贵州是我国核桃坚果传统产区，全省核桃品种类型较为多样，其境内主要有核桃(Juglans regia L.)和泡核桃(Juglans sigillata Dode)两大类群分布[1]。据2006～2018年贵州统计年鉴数据，2006年贵州核桃总产量仅为8 136 t[2]，到2018年则猛增到142 398 t[3]。尽管产量激增，但贵州核桃坚果类型的多样性以及参差不齐的核桃坚果品质严重阻碍了贵州核桃标准化、规模化的上市，也影响了省内核桃加工企业对本地区核桃资源的利用。

核桃坚果的果实特性和营养品质与核桃加工技术、工艺、产品相辅相成。基于贵州核桃的多样性，对核桃坚果进行加工适宜性分类，筛选加工适用品种，使核桃原料物尽其用，对于促进贵州全省核桃加工产业转型升级具有积极参考意义。在核桃加工方面，国内研究主要集中在核桃产品的加工工艺、配方及生产设备的研发等[4-5]，而针对不同产地核桃坚果的加工适宜性分类研究报道较少。本研究针对贵州省丰富多样的核桃资源进行果实特性分析和加工适宜性分类，重点分析省内现有核桃原料的适宜加工路径，初步制定出不同加工用途的各类核桃果实标准，以期为贵州核桃种质资源的合理利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

收集了贵州19个县市区种植的289个核桃单株，每个单株采集样品50个，采集时间为2015～2017年，样品具体采集地区及数量见表1。

样品采集标准为青果皮由深绿色变为淡黄，部分外皮裂口，青果皮易剥离，个别果实脱落即可采摘。核桃样品采集后立即送至实验室并进行脱青皮处理，随后在40 ℃下热风干燥至水分含量8%以下[6]。

1.2 仪器与试剂

双五金101-3鼓风干燥箱，上海市实验仪器总厂；Brand Titrette® 50 mL数字瓶口滴定器，德国普兰德公司；100～1 000 μL单道移液器，德国Eppendorf公司；KDN-08(SX)凯氏定氮消化炉，上海嘉定粮油仪器有限公司；RE-52-AA旋转蒸发仪，上海亚荣金叶；150 mm数显游标卡尺，台湾宝工公司。

石油醚，天津富宇精细化工有限公司；K2SO4、硼酸，成都金山化学试剂有限公司；甲基红、亚甲基蓝，天津致远化学试剂有限公司；NaOH，天津永大化学试剂有限公司；浓H2SO4，国药集团化学试剂有限公司；CuSO4·5H2O，广东省化学试剂工程技术研究开发中心。

1.3 分析方法

1.3.1 核桃果实特性

随机选取30个核桃坚果，用于测量核桃单果重、横径、纵经、侧径和核壳厚度。

核桃三径：横径(核桃坚果中部缝合线之间的距离)、纵径(核桃坚果顶部与底部之间的距离)、侧径(核桃坚果中部胴部之间的距离)，单位均为mm。

核壳厚度：游标卡尺测量核壳胴部的厚度，求其平均值，精确到0.1 mm。

出仁率：各样品随机选取30个坚果，称其总果质量和总果仁质量，出仁率按公式(1)计算:

出仁率

(1)

式中：m1,总果仁质量,g;m2,总坚果质量,g。

1.3.2 核桃主要营养成分分析

粗脂肪采用GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》中的第一法“索氏抽提法”测定(含量以干基计)。蛋白质采用GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中的第一法“凯氏定氮法”测定(含量以干基计)。

1.3.3 核桃果实感官评价

核桃内褶壁(退化、革质、骨质)、横膈膜(膜质、革质、骨质)和取仁难易(易取整仁、易取半仁、取1/4仁、取碎仁、难取仁)的感官评分标准参照表2。随后统计不同地区核桃果实内褶壁、横膈膜和取仁难易在各分级指标中的占比，通过各级得分乘以各自占比，计算各级评分总和,得出该地区总体(内褶壁、横膈膜、取仁难易)感官评分。

1.4 数据处理

采用Excel 2016软件对实验数据进行整理，运用SPSS 24.0软件中Duncan’s multiple range test方法分析不同地区核桃品质指标差异显著性(P<0.05)，利用Pearson积矩相关系数分析核桃果实9个感官品质指标的相关性。将19个县市区的核桃9个因子数值进行数据标准化后，进行主成分分析[7]和K-中心聚类分析。

2 结果与分析

2.1 核桃基础数据分析

2.1.1 不同地区核桃品质描述性分析

核桃的坚果性状直接影响其利用领域和加工方向，核桃仁的营养组分决定着其加工制品类型和品质[8]。针对全省每个县市区的样品进行核桃主要品质指标的均值计算和差异显著性分析，从各地区核桃主要品质指标看，每个县市区的核桃坚果单果重数据无显著性差异，其他指标的差异显著性也没有明显规律。对照核桃坚果质量分级标准(GB/T 20398—2006),依据核桃主要品质指标均值判断，贵州核桃坚果体型均较大，至少超半数核桃坚果符合《坚果质量等级》标准中的“特级”，核桃出仁率主要集中在“Ⅰ级”和“Ⅱ级”。贵州核桃营养组分很高，尤其是蛋白质，各地区核桃仁蛋白质含量基本在20%以上，远超国标“特级”标准中的14%。通过进一步对比发现，毕节和六盘水等高海拔温凉地区的核桃蛋白质含量相对较高，这可能是由于温凉地区延缓了核桃青皮开裂进程，延长了核桃营养物质(特别是蛋白质)积累的时间[9-10]。蛋白质含量高也可能是“贵州核桃香而不腻”的原因。

样品特征均值只能反映样本部分特征信息，因此实验对各市州核桃单株的6项指标进行SPSS的描述性分析，结果见表4。

由表4可见，贵州各地区核桃单株的特征极值差距较大，通过6项指标的变异系数进一步分析得知，贵州核桃离散程度较大的指标依次为壳厚、单果重和出仁率。根据生产经验，壳厚、单果重和出仁率能一定程度反映出核桃破壳难易和果实饱满程度，其中壳厚为贵州核桃相对离散较大指标，这可能由于贵州地理海拔高差大，立体气候突出导致的[11]，而贵州民间“核桃夹壳有大小年”的说法也间接表明核桃壳厚可能与其生长环境的气候变化有关[12]。单果重和出仁率离散程度大也进一步证明贵州核桃品种参差不齐、复杂多样。

2.1.2 不同地区核桃感官评价描述

核桃感官描述主要评价其内褶壁是否革质并突起深入核仁皱褶，横膈膜是否发达并与核壳长为一体，导致核桃取仁困难，最后通过取仁难易总体描述核桃是否夹壳。内褶壁、横膈膜和取仁难易都是评分越小，核桃越好取仁，评分越高核桃越难取仁。核桃不同地区感官评价描述如图1所示，核桃内褶壁和横膈膜评分较低的主要分布在普安、兴义、七星关、威宁、赫章、水城和盘州等地，这与熊华等[13]利用地理信息系统(geoinformation system,GIS)技术对贵州核桃种植生态适宜性区划结论一致，说明感官评价对于核桃分级具有一定的参考性和可靠性，也证明这些地区核桃感官品质较好，易于取仁。

2.1.3 感官品质指标相关性分析

针对核桃感官品质中的9个指标进一步进行相关性分析，结果见表5。结果表明，取仁难易与内褶壁和横膈膜呈极显著正相关，说明内褶壁嵌入核仁越深、横膈膜越发达，核桃取仁越难；单果重与壳厚、脂肪、三径均值呈极显著正相关，与出仁率呈极显著负相关，说明核桃体型越大、脂肪含量越高和壳越厚的核桃，其单果重越大；此外横膈膜、取仁难易与单果重也呈极显著正相关，这说明核桃越夹仁、取仁越难，核桃单果重也越大。壳厚是衡量核桃取仁难易的主要量化指标[4]，但并不能直观反映核桃取仁难易。根据实际生产经验判断，相同壳厚的大果核桃或相同体型的厚壳核桃相对更重，这类情况适用于容易取仁、不夹壳的核桃；在核桃壳和横膈膜密度较大的情况下，横膈膜发达、难以取仁的核桃单果相对更重，如夹绵核桃、铁夹核桃等。值得注意的是单果重与出仁率呈显著负相关，根据经验判断，出仁率较高的一般都是小果核桃，出仁率较低的有可能是夹仁核桃或大果不饱满泡核桃。

总体来看，核桃9个指标由于彼此间相互影响，易造成整体信息发生干扰重叠，指标间正负相关关系也会造成评价体系的不确定性。因此有必要提取有代表性、彼此不相关的综合变量来降低冗余和评价负担[14-16]。

2.2 核桃主成分分析

利用SPSS软件对289个核桃单株坚果的9个感官及品质指标进行主成分分析，将原来有一定相关性的指标重新组合成一组相互无关的综合指标来明确度量各个指标的重要性，分析得出评价因子特征值和累计方差贡献率(表6)，以找出核桃感官品质的主要贡献因子。

碎石图主要体现所提取因子数与其他剩余因子的区别度，斜率越大，主成分因子间的区别度越高。由表6和图2可知，前3个主成分因子的斜率绝对值较大，呈直线下降趋势，且在第3个主成分因子处形成比较明显的转折。但是表6显示，尽管前3个主成分因子提取特征值大于1，但3个主成分因子累计方差贡献率仅为60.17%，说明前3个主成分因子难以有效涵盖贵州核桃的大部分信息，因此根据表6中的累计方差贡献率，确定提取前5个主成分因子(累计方差贡献率达80.06%)。

提取5个主成分的初始因子载荷矩阵见表7，由表7可知，横膈膜、内褶壁在第1主成分上具有较高的载荷，说明第1主成分主要涵盖与核桃是否夹仁或泡壳特征相关的信息，可称为核桃取仁信息(贡献率为25.55%)；单果重、壳厚在第2主成分上具有较高的载荷，说明第2主成分主要涵盖与核桃果重特征相关的信息，可称为核桃果重信息(方差贡献率为21.05%)；蛋白质在第3主成分上具有较高载荷，说明第3主成分主要涵盖核桃营养成分中蛋白质含量信息，可称为蛋白质信息(方差贡献率13.56%)；脂肪在第4主成分上具有较高载荷，说明第四主成分主要涵盖核桃营养成分中脂肪含量信息，可称为脂肪信息(方差贡献率10.61%)；第5主成分上具有较高载荷的初始因子为三径均值和出仁率，说明该成分主要涵盖与核桃感官特征(取仁、大小)有关的信息，可称为感官信息(方差贡献率9.28%)。

用X1～X9来分别代表单果重、出仁率、壳厚、蛋白质、脂肪、三径均值、内褶壁、横膈膜和取仁难易共9个初始自变量指标，经主成分分析，计算特征向量系数矩阵，再将X1～X9线性变换，得出5个互不相关的主成分因子表达式PC1～PC5。

PC1=0.236×X1-0.006×X2+0.148×X3+0.008×X4-0.158×X5+0.256×X6+0.305×X7+0.337×X8+0.245×X9

PC2=0.045×X1-0.291×X2+0.420×X3+0.162×X4+0.076×X5-0.118×X6-0.188×X7-0.131×X8-0.069×X9

PC3=-0.146×X1-0.427×X2-0.337×X3+0.562×X4+0.078×X5-0.057×X6-0.032×X7+0.035×X8+0.418×X9

PC4=0.024×X1+0.055×X2+0.061×X3-0.182×X4+0.863×X5-0.319×X6+0.246×X7+0.278×X8+0.149×X9

PC5=0.138×X1+0.499×X2+0.016×X3+0.295×X4+0.419×X5+0.677×X6-0.330×X7-0.254×X8+0.185×X9

根据主成分分析的初始载荷矩阵和特征向量系数矩阵综合分析，推测PC1(取仁因子)正向取值越大，核桃夹壳程度越高，取仁越难；PC2(果重因子)正向取值越大，核桃壳越厚，核桃坚果越重；PC3(蛋白质因子)正向取值越大，核桃仁中蛋白质含量越高；PC4(脂肪因子)正向取值越大，核桃仁中脂肪含量越高；PC5包含的因子较为复杂，从初始载荷矩阵看，PC5正向取值越大，核桃坚果体型越大，出仁率越高。

由于任意主成分因子表达式(PC1～PC5)均难以较为全面的直观反映不同单株核桃与感官品质指标间的关系，因此针对核桃夹壳程度、破壳难易(PC1∩PC2)和核桃主要营养组成蛋白质、脂肪(PC3∩PC4)2组重要信息绘制主成分因子得分图(图3)，以此来进一步直观展示不同单株核桃感官品质信息。

PC1∩PC2综合得分图可用于确定核桃原料用途(图3-a)。第一、二象限核桃类型夹壳程度较高，占比为50.52%(表8)，取仁较为困难，建议可作为核桃油加工原料(核桃带壳榨油)[17]。其中第一象限由于核桃壳较厚，可能不易破壳(占比19.03%)，第二象限由于核桃壳较薄，可能易于破壳(占比31.49%)，加工这两类核桃时应注意破壳设备的类型和去壳网筛的孔径。第三、四象限核桃类型内褶壁和横膈膜不发达(占比49.48%)，泡壳程度较高，取仁较容易，建议作为核桃坚果、整/半核桃仁或核桃仁所需深加工产品的原料。其中第四象限核桃壳较厚(占比30.10%)，能够较好的保护好内部核桃仁[18]，因此建议作为核桃坚果进行销售，第三象限核桃壳较薄(占比19.38%)，不耐贮藏，建议作为核桃仁所需加工原料，极少部分纸皮或露仁核桃可用作鲜食核桃仁原料[19]，此类宜当年利用，否则会导致核桃仁品质劣变或贮藏成本升高。

PC3∩PC4综合得分图可为核桃营养成分分级作参考。由图3-b可知，贵州核桃营养成分信息(脂肪、蛋白质)离散程度相对较低，图中第一、二象限核桃蛋白质含量较为丰富(占比48.10%)。其中第一象限脂肪含量也较高(占比24.57%)，在第一象限的核桃可作为休闲坚果类食品；第二象限核桃由于脂肪含量较低(占比23.53%)，特别适用于蛋白粉(肽)的加工原料[20]，是否适用于核桃乳要看其脂肪含量能否达到GB/T 31325—2014《植物蛋白饮料核桃乳(露)》的相关要求。第三、四象限的核桃蛋白质含量较低(占比51.90 %)，其中第四象限核桃脂肪含量较高，可用于核桃高端食用油原料。特别需要注意的是第三象限，从象限分布图中可知，在第三象限的核桃脂肪和蛋白质含量均不高，可能是由于这类核桃含丰富的淀粉、矿物质元素等其他物质，这对于需要低脂、低蛋白的特殊人群来讲可能是不错的选择[21]，但这类核桃具体的营养组成需要进一步分析。

2.3 核桃中心聚类分析

由于主成分分析仍难以明确核桃加工适宜性分类标准，因此进一步采用K-中心聚类来验证核桃单株样品聚类情况，选取聚类数为5个。将聚类出来的各类样品均值与总体均值进行比较，结果见表9。由表9可知，聚类出的第Ⅰ类核桃最大特点为出仁率最高(高达60.43%)，壳厚最小，达到了纸皮核桃[22]的标准，其他指标差异不明显，较薄的壳厚决定了该类核桃不耐贮藏，建议作为鲜食核桃使用；第Ⅱ类核桃的单果重和三径均值为5类中最大，出仁率最低，内褶壁和横膈膜评分相对总体均值稍低，由此判断第Ⅱ类核桃为典型的大果泡核桃，建议可取仁用作核桃仁类相关产品；第Ⅲ类核桃内褶壁、横膈膜和取仁难易评分均为最高，且核桃仁中脂肪含量最高，由此判断第Ⅲ类核桃为典型的夹仁核桃，建议该类核桃用作核桃带壳榨油原料；第Ⅳ类核桃蛋白质含量最高，蛋白质均值高达23.35%，内褶壁、横膈膜评分为5类中最低，表明该类核桃内褶壁和横膈膜相对退化，易于取仁，建议该类核桃用作乳(粉)类核桃产品加工原料；第Ⅴ类核桃最为明显的特征是其脂肪含量最低，仅有47.97%，这类核桃口感香而不腻，且其单果重仅为7.69 g，三径也较小，特别适合作为坚果直接销售，建议作为休闲类坚果进行开发。

2.4 核桃加工适宜性评价标准

按照核桃现有产品类型及加工用途，本研究初步将贵州核桃加工适宜性划分为5类。借助主成分和中心聚类分析，根据各类别核桃样品中具有明显差异的品质指标测量值分布情况，结合样品总体均值大小，初步判定壳厚直接影响核桃破壳难易及耐贮性，出仁率直接影响加工经济利益，出仁率与内褶壁和取仁难易显著相关，两者可以作为鲜食核桃的主要判定标准；内褶壁和横膈膜可以直接反映核桃取仁难易程度，两者可以作为核桃是否为夹仁核桃的主要判定标准；脂肪含量直接影响核桃口感是否油腻，可以作为直接食用核桃坚果的参考依据；蛋白质是核桃乳(粉)制品的重要标准，而取仁难易(判定分值1～5分)受评价个体影响较大，暂不予考虑。因此根据这几项指标，结合研究人员自身生产经验和GB/T 20398—2006《核桃坚果质量等级》标准，本研究初步拟定贵州核桃加工适宜性评价标准，如表10所示。

3 结论与讨论

核桃营养价值极高，其主要营养物质为不饱和脂肪酸和蛋白质，核桃仁的营养组分极大影响核桃口感和加工产品品质[23-24]，但最阻碍其加工或食用的因素却是核桃取仁难易。本研究针对贵州289株单株核桃样品进行感官及理化品质的分析和评价，利用主成分和中心聚类分析研究贵州核桃加工适宜性评价标准的可行性，通过数据统计分析得到如下结论：(1)贵州核桃普遍营养品质较好，尤其是蛋白质含量较高，但各地区核桃样品的相关指标特征极值差异较大，且核桃品质与其所在地理环境和当年气候有密切关系。(2)核桃泡夹程度可由取仁难易直接反映，取仁难易与内褶壁和横膈膜呈极显著正相关；单果重与出仁率呈极显著负相关，与壳厚、三径均值、脂肪含量、横膈膜、取仁难易呈显著正相关，据此推断，出仁率较低的有可能是夹仁核桃或大果不饱满泡核桃，出仁率较高的一般为小果泡核桃。(3)主成分分析发现核桃主成分因子复杂多样，需要5个主成分因子才能有效涵盖贵州核桃大部分信息(累计方差贡献率达80.06%)，5个主成分因子代表的信息依次为取仁信息、果重信息、蛋白质信息、脂肪信息、感官信息。利用建立的核桃主成分因子表达式和因子得分图可初步确定核桃的用途。(4)中心聚类将贵州核桃初步归为5类用途，分别为鲜食核桃、仁用核桃、油用核桃、乳(粉)用核桃、休闲坚果用核桃。(5)初步拟定贵州核桃加工适宜性评价标准，对贵州核桃规模化加工具有一定借鉴意义。

该研究针对贵州核桃感官品质进行了归类分析，并提出了具有一定借鉴意义的核桃加工适宜性评价标准，但该研究仍存在诸多不足之处：(1)受客观因素影响，各地区核桃取样仍有一定片面性，采样团队基本以道路通畅的村寨附近的核桃进行采样，而远离人居的采样数较少，部分县区采样过少(如黔南、松桃等)，所采样品不具有地方代表性。(2)相关性和主成分分析发现，核桃各指标间相互关系复杂，造成信息干扰重叠，难以找出具有代表性的主成分，聚类后也难以明确各类别之间的数值差异，造成各类别之间相关指标部分重叠。(3)取仁难易、内褶壁和横膈膜与核桃是否夹仁密切相关，但这些指标是人为感官评价出来的，存在个体差异，作为核桃加工适宜性分类仍存在诸多不确定性。

针对以上研究的不足，将在下一步健全全省不同地区核桃采样信息，力求均衡覆盖，并着重研究如何使核桃感官评价指标客观数值化，以更客观地评价核桃是否夹仁及夹仁程度，为贵州乃至全国提供更精准的核桃加工适宜性分类标准。

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Characteristic analysis and processing suitability clustering of walnut in Guizhou

GENG Yangyang1,2*,HU Bokai1,2,WANG Jihui1,2,LIU Yana1,2,HE Jiali1,2,HU Yiwen1,2,LIANG Mei1,2,WU Huali1,2

1(Guizhou Institute of Walnut,Guiyang 550005,China) 2(Guizhou Academy of Forestry,Guiyang 550005,China)

ABSTRACT In order to choose proper walnut materials for optimal products processing,statistical analysis of fruit characteristics,correlation,principal components and cluster analysis were conducted. And nine major characteristic indexes including fruit weight,three-diameter mean,kernel yield,shell thickness,oil yield,protein content and the scores of inner pleated wall,diaphragm,complexity were analyzed to 289 walnut samples. It was observed that the sensory quality of walnut varied greatly in different areas of Guizhou. Moreover,the nutritional value of walnut was high,especially in protein content. The correlational analysis revealed a significant positive relationship between complexity to take kernels and the inner pleated wall,diaphragm (P<0.01). The principal component analysis showed that the top five components in which cumulative variance proportion reached 80.06%,could represent its sensory index. The 289 walnut samples could be classified into five clusters：Cluster Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ andⅤwas fresh walnut,kernel products,walnut oil,walnut beverage (powder) products and walnut as snack nuts products respectively. According to this,the evaluation standard of walnut processing suitability was established. The results provide a theoretical basis for the rational utilization of walnut germplasm resources in Guizhou.

Key words walnut in Guizhou; fruit characteristics; principal component analysis; clustering analysis; processing suitability

第一作者：硕士，助理研究员(通讯作者，E-mail：yygengfood@sina.cn)

基金项目：贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑[2017]2552)；贵州省农业领域工程技术研究中心(黔科合平台人才[2019]5202)；贵州省科技创新人才团队项目(黔科合平台人才[2020]5003)

收稿日期：2020-03-13，改回日期：2020-04-21

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.023944

引用格式:耿阳阳，胡伯凯，王纪辉，等.贵州不同地区核桃果实特性分析及加工适宜性分类[J].食品与发酵工业,2020,46(15):184-192.GENG Yangyang,HU Bokai,WANG Jihui,et al. Characteristic analysis and processing suitability clustering of walnut in Guizhou[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(15):184-192.