其浆张强度指标；采用亚铵法制浆，优化最佳磨浆工艺条件，成浆抄高强瓦楞原纸并测定其浆张强度指标；研究报告及实验室小试纸样，申请发明专利3项。

项目争取情况

1、与其他单位合作成功申请并参加国家重点基础研究发展计划“生物炼制细胞工厂的科学基础”课题2“细胞代谢网络的结构与动态特征分析”。

2、与其他单位合作成功申请并参加863目标导向类课题“发酵法生产富马酸的技术研究”。

三、所企合作

1、与英国石油公