美國山核桃果實(shí)特征及粗纖維含量差異研究*

張金麗 李 靖 艾星梅 王 錦 馬長樂

(1. 西南林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學(xué)云南省高校園林植物與觀賞園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；3. 西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650224)

美國山核桃(Caryaillinoensis)又名薄殼山核桃、長山核桃，核桃科山核桃屬高大喬木，它原產(chǎn)美國，現(xiàn)以美國為中心產(chǎn)區(qū)，分布于法國、美國、墨西哥、意大利、以色列、日本、中國等地，是世界上重要的干果樹種之一[1]。美國山核桃的殼薄且易剝，核仁非常肥厚，味道甜而香，果實(shí)含有很多種礦物質(zhì)和維生素，除了直接食用外還可以榨取高級食用油和制作冰激凌、糕點(diǎn)等[2-3]。美國山核桃還是優(yōu)良的材用和生態(tài)型綠化樹種，木材的紋理很細(xì)膩，質(zhì)地堅(jiān)韌且有彈性，是建筑、軍工及高檔家具的良好用材；樹形高大，枝葉繁茂，是園林綠化及生態(tài)建設(shè)的重要樹種[4]。同時(shí)，核桃產(chǎn)業(yè)在目前還是脫貧致富的重要助推器，多地將其作為扶貧攻堅(jiān)的主要戰(zhàn)略[5]。

干果的果實(shí)品質(zhì)，除了取決于果實(shí)的大小、外觀、風(fēng)味、質(zhì)地等感官指標(biāo)外，主要取決于其可溶性固形物、可溶性蛋白質(zhì)、總糖、粗纖維等營養(yǎng)成分的含量[6]。朱燦燦等[7]對不同單株果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了分析，但未對美國山核桃品種進(jìn)行果實(shí)特征及粗纖維含量的比較。董靜等[8]對云南省三大良種核桃品質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行研究，并篩選出果油兼優(yōu)的品種。目前國內(nèi)外已對美國山核桃進(jìn)行了初步研究，但主要集中于品種介紹、病蟲害防治、栽培措施等方面[9-11]。本研究對引種至云南祿勸縣小灣干果良種示范園的美國山核桃12個(gè)品種果實(shí)進(jìn)行形態(tài)特征、粗纖維含量的測定與比較分析，為其引種及品種篩選提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

云南祿勸縣小灣干果良種示范園，地處東經(jīng)102°29′57.3″，北緯25°28′51.8″。從該地采集貝克、波尼、肖尼、特賈斯、斯特爾特、紹興、金華、卡多、艾利奧特、馬漢、德西拉布、契可特12種從美國引種的美國山核桃成熟果實(shí)樣品，每個(gè)品種采集100個(gè)左右，將其置于室內(nèi)陰干，每個(gè)品種隨機(jī)選擇外表光滑完整而無裂縫的50個(gè)果實(shí)，待測。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1果實(shí)特征測定

對選取的美國山核桃果實(shí)特征進(jìn)行測定，采用游標(biāo)卡尺 (精確到0.01 mm) 測定果實(shí)長度和寬度，采用分析天平 (精確到0.01 g) 稱量其質(zhì)量，并記錄數(shù)據(jù)。

1.2.2粗纖維含量測定

通過改變提取時(shí)間、堿液濃度、核桃粉細(xì)度3個(gè)單因素，提取粗纖維，并參照孫小平等[12]的方法進(jìn)行測定。

提取時(shí)間的選擇：選擇30、60 min和90 min進(jìn)行平行對照實(shí)驗(yàn)考察堿提取時(shí)間對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；堿液濃度的選擇：在最優(yōu)消化時(shí)間的條件下，比較5%、10%、15%、20%不同濃度的碳酸鈉對消化結(jié)果的影響；核桃粉細(xì)度的選擇：選擇80、60、40、20目核桃粉，分別在最優(yōu)提取時(shí)間和堿液濃度下比較核桃粉細(xì)度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并分析，利用Design Expert 8.0.5.1軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，對結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面回歸和方法分析，對美國山核桃粗纖維提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)特征分析

由表1可知，金華變異較小，說明該品種在栽培引種過程中其果實(shí)特征相對穩(wěn)定，波尼相對變異較大，說明環(huán)境等因素會(huì)對其產(chǎn)生一定影響。

表1 12個(gè)美國山核桃品種果實(shí)的形態(tài)特征比較Table 1 Comparison of morphological characteristics of 12 C.illinoensis varieties

注：數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差。

12個(gè)品種的美國山核桃的長度為2.5～4.80 cm，其中最長的品種是馬漢，最短的是艾利奧特，從長到短依次為馬漢 > 肖尼 > 特賈斯 > 契可特 > 金華 > 貝克 > 波尼 > 卡多 > 德西拉布 > 斯特爾特 > 紹興 > 艾利奧特。寬度為1.68～2.10 cm之間，其中最寬的是斯特爾特，最窄的是特賈斯，排列順序從寬到窄依次為斯特爾特 > 德西拉布 > 契可特 > 紹興 > 肖尼 > 貝克 > 波尼 > 金華 > 馬漢 > 艾利奧特 > 卡多 > 斯賈特。質(zhì)量為4.00～9.50 g之間，其中質(zhì)量最大的是馬漢，質(zhì)量最小的是艾利奧特，排列順序從重到輕依次為馬漢 > 德西拉布 > 波尼 > 斯特爾特 > 肖尼 > 契可特 > 貝克 > 金華 > 紹興 > 卡多 > 特賈斯 > 艾利奧特。美國山核桃果實(shí)的長度和寬度與質(zhì)量存在一定的相關(guān)性，這在一定程度上反映了美國山核桃果實(shí)的優(yōu)良性狀。綜合果實(shí)測定的結(jié)果，馬漢果長、果寬和質(zhì)量都相對較好。

2.2 提取條件的優(yōu)化及粗纖維含量測定結(jié)果

由圖1可知，隨堿提時(shí)間的增加，12個(gè)美國山核桃粗纖維產(chǎn)率為先升高后逐漸下降，在60 min時(shí)達(dá)到最大值。為了使提取量盡可能達(dá)到較高值，反應(yīng)時(shí)間不宜過長，應(yīng)盡量控制在60 min左右。

圖1不同提取時(shí)間對粗纖維含量的影響
Fig.1 Effects of different extraction time on the content of crude fiber

由圖2可知，在此條件下，比較4個(gè)不同濃度碳酸鈉 (5%、10%、15%、20%) 對消化結(jié)果的影響，隨堿液濃度的增加，粗纖維產(chǎn)率呈先升高后逐漸下降趨勢，并在堿液濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值。說明過高或過低的濃度都不利于粗纖維的最大化提取，過低會(huì)使反應(yīng)不夠成分，高溫也會(huì)對提取的纖維產(chǎn)生破壞作用。

圖2不同堿液濃度對粗纖維含量的影響
Fig.2 Effects of different alkali concentration on the content of crude fiber

由圖3可知，通過改變山核桃粉細(xì)度，分別用20、40、60和80目的核桃粉，在提取時(shí)間為60 min，提取堿液濃度為15%的反應(yīng)條件下比較核桃粉細(xì)度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。采用80目核桃粉時(shí)，粗纖維總產(chǎn)量較高，說明核桃粉越細(xì)，反應(yīng)進(jìn)行的越充分，且在80目時(shí)較為合適。

圖3核桃粉細(xì)度對粗纖維含量的影響
Fig.3 Effects of fineness ofC.illinoensispowder on the content of crude fiber

2.3 采用響應(yīng)面法對測定粗纖維含量工藝的優(yōu)化

據(jù)Box. Benhnken實(shí)驗(yàn)原理[13]，綜合單因素因子對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，選擇對粗纖維含量影響顯著的3個(gè)因素：浸提時(shí)間、堿液濃度、核桃粉細(xì)度，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用3因素3水平設(shè)計(jì) (表2)，計(jì)算其粗纖維的提取率 (表3)，并對其進(jìn)行回歸擬合后得到自變量與響應(yīng)值的二次多項(xiàng)回歸方程為：提取率為Y，提取時(shí)間為X1，堿液濃度X2，細(xì)度為X3，Y=-10.588 75 + 0.454 17X1+ 1.103 00X2+ 1.492 50X3- 4.033 33E - 003X1X2-8.166 67E - 003X1X3- 0.063 50X2X3- 4.216 67E - 003X12- 0.042 550X22- 0.868 75X32。

表2 優(yōu)化響應(yīng)面法的水平與因素Table 2 Levels and factors of optimizing response surface method

由表4可知，用回歸方程來對各因素和響應(yīng)值兩者之間的關(guān)系進(jìn)行描述時(shí)，其因變量、自變量間的線性關(guān)系顯著R2=0.941 4，方程F值 >P(9, 5)=145.60，所以是高度顯著的，同時(shí)也表明該方法比較可靠。對該方程各項(xiàng)方差進(jìn)一步檢驗(yàn)可以看出，方程失擬項(xiàng)較小，所以說該方程的實(shí)驗(yàn)擬合較好，誤差較小，可用于代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)來分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此回歸方程的方差分析結(jié)果也表明，方程一、二次項(xiàng)的影響顯著，說明各實(shí)驗(yàn)因子對于響應(yīng)值的影響并不是簡單線性關(guān)系。

表3 響應(yīng)面分析方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Response surface analysis scheme and experimental results

表4 回歸分析結(jié)果Table 4 Regression analysis results

注：*表示影響顯著。

選用15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中4、5、9號(hào)為中心試驗(yàn)，其余為析因試驗(yàn)。所有試驗(yàn)點(diǎn)分為零點(diǎn)和析因點(diǎn)，零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，并做3次重復(fù)；析因點(diǎn)為自變量，取X1、X2、X3所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)得值，來估計(jì)試驗(yàn)誤差。表5是采用SAS RSREG程序進(jìn)行回歸分析的結(jié)果，圖4～6是對應(yīng)的響應(yīng)面圖和等值線圖。

圖4～6反映了響應(yīng)值在各因素下的影響情況，從等值線圖看出，在圓心處應(yīng)該存在極值。通過比較可知3個(gè)因素對美國山核桃的粗纖維測量的影響較為平均。因此，3因素的測定對美國山核桃中粗纖維的測定影響相輔相成的。因此當(dāng)提取時(shí)間為45 min，堿液濃度為10%，細(xì)度過篩50目時(shí)，檢測出的美國山核桃粗纖維含量最高。

表5 響應(yīng)面結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of response surface results

圖4Y=f(時(shí)間，濃度)的響應(yīng)面和等值線
Fig.4 Response surface and isoline of Y=f (time, concentration)

圖5Y=f(時(shí)間，細(xì)度)的響應(yīng)面和等值線
Fig.5 Response surface and isoline of Y=f (time, fineness)

圖6Y=f(細(xì)度，濃度)的響應(yīng)面和等值線
Fig.6 Response surface and isoline of Y=f (fineness, concentration)

2.4 優(yōu)化后粗纖維含量分析

表6為采用響應(yīng)面法優(yōu)化后測定的粗纖維含量的數(shù)據(jù)結(jié)果，通過3個(gè)對照組的標(biāo)準(zhǔn)差可知，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果較穩(wěn)定，可信度高。12個(gè)美國山核桃品種的粗纖維含量在5%～8%，其中波尼的粗纖維含量最高，金華的最低。

表6 12個(gè)美國山核桃品種粗纖維含量比較Table 6 Comparison of crude fiber contents of 12 C.illinoensis varieties %

3 結(jié)論與討論

本研究對12個(gè)不同品種的美國山核桃果實(shí)特征和粗纖維含量進(jìn)行比較。美國山核桃不同引種品種之間的果實(shí)形態(tài)存在一定差異，其長度為2.50～4.80 cm，寬度為1.60～2.10 cm，質(zhì)量為4.00～9.50 g。

通過改變3個(gè)單因素，最終得到提取時(shí)間為60 min，堿液濃度為15%，細(xì)度過篩為80目時(shí)粗纖維含量較高，這與孫小平等[12]在海帶中的研究結(jié)果一致。但是單因素的改變在一定程度上是存在局限的，為了使研究結(jié)果更加精確，采用響應(yīng)面法對其進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后當(dāng)提取時(shí)間為45 min，堿液濃度為10%，細(xì)度過篩為50目時(shí)，檢測到粗纖維含量最高；本實(shí)驗(yàn)通過計(jì)算3個(gè)對照組的標(biāo)準(zhǔn)差可知，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果較穩(wěn)定，可信度高；最終測定的美國山核桃粗纖維含量中波尼的粗纖維含量最高，金華的粗纖維含量最低，12個(gè)品種的美國山核桃粗纖維含量百分比在5%～8%之間；粗纖維含量從高到低為波尼 > 契可特 > 斯特爾特 > 肖尼 > 貝克 > 特賈斯 > 紹興 > 卡多 > 得西拉布 > 艾利奧特 > 馬漢 > 金華。

粗纖維含量在不同核桃中各不相同，王予沁等[14]測定的河南核桃中粗纖維含量為2.4%，明顯低于美國山核桃，而Maro等[15]研究的澳洲堅(jiān)果粗纖維含量則達(dá)到了6%～30%，大大高于美國山核桃。粗纖維的含量與品種有關(guān)，美國山核桃相比其他普通核桃，其粗纖維含量較高，說明在核桃的引種上，可以優(yōu)先選擇。選種育種對于后代的繁殖具有重要的作用，會(huì)直接影響后代的基因的優(yōu)劣。本研究從形態(tài)特征、粗纖維進(jìn)行探討，為國內(nèi)山核桃的引種提供了數(shù)據(jù)支持。

致謝：感謝云南省祿勸縣小灣干果良種示范園的吳克強(qiáng)老師為本研究提供美國山核桃樣品。