美国山核桃果实特征及粗纤维含量差异研究*

张金丽 李 靖 艾星梅 王 锦 马长乐

(1. 西南林业大学园林学院，云南 昆明 650224；2. 西南林业大学云南省高校园林植物与观赏园艺重点实验室，云南 昆明 650224；3. 西南林业大学生命科学学院，云南 昆明 650224)

美国山核桃(Caryaillinoensis)又名薄壳山核桃、长山核桃，核桃科山核桃属高大乔木，它原产美国，现以美国为中心产区，分布于法国、美国、墨西哥、意大利、以色列、日本、中国等地，是世界上重要的干果树种之一[1]。美国山核桃的壳薄且易剥，核仁非常肥厚，味道甜而香，果实含有很多种矿物质和维生素，除了直接食用外还可以榨取高级食用油和制作冰激凌、糕点等[2-3]。美国山核桃还是优良的材用和生态型绿化树种，木材的纹理很细腻，质地坚韧且有弹性，是建筑、军工及高档家具的良好用材；树形高大，枝叶繁茂，是园林绿化及生态建设的重要树种[4]。同时，核桃产业在目前还是脱贫致富的重要助推器，多地将其作为扶贫攻坚的主要战略[5]。

干果的果实品质，除了取决于果实的大小、外观、风味、质地等感官指标外，主要取决于其可溶性固形物、可溶性蛋白质、总糖、粗纤维等营养成分的含量[6]。朱灿灿等[7]对不同单株果实品质进行了分析，但未对美国山核桃品种进行果实特征及粗纤维含量的比较。董静等[8]对云南省三大良种核桃品质特点进行研究，并筛选出果油兼优的品种。目前国内外已对美国山核桃进行了初步研究，但主要集中于品种介绍、病虫害防治、栽培措施等方面[9-11]。本研究对引种至云南禄劝县小湾干果良种示范园的美国山核桃12个品种果实进行形态特征、粗纤维含量的测定与比较分析，为其引种及品种筛选提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

云南禄劝县小湾干果良种示范园，地处东经102°29′57.3″，北纬25°28′51.8″。从该地采集贝克、波尼、肖尼、特贾斯、斯特尔特、绍兴、金华、卡多、艾利奥特、马汉、德西拉布、契可特12种从美国引种的美国山核桃成熟果实样品，每个品种采集100个左右，将其置于室内阴干，每个品种随机选择外表光滑完整而无裂缝的50个果实，待测。

1.2 实验方法

1.2.1果实特征测定

对选取的美国山核桃果实特征进行测定，采用游标卡尺 (精确到0.01 mm) 测定果实长度和宽度，采用分析天平 (精确到0.01 g) 称量其质量，并记录数据。

1.2.2粗纤维含量测定

通过改变提取时间、碱液浓度、核桃粉细度3个单因素，提取粗纤维，并参照孙小平等[12]的方法进行测定。

提取时间的选择：选择30、60 min和90 min进行平行对照实验考察碱提取时间对实验结果的影响；碱液浓度的选择：在最优消化时间的条件下，比较5%、10%、15%、20%不同浓度的碳酸钠对消化结果的影响；核桃粉细度的选择：选择80、60、40、20目核桃粉，分别在最优提取时间和碱液浓度下比较核桃粉细度对实验结果的影响。

1.3 数据分析

用Excel 2007和SPSS 19.0对数据进行整理并分析，利用Design Expert 8.0.5.1软件设计响应面试验，对结果进行响应面回归和方法分析，对美国山核桃粗纤维提取条件进行优化。

2 结果与分析

2.1 形态特征分析

由表1可知，金华变异较小，说明该品种在栽培引种过程中其果实特征相对稳定，波尼相对变异较大，说明环境等因素会对其产生一定影响。

表1 12个美国山核桃品种果实的形态特征比较Table 1 Comparison of morphological characteristics of 12 C.illinoensis varieties

注：数据为平均值 ± 标准差。

12个品种的美国山核桃的长度为2.5～4.80 cm，其中最长的品种是马汉，最短的是艾利奥特，从长到短依次为马汉 > 肖尼 > 特贾斯 > 契可特 > 金华 > 贝克 > 波尼 > 卡多 > 德西拉布 > 斯特尔特 > 绍兴 > 艾利奥特。宽度为1.68～2.10 cm之间，其中最宽的是斯特尔特，最窄的是特贾斯，排列顺序从宽到窄依次为斯特尔特 > 德西拉布 > 契可特 > 绍兴 > 肖尼 > 贝克 > 波尼 > 金华 > 马汉 > 艾利奥特 > 卡多 > 斯贾特。质量为4.00～9.50 g之间，其中质量最大的是马汉，质量最小的是艾利奥特，排列顺序从重到轻依次为马汉 > 德西拉布 > 波尼 > 斯特尔特 > 肖尼 > 契可特 > 贝克 > 金华 > 绍兴 > 卡多 > 特贾斯 > 艾利奥特。美国山核桃果实的长度和宽度与质量存在一定的相关性，这在一定程度上反映了美国山核桃果实的优良性状。综合果实测定的结果，马汉果长、果宽和质量都相对较好。

2.2 提取条件的优化及粗纤维含量测定结果

由图1可知，随碱提时间的增加，12个美国山核桃粗纤维产率为先升高后逐渐下降，在60 min时达到最大值。为了使提取量尽可能达到较高值，反应时间不宜过长，应尽量控制在60 min左右。

图1不同提取时间对粗纤维含量的影响
Fig.1 Effects of different extraction time on the content of crude fiber

由图2可知，在此条件下，比较4个不同浓度碳酸钠 (5%、10%、15%、20%) 对消化结果的影响，随碱液浓度的增加，粗纤维产率呈先升高后逐渐下降趋势，并在碱液浓度为15%时达到最大值。说明过高或过低的浓度都不利于粗纤维的最大化提取，过低会使反应不够成分，高温也会对提取的纤维产生破坏作用。

图2不同碱液浓度对粗纤维含量的影响
Fig.2 Effects of different alkali concentration on the content of crude fiber

由图3可知，通过改变山核桃粉细度，分别用20、40、60和80目的核桃粉，在提取时间为60 min，提取碱液浓度为15%的反应条件下比较核桃粉细度对实验结果的影响。采用80目核桃粉时，粗纤维总产量较高，说明核桃粉越细，反应进行的越充分，且在80目时较为合适。

图3核桃粉细度对粗纤维含量的影响
Fig.3 Effects of fineness ofC.illinoensispowder on the content of crude fiber

2.3 采用响应面法对测定粗纤维含量工艺的优化

据Box. Benhnken实验原理[13]，综合单因素因子对实验结果的影响，选择对粗纤维含量影响显著的3个因素：浸提时间、碱液浓度、核桃粉细度，在单因素试验的基础上采用3因素3水平设计 (表2)，计算其粗纤维的提取率 (表3)，并对其进行回归拟合后得到自变量与响应值的二次多项回归方程为：提取率为Y，提取时间为X1，碱液浓度X2，细度为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 优化响应面法的水平与因素Table 2 Levels and factors of optimizing response surface method

由表4可知，用回归方程来对各因素和响应值两者之间的关系进行描述时，其因变量、自变量间的线性关系显著R2=0.941 4，方程F值 >P(9, 5)=145.60，所以是高度显著的，同时也表明该方法比较可靠。对该方程各项方差进一步检验可以看出，方程失拟项较小，所以说该方程的实验拟合较好，误差较小，可用于代替实验真实点来分析实验结果。此回归方程的方差分析结果也表明，方程一、二次项的影响显著，说明各实验因子对于响应值的影响并不是简单线性关系。

表3 响应面分析方案及实验结果Table 3 Response surface analysis scheme and experimental results

表4 回归分析结果Table 4 Regression analysis results

注：*表示影响显著。

选用15个试验点，其中4、5、9号为中心试验，其余为析因试验。所有试验点分为零点和析因点，零点为区域的中心点，并做3次重复；析因点为自变量，取X1、X2、X3所构成的三维顶点得值，来估计试验误差。表5是采用SAS RSREG程序进行回归分析的结果，图4～6是对应的响应面图和等值线图。

图4～6反映了响应值在各因素下的影响情况，从等值线图看出，在圆心处应该存在极值。通过比较可知3个因素对美国山核桃的粗纤维测量的影响较为平均。因此，3因素的测定对美国山核桃中粗纤维的测定影响相辅相成的。因此当提取时间为45 min，碱液浓度为10%，细度过筛50目时，检测出的美国山核桃粗纤维含量最高。

表5 响应面结果方差分析Table 5 Variance analysis of response surface results

图4Y=f(时间，浓度)的响应面和等值线
Fig.4 Response surface and isoline of Y=f (time, concentration)

图5Y=f(时间，细度)的响应面和等值线
Fig.5 Response surface and isoline of Y=f (time, fineness)

图6Y=f(细度，浓度)的响应面和等值线
Fig.6 Response surface and isoline of Y=f (fineness, concentration)

2.4 优化后粗纤维含量分析

表6为采用响应面法优化后测定的粗纤维含量的数据结果，通过3个对照组的标准差可知，实验数据结果较稳定，可信度高。12个美国山核桃品种的粗纤维含量在5%～8%，其中波尼的粗纤维含量最高，金华的最低。

表6 12个美国山核桃品种粗纤维含量比较Table 6 Comparison of crude fiber contents of 12 C.illinoensis varieties %

3 结论与讨论

本研究对12个不同品种的美国山核桃果实特征和粗纤维含量进行比较。美国山核桃不同引种品种之间的果实形态存在一定差异，其长度为2.50～4.80 cm，宽度为1.60～2.10 cm，质量为4.00～9.50 g。

通过改变3个单因素，最终得到提取时间为60 min，碱液浓度为15%，细度过筛为80目时粗纤维含量较高，这与孙小平等[12]在海带中的研究结果一致。但是单因素的改变在一定程度上是存在局限的，为了使研究结果更加精确，采用响应面法对其进行优化，优化后当提取时间为45 min，碱液浓度为10%，细度过筛为50目时，检测到粗纤维含量最高；本实验通过计算3个对照组的标准差可知，实验数据结果较稳定，可信度高；最终测定的美国山核桃粗纤维含量中波尼的粗纤维含量最高，金华的粗纤维含量最低，12个品种的美国山核桃粗纤维含量百分比在5%～8%之间；粗纤维含量从高到低为波尼 > 契可特 > 斯特尔特 > 肖尼 > 贝克 > 特贾斯 > 绍兴 > 卡多 > 得西拉布 > 艾利奥特 > 马汉 > 金华。

粗纤维含量在不同核桃中各不相同，王予沁等[14]测定的河南核桃中粗纤维含量为2.4%，明显低于美国山核桃，而Maro等[15]研究的澳洲坚果粗纤维含量则达到了6%～30%，大大高于美国山核桃。粗纤维的含量与品种有关，美国山核桃相比其他普通核桃，其粗纤维含量较高，说明在核桃的引种上，可以优先选择。选种育种对于后代的繁殖具有重要的作用，会直接影响后代的基因的优劣。本研究从形态特征、粗纤维进行探讨，为国内山核桃的引种提供了数据支持。

致谢：感谢云南省禄劝县小湾干果良种示范园的吴克强老师为本研究提供美国山核桃样品。