基于主成分分析構建初榨橄欖油香氣質量評價模型

雷春妮 張雅珩 李經緯 周 圍 解迎雙 周小平 齊安安 孫苗苗 陳瑞霞

(蘭州海關1，蘭州 730010)

(江蘇理工學院2，常州 213100)

(西北師范大學3，蘭州 730070)

初榨橄欖油是從新鮮油橄欖果實中冷榨提取的一種高檔食用植物油，享有“植物油皇后”“液體黃金”等眾多美譽[1]。初榨橄欖油的風味在消費者偏愛程度以及橄欖油質量評價上具有重要的地位，不同的風味特征剌激消費者的感官及心理，成為消費者是否購買的重要影響因素。目前關于橄欖油風味的研究常見于香氣成分的鑒定分析[2-5]，而對初榨橄欖油香氣質量評價的研究鮮有報道。橄欖油香氣評價主要以感官評價為主，感官評價方法又易受評價人員、環境、組織形式等主觀因素的影響，其準確性受到了一定程度的限制[6]。因此，建立與完善初榨橄欖油香氣的客觀評價體系尤為重要，這對提高和完善初榨橄欖油評價體系有重要的意義。

主成分分析(PCA)是一種降維或者把多個指標轉化為少數幾個綜合指標的統計方法，主成分分析的目的是簡化數據和揭示變量間的關系[7]，其作為一種多元分析方法已廣泛應用于香氣質量評價模型的構建[8-10]。熱脫附法(thermal desorption，TD)作為一種新型的揮發性成分分析預處理方法，具備操作簡單，靈敏度高，綠色環保，檢測限可達到10-9級等優點，常見于環境、卷煙和植物揮發性物質的提取分析，以及少量應用于食品風味測定[11]。本研究采用熱脫附法-氣相色譜/質譜法結合MassworkTM質譜解析軟件對初榨橄欖油香氣成分進行定性、定量分析，利用主成分分析建立初榨橄欖油的香氣質量評價模型，旨在為初榨橄欖油香氣質量的評價提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油橄欖鮮果 2016年6—10月采自隴南市祥宇油橄欖開發有限責任公司油橄欖基地，共選取9個品種(賀吉、皮削利、鄂植8 號、皮瓜爾、豆果、奇跡、阿斯、萊星、城固32號)，冷凍儲存備用。單品種初榨橄欖油、多品種混合初榨橄欖油均由企業提供。

Agilent 7890A/5975C氣相色譜/質譜聯用儀；AutoTD自動熱脫附解吸儀；90 mm×6.4 mm不銹鋼采樣管(內裝150 mg Tenax-TA吸附劑)。

1.2 方法

1.2.1 熱脫附法

用10 mL移液管準確移取8.0 mL油樣置于20 mL頂空瓶中，用帶有隔墊的瓶蓋密封，置于集熱式恒溫加熱器中，在一定溫度下通過隔墊將已老化好的采樣管插入頂空瓶中(距離液面1 cm)，吸附一定時間，待TD-GC-MS分析。

熱脫附儀參數：一級解吸溫度：180 ℃；一級解吸時間：5 min；二級解吸溫度：280 ℃；二級解吸時間：8 min；進樣時間：60 s；冷阱溫度：-30 ℃；傳輸線溫度：200 ℃；閥溫度：150 ℃；載氣：高純氦氣(純度≥99.999%)；載氣壓力：90 kPa；驅動氣體：空氣。

1.2.2 GC-MS分析

色譜條件：色譜柱：HP-INNOWAX(60 m×0.250 mm×0.5 μm)；程序升溫：初始溫度60 ℃，保持1 min，以2 ℃/min的速率升至255 ℃，保持20 min；載氣：高純氦氣(純度≥99.999%)；進樣口溫度：260 ℃；恒壓模式：10 psi；分流比：5∶1。

質譜條件：電子電離(EI)源；電子能量：70 eV；接口溫度250 ℃；離子源溫度：230 ℃；溶劑延遲：8 min；質量掃描范圍：m/z25～550 u。

1.2.3 數據分析

定性和定量分析： GC-MS譜圖利用NIST 11標準譜庫檢索對揮發性成分進行初步定性，然后利用MassworksTM質譜解析軟件對GC- MS譜圖進行校正，測定各組分的模擬精準分子質量，再結合相關文獻進行人工譜圖解析，確定各個化合物成分，運用峰面積歸一化法，得到各成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 初榨橄欖油揮發性風味成分分析

單品種初榨橄欖油經過TD-GC-MS分析的總離子流圖見圖1，通過NIST 11標準譜庫檢索、MassworksTM質譜解析軟件和人工解譜對初榨橄欖油揮發性風味成分進行定性分析，共鑒定出22種主要風味成分，采用峰面積歸一化法對風味成分相對定量，結果見表1。

圖1 初榨橄欖油香氣成分總離子流圖

表1 初榨橄欖油的揮發性風味成分鑒定結果及相對質量分數/%

由表1可知，初榨橄欖油的主要揮發性風味成分有22種，按官能團的不同可以分為5大類物質，分別為：醇類、醛類、酯類、酮類、萜烯類。從各品種揮發性成分的主要構成看，醛類是初榨橄欖油香氣中最主要的化合物，共鑒定出7種，占總香氣成分的49.182%～81.41%。其中(E)-2 -己烯醛(34.685%～76.690%) 、正己醛(2.649%～13.818%)和2-己烯醛(0.665%～5.186%) 在各品種中含量相對較高，其來源于脂氧合酶途徑，是初榨橄欖油青草味、水果香以及苦味的主要貢獻者[12]，且含量在各品種間差異很大，這是由于每個品種中合成這些C6醛類的酶活性或含量存在差別，而這種差別又是由其基因決定的。(Z)-2-庚烯醛僅存在于鄂植8號(0.690%)和阿斯(0.908%)品種的香氣中。有8種醇類物質被識別出來，主要為C5和C6的化合物，相對含量較高的有(Z)-2-戊烯-1-醇(0.927%～3.245%) 、葉醇(1.194%～7.188%) 和1-戊烯-3-醇(1.260%～5.201%)，這些化合物對初榨橄欖油的氣味特征有積極的貢獻[13]。除皮瓜爾和阿斯品種外，其他品種均鑒定出(E)-2-己烯-1-醇和2-乙基己醇，而正戊醇(0.595%)僅在鄂植8號品種的香氣中檢出。酯類化合物有乙酸葉醇酯(nd～6.133%)和乙酸己酯 (nd～1.377%)，乙酸葉醇酯有強烈的香蕉似的清香和花香型香氣，在賀吉、鄂植8號和皮瓜爾品種中未鑒定出；乙酸己酯只存在于萊星和城固32號品種的香氣中。此外，酮類和萜烯類各化合物也是初榨橄欖油香氣的重要組成成分，酮類化合物主要有3-戊酮(0.400%～2.166%)和1-戊烯-3-酮(0.786%～4.684%)，萜烯類化合物有檸檬烯(nd～1.678%)、Z-羅勒烯(nd～1.049%)和紫蘇烯(0.179%～1.580%)。通過對22種香氣成分的分析，9個單品種初榨橄欖油因油橄欖自身基因的差異而導致初榨橄欖油的香氣成分在其相對含量和成分組成上均存在差異。

2.2 初榨橄欖油香氣質量評價模型構建

2.2.1 主成分分析

利用SPSS20.0軟件對9種初榨橄欖油揮發性風味成分的相對含量進行主成分分析(系統默認方差1的為主成分)，得到主成分的特征值和貢獻率見表2。第1成分的貢獻率為32.342 1%，第2成分的貢獻率為24.263 1%，第3成分的貢獻率為18.100 2%，第4成分的貢獻率為10.471 9%，第5成分的貢獻率為6.804 9%，第6成分的貢獻率為4.644 0%，6個成分的累計貢獻率達到96.626 1%，主成分分析一般提取主成分包含90%以上的信息[14]，可見此6個主成分能代表該數據的絕大部分信息，根據其貢獻大小將其命名為第1、2、3、4、5、6主成分，圖2為三維載荷圖，表3為6種主成分的載荷矩陣。

表2 6個主成分的特征值及其貢獻率(總方差解釋)

圖2 三維載荷圖

某一主成分與變量的聯系系數絕對值越大，則表示該主成分與變量關系越接近[15]。由表3可知，第1主成分與正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、檸檬烯高度正相關，與1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛負相關；第2主成分與正己醛、葉醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇呈正相關，與(E)-2-己烯醛負相關。由表2可知累積貢獻率60%以上的貢獻率來自第1、第2主成分和第3主成分，因此可認為正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、檸檬烯、1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛、正己醛、葉醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、(E)-2-己烯醛、Z-羅勒烯、乙酸己酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、正戊醇是初榨橄欖油的主要特征揮發性風味成分。

2.2.2 初榨橄欖油香氣評價模型的構建

前6個主成分的累積方差貢獻率達96.626 1%，可知利用前6個主成分進行不同初榨橄欖油香氣質量評價是可行的。主成分載荷矩陣中的載荷向量并不是主成分的特征向量，也就是說并不是主成分的系數，主成分系數的求法是：各自主成分載荷向量除以各自主成分特征值的算術平方根，主成分特征向量見表4。以Y1表示主成分1、Y2表示主成分2 ……Y6表示主成分6，6個主成分的函數表達式為：

Y1=0.168 0X1-0.317 8X2+…+0.225 6X21+0.307 3X22

Y2=0.253 2X1+0.168 7X2+…+0.073 4X21+0.030 0X22

Y3=-0.309 3X1-0.004 9X2+…-0.346 1X21+0.112 4X22

Y4=0.086 0X1+0.111 5X2+…+0.106 9X21+0.131 5X22

Y5=0.150 1X1+0.057 2X2+…-0.243 8X21-0.164 0X22

Y6=0.105 9X1-0.164 4X2+…+0.079 4X21+0.303 1X22

表3 主成分載荷矩陣

表4 主成分分析的特征向量

計算各初榨橄欖油香氣的主成分得分，對初榨橄欖油樣本的香氣進行評價。主成分得分是相應的因子得分乘以相應的方差的算術平方根，結果見表5。每個單品種橄欖油的綜合得分按照公式計算：

Y=主成分1特征值/(6個主成分特征值之和)×主成分1得分+主成分2特征值/(6個主成分特征值之和)×主成分2得分 …… +主成分6特征值/(6個主成分特征值之和)×主成分6得分。

最終基于主成分分析得到初榨橄欖油香氣評價模型為：Y=0.334 7Y1+0.251 1Y2+0.187 3Y3+0.108 4Y4+0.070 4Y4++0.048 1Y5。參考相關文獻報道[8-10]可知該法得到的初榨橄欖油香氣評價模型真實、可靠。

3 結論

本研究采用熱脫附—氣質聯用對初榨橄欖油樣品進行分析，通過主成分分析法，鑒定出初榨橄欖油的主要香氣物質是：正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、檸檬烯、1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛、正己醛、葉醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、(E)-2-己烯醛、Z-羅勒烯、乙酸己酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、正戊醇，這些成分含量的差別造成了不同初榨橄欖油樣本香氣的差異性。

基于主成分分析法構建初榨橄欖油香氣質量評價模型，并用該模型對 10 個初榨橄欖油樣品進行了評價，結果表明，本研究基于主成分分析構建的香氣質量評價模型是可靠的。主成分分析法將復雜的變量簡單化，通過建立評價模型，為初榨橄欖油香氣質量的評價提供了一種新途徑。基于主成分分析法得到初榨橄欖油香氣評價模型為:Y=0.334 7Y1+0.251 1Y2+0.187 3Y3+0.108 4Y4+0.070 4Y4+0.048 1Y5。由于樣本數量有限，制約了初榨橄欖油香氣評價模型的普適性，需要進一步擴大樣本量，使初榨橄欖油香氣評價模型更加準確、實用。