GC-MS與E-Nose結(jié)合PCA和HCA用于隴南橄欖油品質(zhì)研究

閆輝強(qiáng)，馬君義，呂孝飛，楊立華，孔維寶，王惠明，鄧 煜，金 鳳

(1.西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070； 2.隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院 油橄欖研究所，甘肅 隴南 746000；3.隴南市祥宇油橄欖開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 隴南 746000)

油橄欖(OleaeuropaeaL.)屬于木犀科木犀欖屬常綠闊葉喬木，是世界著名的四大木本油料植物之一。我國(guó)于1964年開(kāi)始引種油橄欖，主要種植區(qū)為白龍江低山河谷區(qū)、長(zhǎng)江三峽低山河谷區(qū)、金沙江干熱河谷區(qū)。隴南武都區(qū)屬于最佳適生區(qū)，是我國(guó)四大油橄欖種植和加工基地之一[1-2]。目前，隴南油橄欖的種植面積已達(dá)4萬(wàn)hm2，占全國(guó)的50%，年產(chǎn)油橄欖鮮果3.8萬(wàn)t(占全國(guó)的81%)，年產(chǎn)初榨橄欖油5 700 t(占全國(guó)的85%)，綜合產(chǎn)值達(dá)18.2億元(占全國(guó)的75%)[3]。

橄欖油是新鮮的油橄欖果實(shí)通過(guò)機(jī)械加工(壓榨離心)提取得到，有效地保留了油橄欖鮮果中特有的芳香味和天然營(yíng)養(yǎng)成分。橄欖油中富含不飽和脂肪酸、維生素、多酚化合物以及烯烴類(lèi)揮發(fā)性芳香成分[4]，長(zhǎng)期食用具有增強(qiáng)消化系統(tǒng)功能，減少心血管疾病等功效[5]。橄欖油脂肪酸組成、營(yíng)養(yǎng)成分和揮發(fā)性物質(zhì)(風(fēng)味)等易受到品種、氣候、地區(qū)和加工條件[6-7]等因素的影響。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于不同品種初榨橄欖油的研究主要集中在對(duì)初榨橄欖油脂肪酸組成和揮發(fā)性風(fēng)味成分的分析[8-9]，而通過(guò)不同品種橄欖油的脂肪酸和風(fēng)味物質(zhì)組成進(jìn)行品質(zhì)分析的研究鮮有報(bào)道。本文以隴南武都引種栽培的20個(gè)品種的油橄欖果為研究對(duì)象，通過(guò)脂肪酸和風(fēng)味物質(zhì)組成，對(duì)不同品種的鮮果橄欖油進(jìn)行品質(zhì)分析，為引種栽培和新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

20個(gè)品種的油橄欖果實(shí)于2017年10—12月采自隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院大堡油橄欖品種示范園(海拔1 036～1 048 m；平均氣溫15.3℃，最高氣溫38℃，最低氣溫-7℃；相對(duì)濕度56.6%，年降水量468 mm，日照時(shí)數(shù)1 871 h；沙壤土質(zhì)pH 7.9)。20個(gè)品種均為第六成熟度(果皮全黑，果肉小于1/2紅色)[10]。

10種脂肪酸甲酯混標(biāo)(C16～C22)，美國(guó)NU-CHEK-PREP公司；石油醚(30～60℃)、甲醇、氫氧化鈉、無(wú)水硫酸鈉，均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Trace 1300 ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，Thermo Fisher Scientific；Abencor橄欖分析系統(tǒng)(包括錘磨機(jī)、熱攪拌機(jī)及離心機(jī))，西班牙MC2 Ingenieria公司；PEN 3.5電子鼻氣體指紋分析儀，德國(guó)Airsense。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 橄欖油的提取

準(zhǔn)確稱(chēng)取第六成熟度的油橄欖果800 g，并逐粒放入錘磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎完成后將果肉和果核完全混合均勻。用融合罐稱(chēng)取700 g混合物，將融合罐放入融合攪拌器在30℃水浴鍋和50 r/min的融合條件下融合60 min，之后加入30 mL 25℃的水繼續(xù)融合30 min。將融合后的混合物置于5 000 r/min 的離心機(jī)離心60 s，移取分離的油相和水相于250 mL的量筒中，再加入25℃的水50 mL，重復(fù)上述步驟2次，收集離心后的油相和水相于同一量筒中，用25℃的水定容至刻度。靜置30 min，讀取油相的體積，記錄數(shù)據(jù)并移取油相于收集瓶中，密封并低溫保存。按下式計(jì)算出油率。

1.2.2 脂肪酸組成分析

1.2.2.1 甲酯化

采用酯交換法對(duì)油樣進(jìn)行甲酯化[11]。精密稱(chēng)取油樣約0.30 g于20 mL的具塞試管中，加5 mL氫氧化鈉-甲醇溶液(0.5 mol/L)搖勻，在常溫或25℃水浴下反應(yīng)40 min，每5 min 振搖1次，取出后加入5 mL石油醚，搖勻，靜置，再加入5 mL蒸餾水，用移液槍吸取上層有機(jī)相于離心管中，加無(wú)水硫酸鈉干燥，離心，過(guò)濾，稀釋后進(jìn)樣分析。

1.2.2.2 GC-MS分析

GC條件：色譜柱為AE-FFAP彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為99.999%的高純氦氣；進(jìn)樣口溫度250℃；升溫程序?yàn)?60℃保持3 min，以4℃/min的速率升至190℃，保持2 min，再以10℃/min的速率升至210℃，保持5 min，再以5℃/min的速率升至240℃，保持5 min；進(jìn)樣量1 μL；進(jìn)樣方式為分流進(jìn)樣，分流比50∶1；載氣模式為恒流模式；載氣流速1.0 mL/min；GC-MS接口溫度250℃。

MS條件：傳輸線溫度250℃；電離方式EI；電離電壓70 eV；離子源溫度280℃；質(zhì)量掃描方式為Full Scan；質(zhì)量掃描范圍(m/z)50～650；溶劑延遲3 min；NIST 2011版質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2.2.3 脂肪酸的定性定量分析

采用NIST 2011版質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索并結(jié)合C16～C22脂肪酸甲酯混標(biāo)比對(duì)分析定性，采用峰面積歸一化法計(jì)算橄欖油中主要脂肪酸的相對(duì)含量。

1.2.3 電子鼻(E-Nose)風(fēng)味識(shí)別與區(qū)分

樣品氣體采集方法:稱(chēng)取初榨橄欖油樣品15 mL于頂空進(jìn)樣瓶中，蓋上瓶蓋，30℃下保溫30 min，取瓶?jī)?nèi)頂空氣體進(jìn)行電子鼻檢測(cè)。

電子鼻檢測(cè)條件:樣品采集時(shí)間70 s，傳感器清洗時(shí)間120 s，調(diào)零時(shí)間5 s，進(jìn)樣準(zhǔn)備時(shí)間5 s，進(jìn)樣流量300 mL/min。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種油橄欖鮮果出油率的分析比較(見(jiàn)圖1)

由圖1可知，鮮果出油率大于20%的僅有‘?？凇?，為23.50%，出油率15%～20%的有5種，10%～15%的有6種，5%～10%的有6種，小于5%的有2種。20個(gè)品種的鮮果平均出油率為11.91%，鮮果出油率最高品種‘?？凇c最低品種‘果大爾’(出油率1.30%)相差22.20個(gè)百分點(diǎn)。不同品種之間鮮果出油率不同，可以根據(jù)出油率的高低判斷果用品種和油用品種。含油率高的油用品種果實(shí)主要用來(lái)榨取優(yōu)質(zhì)食用橄欖油，果用品種果實(shí)主要用來(lái)加工食用果品，具有果肉含量高、果核小和營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)[12]。

注：1.果大爾;2,賀吉;3.小蘋(píng)果;4.格洛桑;5.拉多麗亞;6.柯尼卡;7.豆果;8.皮削利;9.皮瓜爾;10.諾切阿納;11.萊星;12.法加;13.玉蟬;14.瓦拉;15.愛(ài)桑;16.格里昂;17.中山;18.F-17;19.云臺(tái);20.?？凇?/p>

2.2 脂肪酸分析

2.2.1 不同品種橄欖油的脂肪酸組成與含量

表1為不同品種橄欖油的脂肪酸組成與含量，表2為不同品種橄欖油的MUFA/PUFA、G18∶1/C18∶2。由表1可知，20個(gè)品種的橄欖油中共檢測(cè)出11種脂肪酸，其中飽和脂肪酸5種，不飽和脂肪酸6種。油酸含量最高，占58.96%～74.86%，其次是棕櫚酸，占12.20%～21.04%，亞油酸和硬脂酸分別占4.06%～18.62%和1.61%～4.73%，亞麻酸和棕櫚烯酸分別占未檢出～1.48%和0.57%～3.14%，在少數(shù)品種中還檢測(cè)出微量的十七碳酸、十七碳烯酸、花生烯酸和山崳酸。SFA占16.54%～25.77%，MUFA和PUFA分別占60.95%～75.86%和4.54%～19.89%。由表2可知，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2分別為3.10～16.71和3.21～18.44。

橄欖油中高含量的單不飽和脂肪酸和較低含量的飽和脂肪酸對(duì)維持血液中膽固醇水平有積極作用[13]。單不飽和脂肪酸的含量越高，油脂的品質(zhì)越好、風(fēng)味更佳；多不飽和脂肪酸極易與氧反應(yīng)而降解為揮發(fā)性成分，容易引起油脂的酸敗變質(zhì)[14]。C18∶1/C18∶2作為衡量植物油脂穩(wěn)定性的一個(gè)參數(shù)，具有較高穩(wěn)定性的油脂其比值越大[15-16]。從表2可知，C18∶1/C18∶2最大的5個(gè)品種依次為‘皮削利’‘柯尼卡’‘皮瓜爾’‘小蘋(píng)果’和‘萊星’，分別為18.44、14.99、13.49、11.08和10.34，說(shuō)明這5種橄欖油穩(wěn)定性較好；C18∶1/C18∶2最小的5個(gè)品種依次為‘愛(ài)?！瓼-17’‘?？凇呃汀印謩e為5.11、4.73、4.60、3.74和3.21，說(shuō)明這5種高含量的多不飽和脂肪酸使橄欖油容易氧化降解、穩(wěn)定性變差。

2.2.2 不同品種橄欖油的脂肪酸組成與含量的主成分分析

將SFA、MUFA、PUFA、MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶25個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)利用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析，得到主成分個(gè)數(shù)及累積方差貢獻(xiàn)率，如表3所示。

表3 主成分特征值和方差貢獻(xiàn)率

由表3可知，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為71.278%，第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為25.674%，前2個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為96.952%，且特征值均大于1，說(shuō)明這2個(gè)主成分能夠代表5個(gè)特征指標(biāo)的絕大部分信息。

2個(gè)主成分矩陣見(jiàn)表4。由表4可知，第一主成分上的性狀指標(biāo)主要是MUFA、PUFA、MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2，第二主成分上的性狀指標(biāo)主要是SFA。

表4 主成分矩陣

根據(jù)表3、表4，計(jì)算不同品種橄欖油的主成分綜合得分[17]并進(jìn)行排序，結(jié)果如表5所示。

表5 不同品種主成分綜合得分

由表5可知，綜合得分大于1的有6個(gè)品種，得分排名前5的品種依次是‘皮削利’‘柯尼卡’‘皮瓜爾’‘小蘋(píng)果’和‘萊星’，其綜合得分分別為3.04、2.41、2.20、1.52和1.42，綜合得分在0～1之間的有2個(gè)品種，綜合得分小于0的有12個(gè)品種，最低的5個(gè)品種依次為‘愛(ài)?！猩健瓼-17’‘瓦拉’和‘法加’，其綜合得分分別為-0.78、-0.85、-1.20、-2.65和-2.89。因此，從脂肪酸的角度進(jìn)行主成分分析可知，20個(gè)品種中‘皮削利’的品質(zhì)最好，‘法加’品質(zhì)最差。

2.2.3 不同品種橄欖油的脂肪酸組成與含量的聚類(lèi)分析

根據(jù)脂肪酸組成與含量對(duì)20個(gè)橄欖油品種進(jìn)行聚類(lèi)分析，獲取聚類(lèi)譜系圖，如圖2所示。

由圖2 可知，當(dāng)把平均距離的閾值設(shè)為25時(shí)，20個(gè)品種可分為5個(gè)類(lèi)群。第1類(lèi)群包含1個(gè)品種(‘皮削利’)，其特點(diǎn)是SFA和PUFA含量最低，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2最大。第2類(lèi)群包含6個(gè)品種(‘云臺(tái)’‘格里昂’‘萊星’‘小蘋(píng)果’‘皮瓜爾’和‘柯尼卡’)，特點(diǎn)是C18∶1/C18∶2較大。第3類(lèi)群包含4個(gè)品種(‘賀吉’‘果大爾’‘中山’和‘豆果’)，特點(diǎn)是C18∶1/C18∶2較小。第4類(lèi)群包含2個(gè)品種(‘瓦拉’和‘法加’)，特點(diǎn)是PUFA含量高，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2最小。第5類(lèi)群包含7個(gè)品種(‘?？凇裣s’‘F-17’‘格洛?！Z切阿納’‘愛(ài)桑’和‘拉多麗亞’)，特點(diǎn)是SFA含量高，MUFA含量低。結(jié)合表1、表2及以上結(jié)果表明，匯聚在同一類(lèi)群中的品種，其SFA、MUFA和C18∶1/C18∶2與其他類(lèi)群的品種之間存在差異。

2.3 不同品種橄欖油風(fēng)味物質(zhì)組成的主成分分析

采用電子鼻的10個(gè)傳感器獲取的橄欖油風(fēng)味物質(zhì)載荷圖如圖3所示。

因子載荷是變量與公共因子的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)某變量在某公共因子中的載荷絕對(duì)值越大，表明該公共因子更能代表該變量。由圖3可知，在10種橄欖油風(fēng)味物質(zhì)成分中，成分1更能代表芳香成分和苯類(lèi)(W1C)、醇類(lèi)和醛酮類(lèi)化合物(W2S)、烷烴類(lèi)化合物(W1S)和氮氧化合物(W5S)，成分2更能代表短鏈烷烴芳香成分(W5C)和長(zhǎng)鏈烷烴芳香成分(W3S)，說(shuō)明芳香成分和苯類(lèi)、醇類(lèi)和醛酮類(lèi)化合物、烷烴類(lèi)化合物是橄欖油10種風(fēng)味物質(zhì)中的主要特征化合物。醛酮類(lèi)化合物一般被認(rèn)為是不飽和脂肪酸的氧化降解產(chǎn)物，新鮮植物油中含量較高，故對(duì)植物油整體氣味的貢獻(xiàn)相對(duì)較大，能賦予植物油產(chǎn)品一定的果香氣味[18]。

圖3 橄欖油風(fēng)味物質(zhì)載荷圖

通過(guò)Winmuster軟件對(duì)電子鼻的10個(gè)傳感器獲取橄欖油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 橄欖油風(fēng)味物質(zhì)PCA圖

由圖4可知，2個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為93.32%，說(shuō)明提取2個(gè)主成分能夠反映原始數(shù)據(jù)大部分信息。20個(gè)品種的風(fēng)味特征數(shù)據(jù)點(diǎn)大致可劃分為7組，第1組為‘豆果’，第2組為‘中山’和‘F-17’，第3組為‘果大爾’和‘法加’，第4組為‘皮瓜爾’‘皮削利’和‘玉蟬’，第5組為‘賀吉’‘拉多麗亞’‘小蘋(píng)果’和‘愛(ài)?！?組為‘諾切阿納’‘柯尼卡’和‘萊星’，第7組為‘瓦拉’‘?？凇婆_(tái)’‘格里昂’和‘格洛?！?。前4組之間能夠明顯區(qū)分，后3組之間數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較近，但均能較好地區(qū)分，并且與前4組數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較遠(yuǎn)，彼此區(qū)分明顯，說(shuō)明后3組中品種的風(fēng)味更為接近。通過(guò)電子鼻分析可知，不同品種的橄欖油有不同的風(fēng)味特征。這與鐘誠(chéng)等[19]在研究油橄欖品種、成熟度以及堆放時(shí)間對(duì)初榨橄欖油風(fēng)味的影響得到的結(jié)果類(lèi)似。

3 結(jié) 論

對(duì)20個(gè)油橄欖品種的鮮果出油率、脂肪酸含量與風(fēng)味物質(zhì)組成的研究表明，20個(gè)品種的油橄欖鮮果出油率受品種影響較大，平均出油率為11.91%，并且根據(jù)出油率的高低可分為果用品種和油用品種。橄欖油中含量較高的脂肪酸為油酸、棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸、亞麻酸和棕櫚烯酸，在少數(shù)品種中還檢測(cè)出微量的十七碳酸、十七碳烯酸、花生烯酸和山崳酸。根據(jù)主成分綜合得分20個(gè)品種中‘皮削利’品質(zhì)最好，‘法加’最差，并且不同品種C18∶1/C18∶2不同。根據(jù)聚類(lèi)分析可知，20個(gè)品種可以分為5個(gè)類(lèi)群，同一類(lèi)群之間在脂肪酸組成方面類(lèi)似，不同類(lèi)群之間存在差異。不同品種的橄欖油有不同的風(fēng)味特征，根據(jù)橄欖油風(fēng)味物質(zhì)組成PCA，20個(gè)品種可分為7組，前4組之間能夠明顯區(qū)分，后3組之間數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較近，說(shuō)明后3組中品種的風(fēng)味更為接近。通過(guò)鮮果出油率、脂肪酸含量和風(fēng)味物質(zhì)組成，對(duì)不同品種的橄欖油進(jìn)行品質(zhì)分析，可為引種栽培和新品種選育提供理論依據(jù)。