基于主成分分析法構(gòu)建牛油果油香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型

馬會(huì)芳, 劉義軍, 涂行浩, 曾瑩瑩, 靜 瑋, 李積華, 杜麗清

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524001；2.海南省果蔬貯藏與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524001；3.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所/海南省熱帶園藝產(chǎn)品采后生理與保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524091；4.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東 湛江 524094)

牛油果油是采用壓榨法[1]、水代法[2]等方法從新鮮的牛油果果肉中提取的天然植物油.牛油果油營(yíng)養(yǎng)豐富，不僅含有豐富的不飽和脂肪酸，還含有多種人體必需的維生素，其一般通過(guò)調(diào)味油或者保健用油直接食用，或涂抹于皮膚上以滋養(yǎng)肌膚等[3].基于牛油果油的風(fēng)味在消費(fèi)者感官評(píng)價(jià)上具有重要的地位，其成為消費(fèi)者是否購(gòu)買(mǎi)的重要影響因素.目前關(guān)于牛油果油風(fēng)味的研究，常見(jiàn)于香氣成分的鑒定與分析，而對(duì)牛油果油香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究鮮有報(bào)道.牛油果油尚缺少香氣評(píng)價(jià)方法，借鑒現(xiàn)有的感官評(píng)價(jià)方法易受評(píng)價(jià)人員專(zhuān)業(yè)程度等主觀因素的影響，其準(zhǔn)確性受到了一定程度的限制.因此，建立與完善牛油果油香氣的客觀評(píng)價(jià)體系尤為重要.

主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)，并對(duì)綜合指標(biāo)按照一定的規(guī)則進(jìn)行分類(lèi)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法[4]，該方法根據(jù)各主成分的貢獻(xiàn)率來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)之間的規(guī)律性和差異，已在果酒[5]、茶葉[6]、油脂[7]等香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方面得到廣泛應(yīng)用.氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜是利用不同產(chǎn)物所產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)中遷移速率的不同而實(shí)現(xiàn)分離的，該方法靈敏度高、分辨率高，特別適合于揮發(fā)性有機(jī)化合物中痕量組分的檢測(cè)[8]，已廣泛應(yīng)用于植物油[9]、肉類(lèi)[10]、食用菌[11]等揮發(fā)性有機(jī)化合物的分析與鑒定.本研究采用熱榨法、超臨界二氧化碳萃取法、水代法3種方法提取牛油果油，使用氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜技術(shù)對(duì)牛油果油中的香氣成分進(jìn)行定性、定量分析，利用主成分分析法建立香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，旨在為牛油果油香氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)以及鑒別牛油果油的提取方法提供一種新的途徑.

1 材料與方法

1.1 材料

牛油果購(gòu)自湛江市昌大昌超級(jí)購(gòu)物超市，品種名為‘Hass’，產(chǎn)地墨西哥.

主要儀器有1F1-00110型氣相色譜離子遷移譜(德國(guó)Gesellschaft Für Analytische Sensorsysteme MbH公司)、OP101型榨油機(jī)(深圳億美康電子商務(wù)有限公司)、HSFE-5+1型超臨界二氧化碳萃取儀(江蘇高科制藥設(shè)備有限公司).

1.2 牛油果油的制備

1.2.1 原料預(yù)處理 牛油果在室溫下后熟，待果皮顏色由墨綠轉(zhuǎn)為黑色時(shí)，立即去皮去核，將果肉切成1 cm×1 cm×1 cm的小方塊，在真空冷凍干燥機(jī)中于-40 ℃、0.009 MPa條件下干燥72 h，得果肉干品.

1.2.2 熱榨法提取 將果肉干品投入單螺桿壓榨機(jī)中壓榨制油，除渣，毛油于10 000 r·min-1離心10 min，收集上層清油(編號(hào)：HP_O)，置冰箱(4 ℃)中保存?zhèn)溆?

1.2.3 超臨界二氧化碳萃取法提取 參考Corzzini et al[12]的方法萃取.將果肉干品粉碎后過(guò)40目篩，置超臨界二氧化碳萃取儀中萃取，Ⅰ級(jí)萃取的溫度、壓力分別為45 ℃、5 MPa，Ⅱ級(jí)萃取的溫度、壓力分別為55 ℃、21 MPa，Ⅰ級(jí)分離的溫度、壓力分別為50 ℃、6 MPa，Ⅱ級(jí)分離的溫度、壓力分別為30 ℃、6 MPa.收集萃取油，靜置1 h，排除油中的二氧化碳，于10 000 r·min-1離心10 min，收集上層清油(編號(hào)：SC_O)，置冰箱(4 ℃)中保存?zhèn)溆?

1.2.4 水代法提取 參考Werman et al[13]的方法提取，在實(shí)際提取過(guò)程中對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了修改.牛油果去皮去核后，稱(chēng)取1 000 g果肉，加水2 000 g后打漿，膠體研磨1 min，用2 000 g水清洗機(jī)器內(nèi)壁，將清洗液與漿液混勻，調(diào)節(jié)pH為8.0，于75 ℃水浴加熱1.5 h，邊加熱邊攪拌，漿液于10 000 r·min-1離心10 min，取上層油(含乳化層)，得毛油.毛油于4 ℃下冷藏24 h，再于10 000 r·min-1離心10 min，取上層清油(編號(hào)：AQ_O)，置冰箱(4 ℃)中保存?zhèn)溆?

1.3 牛油果油香氣成分的檢測(cè)

采用氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)牛油果油的香氣成分.

1.3.1 自動(dòng)進(jìn)樣條件 取0.2 g樣品置20 mL頂空瓶中，進(jìn)樣條件為：孵化溫度80 ℃；孵化時(shí)間20 min；進(jìn)樣方式為自動(dòng)頂空進(jìn)樣；加熱方式為振蕩加熱；振蕩速率500 r·min-1；進(jìn)樣針溫度85 ℃；進(jìn)樣量500 μL，不分流；清洗時(shí)間0.5 min.

1.3.2 氣相色譜條件 FS-SE-54-CB-1石英毛細(xì)管柱(15 m×0.53 mm，0.5 μm)；色譜柱溫度60 ℃；載氣為N2(純度≥99.999%)；載氣流速程序：初始流速2.0 mL·min-1維持2 min，10 mL·min-1維持8 min，100 mL·min-1維持10 min，150 mL·min-1維持15 min.

1.3.3 離子遷移質(zhì)譜條件 條件為：漂移管長(zhǎng)度98 mm；管內(nèi)線(xiàn)性電壓500 V·cm-1；漂移管溫度45 ℃；漂移氣為N2(純度≥99.999%)；漂移氣流速150 mL·min-1；放射源：β射線(xiàn)(氚，3H)；離子化模式：正離子.

1.4 牛油果油香氣質(zhì)量的感官評(píng)價(jià)

以GB/T 10220—2012感官分析總論[14]為依據(jù)，參考牛文婧等[4]的方法，由9位經(jīng)過(guò)一定訓(xùn)練的評(píng)價(jià)人員(相關(guān)專(zhuān)業(yè)的老師、學(xué)生)根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隨機(jī)編號(hào)的9個(gè)牛油果油樣品進(jìn)行香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，給出評(píng)分.綜合評(píng)分均以平均值來(lái)評(píng)定牛油果油的香氣質(zhì)量.

表1 牛油果油香氣質(zhì)量感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用NIST、IMS數(shù)據(jù)庫(kù)檢索進(jìn)行定性分析，采用峰面積歸一化法對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物成分進(jìn)行相對(duì)定量.采用Excel 2013、SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及主成分分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 牛油果油中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成

由表2可知：采用氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜技術(shù)從3種方法提取的牛油果油中共鑒定出47種主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括13種醇類(lèi)物質(zhì)、13種醛類(lèi)物質(zhì)、6種酮類(lèi)物質(zhì)、5種酸類(lèi)物質(zhì)、5種酯類(lèi)物質(zhì)、5種雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)，其中6對(duì)為同分異構(gòu)體.采用熱榨法提取的牛油果油中，醇類(lèi)物質(zhì)占37.76%，醛類(lèi)物質(zhì)占27.90%，酮類(lèi)物質(zhì)占19.89%，酯類(lèi)物質(zhì)占10.93%，雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)占1.79%，酸類(lèi)物質(zhì)占1.73%；采用超臨界二氧化碳萃取法提取的牛油果油中，醛類(lèi)物質(zhì)占31.40%，酯類(lèi)物質(zhì)占25.70%，醇類(lèi)物質(zhì)占20.40%，酮類(lèi)物質(zhì)占17.69%，雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)占3.39%，酸類(lèi)物質(zhì)占1.43%；采用水代法提取的牛油果油中，醛類(lèi)物質(zhì)占53.08%，醇類(lèi)物質(zhì)占28.64%，雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)占5.28%，酮類(lèi)物質(zhì)占4.70%，酯類(lèi)物質(zhì)占4.64%，酸類(lèi)物質(zhì)占3.96%.由此可知，構(gòu)成牛油果油風(fēng)味物質(zhì)主要為醇類(lèi)、醛類(lèi)、酯類(lèi)、酮類(lèi)物質(zhì).

由表2可知：采用3種方法提取的牛油果油中，2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-戊醇(M、D)、反式-2-己烯-1-醇、1-辛烯-3-醇、2-辛醇、桉葉油醇(M)、己醛、糠醛、3-甲硫基丙醛、(E)-2-庚烯醛、苯甲醛、(E，E)-2，4-庚二烯醛、反-2-辛烯醛(D)、壬醛、丙酸、3-甲基戊酸(M)、2-丁酮、3-羥基-2-丁酮、2-庚酮、1-辛烯-3-酮、乙酸乙酯、己酸甲酯、己酸丙酯、2-戊基呋喃、2-乙?；拎さ?5種風(fēng)味物質(zhì)存在顯著差異，芳樟醇不存在顯著差異.采用水代法提取的牛油果油中，1-戊醇(M、D)、5-甲基-2-呋喃甲醇、庚醛(D)、反-2-辛烯醛(M)、2-甲基丁酸、3-甲基戊酸(D)、己酸、2，3-丁二酮等7種風(fēng)味物質(zhì)同時(shí)與采用熱榨法、超臨界二氧化碳萃取法提取的存在顯著差異；采用熱榨法提取的牛油果油中，桉葉油醇(D)、苯甲醇、丁醛、苯乙醛(M、D)、3-甲基丁酸、2-己酮、戊酸乙酯、2-乙?；秽?、2-乙?；拎旱?種風(fēng)味物質(zhì)同時(shí)與采用水代法、超臨界二氧化碳萃取法提取的存在顯著差異；采用超臨界二氧化碳萃取法提取的牛油果油中，1-丙醇、2-己烯醇、正己醇、庚醛(M)、正辛醛、丙酸乙酯、2-乙酰基噻唑等7種風(fēng)味物質(zhì)同時(shí)與采用水代法、熱榨法提取的存在顯著差異.

表2 牛油果油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成及相對(duì)含量1)

2.2 牛油果油香氣評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.2.1 主成分分析 由表3可知：前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為97.559%，包含了1-丙醇、2-甲基-1-丁醇、1-戊醇(M、D)等44種化合物，能較好地反映原始數(shù)據(jù)的信息.其中，第1成分的貢獻(xiàn)率為61.384%，第2成分的貢獻(xiàn)率為32.792%，第3成分的貢獻(xiàn)率為3.383%.主成分分析一般提取主成分90%以上的信息，可見(jiàn)，此3個(gè)成分能代表該數(shù)據(jù)的絕大部分信息，根據(jù)其貢獻(xiàn)率的大小分別命名為第1、2、3主成分.

表3 主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率

某主成分與載荷變量系數(shù)的絕對(duì)值越大，表明該主成分與該變量的關(guān)系越接近[15].由表4、圖1可知：第1主成分與2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-戊醇、反式-2-己烯-1-醇、桉葉油醇(M、D)、苯甲醇、丁醛、苯乙醛(M、D)、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、2-丁酮、2，3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮、2-己酮、戊酸乙酯、己酸甲酯、2-乙?；秽?、2-乙?；拎撼矢叨日嚓P(guān)，與1-戊醇(M、D)、5-甲基-2-呋喃甲醇、1-辛烯-3-醇、2-辛醇、戊醛、己醛、糠醛、庚醛(D)、(E)-2-庚烯醛、苯甲醛、反-2-辛烯醛(M、D)、丙酸、3-甲基戊酸、己酸、1-辛烯-3-酮、2-戊基呋喃、2-乙?；拎こ矢叨蓉?fù)相關(guān)；第2主成分與1-丙醇、2-己烯醇、庚醛(M)、正辛醛呈高度正相關(guān)，與正己醇、3-甲硫基丙醛、2-庚酮、乙酸乙酯、丙酸乙酯、2-乙?；邕虺矢叨蓉?fù)相關(guān)；第3主成分與芳樟醇呈高度正相關(guān).

表4 主成分的載荷向量、特征向量

續(xù)表4

2.2.2 香氣評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建 由表3可知:主成分分析結(jié)果中前3個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)97.56%，且特征值大于1，基本上保留了原有變量的信息，因此可以利用這3個(gè)主成分進(jìn)行牛油果油香氣質(zhì)量的評(píng)價(jià).由于主成分載荷矩陣中的載荷向量并不是主成分的系數(shù)，主成分系數(shù)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(shù)平方根[16].按照該求法求得主成分特征向量(表4).以Y1、Y2、Y3分別表示主成分1、2、3，3個(gè)主成分的函數(shù)表達(dá)式分別為：Y1=0.166X2-0.142X3+…+0.144X52-0.008X53，Y2=0.238X1+0.076X2+…+0.079X52-0.239X53，Y3=0.057X1+0.008X2+…+0.028X52-0.047X53.

以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率βi(i=1，2，…，k)為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)(Y=β1Y1+β2Y2+…+βkYk)建立牛油果油香氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型：Y=61.384Y1+32.792Y2+3.383Y3.利用該模型計(jì)算牛油果油香氣質(zhì)量的綜合得分，然后根據(jù)綜合得分(Y值)評(píng)價(jià)香氣質(zhì)量并排序(表5)，其中，主成分得分是相應(yīng)的因子得分乘以相應(yīng)特征值的算術(shù)平方根.由表5可知，牛油果油香氣質(zhì)量的綜合得分由高到低依次為HP_O(熱榨法提取)、SC_O(超臨界二氧化碳萃取法提取)、AQ_O(水代法提取).感官評(píng)價(jià)得分與香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型綜合得分在排序上存在一定的差異，可能受感官評(píng)價(jià)人員及周?chē)h(huán)境的影響，造成鑒定結(jié)果存在一定程度的偏差，但用相同方法提取的牛油果油，其平均得分順序與模型評(píng)價(jià)得分一致.采用Pearson相關(guān)性分析法，將牛油果油的感官評(píng)分結(jié)果與香氣質(zhì)量模型(Y值)進(jìn)行對(duì)比分析的結(jié)果顯示，兩種方法呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.982.由此表明所建立的香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型與感官評(píng)價(jià)法具有較好的一致性，即不同方法提取的牛油果油，其香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)可以通過(guò)主成分分析法來(lái)實(shí)現(xiàn).

3 討論

本研究對(duì)熱榨法、超臨界二氧化碳萃取法、水代法3種方法提取的牛油果油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析鑒定，并進(jìn)行了顯著性分析，采用主成分分析法確定了其特征香氣成分，構(gòu)建了香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型：Y=61.384Y1+32.792Y2+3.383Y3，該模型評(píng)價(jià)結(jié)果與感官評(píng)價(jià)結(jié)果呈極顯著正相關(guān)(P<0.01).基于該模型，3種方法提取的牛油果油香氣質(zhì)量排序?yàn)椋簾嵴シ?、超臨界二氧化碳萃取法、水代法.由于油脂種類(lèi)的不同，本研究結(jié)果與初榨橄欖油[16]、花椒油[4]等油脂香氣質(zhì)量模型的相關(guān)系數(shù)存在一定的差異，但該方法為油脂香氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)開(kāi)辟了一條可數(shù)字化的途徑.

植物油脂提取工藝對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類(lèi)及其含量等有較大的影響[17-18].本研究采用氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜技術(shù)在3種方法提取的牛油果油中共鑒定出47種主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括13種醇類(lèi)物質(zhì)、13種醛類(lèi)物質(zhì)、6種酮類(lèi)物質(zhì)、5種酸類(lèi)物質(zhì)、5種酯類(lèi)物質(zhì)、5種雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)，其中有效香氣成分32種.陳金明[19]在鱷梨油中共鑒定出26種有效香氣成分、46種酶解物，包括6種酸類(lèi)物質(zhì)、5種醇類(lèi)物質(zhì)、10種酯類(lèi)物質(zhì)、17種醛類(lèi)物質(zhì)、5種碳?xì)浠衔铩?種酮類(lèi)物質(zhì)、2種烯類(lèi)物質(zhì).二者在醇類(lèi)物質(zhì)等組成上存在差異，可能由于初始孵化溫度不同以及加工工藝不同，導(dǎo)致香氣成分存在較大差異；同時(shí)，產(chǎn)地、成熟度對(duì)牛油果的理化性質(zhì)及脂肪酸組成有較大的影響[20]，這也可能導(dǎo)致二者釋放的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在差異.

植物油脂的特征香氣成分一般由揮發(fā)性化合物的類(lèi)別、種類(lèi)占比及含量確定的[4].通過(guò)對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量進(jìn)行顯著性分析發(fā)現(xiàn)，主成分分析法存在一定的不足，如無(wú)法有效、精準(zhǔn)地辨別加工方法的差異性.因此，本研究以主成分分析法為基礎(chǔ)，結(jié)合顯著性分析結(jié)果，確定了牛油果油的特征香氣成分以及不同方法提取的特征香氣成分.乙酸乙酯、反式-2-己烯-1-醇、己醛、(E)-2-庚烯醛、3-羥基-2-丁酮、戊醛、2-己烯醇、糠醛、1-丙醇、正己醇、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-庚酮、1-戊醇(M、D)、2-乙?；拎?、庚醛(M、D)、2-甲基-1-丁醇、壬醛、庚醛、2-丁酮、苯乙醛、反-2-辛烯醛等24種化合物為牛油果油特征香氣成分(含量大于0.8%，總占比大于90%).2-甲基-1-丁醇、桉葉油醇(M、D)、(E，E)-2，4-庚二烯醛、苯甲醇、丁醛、苯乙醛(M、D)、3-甲基丁酸、2-丁酮、2-己酮、戊酸乙酯、2-乙酰基呋喃、2-乙?；拎旱?2種化合物為熱榨法提取的特征香氣成分；正己醇、乙酸乙酯、丙酸乙酯、2-乙酰基噻唑等4種化合物為超臨界二氧化碳萃取法提取的特征香氣成分；1-戊醇(M、D)、5-甲基-2-呋喃甲醇、戊醛、反-2-辛烯醛(M、D)、3-甲基戊酸(M、D)等5種化合物為水代法提取的特征香氣成分.研究表明，熱榨法提取的牛油果油，其特征香氣成分與牛油果油特征香氣有25%重合，而超臨界二氧化碳萃取法提取的有50%重合，水代法提取的有80%重合.因此，初步推斷采用水代法提取對(duì)牛油果油的特征香氣成分損害較大，而超臨界二氧化碳萃取法由于萃取了其他脂溶性成分，導(dǎo)致特征香氣成分產(chǎn)生一定的變化[21].由于高溫的作用，油脂的特征香氣成分發(fā)生了一系列變化，導(dǎo)致其與原有的特征香氣成分差異較大[22-23].

4 結(jié)論

本研究采用氣相色譜—離子遷移質(zhì)譜技術(shù)從熱榨法、超臨界二氧化碳萃取法、水代法3種方法提取的牛油果油中共分離鑒定出47種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì).顯著性分析結(jié)果表明，3種方法提取的牛油果油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在顯著差異.采用主成分分析法構(gòu)建的質(zhì)量評(píng)價(jià)模型能有效地對(duì)牛油果油的香氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，為牛油果油香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種新方法.