基于聚類分析的南疆核桃脂肪酸及維生素E含量的研究

張 銳 賈昌路, 高 山 徐崇志 劉華英 張銳利

(新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室1，阿拉爾 843300)

基于聚類分析的南疆核桃脂肪酸及維生素E含量的研究

張 銳1賈昌路1,2高 山2徐崇志1劉華英3張銳利3

(新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室1，阿拉爾 843300)

(塔里木大學植物科學學院2，阿拉爾 843300) (塔里木大學生命科學學院3，阿拉爾 843300)

為加強對新疆南疆地區(qū)核桃油脂利用，選定較優(yōu)的核桃油脂品種，以新疆阿克蘇地區(qū)種植的11個品種核桃為對象，利用色譜技術對核桃油脂中脂肪酸及VE進行測定，采用歐氏距離、類平均法進行聚類分析。結果表明：阿渾2號、紙皮核桃的出油率較高，新巨豐，扎343核桃的油脂中不飽和脂肪酸含量較高，新溫81號、新萃豐核桃的油脂中VE含量較高，通過聚類可將二巨豐、阿渾2號、新巨豐、新萃豐、扎71號、新烏417號、紙皮等7個品種聚為一類，說明此7個品種的不飽和脂肪酸、VE含量差異不大。綜合考慮各成分，新巨豐核桃出油率較高，不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸含量較高，α-生育酚、γ-生育酚含量較高，營養(yǎng)價值較好，是值得發(fā)展的營養(yǎng)型核桃品種。

核桃 脂肪酸 VE 聚類分析

核桃(JuglansregiaL.)又名胡桃，屬胡桃科(Juglandaceae)、核桃屬(Juglans)，為多年生落葉喬木，是世界重要的堅果類果樹和木本油料樹種[1]。核桃堅果內(nèi)富含脂肪酸，同時也是重要的維生素E來源，被認為是“21世紀的超級食品”[2]。

新疆作為我國核桃的4大產(chǎn)區(qū)之一，有著豐富的核桃資源，產(chǎn)品也以干果為主，但目前尚未選定出較優(yōu)的核桃油脂品種，來解決我區(qū)核桃產(chǎn)業(yè)面臨的困境與發(fā)展。因此，本研究擬采用高效液相、氣相色譜技術，測定南疆地區(qū)種質(zhì)資源圃中的11種核桃堅果仁中的脂肪酸和維生素E(生育酚)的含量，并利用聚類分析法進行聚類分析，為我區(qū)發(fā)展營養(yǎng)型核桃品種選育和進一步研究新疆核桃油脂資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

選用2013年9月3日至20日期間采自新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣木本糧油核桃林場的核桃，共11個品種，分別是溫138號、新溫81號、二巨豐、阿渾2號、新巨豐、新萃豐、扎71號、新烏417號、扎343、新179號和紙皮核桃。

氫氧化鉀、甲醇(分析純)：天津致遠化學試劑有限公司；正已烷(色譜純)：遠化學試劑有限公司；異丙醇(色譜純)：Sigma公司；乙酸(分析純)：天津永盛精細化工有限公司；C8-C22脂肪酸甲酯混標(F.A.M.E，MIX C8-C22)Sigma；維生素E混標： Lot number 00020329-2980 ChromaDax 公司。

TDL-5-A低速離心機：上海安亭科學儀器廠；GC-2014C氣相色譜儀、島津LC-20A高效液相色譜儀：島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 核桃油脂的提取

采用索氏提取法，參照韋芳三等[3]的方法。

1.2.2 脂肪酸組成及含量測定

脂肪酸甲酯化：稱取100 mg油樣到20 mL離心試管中，使樣品溶于10 mL正已烷，加100 uL 2 mol/L氫氧化鈉-甲醇溶液，蓋上試管，旋轉(zhuǎn)搖動30 s，4 000 r/min離心10 min，將清液轉(zhuǎn)移到2 mL樣品瓶中(轉(zhuǎn)移時用0.45 μm濾膜過濾)進行分析。

色譜條件：FID檢測器；安捷倫 HP-FFAP毛細管柱 30 m×0.25 mm, 0.25 μm；升溫程序：140 ℃(保持5 min)，4 ℃/min升溫至240 ℃，保持10 min；進樣口溫度、檢測器溫度為260 ℃；進樣體積1 μL；進樣方式：10∶1分流進樣。

1.2.3 VE含量測定

樣品處理：稱取1.00 g油樣到10 mL容量瓶中，正已烷定容；用0.45 μm濾膜過濾后轉(zhuǎn)移到2 mL樣品瓶中進行分析。

色譜條件：色譜柱(Phenomenex Kromasil 150 mm×4.6 mm, 3.5 μm)；SPD-M20A檢測器，檢測波長290 nm，柱溫35 ℃；流動相：0.2%異丙醇，0.8%乙酸溶于正已烷(1∶4)；流速1.0 mL/min；進樣體積10 μL。

樣品中VE的含量=B/A×C×V/m

式中:A為標準樣品的峰面積；B為待測樣品的峰面積；C為標準樣品的質(zhì)量濃度/mg/L；V為測定容液的體積/L；m為待測樣品的質(zhì)量/g。

2 結果與分析

2.1 脂肪含量分析

據(jù)1.2.1方法測得各品種的脂肪含量如表1所示。

表1 各品種核桃脂肪含量

表1可知，核仁脂肪含量在35.26%～59.88%之間，平均含量為50.49%，阿渾2號含量最高為59.88%，紙皮次之為58.70%，新烏417號脂肪含量最低為35.26%。

2.2 脂肪酸組成及含量分析

按1.2.2中的色譜條件，經(jīng)過氣相色譜分析后，得到脂肪酸甲酯混標的色譜峰保留時間，如圖1所示。根據(jù)各相關色譜峰的離子質(zhì)量，確定各脂肪酸的種類。

通過氣相色譜分析，與脂肪酸甲酯標準品進行比對，在核仁油脂中共檢測到18種脂肪酸(將反式油酸與順式油酸統(tǒng)稱為油酸)，包括11種飽和脂肪酸和7種不飽和脂肪酸。18種脂肪酸并不是均存于核桃油脂中，如肉豆蔻烯酸不存在于扎343品種中；肉豆蔻烯酸和月桂酸不存在于新179號、新烏417號和阿渾2號中。為便于分析，本研究只列出含量大于0.5%的脂肪酸，結果如表2所示。

注：16.012-棕櫚酸；20.925-硬脂酸；23.284-反油酸；23.776-油酸；24.827-亞油酸；26.294-花生酸。圖1 脂肪酸甲酯標準品氣相色譜圖

表2 各品種核桃脂肪酸組成及質(zhì)量分數(shù)/%

品種棕櫚酸硬脂酸油酸亞油酸花生酸不飽和脂肪酸飽和脂肪酸溫138號7.072.1315.7062.5311.8478.2321.04新溫81號6.481.9724.9456.759.3281.6917.77二巨豐5.402.4323.1359.788.7782.9116.60阿渾2號6.002.1414.7865.5711.0880.3519.22新巨豐4.211.8332.3252.708.4685.0214.50新萃豐6.082.3422.0959.999.0382.0817.45扎71號5.702.0022.8258.6610.1781.4817.87新烏417號4.471.9027.5655.5510.1083.1116.47扎3430.071.8621.7562.039.7083.7811.63新179號5.4018.4815.2052.877.7068.0731.58紙皮5.471.9121.1058.2110.8579.3118.23平均值5.123.5421.9458.609.7380.5518.40

結果表明，11個品種油脂中含有豐富的不飽和脂肪酸-油酸、亞油酸，同時也具有少量的飽和脂肪酸棕櫚酸、硬脂酸、花生酸。其中，棕櫚酸質(zhì)量分數(shù)最多的是溫138號，為7.07%，其次是新溫81號，為6.48%，扎343的最少，為0.07%；新179號硬脂酸質(zhì)量分數(shù)最多，達到了18.48%，其次是二巨豐，為2.43%，新巨豐的質(zhì)量分數(shù)最少，為1.83%；新巨豐油酸質(zhì)量分數(shù)最多(32.32%)，其次是新烏471號(27.56%)，阿渾2號的最少(14.78%)；亞油酸質(zhì)量分數(shù)最多的是阿渾2號，為65.57%，其次是溫138號，為62.53%，新巨豐的最少，僅為52.70%；花生酸質(zhì)量分數(shù)最高的是溫138號，達到了11.84%，阿渾2號的其次，為11.08%，新巨豐的最低，僅為8.46%。

對于各品種而言，在18種脂肪酸中，不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)在85.02%～68.07%之間，平均值80.55%，其中新巨豐、新萃豐、扎343等8個品種質(zhì)量分數(shù)達到80%以上，而新179號中不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)較低，僅為68.07%(表2)。

2.3 VE含量分析

經(jīng)過液相色譜分析后，得到含有8種同分異構體的VE混合標品的色譜圖，如圖2所示。對所有類型的VE進行計算后，得到各樣品的VE總量如表3所示。

注：1 α-生育酚，2 α-生育三烯酚，3β-生育酚，4 γ-生育酚，5 β-生育三烯酚，6 γ-生育三烯酚型，7 δ-生育酚，8 δ-生育三烯酚。圖2 VE混標液相色譜圖

表3 各品種核桃中VE組成及含量/mg

品種α-生育酚β-生育酚γ-生育酚δ-生育酚α-生育三烯酚β-生育三烯酚γ-生育三烯酚δ-生育三烯酚VE總量溫138號0.780.010.010.010.060.030.010.000.91新溫81號0.280.030.030.000.955.470.000.016.77二巨豐0.300.020.060.000.393.860.000.014.64阿渾2號0.240.022.720.000.600.010.000.003.59新巨豐0.360.013.620.000.510.020.000.014.53新萃豐0.290.033.900.000.540.030.000.004.79扎71號0.240.033.050.000.480.040.000.003.84新烏417號0.380.043.400.010.310.000.000.004.14扎3430.010.020.010.040.010.910.020.011.03新179號0.030.200.000.000.313.290.000.003.83紙皮0.290.023.630.000.550.020.000.004.51

由表3可以看出，在11個品種中，VE總含量變幅在1.03～6.77 mg/g，平均值為3.89 mg/g。各品種間VE總量不同，并且各類型VE含量在品種間也存在較大差異。新溫81號中VE含量較高，達到了6.77 mg/g、新萃豐次之為4.79 mg/g，溫138號中VE含量較低僅為0.91 mg/g。

在8種生育酚中，α-生育酚的生理活性最強，在抗氧化能力中起著主導作用[4]。由表3可以看出，溫138號的α-生育酚含量最高，說明該品種的抗氧化能力較強，新烏417號次之，扎343品種的α-生育酚含量最低，抗氧化能力較其他品種低。γ-生育酚能夠抑制乳腺癌和肺癌細胞的增值[5]，且在清除人體內(nèi) NO2自由基的能力、抗炎性等方面比α-生育酚強[6,7]，對人體有較大的作用。結果表明，在11個核桃品種中新萃豐核桃油脂中γ-生育酚含量最多，達到了3.90 mg/g，其次是紙皮核桃(3.63 mg/g)，說明這2個品種的營養(yǎng)價值較好，而溫138號、新溫81號、新179號、扎343這4個品種核桃油脂中γ-生育酚的含量接近0，甚至為0，說明這4個品種核桃的營養(yǎng)價值較其他品種差些。

2.4 聚類分析

將各品種中的不飽和脂肪酸、維生素E含量和樣品名稱建立矩陣，用DPS7.05 軟件進行中心化變換，選擇歐氏距離、類平均法進行聚類分析，獲取聚類譜系圖(如圖3、圖4)。由聚類分析圖可以看出：在距離為2.80左右處，通過不飽和脂肪酸可以將11個品種分為3大類，第1類為新179號，是不飽和脂肪酸含量最少的一類；第2類為溫138號，是不飽和脂肪酸含量處于中間狀態(tài)的一類；其余的9個品種為第3類，是不飽和脂肪酸含量相對較高的一類，說明這9個品種的不飽和脂肪酸含量差異不大；在距離為0.90左右處，通過VE可以將11個品種分為3大類，第1類為新溫81號，是VE含量較多的一類；第2類為扎343號、溫138號，是VE含量相對較少的一類；其余的8個品種為第3類，說明這8個品種中VE的含量差異不大。

圖3 11個核桃品種中脂肪酸的聚類分析圖

圖4 11個核桃品種中VE的聚類分析圖

3 討論與結論

以脂肪酸、VE的聚類分析為基礎，在11個核桃品種中，二巨豐、阿渾2號、新巨豐、新萃豐、扎71號、新烏417號和紙皮7個核桃品種的脂肪酸、VE含量處于同一水平，彼此間的差異不大。在7個品種中，除新萃豐外，其他6個品種的脂肪含量不存在差異。

在5種脂肪酸中，油酸屬于單不飽和脂肪酸，對人體具有重要的作用，可以降低血糖水平[8]、降低血脂水平、控制血壓[9]。在7個品種中，新巨豐核桃的不飽和脂肪酸含量最高，油酸含量最高，營養(yǎng)價值較好。

對VE而言，在7個品種中，新萃豐核桃的VE總量最高，其次是二巨豐，新巨豐排在第三位，而在VE中，α-生育酚、γ-生育酚是最為主要的兩種生育酚，雖然新巨豐核桃的VE總量低于新萃豐，但其中的α-生育酚、γ-生育酚的含量卻相對較高，營養(yǎng)價值較好。

就當今社會的消費狀況來看，人們越來越追求食物中的營養(yǎng)價值，因此，綜合各指標來看，新巨豐核桃具有較高的出油率，不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸含量較高，α-生育酚、γ-生育酚含量較高，抗氧化能力較強，營養(yǎng)價值較好，是值得發(fā)展的營養(yǎng)型核桃品種。

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Tocopherol and Fatty Acids Contents of Walnut in South Xinjiang Based on Clustering Analysis

Zhang Rui1Jia Changlu1,2Gao Shan2Xu Chongzhi1Liu Huaying3Zhang Ruili3

(Xinjiang Production and Construction Corps Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin1,Alaer 843300) (College of Plant Science and Technology, Tarim University2,Alaer 843300) (College of Life Science, Tarim University3, Alaer 843300)

In order to strengthen application of walnut oil and select preferred oil variety, 11 walnuts varieties were collected from Aksu region in Xinjiang as study materials. The HPLC and GC technique were used to determine the contents of fatty acid and VE on walnut oil, and the Euclidean distance and group-average method were used for cluster analysis. The results showed that “A Hun 2”，“Zhi Pi” walnut on oil yielding were higher than those of others, the contents of VE in “Xin Wen 81” and “Xin Cuifeng” were higher than other cultivars, and “Er Jufeng”,“A Hun 2”,“Xin Jufeng”,“Xin Cuifeng”,“Zha 71”,“Xin Wu 417 ”,“Zhi Pi” walnut species cluster together, indicating that difference between this seven varieties of unsaturated fatty acids and VE contents was insignificant. The analysis result showed that the “Xin Jufeng” has high oil yielding, and higher unsaturated fatty acid and monounsaturated fatty acid, and α and γ totaxinis contents were higher, so it was worthy of expanding nutritional walnut resource.

walnuts, fatty acid, VE, clustering analysis

國家科技支撐計劃(2014BAC14B05)，國家自然科學基金(31460503)，兵團工業(yè)攻關項目(2014BA014),兵團科技攻關計劃(2011BA003)

2015-06-26

張銳，女，1979年出生，副教授，核桃高產(chǎn)栽培機理及分子育種

張銳利，男，1975年出生，副教授，食品化學

S664.1

A

1003-0174(2017)02-0125-05