摘要：新疆是中國核桃（Juglans regia L.）的起源地之一，蘊藏著豐富的核桃種質(zhì)資源。但是不同核桃品種的品質(zhì)存在較大的差異。試驗以阿克蘇地區(qū)主栽核桃品種新翠豐（J. regia cv. Xincuifeng）、新新2號（J. regia cv. Xinxin No. 2）、溫138（J. regia cv. Wen 138）、溫185（J. regia cv. Wen 185）、紙皮核桃（J. regia cv. Zhipi.）為研究對象，利用近紅外光譜技術(shù)對不同品種核桃進行光譜掃描，根據(jù)不同吸光度鑒定核桃品種及品質(zhì)。結(jié)果表明，在波數(shù)5 848～5 767 cm-1范圍內(nèi)，新翠豐的吸光度為0.611，新新2號的吸光度為0.554，溫138、紙皮核桃的吸光度為0.469，溫185的吸光度為0.448，此特征峰可作為核桃品種及實生后代鑒定的依據(jù)。比較紙皮核桃及溫138的品質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，在波數(shù)7 090～6 900 cm-1范圍內(nèi)，C-H的吸收峰是溫138高于紙皮核桃；在波數(shù)5 210～4 760 cm-1范圍內(nèi)，O-H的吸收峰是紙皮核桃高于溫138；在波數(shù) 4 650 cm-1，N-H的吸收峰也是紙皮核桃高于溫138。紙皮核桃的綜合品質(zhì)較好，與營養(yǎng)成分測定結(jié)果相符，說明利用近紅外光譜分析技術(shù)可以快速區(qū)別核桃品質(zhì)的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：核桃（Juglans regia L.）；近紅外光；品種鑒定；品質(zhì)比較；新疆

中圖分類號：S664.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2559-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.027

Abstract： Aas one of the origin of Chinese walnut（Juglans regia L.）， Xinjiang is rich in walnut germplasms. However， there were big differences between the quality of different walnut cultivars. Taking the main walnut cultivars in Akesu area including J. regia cv Xincuifeng，J. regia cv Xinxin No. 2，J. regia cv. Wen 138，J. regia cv. Wen 185， J. regia cv. Zhipi as material，spectral scanning of different walnut cultivars were conducted by near-infrared（NIR）. Walnut cultiver and quality was identified according to the absorbance. The results showed that in the wavelength range 5 848 to 5 767 cm-1， the absorbance of each cultivar was J. regia cv. Xincuifeng，0.611；J. regia cv. Xinxin No. 2，0.554； J. regia cv. Wen 138 and J. regia cv. Zhipi，0.469；J. regia cv. Wen 185， 0.448；and the characteristic absorption band could be used as the basis for cultivar and seedling offspring identification. For J. regia cv. Zhipi and J. regia cv. Wen 138，the C-H absorption peak in the 7 090 to 6 900 cm-1 range of J. regia cv.. Wen 138 was higher than that of J. regia cv. Zhipi；while O-H absorption peak in the 5 210 to 4 760 cm-1 range and N-H absorption peak at 4 650 cm-1 of J. regia cv. Zhipi was higher than that of J. regia cv. Wen 138. J. regia cv. Zhipi had better overall quality，same as the experimental results，indicating that NIR could be used for rapid identification of walnut quality.

Key words： walnut（Juglans regia L.）； near-infrared； species identification； quality comparison； Xinjiang

核桃（Juglans regia L.）也叫胡桃、羌桃，屬于胡桃科（Juglandaceae）胡桃屬（Juglans L.）植物，是多年生落葉果樹，與扁桃、腰果、榛子并列為世界著名的四大干果[1]。核桃為木本植物，屬于喜溫喜濕的樹種，比較適宜亞熱帶氣候條件，適宜溫暖與潮濕的環(huán)境，不耐寒冷與干燥的環(huán)境。生長環(huán)境低溫不應(yīng)低于-5～-8 ℃，溫度過低容易導(dǎo)致樹木發(fā)生凍害，引起樹體死亡。

新疆維吾爾自治區(qū)是中國核桃的起源地之一，其獨特的氣候條件與地理位置為核桃的正常生長提供了適宜的環(huán)境。新疆核桃的種植集聚在南疆，而南疆不同的地理環(huán)境又形成了阿克蘇、喀什、和田3個主要的核桃種植區(qū)域[2]。在阿克蘇地區(qū)，種植的核桃品種主要有溫138（J. regia cv. Wen 138）、新翠豐（J. regia cv. Xincuifeng）、溫185（J. regia cv. Wen 185）、新新2號（J. regia cv. Xinxin No. 2）、紙皮核桃（J. regia cv. Zhipi）5個品種。這5個品種雖然都種植于同一地域，但品質(zhì)依然存在著差異，主要是果實中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)的含量不同。因此，在不破壞核桃硬殼的前提下，快速、簡便地鑒別出各核桃品種中上述營養(yǎng)物質(zhì)含量的差異，需要運用近幾年發(fā)展起來的近紅外光譜（Near-infrared，NIR）分析技術(shù)，通過對核桃光譜的掃描、分析，來確定各核桃品種間的差異。

20世紀90年代以來，近紅外光譜技術(shù)成為了最引人注目，發(fā)展最快的分析技術(shù)之一[3]。近紅外光是介于紫外-可見光（UV-Vis）和中紅外光（MIR）之間的電磁波，其波長范圍為700～2 500 nm（波數(shù)14 286～4 000 cm-1），又分為短波（700～1 100 nm）近紅外和長波（1 100～2 500 nm）近紅外2個區(qū)域。近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，主要反映的是含氫基團X-H（如C-H、N-H、O-H等）振動的倍頻與合頻吸收。不同基團（如甲基、亞甲基、苯環(huán)等）或同一基團在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波波長與強度都有明顯的差異，從而使近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，這非常適合用于含氫有機物質(zhì)的物化參數(shù)測量[4]。目前，已經(jīng)普遍認可了NIR的快速、無損的檢測特點；因此，將NIR的檢測分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測、品種鑒定等方面具有一定的價值。徐霞等[5]利用近紅外光譜技術(shù)與機器視覺技術(shù)等新型無損檢測技術(shù)的融合，實現(xiàn)了對肉類品質(zhì)的評價；Xie等[6]利用近紅外光譜技術(shù)對轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因番茄葉片進行分類，結(jié)果分類正確率達到了89.7%；韓東海等[7]通過對水果內(nèi)部品質(zhì)的光學(xué)特性檢測原理進行分析，比較了規(guī)則反射、透射和漫反射3種光特性測量方法的適用性，同時分析了以近紅外技術(shù)為基礎(chǔ)的對水果品質(zhì)快速、無損檢測的應(yīng)用前景；何勇等[8]利用近紅外技術(shù)對5種酸奶品種進行聚類分析，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的模型進行品種鑒別，通過主成分分析方法，發(fā)現(xiàn)建模品種的擬合率、預(yù)測品種的識別率都達到了100%；林家永[9]通過分析近紅外光譜技術(shù)在玉米品質(zhì)、玉米青貯飼料質(zhì)量以及轉(zhuǎn)基因玉米快速分析中的應(yīng)用，對近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用前景進行了展望；張欣等[10]通過對近紅外光譜技術(shù)在解決食源性微生物新技術(shù)應(yīng)用和控制制假摻假等食品安全問題方面的研究進展進行分析，探討了近紅外技術(shù)在解決農(nóng)藥獸藥殘留、濫用食品添加劑以及環(huán)境中有害物質(zhì)污染導(dǎo)致食品安全問題時所能發(fā)揮的作用，對近紅外光譜技術(shù)在食品安全問題中的應(yīng)用作了展望。因此，將近紅外分析技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物品質(zhì)分析中，能夠高效、快速地分析出各品種的差異，也為篩選出具有良好品質(zhì)的品種提供了便利。就目前的研究狀況來看，近紅外無損檢測分析技術(shù)在核桃品質(zhì)鑒定方面鮮有報道。為此，試驗利用近紅外光譜分析技術(shù)對阿克蘇地區(qū)核桃主栽品種的特異光譜峰進行了分析，比較了各品種的光譜差異，以期為核桃實生后代鑒定及不同區(qū)域引種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1..1.1 植物材料 試驗所用核桃樣品源于阿克蘇地區(qū)溫宿縣木本糧油林場，以當(dāng)?shù)卦耘嗟臏?38、新翠豐、溫185、新新2號、紙皮核桃5個品種為參試材料，在2012年9月完成采樣，每個品種采30個果實。從30個果實中選取20個大小均一的樣果進行光譜掃描。

1.1.2 儀器 光譜儀為An-taris Ⅱ FT-NIR，美國Thermo Fisher公司生產(chǎn)，型號是傅里葉變換型，帶有漫反射積分球采樣附件，自帶TQ-Analyst軟件。

1.2 方法

1.2.1 核桃殼厚度測定 利用游標卡尺，對各品種的20個核桃樣果進行殼厚度測定，取20個樣果殼厚的平均值。

1.2.2 核桃仁內(nèi)營養(yǎng)成分含量測定 對不同核桃品種進行營養(yǎng)成分含量的測定，核仁中還原糖的測定采用3，5-二硝基水楊酸法[11]；總糖、纖維素的測定采用蒽酮比色法[12]；蛋白質(zhì)的測定采用考馬斯亮藍G250染色法[13]；總酚的測定采用普魯士藍法[14]；單寧含量的測定采用分光光度法[15]。

1.2.3 光譜采集 光譜采集前，先將核桃樣品放入室內(nèi)12 h，然后將儀器打開預(yù)熱15 min，測量溫度為室溫，采用漫反射方式采集光譜，以儀器內(nèi)部空氣為背景。光譜采集范圍是10 000～4 000 cm-1；光譜分辨率8 cm-1；掃描次數(shù)32 次，增益為2 x。將20個大小均一的樣品放置在積分球窗口上進行光譜掃描，掃描完后取20個核桃樣果光譜的均值進行分析。

1.2.4 光譜的處理 在光譜掃描過程中，對每個品種的20個核桃樣果進行掃描后最終得到20條光譜；而在對不同品種間進行光譜比較時，應(yīng)先求出這20條光譜的平均光譜，得到每個品種的光譜圖；再利用各品種的光譜圖進行分析比較。所以在完成光譜采集后，利用TQ Ana-lyst軟件對采集的光譜進行預(yù)處理，使得光譜趨于平滑，再計算出不同核桃品種的平均光譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品種20個樣果及品種的光譜

在樣品光譜掃描過程中，除樣品本身的化學(xué)信息之外，電噪聲、樣品背景和雜散光等其他因素都會或多或少地影響光譜成分，從而導(dǎo)致光譜出現(xiàn)較為復(fù)雜的重疊信息。5個核桃品種各20個樣果的光譜掃描情況見圖1，各個核桃品種的平均光譜見圖2。從圖1、圖2可見，不同的核桃品種由于含有相同的物質(zhì)組成（脂肪、蛋白質(zhì)、單寧、酚類和糖類等有機物），所以從光譜的整體走向來看呈現(xiàn)出了一定的規(guī)律性，如5個品種核桃近紅外光譜曲線非常相似，共出現(xiàn)了6個吸收峰，并且6個吸收峰出現(xiàn)的波數(shù)范圍相同。每個吸收峰的出現(xiàn)源于不同的官能團，而每個官能團存在于不同的物質(zhì)中，因此可以通過吸收峰對核桃品種進行成分分析。

近紅外光譜的吸收過程是基于一束紅外單色或復(fù)合光照射穿過樣品時，樣品的分子選擇性地吸收輻射光中某些頻率波段的光，引起分子中化學(xué)鍵的振動，進而產(chǎn)生光譜。而不同的化學(xué)鍵又會在不同的波段被吸收，如C-H的合頻吸收出現(xiàn)在7 090～6 900 cm-1（1 410～1 450 nm）區(qū)域；O-H的合頻出現(xiàn)在5 210～4 760 cm-1（1 920～2 100 nm）區(qū)域；N-H的合頻吸收出現(xiàn)在4 650 cm-1（2 150 nm）附近。因此，可以根據(jù)不同的吸收峰區(qū)域來判斷該樣品所含有的化學(xué)鍵類型。

對于樣品的光譜吸收，其過程符合Lambert-Beer定律：

A=Klc。

式中，A為吸光度，K為光被吸收的比例系數(shù)，l為吸收介質(zhì)的厚度或稱光程，c為吸光物質(zhì)的濃度。當(dāng)光程一定時，吸光度A與濃度c呈線性關(guān)系；當(dāng)濃度一定時，吸光度A與光程l呈線性關(guān)系，即呈正比關(guān)系。因此，可以根據(jù)各樣品在不同波數(shù)范圍內(nèi)吸光度的大小，來估計各樣品中某種物質(zhì)的含量關(guān)系。所以，結(jié)合光譜峰的區(qū)域與Lambert-Beer定律，可以估計出各樣品中物質(zhì)含量的多少以及相互關(guān)系，從而為選取較好的樣品提供簡便的方法。

2.2 集合光譜

將圖2各品種原始光譜得到的平均光譜放在一個圖譜中，得到5個核桃品種的集合光譜，具體見圖3。由圖3可知，不同核桃品種在不同的波數(shù)范圍內(nèi)具有相同的吸收峰，但各吸收峰的吸光度存在著差異，說明在某些物質(zhì)含量上不同。如在7 000～6 800 cm-1范圍內(nèi)，主要被吸收的官能團是C-H，在核桃中含有C-H官能團的物質(zhì)主要是糖類；通過對不同核桃品種營養(yǎng)成分含量的測定，表明核桃總糖的含量高低順序是新翠豐、新新2號、溫138、溫185、紙皮核桃。不過在光譜中，溫185的吸光度大于溫138，但這并不是因為測定結(jié)果或者光譜有誤，根據(jù)Lambert-Beer定律可知，吸光度A與光程l、物質(zhì)濃度c都有一定的關(guān)系，影響光程的主要因素是核桃殼的厚度。游標卡尺對各品種樣果進行殼厚度測定結(jié)果表明，溫185核桃殼要比溫138、紙皮核桃的殼厚，故溫185核桃的光程要長于溫138，因而出現(xiàn)圖3的結(jié)果。因此，圖3光譜所示結(jié)果具有一定的實際意義。圖3的光譜結(jié)果還顯示，在陰影區(qū)域內(nèi)（波數(shù)5 848～5 767 cm-1）只出現(xiàn)了4個峰，而且不同的峰之間差異較為明顯。其中紙皮核桃與溫138的峰重疊，這是由于紙皮核桃是溫138核桃的突變體緣故，即這2種核桃的遺傳基礎(chǔ)相同；所以，可以將此處峰作為品種鑒定的關(guān)鍵峰。另外在陰影區(qū)域內(nèi)，新翠豐的吸光度為0.611，新新2號的吸光度為0.554，溫138、紙皮核桃的吸光度為0.469，溫185的吸光度為0.448。因此，在核桃的光譜掃描過程中，可以根據(jù)掃描核桃的平均光譜在該區(qū)域內(nèi)的吸光度大小進行品種鑒定。

2.3 紙皮核桃與溫138光譜比較

鑒于溫138與紙皮核桃有著同源遺傳基礎(chǔ)和相同的吸光度，因此試驗又對溫138和紙皮核桃的品質(zhì)進行分析，結(jié)果見圖4。從圖4可見，在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，即C-H官能團的合頻吸收峰7 090～6 900 cm-1（1 410～1 450 nm）區(qū)域，溫138的吸光度高于紙皮核桃，考慮到光程，溫138比紙皮核桃的殼厚，其光程要長；在不考慮濃度的情況下，其吸光度是比紙皮核桃高，這與圖3的結(jié)果相符；接著考慮物質(zhì)濃度，根據(jù)Lambert-Beer定律可知，物質(zhì)濃度越高則吸光度越大。測定結(jié)果表明，溫138的吸光度高于紙皮核桃，說明在溫138內(nèi)含C-H官能團的物質(zhì)濃度要高于紙皮核桃。在核桃中，含有C-H官能團的大多數(shù)為糖類物質(zhì)（包括還原糖、總糖、纖維素等），所以，可以得出溫138比紙皮核桃中的糖類物質(zhì)含量稍高一些。

在區(qū)域Ⅱ、Ⅲ內(nèi)可以看到，溫138的吸光度低于紙皮核桃，當(dāng)考慮光程時，在濃度一定時，溫138比紙皮核桃的吸光度大，因此可以肯定，在區(qū)域Ⅱ、Ⅲ內(nèi)，紙皮核桃中的物質(zhì)含量要高于溫138。在區(qū)域Ⅱ內(nèi)，即O-H官能團的吸收峰5 210～4 760 cm-1（1 920～2 100 nm）區(qū)域主要是酚類物質(zhì)，如總多酚、單寧等。對于酚類物質(zhì)而言，主要影響核桃的口感及抗氧化性能，如單寧含量越多，核桃口感澀味越重，不利于核桃品質(zhì)的提高；總多酚含量越高，則抗氧化性能越強，品質(zhì)越好。因此，在口感方面，紙皮核桃較溫138的口感澀味重，但紙皮核桃比溫138的抗氧化能力強。在區(qū)域Ⅲ內(nèi)，即N-H官能團的吸收峰在4 650 cm-1（2 150 nm）附近，仍是紙皮核桃高于溫138的吸光度，在核桃中含有N-H官能團的主要是蛋白質(zhì)，因此，可以肯定，紙皮核桃中的蛋白質(zhì)含量要比溫138高。

對營養(yǎng)成分含量測定結(jié)果表明，溫138的還原糖的含量為0.664 5%、總糖的含量為0.499 4%、纖維素的含量為0.270 1%，紙皮核桃的還原糖含量為0.663 9%、總糖含量為0.456 1%、纖維素含量為0.256 3%，溫138的含C-H官能團的物質(zhì)均高于紙皮核桃。紙皮核桃的蛋白質(zhì)含量為0.893 4 mg/g、總多酚含量為0.079 mg/g、單寧含量為0.801 mg/g，均高于溫138的蛋白質(zhì)含量0.709 9 mg/g、總多酚含量0.050 mg/g、單寧含量0.570 mg/g，紙皮核桃的N-H、O-H官能團物質(zhì)均高于溫138，這與光譜分析結(jié)果相符。

3 小結(jié)

試驗利用近紅外光譜分析技術(shù)對阿克蘇地區(qū)核桃主栽品種的特異光譜峰進行了分析，比較了當(dāng)?shù)卦耘嗟臏?38、新翠豐、溫185、新新2號、紙皮核桃5個品種的光譜差異，并依據(jù)不同吸光度鑒定核桃品種及品質(zhì)。光譜分析結(jié)果表明，在波數(shù)5 848～5 767 cm-1范圍內(nèi)，新翠豐的吸光度為0.611，新新2號的吸光度為0.554，溫138、紙皮核桃的吸光度為0.469，溫185的吸光度為0.448，此特征峰可作為各品種及實生后代鑒定的依據(jù)。

經(jīng)比較紙皮核桃及溫138的品質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，在波數(shù)7 090～6 900 cm-1范圍內(nèi)，C-H的吸收峰是溫138高于紙皮核桃；在波數(shù)5 210～4 760 cm-1范圍內(nèi)， O-H的吸收峰是紙皮核桃高于溫138核桃；在波數(shù)4 650 cm-1，N-H的吸收峰也是紙皮核桃高于溫138。營養(yǎng)成分含量測定結(jié)果表明，溫138的還原糖含量為0.664 5%、總糖含量為0.499 4%、纖維素含量為0.270 1%，紙皮核桃的還原糖含量為0.663 9%、總糖含量為0.456 1%、纖維素含量為0.256 3%，溫138的含C-H官能團物質(zhì)均高于紙皮核桃。紙皮核桃的蛋白質(zhì)含量為0.893 4 mg/g、總多酚含量為0.079 mg/g、單寧含量為0.801 mg/g，溫138的蛋白質(zhì)含量為0.709 9 mg/g、總多酚含量為0.050 mg/g、單寧含量為0.570 mg/g，紙皮核桃的N-H、O-H官能團物質(zhì)均高于溫138。反映出2種分析方法結(jié)果是相符的，說明利用近紅外光譜分析技術(shù)可以快速區(qū)別核桃品質(zhì)的優(yōu)劣。同時說明紙皮核桃比溫138核桃的糖類物質(zhì)含量少，酚類物質(zhì)含量多，抗氧化性能強；但口感澀味重，蛋白質(zhì)含量也比溫138高。綜合各營養(yǎng)成分后確認，紙皮核桃比溫138核桃的品質(zhì)好。

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