核桃(Juglans regia L.)属于胡桃科,主要种植在亚洲、美洲、欧洲、北非等地区。据报道,中国和美国占全球核桃仁产量的60%以上,至2022年底中国核桃产量约为624.15万t[1],居世界首位。新疆作为我国核桃仁主产地之一,截至2022年底全疆核桃产量为119.9万t,主要分布在阿克苏、和田和喀什等地,已成为南疆特色农业重要支柱产业[2]。新疆核桃资源丰富,主要品种有‘温185’‘新新2’‘温81’‘新萃丰’‘扎343’‘新早丰’等,其果仁富含蛋白质、脂肪酸、氨基酸、矿物质等多种营养和生物活性成分,具有温补肺肾、定喘化痰、润肠等功效[3],既可鲜食也可加工成核桃乳、核桃酱、核桃油、核桃蛋白粉等多元化产品,市场前景广阔。但目前核桃精深加工的核桃乳、核桃酱等大众产品缺乏市场竞争力,随着大健康产业的发展,开发中高端市场的营养功能型产品是未来的发展方向。而不同品种核桃仁的品质差异将直接影响产品的定位和价值。因此,选择品质优良且适宜加工的核桃仁品种对新疆核桃品种资源高效利用,产业价值提升至关重要。

目前,在不同品种核桃仁的品质研究方面,张鹏等[4]通过主成分分析(principal components analysis,PCA)法对云南27种核桃仁的粗脂肪、维生素C和矿物质元素进行了测定,得到4种品质较佳的核桃品种。金银春等[5]对凉山州14种核桃仁的表观特征、粗脂肪、蛋白质、脂肪酸进行PCA,筛选出高油脂含量和高蛋白含量的核桃品种。宋岩等[6]对新疆地区的11个核桃品种进行外观品质(果形指数、单果重、壳厚度、出仁率)和营养品质(脂肪、碘价、脂肪酸、维生素E、还原糖、纤维素、总糖、单宁和蛋白质)的分析评价,筛选得到3种(‘新纸皮’‘扎71号’‘新温81号’)综合品质较好的育种品种。但仅对不同核桃品种的部分品质指标进行了研究,缺乏系统多元分析和深入挖掘。尤其是对新疆主要核桃品种的多维品质及加工适宜性的研究未见报道。

本研究以6种新疆主要核桃品种(‘温185’‘新新2’‘温81’‘新萃丰’‘扎343’‘新早丰’)为研究对象,采用包括高效液相色谱、气相色谱-质谱联用、电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)、气相色谱-离子迁移谱法(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)等多元分析手段对多维品质指标的成分进行系统全面的定量分析,并结合PCA、聚类分析和正交偏最小二乘判别分析法(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)识别新疆主要核桃仁品种的挥发性特征标志物,评价其综合品质及加工适宜性,旨为不同核桃仁品种的品质辨别与定向加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

6个主要核桃仁品种(‘温185’ ‘新新2’ ‘温81’ ‘新萃丰’ ‘扎343’ ‘新早丰’)均由温宿县木本粮油林场提供。

1.1.1 原料与试剂

戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-丁酮,均为优级纯,美国Sigma公司;硫酸、乙酸、浓硝酸、HClO4、无水乙醇、甲醇、CuSO4、K2SO4、石油醚、NaOH、NaCl、盐酸、柠檬酸等,均为分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;钾、钙、镁、锌、铁标准溶液(1 000 μg /mL),国家标准物质研究中心;福林酚试剂、芦丁标准品(≥98%)、DPPH、ABTS,北京索莱宝科技有限公司;总抗氧化能力(FRAP法)试剂盒,苏州梦犀生物医药科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

UV-2600型紫外可见分光光度计,岛津企业管理(中国)有限公司;TP-A2000型电子天平,华志(福建)电子科技有限公司;KQ32200DE 型超声波清洗机,昆山市超声仪器有限公司;DZKW-S-4 型电热恒温水浴锅,北京市永光明医疗仪器有限公司;Centrifge5810R 型高速冷冻离心机,德国 Eppendorf 公司;SYNERGY 型多功能微孔板检测仪,科瑞恩特(北京)科技有限公司;Flavour Spec 气相离子迁移谱联用仪,德国 G.A.S 公司;K9840 自动凯氏定氮仪、SH420F 石墨消解仪,德国格哈特仪器公司;ICP-MS,加拿大 Perkin Elmer 公司;LC-16 高效液相色谱仪,岛津(中国)有限公司;L-8900 氨基酸自动分析仪,日本日立公司;KF1100 箱式炉,南京博蕴通仪器科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 核桃仁基本表观特征的测定

参照 LY/T 3004.8—2018《核桃 标准综合体 第8部分 核桃坚果质量及检测》的方法,分别测定不同核桃仁品种的单果重、横纵径和出仁率。

1.2.2 核桃仁品质的测定

水分含量按GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》方法测定;灰分含量按GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》方法测定;粗脂肪含量按GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》方法测定;粗蛋白含量按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》方法测定;膳食纤维含量按GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》方法测定;参考孙翠等[7]的方法进行维生素E各组分含量的测定;总黄酮含量按SN/T 4592—2016《出口食品中总黄酮的测定》方法测定;参考赵鑫丹[8]的方法进行总酚含量的测定;脂肪酸含量按GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》方法测定;参考杨旭昆等[9]的方法进行氨基酸含量的测定;矿物质元素含量按BJS 201718《保健食品中9种矿物元素的测定》方法测定;DPPH和ABTS阳离子自由基清除率按GB/T 39100—2020《多肽抗氧化性测定 DPPH和ABTS法》方法测定;铁离子还原/抗氧化能力法(ferric ion reducing antioxidant power,FRAP)自由基清除率采用总抗氧化能力(FRAP法)试剂盒进行测定并计算。

1.2.3 挥发性物质测定条件

参考孟新涛等[3]的方法。具体方法为:准确称取(3±0.02) g的核桃仁置于顶空进样瓶中,在80 ℃、500 r/min 下孵育 10 min 后注射;进样针吸取顶空瓶中样品1 mL,不分流模式进样;载气为N2(≥99.999%),流速150 mL/min。色谱柱型号:MXT-5(15 m, 0.53 mm ID),进样温度保持在85 ℃;载气的流速梯度剖面设置为:0～2 min,2 mL/min;2～10 min,2～10 mL/min;10～20 min,10～100 mL/min;20～30 min,100～150 mL/min;30～35 min,150 mL/min。

戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮作为标准品,按照1∶1∶1∶1∶1(体积比)取样品液,并稀释5 000倍后,再稀释50倍,最后吸取1 mL 标准品建立标准曲线,确定样品中挥发性物质的保留时间和漂移时间。

1.3 数据处理

所有实验均重复3次,结果以“平均值±标准差”表示。采用 SPSS 20.0 进行差异显著性分析(P<0.05)和PCA;Origin 21.0 软件进行图的绘制。采用GC-IMS中的laboratory analytical viewer(LAV)分析软件定性特征挥发性物质和构建指纹图谱。

2 结果与讨论

2.1 主要核桃仁品种表观品质分析

单果重是衡量果实品质的重要指标之一,单果重越大,则商品性越好。如表1所示,6个核桃仁品种的单果重在9.03～14.25 g,‘新新2’的单果重最大,为14.25 g,其次是‘新早丰’,为13.79 g,且两者差异不显著(P>0.05)。横纵径比为果实横径与纵径的比值,由表1可知,主要核桃仁品种横纵径比为0.76～0.85,其中‘新新2’的横纵径比最大,为0.85。‘温185’核桃仁品种的出仁率最高,为65.02%,显著高于其他品种(P<0.05),其余品种出仁率在45.39%～60.23%之间。综合分析发现,‘温185’‘新早丰’和‘新新2’核桃仁品种的单果重(≥12.0 g)和出仁率(≥50.0%)均达到国家特级核桃仁标准[10]。由此可见,以上3种核桃仁品种适宜加工为商品性较好的果仁产品。

2.2 主要核桃仁品种内在品质分析

2.2.1 主要核桃仁品种基本理化指标、营养成分及抗氧化能力分析

低水分含量和低水分活度可抑制核桃仁的氧化褐变反应并减少核桃仁代谢速率,以便后续运输、储运和加工[11]。由表2可知,不同品种的核桃仁水分含量范围在2.27～2.78 g/100 g之间,差异不显著(P>0.05),均符合核桃仁水分含量≤7.0 g/100 g的要求。灰分是衡量食品矿物质含量的基础,主要是无机盐和各种矿物质的总和,表2中灰分含量的范围在1.50～1.90 g/100 g之间,其中‘新新2’核桃仁的灰分含量显著低于其他品种(P<0.05)。表中粗脂肪含量在58.90～63.90 g/100 g之间。其中‘温185’核桃仁的粗脂肪含量最高(63.90 g/100 g),‘新新2’核桃仁的粗脂肪含量为60.10 g/100 g,与邓加林等[12]研究新疆‘温185’(64.50 g/100 g)和‘新新2’(67.80 g/100 g)核桃仁粗脂肪略有差异,这可能与地域、种植年限、栽培环境及粗脂肪提取方式等多因素有关。不同品种核桃仁蛋白质在14.68～18.78 g/100 g之间,均达到国家核桃仁坚果质量特级标准(蛋白质≥14 g/100 g),其中‘温81’核桃仁的最高(18.78 g/100 g),显著高于其他品种(P<0.05)。表2中不同品种核桃仁的总膳食纤维含量为28.6～34.1 g/100 g。其中,不可溶膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)的含量均大于可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF),范围分别在27.75～33.30 g/100 g和0.81～1.07 g/100 g之间。表中‘温185’和‘新萃丰’核桃仁的IDF含量最高(分别为33.30和32.40 g/100 g),且两者之间差异不显著(P>0.05)。

维生素E具有向自由基提供酚类氢并调节脂质氧化,从而保护细胞免受氧化损伤的作用[13]。表2中‘温185’和‘新新2’核桃仁的总维生素E含量最高(P>0.05),分别为24.80 μg/g和25.10 μg/g。PYCIA等[14]通过测定波兰地区11种核桃仁的维生素E含量发现,α-生育酚是维生素E含量中最少组分,这与本研究结果一致。不同核桃仁品种的α-生育酚含量在4.28～8.11 μg/g之间,γ-生育酚含量范围在41.36～71.40 μg/g之间,δ-生育酚含量范围在8.79～14.28 μg/g之间,其中γ-生育酚的含量最高。与α-生育酚相比,γ-生育酚在预防血小板聚集导致动脉粥样硬化或预防低密度脂蛋白胆固醇组分氧化方面更有效[15],研究发现‘新新2’核桃仁的γ-生育酚含量显著高于其他品种(P<0.05)。核桃仁果实中富含的总酚和黄酮,具有抗氧化、抗菌和预防心血管疾病等功效[16]。由表2可知,不同品种核桃仁的总酚和总黄酮含量分别在0.24～0.25 g/100 g和0.52～0.55 g/100 g之间,其中‘新早丰’核桃仁的总酚含量高于‘温81’核桃仁,这与周高兴等[17]的研究结果一致,而不同品种之间的差异可能与品种基因组成不同有关。

核桃仁的抗氧化活性主要通过测定FRAP、DPPH和ABTS阳离子自由基清除能力体现。如表2所示,‘新早丰’、‘新新2’核桃仁的FRAP含量最高,分别为2 311.62、2 211.32 μmol Trolox/mL。不同核桃仁品种之间的DPPH自由基清除能力差异不显著92.40%～93.62%(P>0.05)。‘温81’和‘新萃丰’核桃仁的ABTS阳离子自由基的清除率较高,均为78.77%,显著高于其他品种(P<0.05)。DPPH自由基清除率的值高于ABTS阳离子自由基清除率,这是由于ABTS在734 nm近红外区域测量,这切断了来自其他吸收成分(如糖)的大量干扰,从而使结果更精确[18]。

综上,不同品种核桃仁之间具有一定的异质性。‘温185’核桃仁的粗脂肪和膳食纤维含量最高,说明其更适合提取核桃油,应用于高级保健食品和护肤基油,为母婴等人群提供天然营养和健康需求;或用于制备膳食纤维补充剂,促进人体肠道蠕动,改善消化。‘温81’核桃仁的蛋白质含量最高,可作为核桃蛋白系列功效饮品的主要加工品种。‘新早丰’和‘新萃丰’核桃仁的总酚和总黄酮含量均较高,表明其可应用于开发具有抗氧化功效的营养产品。但以上基本指标无法完全反映不同核桃仁品种的加工适宜性,因此仍需深入研究其营养品质和挥发性成分等品质指标。

2.2.2 主要核桃仁品种脂肪酸成分分析

脂肪酸成分的组成是评价核桃仁营养品质的重要指标[19]。由表3得到不同品种核桃仁脂肪酸组分平均含量由高到低依次为:亚油酸(linoleic acid,LA)>油酸>α-亚麻酸(α-linolenic acid,ALA)>棕榈酸>硬脂酸>棕榈烯酸>花生酸>十七烷酸>豆蔻酸>十五烷酸,这与金银春等[5]测定凉山州核桃仁的研究结果基本一致。不饱和脂肪酸中LA在不同品种核桃仁中的占比最大,范围在56.60%～62.80%之间,其次是油酸,占比在14.20%～23.20%之间。不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)和多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA),表3中MUFA有棕榈烯酸、油酸和二十碳一烯酸3种,PUFA有LA和ALA 两种,其中‘扎343’核桃仁的MUFA含量最高为23.44%,‘温185’核桃仁的PUFA含量最高为76.40%。LA和ALA分别属于PUFA的n-6(omega-6)和n-3(omega-3)系列,联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)推荐日常膳食中PUFA 的n-6∶n-3为5∶1～10∶1。适当比例的n-6∶n-3具有抗氧化和抗炎特性,其中‘温81’核桃仁的比值较高,为6.14∶1,说明其更适用于功能营养产品,可作为母婴专用营养或高端鱼油的补充剂,适宜营养健康需求人群使用。研究发现,MUFA∶PUFA比值越高,氧化稳定性越大,表明食品具有较长的货架期[20]。表3中‘新早丰’和‘扎343’核桃仁的比值最大,均为0.34,说明两者更适合以核桃仁销售,而其余品种更适合带壳销售。由表3可得,不同品种核桃仁的饱和脂肪酸含量(8.17%～9.74%)显著低于不饱和脂肪酸的含量(89.20%～91.84%),说明核桃仁均含有较高的不饱和脂肪酸,可有效降低血液中的胆固醇和增加动脉血管舒张等作用[21]。研究发现,棕榈酸和硬脂酸在细胞膜更新和渗透性机械功能方面起着主导作用[22]。表中‘温81’核桃仁的棕榈酸含量最高占6.94%,‘新新2’核桃仁的硬脂酸含量最高占2.74%,同时两者均含有较高含量的粗脂肪(表3),可用于加工皮肤或头发护理产品[23]。

2.2.3 主要核桃仁品种氨基酸组成分析

氨基酸组成是蛋白质的重要化学性质,是维持机体生命过程中必不可少的物质[24],对不同品种核桃仁的氨基酸含量进行分析,如表4所示。6种核桃仁品种中均含有7种必需氨基酸(essential amino acid,EAA)和9种非必需氨基酸(nonessential amino acid,NEAA),其中色氨酸因水解而被破坏未检出。食物中蛋白质营养价值的高低,主要取决于所含EAA的种类、含量及其比例是否与人体所需要的相近。表中EAA与总氨基酸(total amino acid,TAA)含量比值范围为0.33～0.35。其中‘新早丰’比值最接近于WHO/FAO的理想模式EAA/TAA(0.4)。说明其可应用于加工蛋白营养保健品(如蛋白棒、蛋白胶囊等)和高端护肤品(如精华液、保湿乳液等)等产品中。不同品种核桃仁的EAA间存在较大差异(P<0.05),其中‘温81’核桃仁的含量最高为4.42 g/100 g。亮氨酸在蛋白质合成和降解、控制血糖、能量平衡调节等方面效果显著[25]。EAA中亮氨酸的含量在0.92～1.30 g/100 g之间,这与ANTORA等[26]研究黑胡核桃仁氨基酸的结果一致。表4中‘新萃丰’核桃仁的NEAA含量显著低于其他品种(P<0.05),为9.06 g/100 g。组氨酸和精氨酸是儿童生长发育过程中必需的氨基酸,被称为儿童必需氨基酸,在表中其含量均在‘温81’核桃仁中含量较高。在呈味特性上,谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、赖氨酸和丙氨酸是鲜味氨基酸中的特征氨基酸,酪氨酸和苯丙氨酸是芳香氨基酸[9]。由表4可得,‘温81’核桃仁中的鲜味氨基酸和芳香氨基酸含量最高(P<0.05),分别为7.85 g/100 g和1.65 g/100 g,说明该核桃仁品种口感鲜美且香味较其他品种更浓郁。由此表明,‘温81’核桃仁中氨基酸的组成及含量具有更高的营养价值,可用于如蛋糕、冰激凌、沙拉和甜点等食品辅料中,增加食物的适口性和风味,也可应用于婴幼儿产品领域,如主要基料制作儿童蛋白粉、成长奶粉和营养能量棒等,为儿童提供全面的营养支持,促进生长发育和新陈代谢。

2.2.4 主要核桃仁品种矿物质元素含量分析

表5中新疆主要核桃仁中矿物质含量由高到低的顺序依次为钾>镁>钙>铁>锌,该结果与WONIAK等[27]研究的波兰山核桃仁中矿物质元素含量高低顺序基本一致。钾是矿物质元素中最丰富的物质,含量范围在450.20～538.20 mg/100 g之间。其中‘温81’核桃仁的钾含量(538.20 mg/100 g)最高,约为英国核桃仁(413.57 mg/100 g)的1.30倍和日本信浓核桃仁(393.27 mg/100 g)的1.37倍[28]。‘温81’核桃仁中钙和镁的含量也最高,分别为134.58 mg/100 g和183.41 mg/100 g。不同核桃仁品种中锌含量差异显著(P<0.05),其中含量最高的为‘新新2’核桃仁(2.38 mg/100 g)。表5中‘温185’核桃仁的铁含量最高(P<0.05),为3.53 mg/100 g。研究中不同品种核桃仁的矿物质元素之间的差异可能是受到基因型、环境和两者之间的相互作用以及分析仪器灵敏度的影响。

2.2.5 主要核桃仁品种挥发性物质分析

2.2.5.1 总挥发性物质分析

采用GC-IMS技术测定核桃仁的挥发性物质。通过对不同品种核桃仁的挥发性成分进行气味分类、相对含量计算和气味描述如电子版增强出版附表1所示(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041270),共鉴定出45种挥发性物质,包括13种醛类、12种醇类、6种酮类、4种酯类、2种醚类和8种其他类物质(未在数据库中定性)。其中有8对物质由单体和二聚体组成。其二聚体是单体在漂移区时被分析离子和中性分子加合成的结构[29]。‘温185’、‘新早丰’和‘新萃丰’中相对含量较高的有乙醇、正己醛、2-丁酮(单体和二聚体),范围分别为8.68%～12.15%、5.32%～13.57%和6.63%～13.93%,主要呈现出甜味和水果香味;‘新新2’和‘扎343’中相对含量最高的是2-丁酮(单聚体)、乙醇、正己醛和丙酮,主要呈现出水果味和辛辣甜味;‘温81’主要的挥发性成分有2-丁酮(单聚体)、乙醇、正己醛和丙酮(分别为5.85%、17.85%、12.56%和5.95%),主要呈现出水果香。基于此,初步判断为核桃仁提供主体香气的物质为乙醇、正己醛、2-丁酮(单体和二聚体)和丙酮。

根据峰强度和种类划分占比(图1),其中‘新早丰’‘温81’‘新萃丰’和‘扎343’核桃仁中醇类所含的挥发性物质较为丰富,占比分别在33%、32%、31%和30%,其主要来源于氨基酸代谢和不饱和脂肪酸的氧化,具有较高的气味阈值[30];‘温185’‘新早丰’和‘新萃丰’中的醛类挥发性物质含量较高(32%、31%和31%),这与巴西山核桃仁挥发性化合物结果一致[31],主要呈果香味;‘新早丰’中醇类和醛类化合物分别占比33%和31%,其余几类挥发性物质含量大部分占比较低。

2.2.5.2 挥发性物质指纹图谱分析

指纹图谱可以清晰地观察出不同核桃仁品种之间的挥发性物质差异,图中每一列代表挥发性物质,其颜色越亮表示挥发性物质的含量越高[32]。由图2可得,不同核桃仁品种可根据挥发性物质明显区分成4个区域(A区、B区、C区和D区)。A区为不同核桃仁品种共有主要挥发性物质19种,分别为二丙基二硫、正辛醛、乙醇、1,4-二氧六环、庚醛(单体和二聚体)、异戊醇(二聚体)、2-丁酮、2,3-戊二酮、2-戊酮、正己醛、3-甲基-2-丁烯醛、1-辛烯-3-醇、(E)-2-庚烯醛(二聚体)、乙酸乙酯(二聚体)、2-甲基丁醇,还有3种其他类别物质。B区为‘温185’和‘新新2’的特征挥发性物质区域,两者呈现出较为相似的化合物,但不同化合物之间的含量略有不同。结合表2可知,‘温185’核桃仁中顺乙酸-3-己烯酯和(E)-2-庚烯醛(单体)的含量显著高于其他品种(P<0.05),相对含量分别为0.6%和1.4%;‘新新2’中醋酸异丙酯、正丁醛的含量显著高于其他品种(P<0.05),相对含量分别为1.7%和3.66%。C区为‘新早丰’主要的特征挥发性物质,分别为正戊醇(单体)、正丙醇、正戊醛(单体)、3-甲基-3-丁烯-1-醇、1-戊烯-3-醇、2-甲基-2-戊烯醛、正戊醛(二聚体)、2-戊酮、异戊醛和正戊醇(二聚体)。D区显示的是‘扎343’的主要挥发性物质,其中3-甲基-3-丁烯-1-醇和异戊醇的含量高于其他品种,相对含量分别为1.07%和1.31%。

2.2.5.3 主要挥发性物质分析

OPLS-DA是一种基于降维的多维向量分析方法,广泛用于果蔬品种和原产地的质量评价[33]。如图3所示,该OPLS-DA模型具有较强的累积解释和预测能力(R2X=0.943,R2Y=0.922,Q2=0.772)。使用200次交叉验证和替换检验得到R2=0.312,Q2=-0.817,说明OPLS-DA模型具有可靠性,能够有效解释样本之间的差异。因此,原始模型具有良好的稳定性,没有过拟合现象,可用于进一步筛选得到贡献率大于1的投影变量重要性(variable importance in projection,VIP)。

如图4所示,结合OPLS-DA模型的VIP值>1得到11种贡献度较大的挥发性化合物。图中酮类化合物主要通过不饱和脂肪酸氧化获得,由热图可得,2-丁酮(单体和二聚体)和丙酮在‘新萃丰’中的含量较高,其中2-丁酮(二聚体)的VIP值高于其他化合物(为2.25),呈现出水果香味。正己醛的VIP值为1.78,在‘扎343’和‘温81’中有较高的含量。正己醛有着低气味阈值(0.23 μg/kg)[34],说明其显著影响核桃仁的总体香气特征,呈现出苹果香。它的形成主要归因于美拉德反应和Strecker氧化降解[35]。(E)-2-庚烯醛(单体)的VIP值为1.16,呈现出杏仁和脂肪味,可能是由于亚麻酸氧化,从而产生脂肪香味[30]。由图4可知,‘温185’核桃仁中的(E)-2-庚烯醛含量较高。酯类来源于醇类和游离脂肪酸的酯化反应,从而增强了水果风味[36]。醋酸异丙酯是核桃仁中贡献较大的酯类,VIP值为1.03,在‘新萃丰’中的含量较高。综上所述,这些挥发性物质可作为新疆主要核桃仁品种的特征挥发性物质,初步揭示了香气表征的复杂性,对品种分类至关重要。

2.3 主要核桃仁品种多元统计分析

不同品种新疆核桃仁果实的内外品质与核桃仁果实的加工适宜性密切相关,因此,对核桃仁进行主要品质的综合分析评价具有重要意义。通过PCA以建立样品之间的统计关系(表6),其累计方差贡献率大于85%,即可保留大部分重要信息[37]。对24个主要营养指标进行PCA,前4个主成分的累计方差贡献率达到92.057%,说明提取4个成分综合反映了新疆主要核桃仁品种中的绝大部分信息。

由表6和表7可得,第一主成分(PC1)的贡献率为34.764%,说明PC1在分析评价中起到主导作用,综合了总酚、总黄酮、SDF和不饱和脂肪酸具有较高的正载荷,出仁率、水分含量、饱和脂肪酸、EAA和NEAA的负载荷值较高;第2主成分(PC2)的方差贡献率为30.370%,以单果重、横径、纵径、横纵径比、总维生素E的正载荷值较高,水分活度、蛋白质、总矿物质元素的负载荷值较高,主要体现在核桃仁的内外观品质上;第3主成分(PC3)的贡献率为15.675%,其粗脂肪和IDF的正载荷值较高,FRAP和ABTS阳离子的负载荷值较高,说明粗脂肪和IDF含量高,而FRAP和ABTS阳离子抗氧化活性低的品种在第3主成分里面表现较好;第4主成分(PC4)的贡献率为11.248%,主要综合了DPPH和总挥发性物质,其中总挥发性物质的载荷数最高,为0.803,说明在第4主成分中风味品质为代表性指标。以上4个主成分基本涵盖了不同核桃仁种的品质性状,可以用来评价果实的综合指标。

将指标进行标准化和计算得到函数表达式,如公式(1)～公式(4)所示:

F1=0.022X1-0.042X2-…+0.136X24

(1)

F2=0.367X1+0.318X2+…-0.001X24

(2)

F3=-0.040X1-0.156X2-…+0.183X24

(3)

F4=-0.051X1+0.231X2-…+0.489X24

(4)

其中F1～F4分别为4个主成分,X1～X24 分别表示单果重、横径、纵径、横纵径比、出仁率、水分含量、水分活度、灰分、粗脂肪、蛋白质、总酚、总黄酮、SDF、IDF、FRAP、DPPH、ABTS阳离子、饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、EAA、NEAA、维生素E、矿物质元素和总挥发性物质。分别以4个主成分的方差贡献率为权重进行加权求和,构建主成分综合评价函数如公式(5)所示:

(5)

由表8所示,不同核桃仁品种的综合得分由高到低依次为‘扎343’>‘新早丰’>‘新萃丰’>‘温185’>‘新新2’>‘温81’,说明‘扎343’的综合品质最好。F1中得分最高的是‘新萃丰’‘扎343’和‘新早丰’,说明其总酚、总黄酮和不饱和脂肪酸等含量较高,适合作为功能营养产品;F2中‘新新2’‘扎343’和‘新早丰’的得分最高,主要表现出较好的单果重、横纵径比、横径和纵径等指标,且水分活度较低,说明这类核桃仁适合作为即食休闲产品;F3中得分最高的为‘温185’,粗脂肪和膳食纤维含量较高,说明其适合加工功能性油脂或高膳食纤维产品;F4中‘新早丰’和‘扎343’的得分较高,说明其总挥发性物质含量较好,可鲜食或作为风味食品加工辅料。

3 结论

本研究综合评价了6种新疆主要核桃仁品种的品质及其加工适宜性。研究发现,‘温185’‘新早丰’和‘新新2’核桃仁的单果重和出仁率均显著高于其他核桃仁品种(P<0.05),更适合加工即食休闲食品;‘温81’核桃仁的蛋白质(18.78 g/100 g)和氨基酸含量最高,不仅适宜加工成核桃仁基蛋白饮品,也可作为蛋白营养保健品或高端护肤品;‘温185’核桃仁的粗脂肪含量最高,为63.90 g/100 g,适合加工成功能性油脂;‘新早丰’和‘扎343’核桃仁的IDF含量、总酚和总黄酮含量均高于其他品种(P<0.05),且‘扎343’核桃仁的不饱和脂肪酸含量最高,为91.84%,适合加工功能营养产品;‘温81’核桃仁呈现鲜味和芳香的氨基酸含量和矿物元素含量最高,分别为7.39、1.65、2 071.43 mg/100 g,可作为风味配料。通过挥发性物质分析得到醛类化合物种类最多(13种),VIP值>1的挥发性化合物11种,其中2-丁酮(单聚体)的VIP值最高,为2.25,主要呈现水果香。其次是正己醛,正己醛的香气阈值最小,显著影响核桃仁的总体香气,呈苹果香。但核桃的风味不仅与品种特性有关,也与其加工前处理密切相关,因此,其进入食品体系后的贡献程度仍有待考证。‘扎343’核桃仁的综合得分最高,综合品质较佳,适宜用于鲜食或综合产品开发。不同品种核桃仁品质差异显著,可基于不同品种核桃品质特性开发不同定位的核桃加工新产品,尤其是在母婴食品和功能营养保健品等中高端产品的开发上,为新疆不同核桃仁品种的资源精准挖掘与开发利用提供了一定的理论依据。

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Comprehensive evaluation of quality and processing suitability of major walnut kernel varieties in Xinjiang by combining quantitative and chemometric methods with multi-indicator components

HAN Rong, NIU Xiaotong, WANG Ying, MENG Xintao,XU Mingqiang, ZHANG Jian, ZHANG Ting, MA Yan*

(Xinjiang Uygur Autonomous Region Academy of Agricultural Sciences,Agricultural Products Processing Research Institute, Urumqi 830091, China)

ABSTRACT To investigate the quality differences and processing suitability of major walnut kernel varieties in Xinjiang, high-performance liquid chromatography-UV detection, gas chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry, and gas chromatography-ion mobility spectroscopy were used to quantitatively analyze the physicochemical, nutrient and volatile compounds of different varieties of walnut kernels.Results showed that the quality of different walnut kernel varieties differed significantly.The crude fat (63.9 g/100 g) and total dietary fiber (34.10 g/100 g) contents of ‘Wen 185’ walnut kernels were the highest, which were suitable for processing functional fats and oils or products high in dietary fiber, the protein (18.78 g/100 g) of ‘Wen 81’ walnut kernels were the highest, which was suitable for processing walnut kernel protein products.‘XinXin2’ walnut kernels showed overall better apparent quality, which was suitable for fresh or processing ready-to-eat recreational products.‘XinZhaoFeng’ walnut kernels had the highest total phenol (0.25 g/100 g) and ferric reducing/antioxidant power (2 311.62 μmol Trolox/mL) were the highest, and the total flavonoid content (0.55 g/100 g) and ABTS cationic radical scavenging rate (78.77%) of ‘Xincui Feng’ walnut kernel were the highest, which could be processed as eaten fresh or processed for nutritional functionality.45 kinds of volatile substances were identified in the six non-varieties of walnut kernels, among which ‘Zha 343’ walnut kernels had a higher content of volatile substances, which was suitable for use as a flavor food processing auxiliary material.The ‘Zha 343’ walnut kernel had the highest composite score (1.623), which was suitable for the comprehensive development of fresh food or whole-nutrition products.The study provides a certain theoretical reference basis for giving full play to the resource advantages of walnut varieties in Xinjiang, establishing a high-quality nutritional component and processing suitability evaluation system for different walnut kernels in Xinjiang, clarifying the precise positioning of processed products, and enhancing the utilization value of walnut products.

Key words Xinjiang;walnut kernel varieties;quantification of multi-indicator components;chemometrics;quality analysis;processing suitability

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041270

引用格式：韩蓉,牛逍瞳,王莹,等.多指标成分定量结合化学计量法综合评价新疆主要核桃仁品种品质及加工适宜性[J].食品与发酵工业,2025,51(15):321-331.HAN Rong, NIU Xiaotong, WANG Ying, et al.Comprehensive evaluation of quality and processing suitability of major walnut kernel varieties in Xinjiang by combining quantitative and chemometric methods with multi-indicator components[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(15):321-331.

第一作者：硕士研究生(马燕研究员为通信作者,E-mail:282568949@qq.com)

基金项目：国家重点研发计划项目(2022-YFD-1000104,2022-YFD-1000104-02);自治区科技成果转化示范专项—乡村振兴产业发展科技行动计划项目(2022-NC-032)

收稿日期：2024-10-11,改回日期：2024-11-28