煙臺(tái)富士蘋果芳香物質(zhì)的主成分分析

摘要：采用固相微萃?。⊿PME）技術(shù)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC/MS）分析得到了21個(gè)蘋果樣品的香氣成分，對(duì)鑒定出的48種化合物進(jìn)行主成分分析（PCA）。結(jié)果表明，主成分分析能夠?qū)⒃夹畔⒓s化在主分量中，前5個(gè)主分量累積貢獻(xiàn)率達(dá)到7549%，分析得出煙臺(tái)富士蘋果的獨(dú)特風(fēng)味品質(zhì)主要由丁酸和己酸的酯類化合物以及某些高級(jí)醇、烯類、酸類和烯醛等構(gòu)成，較好地反映了煙臺(tái)富士系蘋果的香味構(gòu)成情況。

關(guān)鍵詞：富士蘋果；香氣成分；主成分分析

中圖分類號(hào)：S661.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）01-0063-04

香氣是果實(shí)品質(zhì)的重要質(zhì)量指標(biāo)，主要來源于各種微量的揮發(fā)性芳香物質(zhì)，它們雖然只占果實(shí)鮮重的001%～0001%，但對(duì)果品的風(fēng)味卻起著重要的作用[1]。研究者通過對(duì)果品中香氣成分的監(jiān)測(cè)了解其成熟度，分析果品在貯藏過程中品質(zhì)的變化以及控制果蔬加工品的質(zhì)量。

隨著分析儀器和樣品前處理技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于芳香成分的分析水平得到很大的提高，在不同蘋果品種的香氣成分研究方面取得了很大進(jìn)展[2，3]。但這些研究大多就單一樣本進(jìn)行分析測(cè)定，其主要香氣成分的確定缺少多個(gè)樣本的統(tǒng)計(jì)依據(jù)。

果品香氣成分的形成受到多種因素的影響，同一品種在不同的氣候和地形條件下會(huì)產(chǎn)生不同的風(fēng)味[1]。雖然通過色譜分析及取樣技術(shù)的不斷改進(jìn)，能準(zhǔn)確地測(cè)定出果品香氣中各種微量成分的含量和比例關(guān)系，為揭開不同果品獨(dú)特風(fēng)味的形成奠定了基礎(chǔ)；但要明確果品中復(fù)雜成分與果品風(fēng)味之間的關(guān)系卻非易事，僅僅從色譜分析的原始數(shù)據(jù)，很難看出各種成分對(duì)果品品質(zhì)的貢獻(xiàn)。而主成分分析（principal component analysis）能將多個(gè)指標(biāo)簡(jiǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，以便進(jìn)行更深入的研究，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品業(yè)類眾多質(zhì)量指標(biāo)的選取[4]。

煙臺(tái)富士蘋果以其優(yōu)良的品質(zhì)享譽(yù)中外，受當(dāng)?shù)靥赜械臍夂蚝偷匦螚l件影響，形成了獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)。本研究采用固相微萃?。⊿PME）技術(shù)結(jié)合GC/MS測(cè)定了21個(gè)不同蘋果樣本的芳香性物質(zhì)成分，并利用主成分分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了煙臺(tái)富士系蘋果的主要香氣成分，為評(píng)價(jià)蘋果品質(zhì)、發(fā)展當(dāng)?shù)毓飞罴庸ぬ峁┝死碚撘罁?jù)。

1材料與方法

11材料

實(shí)驗(yàn)用果于2011年10月8日采自煙臺(tái)蘋果主產(chǎn)區(qū)棲霞市，在全市范圍內(nèi)選取21個(gè)蘋果采樣點(diǎn)。采樣果樹品種為富士，中年樹齡。從樹冠中部選取未套袋果實(shí)，10月22日在江南大學(xué)分析測(cè)試中心進(jìn)行果實(shí)香氣成分的檢測(cè)分析。

12儀器及設(shè)備

手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、75 μm Carboxen/PDMS萃取頭（美國(guó)Supelco公司制造）；Finnigan Trace MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó) Finnigan公司制造）；FQC-100超聲波清洗機(jī)。

13香氣成分測(cè)定

樣品處理：取新鮮待測(cè)蘋果樣品，去皮后用小型果汁機(jī)破碎攪勻成果漿，將10 g左右樣品裝入15 ml樣品瓶?jī)?nèi)，加蓋封口。微萃取頭在氣相色譜進(jìn)樣口老化2 h（溫度250℃），然后將萃取頭插入樣品瓶頂空部分，推出纖維頭，室溫條件下超聲波萃取25 min，取出纖維頭插入設(shè)置好條件的GC/MS進(jìn)樣口，250℃條件下解吸25 min，開始數(shù)據(jù)收集。

色譜-質(zhì)譜條件：Finnigan Trace MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，OV-1701毛細(xì)管色譜柱（30 m×025 mm×025 μm），載氣He，流速08 ml/min，分流比12∶1，分流流速10 ml/min，恒壓35 kPa，進(jìn)樣口溫度250℃。起始溫度33℃，保留3 min，先以12℃/min上升到60℃，再以6℃/min上升到140℃，最后以20℃/min升至250℃，保持5 min。離子源溫度200℃，電離方式EI，電子能量70 eV。

14數(shù)據(jù)處理方法

由于棲霞市地理環(huán)境復(fù)雜，微地形因素對(duì)蘋果品質(zhì)的影響很大，每個(gè)樣點(diǎn)香氣成分的類型和含量不盡相同，需要利用主成分分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。主成分分析（PCA）的目的是將數(shù)據(jù)降維，將原變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以排除眾多信息中的重疊部分，使少數(shù)幾個(gè)新變量盡可能地表征原來變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征而不丟失信息[4]。

在進(jìn)行PCA分析之前，由于不同采樣點(diǎn)組分差異大，高含量組分的作用大大強(qiáng)于低組分，容易對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，因而需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由原始數(shù)據(jù)矩陣X（21，48）首先求出i個(gè)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的平均值j和標(biāo)準(zhǔn)差Sj，利用以下公式求出原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值：

經(jīng)過以上運(yùn)算得到標(biāo)準(zhǔn)化值矩陣X″（21，48），然后利用主成分分析，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)值矩陣X″（21，48）的特征根、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率。其中標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)過程在Excel中運(yùn)算，主成分分析在DPS 2000數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中運(yùn)行。

2結(jié)果與分析

21香氣成分測(cè)定結(jié)果

蘋果樣品經(jīng)GC/MS分析后，對(duì)相似度大于60%的組分經(jīng)計(jì)算機(jī)譜庫(kù)（NBS/WILEY）檢索及與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照分析，鑒定出蘋果香氣成分中的主要化合物，經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，每個(gè)蘋果的香氣物質(zhì)均有區(qū)別，表1列出了其中一份檢測(cè)樣品蘋果中芳香物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果。

第一主分量上2-甲基丁酸乙酯（03943）、2-甲基丁酸丙酯（03282）、乙酸乙酯（03063）的作用最大，雖然它們?cè)谒袠颖局械钠骄績(jī)H為631%；其中，乙酸乙酯作為一種最簡(jiǎn)單的酯類化合物，廣泛存在于其他果蔬產(chǎn)品[5～8]中；2-甲基丁酸丙酯和2-甲基丁酸乙酯也存在于曼蜜、金帥和玫瑰等品種的香氣成分中，說明這三種成分是構(gòu)成蘋果香氣的共有成分。

在其它主分量上負(fù)荷量較大的香氣成分主要有乙酸己酯、1-己醇、E，E-2，4-己二烯醛、1-甲基丁酸丙酯、己酸、己酸乙酯、2-甲基丙酸己酯、2-甲基-丁酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、丙酸己酯、己酸戊酯、à-法尼烯等（主成分的負(fù)荷量及其特征值和貢獻(xiàn)率見表2）。在這些成分中，包括11種酯類，醇類、烯類、酸類和烯醛類各1種，總含量達(dá)到了40%，這些物質(zhì)是決定煙臺(tái)富士蘋果風(fēng)味品質(zhì)的主要因子（特征香氣成分），它們與其它非特征香氣成分一起構(gòu)成了煙臺(tái)富士蘋果的獨(dú)特風(fēng)味品質(zhì)。

在非特征香氣成分中，有些雖然其相對(duì)含量比較高，但其貢獻(xiàn)率卻相對(duì)比較低，不能成為特征香氣成分；可見，以往有些研究?jī)H僅依靠原始測(cè)定的含量高低來確定果品的特征香氣成分，存在一定局限性。

3結(jié)論與討論

31主成分分析能將大量指標(biāo)約化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，本研究中前5個(gè)主分量的累積信息量達(dá)7549%，基本上綜合了所測(cè)試樣品的特征香氣成分，所得結(jié)果較好地反映了煙臺(tái)富士系蘋果的香味構(gòu)成情況。

32通過主成分分析，我們認(rèn)為煙臺(tái)富士蘋果的獨(dú)特風(fēng)味品質(zhì)主要由乙酸、丙酸、丁酸和己酸的酯類化合物（主要為2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸丙酯、乙酸己酯、1-甲基丁酸丙酯、己酸乙酯、2-甲基-丁酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、己酸戊酯、丙酸己酯、2-甲基丙酸己酯等）以及某些高級(jí)醇（己醇）、烯類（à-法尼烯）、酸類（己酸）和烯醛（E，E-2，4-己二烯醛）等構(gòu)成。

33本研究的目的在于運(yùn)用數(shù)學(xué)方法剖析果品風(fēng)味品質(zhì)與色譜測(cè)定成分間的內(nèi)在關(guān)系，主成分分析法只是個(gè)開端，對(duì)于系統(tǒng)聚類等其它數(shù)學(xué)方法在這一領(lǐng)域的應(yīng)用及選取更多的品種進(jìn)行研究的工作正在深入，以便能從本質(zhì)上反映兩者間的內(nèi)在聯(lián)系。參考文獻(xiàn)：

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