基于氣味指紋信息的瓜蔞籽油產地識別

斯中發，王月，黃金晶，韋紫玉

1. 浙江華才檢測技術有限公司（諸暨 311800）；2. 河池市糧油質量監督檢測中心（河池 547000）

瓜蔞籽又稱栝樓、雙邊栝樓，葫蘆科多年生攀緣型藤本植物，廣泛種植于中國江蘇、安徽、江西、山東、河南、湖北等地，是一種優質的食藥兩用資源[1]。瓜蔞籽脂肪含量26.8%，蛋白質含量5.46%，并含有多種氨基酸、維生素，以及鈣、鐵、鋅、硒等多種微量元素[2]。相關研究表明，瓜蔞籽具有潤腸通便、消腫止瀉、止咳化痰、寬中麗氣，以及使冠狀動脈舒張、增加冠脈血流量、美容瘦身和提高免疫力等功效[3]。然而，由于地理區域阻隔、科研投入較少以及產業化程度低等原因，瓜蔞籽油的應用一直沒有得到重視。吳定等[4]以冷凍干燥后的瓜蔞籽為試驗原料，通過統計學方法優化超臨界CO2萃取瓜蔞籽油工藝，提高瓜蔞籽油的萃取率；周海榮等[5]對瓜蔞籽油的營養特性及精煉工藝進行研究，結果表明，采用低溫冷榨法制取瓜蔞籽油可以保留較多的營養物質，同時脫色工藝可以提高瓜蔞籽油品質，有利于瓜蔞籽油儲藏；候宗坤等[6]對瓜蔞籽油與其他不同植物油的脂肪酸進行分析比較，結果表明，在待測的植物油種類中瓜蔞籽油的不飽和脂肪酸含量最高，且含有特有的共軛亞麻酸、瓜蔞酸、α-桐酸及梓樹酸。許曉蘭等[7]對不同產地的瓜蔞籽油的基本理化指標、脂肪酸組成、甘油酯組成、甘三酯組成及微量成分進行對比，結果表明，河南瓜蔞籽油中瓜蔞酸含量最高，瓜蔞籽油在脂肪酸、甘油三酯、γ-生育酚以及植物甾醇等含量指標均有一定差異。然而，對于瓜蔞籽油的氣味成分分析卻鮮有報道。

揮發性香氣物質是植物油中存在的次生特征性標志成分，每種植物油都有其獨特的香味及不同揮發性香氣物質組合[8-10]。植物油因栽培品種、氣候、土壤質量、提取工藝及后期處理等因素的不同，產生的整體香氣也有所差異[11-13]。揮發性香氣成分對食用植物油的整體香氣起著重要作用，也是評價植物油品質的重要組成部分[14]。因此，試驗以江蘇、安徽及湖北3個產地瓜蔞籽提取的瓜蔞籽油為原料，對提取的瓜蔞籽油的氣味進行檢測，分析不同產地瓜蔞籽油的氣味成分差異，建立不同產地瓜蔞籽油的判別模型，以期為瓜蔞籽油的風味物質的研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 材料與試劑

瓜蔞籽樣品（分別收集自江蘇鹽城、安徽安慶、湖北武漢3個產地共50個，其中江蘇樣本數量16個、安徽樣本20個、湖北樣本14個）。

1.1.2 儀器與設備

QP2010 Plus型氣相色譜-質譜聯用儀（GC-IMS，日本島津公司）；Agilent 76974E自動頂空進樣器，（配備頂空進樣瓶20 mL，美國安捷倫公司）；DHG-9030電熱型恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；小型液壓榨油機（德州恒翔機械有限公司）；FA 2004 N電子分析天平（上海梅特勒-托利多公司）；MB23型水分測定儀（美國奧豪斯儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 瓜蔞籽油制取

將采集的瓜蔞籽經去雜、水洗、瀝干后，放入恒溫干燥箱內調劑水分至5%，在室溫下進行液壓壓榨，壓榨條件40 MPa、壓榨時間25 min，經離心分離后得到待測的瓜蔞籽油樣品。

1.2.2 GC-MS檢測條件

頂空進樣參數：量取2.0 g待測油樣于20 mL頂空瓶中，并使用磁性標準蓋密封。設置頂空平衡溫度150 ℃、平衡時間10 min。

氣相色譜條件：HP-5毛細管柱（20 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度200 ℃；程序升溫，初始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升溫至130 ℃，在以10 ℃/min升至180 ℃，保持8 min；載氣為高純氦氣，流速恒定1.6 mL/min；柱流量1 mL/min；進樣量500 μ L；分流比1∶1。

質譜條件：電子轟擊（EI）離子源；檢測器電壓0.9 kV；離子源溫度220 ℃；接口溫度250 ℃；質量掃描范圍（m/z）為45～450；掃描速度0.20 s/scan；數據采集時間2.5～35 min。

1.3 數據處理

采用NIST 147數據庫對獲得的質譜數據進行檢索；采用峰面積歸一化法計算各揮發性風味成分的相對含量；采用MATLAB R2009b軟件和PRTools 5.0 工具包（Delft University of Technology Netherlands）進行模式識別。

2 分析與討論

2.1 瓜蔞籽油揮發性氣味成分種類及相對含量

通過GC-MS對3種不同產地的瓜蔞籽油的頂空氣體進行分析，分別從不同產地中各取1個樣本，其獲得的總離子流圖結果如圖1所示。不同產地瓜蔞籽油其氣味成分分布整體呈一定相似性，即含有部分相同的揮發性有機成分，主要為醇類和酮類；安徽產地的瓜蔞籽油含有的揮發性成分最多，其次為江蘇產地，揮發性成分最少的為湖北產地樣品；相比較于江蘇和湖北2個產地，安徽瓜蔞籽油樣產生新的揮發性有機成分，如圖1B中紅色矩形內標記編號1、2；除最初的保留時間內未產生相關物質外，湖北產地的瓜蔞籽油樣在氣味成分上與江蘇產地樣品擁有絕大部分共同的揮發性有機成分，僅在特征峰強度上存在顯著差異。

圖1 江蘇（A）、安徽（B）和湖北（C）3個產地的瓜蔞籽油的GC-MS總離子流圖

通過譜庫搜索，不同產地瓜蔞籽油揮發性風味成分種類及相對含量結果如表1所示。

由表1可知，在不同產地的壓榨瓜蔞籽油中，共鑒定出揮發性物質47種，其中醛類16種、醇類13種、酮類3種、烷烴類2種、酸類1種、酯類1種、烯類5種、其他6種，與已有相關報道類似[15]；在已鑒定的揮發性有機組分中，絕大部分物質為瓜蔞籽油共有的成分，僅在物質成分的相對含量上有所差異；相較于江蘇產地的樣品，湖北產地的瓜蔞籽油除戊醛與2-乙基丁酸乙酯未被檢測出外，其余45種揮發性成分均存在，且大部分物質的含量小于江蘇產地樣品；江蘇產地的瓜蔞籽油樣含有少量的白菖烯和苯甲醇物質，而安徽瓜蔞籽油種未檢測到；安徽產地瓜蔞籽油含有一定含量的異戊醇、乙醇、2-丁醇、2-庚酮、2-乙氧丙烷、4-甲基-2-戊醇、2-己醇、3-羥基-2-丁酮、2-庚醇、2-乙基-6-甲基吡嗪、吡咯、苯乙醛、2, 3-丁二醇等物質，而該類物質在江蘇產地樣品中未檢測到；不同產地瓜蔞籽油中均存在少量特有的揮發性風味成分，可用于表征樣品的產地屬性信息，為鑒別瓜蔞籽油不同產地信息提供依據。

2.2 主成分分析

按照表1中的編號將對應的成分物質含量進行排序組成向量，進而50樣品組成50×47的矩陣進行主成分分析（PCA），將得到的主成分得分數按累計貢獻率從高到低進行排序，并取前2個主成分的得分數進行可視化分析，結果如圖2所示。由圖可知，PC1貢獻率75.43%，PC2貢獻率12.54%，前2個主成分累計貢獻率87.97%，表明變換后的前2個主成分能夠表征原始數據的大部分有效信息；3種不同產地的瓜蔞籽油樣均有各自歸屬區域，且每個產地內的數據點呈聚集狀態，表明不同產地的瓜蔞籽油樣品得到很好區分；江蘇產地和湖北產地樣品由于含有大部分共同的揮發性特征物質，導致在空間上存在歸屬區域部分重疊的現象，因此需要進一步結合化學計量學方法建立識別模型進行判別分析。

圖2 不同產地瓜蔞籽油樣品主成分得分圖

2.3 模式識別分析

運用k最近鄰法（kNN，k=3）、線性判別分析（LDA）及樸素貝葉斯分類（NBC）3種有監督模式識別方法，進一步研究區分或者預報3種不同產地瓜蔞籽油的可能性。按照7∶3比例原則并充分考慮不同產地樣品數量差異，將樣品集劃分為校正集和預測集，其中校正集35個、預測集15個。3種有監督模式識別方法的分類結果見表2。35個校正集樣品中，采用不同的分類算法樣品識別率均為100%，而在預測集中除了kNN預測正確率為100%外，LDA和NBC方法的預測集識別率均為83.33%，均存在1個江蘇產地的樣品被誤判為湖北產地，產生誤判的可能原因是，一方面，相比于kNN非線性分類，LDA和NBC算法均為線性分類器，其產生的決策邊界對接近分類邊緣的數據較敏感，導致處于邊界處的數據點容易產生誤判[16]；另一方面，由于樣本整體數量較少，劃分后的預測集樣本基數偏小，導致最終的預測率不高，因此，后期需要擴大樣品數量以建立穩健、可靠的判別模型。

表2 3種有監督分類模型的預測結果

3 結論

采用頂空進樣氣相色譜-質譜聯用技術分析測定3種不同產地的壓榨瓜蔞籽油的揮發性風味組分，不同產地的瓜蔞籽油的揮發性風味成分存在著一定相似成分，但揮發性風味成分的種類及含量存在明顯差異，且各自產地樣品均含有一定數量的特征揮發性有機成分，可用于不同產地瓜蔞籽油的鑒別和分類。運用主成分分析對鑒別出的47個特征成分進行壓縮變換，有監督（kNN、LDA、NBC）模式識別方法分別被用于不同產地的分類和預測鑒別。結果表明，采用kNN方法結合鑒別出的特征揮發性有機成分可以獲得最好的分類結果，其預測集識別率可達100%。化學計量學方法為建立植物油指紋圖譜提供強有力的手段，可以準確鑒別、解析植物油的品質信息，對植物油的產地識別提供一種解決方法，具有一定借鑒和參考價值。