近红外技术对南疆核桃品种的鉴定及品质比较
材料与方法
1.1 材料
1..1.1 植物材料 试验所用核桃样品源于阿克苏地区温宿县木本粮油林场，以当地栽培的温138、新翠丰、温185、新新2号、纸皮核桃5个品种为参试材料，在2012年9月完成采样，每个品种采30个果实。从30个果实中选取20个大小均一的样果进行光谱扫描。
1.1.2 仪器 光谱仪为An-taris Ⅱ FT-NIR，美国Thermo Fisher公司生产，型号是傅里叶变换型，带有漫反射积分球采样附件，自带TQ-Analyst软件。
1.2 方法
1.2.1 核桃壳厚度测定 利用游标卡尺，对各品种的20个核桃样果进行壳厚度测定，取20个样果壳厚的平均值。
1.2.2 核桃仁内营养成分含量测定 对不同核桃品种进行营养成分含量的测定，核仁中还原糖的测定采用3，5-二硝基水杨酸法[11]；总糖、纤维素的测定采用蒽酮比色法[12]；蛋白质的测定采用考马斯亮蓝G250染色法[13]；总酚的测定采用普鲁士蓝法[14]；单宁含量的测定采用分光光度法[15]。
1.2.3 光谱采集 光谱采集前，先将核桃样品放入室内12 h，然后将仪器打开预热15 min，测量温度为室温，采用漫反射方式采集光谱，以仪器内部空气为背景。光谱采集范围是10 000～4 000 cm-1；光谱分辨率8 cm-1；扫描次数32 次，增益为2 x。将20个大小均一的样品放置在积分球窗口上进行光谱扫描，扫描完后取20个核桃样果光谱的均值进行分析。
1.2.4 光谱的处理 在光谱扫描过程中，对每个品种的20个核桃样果进行扫描后最终得到20条光谱；而在对不同品种间进行光谱比较时，应先求出这20条光谱的平均光谱，得到每个品种的光谱图；再利用各品种的光谱图进行分析比较。所以在完成光谱采集后，利用TQ Ana-lyst软件对采集的光谱进行预处理，使得光谱趋于平滑，再计算出不同核桃品种的平均光谱。
2 结果与分析
2.1 各品种20个样果及品种的光谱
在样品光谱扫描过程中，除样品本身的化学信息之外，电噪声、样品背景和杂散光等其他因素都会或多或少地影响光谱成分，从而导致光谱出现较为复杂的重叠信息。5个核桃品种各20个样果的光谱扫描情况见图1，各个核桃品种的平均光谱见图2。从图1、图2可见，不同的核桃品种由于含有相同的物质组成（脂肪、蛋白质、单宁、酚类和糖类等有机物），所以从光谱的整体走向来看呈现出了一定的规律性，如5个品种核桃近红外光谱曲线非常相似，共出现了6个吸收峰，并且6个吸收峰出现的波数范围相同。每个吸收峰的出现源于不同的官能团，而每个官能团存在于不同的物质中，因此可以通过吸收峰对核桃品种进行成分分析。
近红外光谱的吸收过程是基于一束红外单色或复合光照射穿过样品时，样品的分子选择性地吸收辐射光中某些频率波段的光，引起分子中化学键的振动，进而产生光谱。而不同的化学键又会在不同的波段被吸收，如C-H的合频吸收出现在7 090～6 900 cm-1（1 410～1 450 nm）区域；O-H的合频出现在5 210～4 760 cm-1（1 920～2 100 nm）区域；N-H的合频吸收出现在4 650 cm-1（2 150 nm）附近。因此，可以根据不同的吸收峰区域来判断该样品所含有的化学键类型。
对于样品的光谱吸收，其过程符合Lambert-Beer定律：
A=Klc。
式中，A为吸光度，K为光被吸收的比例系数，l为吸收介质的厚度或称光程，c为吸光物质的浓度。当光程一定时，吸光度A与浓度c呈线性关系；当浓度一定时，吸光度A与光程l呈线性关系，即呈正比关系。因此，可以根据各样品在不同波数范围内吸光度的大小，来估计各样品中某种物质的含量关系。所以，结合光谱峰的区域与Lambert-Beer定律，可以估计出各样品中物质含量的多少以及相互关系，从而为选取较好的样品提供简便的方法。
2.2 集合光谱
将图2各品种原始光谱得到的平均光谱放在一个图谱中，得到5个核桃品种的集合光谱，具体见图3。由图3可知，不同核桃品种在不同的波数范围内具有相同的吸收峰，但各吸收峰的吸光度存在着差异，说明在某些物质含量上不同。如在7 000～6 800 cm-1范围内，主要被吸收的官能团是C-H，在核桃中含有C-H官能团的物质主要是糖类；通过对不同核桃品种营养成分含量的测定，表明核桃总糖的含量高低顺序是新翠丰、新新2号、温138、温185、纸皮核桃。不过在光谱中，温185的吸光度大于温138，但这并不是因为测定结果或者光谱有误，根据Lambert-Beer定律可知，吸光度A与光程l、物质浓度c都有一定的关系，影响光程的主要因素是核桃壳的厚度。游标卡尺对各品种样果进行壳厚度测定结果表明，温185核桃壳要比温138、纸皮核桃的壳厚，故温185核桃的光程要长于温138，因而出现图3的结果。因此，图3光谱所示结果具有一定的实际意义。图3的光谱结果还显示，在阴影区域内（波数5 848～5 767 cm-1）只出现了4个峰，而且不同的峰之间差异较为明显。其中纸皮核桃与温138的峰重叠，这是由于纸皮核桃是温138核桃的突变体缘故，即这2种核桃的遗传基础相同；所以，可以将此处峰作为品种鉴定的关键峰。另外在阴影区域内，新翠丰的吸光度为0.611，新新2号的吸光度为0.554，温138、纸皮核桃的吸光度为0.469，温185的吸光度为0.448。因此，在核桃的光谱扫描过程中，可以根据扫描核桃的平均光谱在该区域内的吸光度大小进行品种鉴定。
2.3 纸皮核桃与温138光谱比较
鉴于温138与纸皮核桃有着同源遗传基础和相同的吸光度，因此试验又对温138和纸皮核桃的品质进行分析，结果见图4。从图4可见，在区域Ⅰ内，即C-H官能团的合频吸收峰7 090～6 900 cm-1（1 410～1 450 nm）区域，温138的吸光度高于纸皮核桃，考虑到光程，温138比纸皮核桃的壳厚，其光程要长；在不考虑浓度的情况下，其吸光度是比纸皮核桃高，这与图3的结果相符；接着考虑物质浓度，根据Lambert-Beer定律可知，物质浓度越高则吸光度越大。测定结果表明，温138的吸光度高于纸皮核桃，说明在温138内含C-H官能团的物质浓度要高于纸皮核桃。在核桃中，含有C-H官能团的大多数为糖类物质（包括还原糖、总糖、纤维素等），所以，可以得出温138比纸皮核桃中的糖类物质含量稍高一些。
在区域Ⅱ、Ⅲ内可以看到，温138的吸光度低于纸皮核桃，当考虑光程时，在浓度一定时，温138比纸皮核桃的吸光度大，因此可以肯定，在区域Ⅱ、Ⅲ内，纸皮核桃中的物质含量要高于温138。在区域Ⅱ内，即O-H官能团的吸收峰5 210～4 760 cm-1（1 920～2 100 nm）区域主要是酚类物质，如总多酚、单宁等。对于酚类物质而言，主要影响核桃的口感及抗氧化性能，如单宁含量越多，核桃口感涩味越重，不利于核桃品质的提高；总多酚含量越高，则抗氧化性能越强，品质越好。因此，在口感方面，纸皮核桃较温138的口感涩味重，但纸皮核桃比温138的抗氧化能力强。在区域Ⅲ内，即N-H官能团的吸收峰在4 650 cm-1（2 150 nm）附近，仍是纸皮核桃高于温138的吸光度，在核桃中含有N-H官能团的主要是蛋白质，因此，可以肯定，纸皮核桃中的蛋白质含量要比温138高。
对营养成分含量测定结果表明，温138的还原糖的含量为0.664 5%、总糖的含量为0.499 4%、纤维素的含量为0.270 1%，纸皮核桃的还原糖含量为0.663 9%、总糖含量为0.456 1%、纤维素含量为0.256 3%，温138的含C-H官能团的物质均高于纸皮核桃。纸皮核桃的蛋白质含量为0.893 4 mg/g、总多酚含量为0.079 mg/g、单宁含量为0.801 mg/g，均高于温138的蛋白质含量0.709 9 mg/g、总多酚含量0.050 mg/g、单宁含量0.570 mg/g，纸皮核桃的N-H、O-H官能团物质均高于温138，这与光谱分析结果相符。
3 小结
试验利用近红外光谱分析技术对阿克苏地区核桃主栽品种的特异光谱峰进行了分析，比较了当地栽培的温138、新翠丰、温185、新新2号、纸皮核桃5个品种的光谱差异，并依据不同吸光度鉴定核桃品种及品质。光谱分析结果表明，在波数5 848～5 767 cm-1范围内，新翠丰的吸光度为0.611，新新2号的吸光度为0.554，温138、纸皮核桃的吸光度为0.469，温185的吸光度为0.448，此特征峰可作为各品种及实生后代鉴定的依据。
经比较纸皮核桃及温138的品质后发现，在波数7 090～6 900 cm-1范围内，C-H的吸收峰是温138高于纸皮核桃；在波数5 210～4 760 cm-1范围内， O-H的吸收峰是纸皮核桃高于温138核桃；在波数4 650 cm-1，N-H的吸收峰也是纸皮核桃高于温138。营养成分含量测定结果表明，温138的还原糖含量为0.664 5%、总糖含量为0.499 4%、纤维素含量为0.270 1%，纸皮核桃的还原糖含量为0.663 9%、总糖含量为0.456 1%、纤维素含量为0.256 3%，温138的含C-H官能团物质均高于纸皮核桃。纸皮核桃的蛋白质含量为0.893 4 mg/g、总多酚含量为0.079 mg/g、单宁含量为0.801 mg/g，温138的蛋白质含量为0.709 9 mg/g、总多酚含量为0.050 mg/g、单宁含量为0.570 mg/g，纸皮核桃的N-H、O-H官能团物质均高于温138。反映出2种分析方法结果是相符的，说明利用近红外光谱分析技术可以快速区别核桃品质的优劣。同时说明纸皮核桃比温138核桃的糖类物质含量少，酚类物质含量多，抗氧化性能强；但口感涩味重，蛋白质含量也比温138高。综合各营养成分后确认，纸皮核桃比温138核桃的品质好。
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