基于脂质与酚类代谢物谱的加州核桃（Juglans regia L.）Chandler、Howard及Tulare品种化学特征分析及品种鉴别研究

《JOURNAL OF FOOD QUALITY》：Chemical Profiling of Californian Walnuts (Juglans regia L.) of Chandler, Howard, and Tulare Varieties

　　

摘要专业翻译 加州核桃主要以三个栽培品种为主：Chandler、Howard和Tulare。为全面比较其品质并建立用于品种分类的分析方法，研究人员从多个种植者处获取了这些品种的样本，在两个采集年份内进行收集，并评估了其脂质和酚类代谢物。研究结果表明，Chandler、Howard和Tulare在多种化合物的浓度上表现出相似性，这些化合物包括总脂肪、三月桂酸甘油酯（trilaurin）、三辛酸甘油酯（tricaprylin）、三硬脂酸甘油酯（tristearin）、三棕榈酸甘油酯（tripalmitin）、三亚油酸甘油酯（trilinolein）、1,2-油酸-3-硬脂酸甘油酯、1,2-月桂酸-3-肉豆蔻酸甘油酯、珠光脂酸（margaric acid）、硬脂酸（stearic acid）、油酸（oleic acid）、亚油酸（linoleic acid）、δ-和α-生育酚（tocopherols）、游离脂肪酸（free fatty acids，FFAs）、过氧化值（peroxide values，PVs）、所有挥发性化合物、3,4-二羟基苯甲酸、儿茶素（catechin）、原花青素B1（procyanidin B1）、咖啡酸（caffeic acid）、对香豆酸（p-coumaric acid）、香草酸（vanillic acid）、阿魏酸（ferulic acid）、芥子酸（sinapic acid）、鞣花酸（ellagic acid）、槲皮素（quercetin）和柚皮素（naringenin）。这些品种还表现出相似的氧化稳定性和氨基酸及脂肪酸的化合物特异性稳定同位素分析（compound-specific stable isotope analysis，CSIA）结果。然而，它们在若干代谢物的浓度上存在差异，主要集中于三酰甘油（triacylglycerols，TAGs）。此外，在酚类提取物的核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）谱图中也发现了差异，特别是在芳香族区域中对应单峰的区域。基于TAG数据，利用线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）实现了对品种的完全分类。研究表明，Chandler与Howard之间的亲缘关系比它们各自与Tulare的关系更为密切，这一模式与其系统发育关系一致。

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研究背景与目的

核桃（Juglans regia L.）是全球重要的坚果作物，美国约99%的核桃产自加利福尼亚州，其中Chandler、Howard和Tulare是当地主导的三大栽培品种。这三个品种均源自加州大学戴维斯分校的育种项目，其中Chandler和Howard由#56-224与Pedro杂交而来，而Tulare则是Tehama与Serr的杂交后代，且四个祖先品种均追溯至同一栽培品种Payne。尽管此前已有大量研究对核桃品种的农艺性状、加工特性、经济价值和感官品质进行比较，但对其品质和化学特征谱的综合对比研究仍存在明显空白。核桃品质与脂质降解和氧化密切相关，脂质占核桃仁质量的60%–70%，其中三酰甘油是主要脂质成分，易受氧化影响，其氧化稳定性受脂肪酸组成及位置分布影响。此外，核桃仁富含酚类化合物，具有抗氧化特性，有助于减缓脂质氧化速率。在此背景下，该研究旨在系统比较Chandler、Howard和Tulare三个品种的脂质和酚类代谢物谱，评估其品质差异，并探索能够有效区分核桃品种的分析工具，以帮助种植者选择品种并协助加工商确保核桃品质和营养密度。

主要技术方法

研究人员从加州中央谷地多个种植者处采集了2020年和2022年两个年份的带壳核桃样本，其中2020年样本包括9份Chandler、10份Howard和10份Tulare，2022年样本包括8份Chandler、3份Howard和3份Tulare。研究采用冷压法提取核桃油，综合运用多种分析技术：利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析三酰甘油和β-谷甾醇；采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）测定脂肪酸谱；通过高效液相色谱-二极管阵列检测器（HPLC-DAD）定量生育酚；依据欧盟委员会法规滴定法测定游离脂肪酸含量；按照AOCS官方方法测定过氧化值；使用Rancimat仪器评估氧化稳定性；采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）分析挥发性有机化合物；利用Folin-Ciocalteu比色法测定总酚含量，并通过LC-MS/MS定量单个游离酚类化合物；同时进行氨基酸和脂肪酸的化合物特异性稳定同位素分析（CSIA）以及核磁共振（NMR）指纹图谱分析。数据采用方差分析（ANOVA）、Tukey HSD检验和线性判别分析（LDA）进行统计处理。

研究结果

总脂肪含量：在同一采集年份内，Chandler、Howard和Tulare的总脂肪含量无显著差异，仅在2022年采集的Tulare与2020年采集的Howard之间存在显著差异。这表明核桃脂肪含量在不同采收年份间相对稳定，不受气候和采后条件显著影响。

三酰甘油（TAGs）：共分析了15种TAG化合物，含量最高的为三亚油酸甘油酯（约29%）、1,2-亚油酸-3-亚麻酸甘油酯（约25%）、1-油酸-2,3-亚油酸甘油酯（约15%）和1,2-亚油酸-3-硬脂酸甘油酯（约13.5%）。Tulare含有较低浓度的含亚麻酸TAGs（如1,2-亚油酸-3-亚麻酸甘油酯和三亚麻酸甘油酯），与其较低的亚麻酸含量一致。基于TAG数据的LDA能够完全区分三个品种，且显示Chandler与Howard在TAG谱上更为接近，与二者的亲本来源一致。

脂肪酸谱：三个品种的珠光脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸浓度在同年内相似。但棕榈酸在Tulare中最高、Chandler中最低，亚麻酸在Chandler中最高、Tulare中最低，这一差异在2020和2022两个年份中均保持一致。Chandler与Howard之间未发现一致的显著差异。

β-谷甾醇：Chandler的β-谷甾醇浓度显著低于Howard，但与Tulare无显著差异。该方法成功在稀释的核桃油中同时检测到β-谷甾醇和TAGs。

生育酚：检测到δ-、α-和γ-生育酚，未检测到β-生育酚。三个品种的δ-和α-生育酚浓度无显著差异，但Chandler的γ-生育酚浓度显著高于Tulare，与Howard相似。由于γ-生育酚占核桃总生育酚的主导地位，总生育酚的变化趋势与γ-生育酚一致。

游离脂肪酸（FFAs）和过氧化值（PVs）：三个品种的FFA含量和PV均无显著差异，这可能归因于采收与检测之间的时间间隔较短，以及低温、低湿、限氧的储存条件最大限度地减少了水解和氧化。

氧化稳定性：三个品种的诱导时间相似，这与其相似的油酸和亚油酸浓度有关。尽管Chandler和Tulare在棕榈酸和亚麻酸浓度上存在差异，但差异幅度不足以引起氧化稳定性的显著变化。

挥发性化合物：品种间挥发性谱差异极小，采集年份对挥发性谱的影响大于品种因素。2020年样本中己醛为主要挥发性化合物，而2022年样本中丙酮更为突出，这可能与2022年采收前的极端高温有关。在2022年样本中，Tulare的丙酮浓度显著低于Chandler和Howard，与其较低的亚麻酸含量一致。

总酚和单个游离酚：Tulare在2020年采集的样本中总酚含量显著高于2022年采集的Chandler和Howard以及2020年采集的Chandler。三个品种的儿茶素、原花青素B1、咖啡酸、对香豆酸和槲皮素浓度均相似。唯一的品种间一致性差异出现在绿原酸上，该化合物仅在Howard中检出，Chandler和Tulare中未检出。

化合物特异性稳定同位素分析（CSIA）：Chandler和Tulare的氨基酸δ¹⁵N值无显著差异，均接近0，表明存在合成肥料的使用。除丝氨酸的δ¹³C值外，其他氨基酸的δ¹³C值在品种间无显著差异。所有脂肪酸的δ²H和δ¹³C值在三个品种间均一致，表明品种对脂肪酸同位素分馏的影响极小。

核磁共振（NMR）指纹图谱：基于油样NMR谱的主成分分析（PCA）显示各组间存在重叠，表明除品种外还有其他因素影响。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）生成了良好模型（R2=0.82，Q2=0.67）。仅考虑2022年样本时，Tulare与另外两个品种出现明显分离。对于酚类提取物的NMR数据，PLS-DA模型R2和Q2分别为0.96和0.73，芳香族区域一个单峰对应的化学位移在Tulare中显著高于其他品种。

结论与讨论

该研究综合表明，Chandler、Howard和Tulare三个核桃品种在整体品质上表现出相似性，这反映在相似的FFA、PV和氧化稳定性上。三个品种在多种TAGs、脂肪酸、大部分挥发性化合物、α-和δ-生育酚以及多种酚类化合物上具有相似的浓度。然而，它们在特定TAGs（如1-油酸-2,3-亚油酸甘油酯、三油酸甘油酯、1,2-亚油酸-3-亚麻酸甘油酯等）、特定脂肪酸（如棕榈酸、棕榈油酸、亚麻酸、花生酸和二十碳烯酸）、β-谷甾醇和γ-生育酚的浓度上存在差异。基于TAG数据结合LDA，成功实现了对三个品种的完全分离，并证实Chandler与Howard的亲缘关系比它们各自与Tulare的关系更为密切，这一结果与其系统发育关系一致。然而，氮、碳和氢的稳定同位素分析无法区分品种，NMR谱的化学计量学分析虽然不能完全区分品种，但某些特定的NMR区间可能具有品种分离的潜力。该研究为验证加州核桃品种真实性提供了分析工具，并阐明了三个品种在化学特征谱和品质上的差异。研究也指出，需要至少增加一个采集年份的验证研究来确认这些潜在的化学标记物的可靠性。