基于主成分分析构建初榨橄榄油香气质量评价模型

1、基于主成分分析构建初榨橄榄油香气质量评价模型雷春妮基金项目：甘肃省重点研发项目(17YF1NK088) 收稿日期：2019-02-26 作者简介：雷春妮，女，1988年出生，工程师，食品检测与分析。通信作者：周小平，男，1865年出生，研究员，食品检测与分析。 解迎双1 李经纬1 张雅珩2 周围1 周小平1 齐安安3 孙苗苗1 陈瑞霞1（兰州海关1.，兰州 730010） （江苏理工学院2.，常州 213100）.（ 西北师范大学3，兰州 730070）摘要：采用热脱附气相色谱质谱联用技术( TDGCMS) 测定 10 个橄榄油样本中的挥发性物质，鉴定出22种主要风味物质，利用主成分分析法构建

2、香气质量评价模型。结果表明: 第一至六主成分的累积贡献率为96.6261%，能够较好地反映原始数据的信息；通过主成分分析法，鉴定出初榨橄榄油的主要香气物质是: 正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、柠檬烯、1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛、正己醛、叶醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、(E)-2-己烯醛、Z-罗勒烯、乙酸己酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、正戊醇；同时，构建香气质量评价模型，为初榨橄榄油的香气质量评价提供了一种新方法。关键词：初榨橄榄油；主成分分析；挥发性风味成分中图分类号：TS207 文献标识码： 文章编号： Modeling fo

3、r aroma quality evaluation of Virgin olive oil based on principal component analysisLEI ChunNi1 XIE YingShuang1 LI JinWei1 ZHANG YaHeng2 ZHOU Wei1 ZHOU XiaoPing1 QI AnAn3 SUN MiaoMiao1 CHEN RuiXia1(.Lanzhou Customs1, Lanzhou 730010).（Jiangsu Institute of Technology2, JiangSu 213100）（Northwest Normal

4、 University3, Lanzhou 730070)Abstract: The volatile flavor compounds in 10 tested olive oil samples were determined by thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry (TD-GC-MS), and 22 major flavor substances were analyzed and identified. The aroma quality evaluation model was constructed b

5、y principal component analysis. The results show that the cumulative contribution rate of the first to sixth principal components is 96.6261%, which can better reflect the information of the original data; The main aroma substances identified in virgin olive oil by principal component analysis are:1

6、-Hexanol，(E)-2-pentenol，2-Ethylhexanol，Limonene，1-Penten-3-ol，1-Penten-3-ol，Hexan-1-al，(Z)-3-Hexen-1-ol，(E)-2-pentenol，(Z)-2-pentenol，（E)-2-Hexanal，cis-Allocimene，Hexyl acetate，(E,E)-2,4-Heptadienal，1-Pentanol；At the same time, the aroma quality evaluation model was constructed to provide a new meth

7、od for the aroma quality evaluation of virgin olive oil.Key words: Virgin olive oil; Principal component analysis; Volatile Flavor Components初榨橄榄油是从新鲜油橄榄果实中冷榨提取的一种高档食用植物油，是世界上唯一以自 然形态供人类食用的木本植物油之一，享有“植物油皇后”、“液体黄金”等众多美誉1。初榨橄榄油的风味在消费者偏爱程度以及橄榄油质量评价上具有重要的地位，不同的风味特征剌激消费者的感官及心理，成为消费者是否购买的重要影响因素。目前关于橄榄油风味的

8、研究常见于香气成分的鉴定分析2-5，而对初榨橄榄油香气质量评价的研究鲜有报道。橄榄油香气评价主要以感官评价为主，感官评价方法又易受评价人员、环境、组织形式等主观因素的影响，其准确性受到了一定程度的限制6。因此，建立与完善初榨橄榄油香气的客观评价体系尤为重要，这对提高和完善初榨橄榄油评价体系有重要的意义。主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）是一种降维或者把多个指标转化为少数几个综合指标的统计方法，主成分分析的目的是简化数据和揭示变量间的关系7，其作为一种多元分析方法已广泛应用于香气质量评价模型的构建8-10。热脱附法（thermal desorptio

9、n，TD）作为一种新型的挥发性成分分析预处理方法，具备操作简单，灵敏度高，绿色环保，检测限可达到10-9级等优点，常见于环境、卷烟和植物挥发性物质的提取分析，以及少量应用于食品风味测定11。本研究采用热脱附法-气相色谱/质谱法结合MassworkTM质谱解析软件对初榨橄榄油香气成分进行定性、定量分析，利用主成分分析建立初榨橄榄油的香气质量评价模型，旨在为初榨橄榄油香气质量的评价提供一种新途径。1 材料与方法1.1 材料与仪器油橄榄鲜果 2016年6月至10月采自陇南市祥宇油橄榄开发有限责任公司油橄榄基地，共选取9个品种（贺吉、皮削利、鄂植8 号、皮瓜尔、豆果、奇迹、阿斯、莱星、城固32号），冷

10、冻储存备用。单品种初榨橄榄油、多品种混合初榨橄榄油均由陇南市祥宇油橄榄开发有限责任公司提供。Agilent 7890A/5975C气相色谱/质谱联用仪；MassworksTM 软件；AutoTD自动热脱附解吸仪；90 mm6.4 mm不锈钢采样管（内装150mg Tenax-TA吸附剂）。1.3 方法1.3.1 热脱附法 用10 mL移液管准确移取8.0 mL油样置于20 mL顶空瓶中，用带有隔垫的瓶盖密封，置于集热式恒温加热器中，在一定温度下通过隔垫将已老化好的采样管插入顶空瓶中（距离液面1 cm），吸附一定时间，待TD-GC-MS分析。热脱附仪参数：一级解吸温度：180；一级解吸时间：5m

11、in；二级解吸温度：280；二级解吸时间：8min；进样时间：60s；冷阱温度：-30；传输线温度：200；阀温度：150；载气：高纯氦气（纯度99.999%）；载气压力：90KPa；驱动气体：空气。1.3.2 GC-MS分析色谱条件：色谱柱：HP-INNOWAX(60m0.250mm0.5m)；程序升温：初始温度60，保持1分钟，以2/min的速率升至255，保持20min；载气：高纯氦气（纯度99.999%）；进样口温度：260；恒压模式：10psi；分流比：5：1。质谱条件：电子电离（EI）源；电子能量：70eV；接口温度250；离子源温度：230；溶剂延迟：8min；质量扫描范围：m/

12、z25-550u。1.3.3 数据分析定性和定量分析： GC-MS谱图利用NIST 11标准谱库检索对挥发性成分进行初步定性，然后利用MassworksTM质谱解析软件对GC- MS谱图进行校正，测定各组分的模拟精准分子量，再结合相关文献进行人工谱图解析，确定各个化合物成分，运用峰面积归一化法，得到各成分的相对含量。2 结果与分析2.1 初榨橄榄油挥发性风味成分分析 单品种初榨橄榄油经过TD-GC-MS分析的总离子流图见图1，通过NIST 11标准谱库检索、MassworksTM 质谱解析软件和人工解谱对初榨橄榄油挥发性风味成分进行定性分析，共鉴定出22种主要风味成分，采用峰面积归一化法对风味

13、成分相对定量，结果见表1。图1 初榨橄榄油香气成分总离子流图表1 初榨橄榄油的挥发性风味成分鉴定结果及相对含量序号化合物相对含量 %类别贺吉皮削利鄂植8号皮瓜尔豆果奇迹阿斯莱星城固混合13-戊酮0.4000.4352.1660.4610.4010.9561.6340.4990.621.119酮类21-戊烯-3-酮2.3092.5651.6924.4093.2863.6464.6841.8014.0530.786酮类3正己醛 4.3005.9835.8315.2994.5017.95113.8182.6497.4228.575醛类41-戊烯-3-醇3.2192.6202.9422.8112.72

14、95.2012.0711.284.4651.26醇类5柠檬烯ndnd0.134ndndndndNd0.1291.678萜烯类62-己烯醛 1.5105.0390.6655.1861.2323.0082.2961.0341.8660.409醛类7(E)-2-己烯醛 66.02843.14243.80842.26667.35739.10934.68576.6938.73853.772醛类8正戊醇ndnd0.595ndndndndNdNd0.121醇类9Z-罗勒烯0.2400.085nd0.149ndndnd0.2040.6451.049萜烯类10乙酸己酯 ndndndndndndnd0.0571.

15、3770.429酯类11紫苏烯 1.5800.2490.5140.1790.3831.2520.6191.2910.3560.61萜烯类12(E)-2-戊烯 -1-醇 0.1430.2640.280.450.0300.2320.2810.10.2510.61醇类13(Z)-2-戊烯 -1-醇 1.3712.0061.2493.2450.9271.9442.3860.9941.5331.886醇类14乙酸叶醇酯 nd0.502ndnd0.3001.3002.4440.2486.1330.819酯类15(Z)-2-庚烯醛ndnd0.690ndndnd0.908NdNd0.297醛类16正己醇0.3

16、750.3891.2800.3170.3190.4380.8930.4641.0294.047醇类17叶醇1.6324.5711.1944.1831.9855.7687.1881.4144.5224.648醇类18壬醛0.2130.3351.1290.3430.4340.2200.6750.160.2640.633醛类19(E)-2-己烯-1-醇 1.0610.5480.576nd0.4210.258nd0.9460.2293.582醇类20（E,E）-2,4-己二烯醛 0.5941.2080.5271.3760.7511.5661.5350.5450.8920.383醛类21（E,E）-2,

17、4-庚二烯醛ndnd1.035ndndndndNdNd0.194醛类222-乙基己醇0.1350.2420.392nd0.2150.295nd0.180.2890.61醇类由表1可知，初榨橄榄油的主要挥发性风味成分有22种，按官能团的不同可以分为5大类物质，分别为：醇类、醛类、酯类、酮类、萜烯类。从各品种挥发性成分的主要构成看，醛类是初榨橄榄油香气中最主要的化合物，共鉴定出7种，占总香气成分的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%) 在各品种中含量相对

18、较高，其来源于脂氧合酶途径，是初榨橄榄油青草味、水果香以及苦味的主要贡献者12，且含量在各品种间差异很大，这是由于每个品种中合成这些C6醛类的酶活性或含量存在差别，而这种差别又是由其基因决定的。（Z）-2-庚烯醛仅存在于鄂植8号( 0.690%)和阿斯( 0.908%)品种的香气中。有8种醇类物质被识别出来，主要为C5和C6的化合物，相对含量较高的有( Z)-2-戊烯-1-醇( 0.927 3.245 %) 、叶醇( 1.1947.188 %) 和1-戊烯-3-醇( 1.260%5.201 %) ，这些化合物对初榨橄榄油的气味特征有积极的贡献13。除皮瓜尔和阿斯品种外，其他品种均鉴定出（E）-

19、2-己烯-1-醇和2-乙基己醇，而正戊醇（0.595%）仅在鄂植8号品种的香气中检出。酯类化合物有乙酸叶醇酯( nd6.133%)和乙酸己酯 ( nd1.377%)，乙酸叶醇酯有强烈的香蕉似的清香和花香型香气，在贺吉、鄂植8号和皮瓜尔品种中未鉴定出；乙酸己酯只存在于莱星和城固32号品种的香气中。此外，酮类和萜烯类各化合物也是初榨橄榄油香气的重要组成成分，酮类化合物主要有3-戊酮（0.4002.166%）和1-戊烯-3-酮（0.786%4.684%），萜烯类化合物有柠檬烯（nd1.678%）、Z-罗勒烯（nd1.049%）和紫苏烯（0.179%1.580%）。通过对22种香气成分的分析，9个单品

20、种初榨橄榄油因油橄榄自身基因的差异而导致初榨橄榄油的香气成分在其相对含量和成分组成上均存在差异。2.2 初榨橄榄油香气质量评价模型构建2.2.1 主成分分析利用SPSS20.0软件对9种初榨橄榄油挥发性风味成分的相对含量进行主成分分析（系统默认方差大于1的为主成分），得到主成分的特征值和贡献率见表2。由表2可知，第1成分的贡献率为32.3421%，第2成分的贡献率为24.2631%，第3成分的贡献率为18.1002%，第4成分的贡献率为10.4719%，第5成分的贡献率为6.8049%，第6成分的贡献率为4.6440%，6个成分的累计贡献率已经达到96.6261%，根据主成分分析一般提取主成分

21、包含90%以上信 息的原理14，可见此6个主成分能代表该数据的绝大部分信息，根据其贡献大小将其命名为第1，2，3，4，5，6主成分，图3为三维载荷图，表3为6种主成分的载荷矩阵。图3 三维载荷图表2 6个主成分的特征值及其贡献率（总方差解释）主成分特征值方差贡献率/%累积贡献率/%17.115332.342132.342125.337924.263156.605233.982018.100274.705442.303810.471985.177351.49716.804991.982261.02174.644096.6261表3 主成分载荷矩阵指标载荷向量气味特征描述1234563-戊酮0.4

22、4800.5849-0.61730.13060.18360.1070具有丙酮的气味1-戊烯-3-酮-0.84770.3898-0.00980.16920.0700-0.1662有刺激性气味正己醛-0.04840.86520.02920.03830.47700.0123生的油脂和青草气及苹果香味1-戊烯-3-醇-0.47780.1155-0.00040.5787-0.25210.5634具有水果味柠檬烯0.79460.27220.4810-0.20420.02430.0568呈愉快新鲜橙子香气，有萜的气味2-己烯醛-0.72830.24630.0992-0.3985-0.43640.0594/(

23、E)-2-己烯醛0.2676-0.90160.0824-0.14910.2047-0.1778呈浓郁新鲜水果、绿叶清香气正戊醇0.61300.1732-0.68160.1576-0.29690.0813/Z-罗勒烯0.60260.15990.75080.1051-0.0527-0.0695草香，花香并伴有橙花油的的气息乙酸己酯0.12750.22850.56960.7168-0.1636-0.2033有令人愉快的水果香气，梨似的酸甜味道紫苏烯0.0426-0.52060.00040.02550.55880.5566/(E)-2-戊烯-1-醇0.40970.67240.3382-0.3779-0

24、.25610.0843/(Z)-2-戊烯-1-醇-0.39580.65880.1730-0.5088-0.20260.0332因浓度不同具甘甜清香及刺激臭乙酸叶醇酯-0.18250.42010.40670.75460.0959-0.1732有强烈的香蕉似的清香，花香型香气(Z)-2-庚烯醛0.31000.6186-0.5568-0.01980.4099-0.1819/正己醇0.83720.38430.3640-0.09370.06660.0229有水果香气及芬芳的风味，味道似苹果皮味叶醇-0.34860.79610.3361-0.09510.26330.1359强烈的新鲜草叶的清香，新茶叶和苹

25、果青香壬醛0.56610.4833-0.63380.0060-0.0648-0.1474具有脂肪和柑橘的风味(E)-2-己烯-1-醇0.8341-0.04290.4511-0.26510.09670.1139具有强烈的未成熟果实气味(E,E)-2,4-己二烯醛-0.80540.5097-0.0417-0.15110.06250.1970/(E,E)-2,4-庚二烯醛0.60170.1696-0.69060.1623-0.29830.0803/2-乙基己醇0.81960.06920.22420.1996-0.20070.3064具有甜味和淡淡的花香某一主成分与变量的联系系数绝对值越大，则表示该主

26、成分与变量关系越接近15。由表3可知，第一主成分与正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、柠檬烯高度正相关，与1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛负相关；第二主成分与正己醛、叶醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇呈正相关，与(E)-2-己烯醛负相关。由表2可知累积贡献率60%以上的贡献率来自第1、第2和第3主成分，因此可认为正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、柠檬烯、1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛、正己醛、叶醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、(E)-2-己烯醛、Z-罗勒烯、乙酸己酯、(E,E)-2,4-庚二烯

27、醛、正戊醇是初榨橄榄油的主要特征挥发性风味成分。2.2.2 初榨橄榄油香气评价模型的构建前6个主成分的累积方差贡献率达96.6261%，可知利用前6个主成分进行不同初榨橄榄油香气质量评价是可行的。主成分载荷矩阵中的载荷向量并不是主成分的特征向量，也就是说并不是主成分的系数，主成分系数的求法是：各自主成分载荷向量除以各自主成分特征值的算术平方根，主成分特征向量见表4。以Y1表示主成分1、Y2表示主成分2 Y6表示主成分6，6个主成分的函数表达式为：Y1= 0.1680 X1-0.3178 X2+ +0.2256 X21+0.3073 X22Y2= 0.2532 X1+0.1687 X2+ +0.

28、0734 X21+0.0300 X22Y3= -0.3093 X1-0.0049 X2+ -0.3461 X21+0.1124 X22Y4= 0.0860 X1+0.1115 X2+ +0.1069 X21+0.1315 X22Y5= 0.1501 X1+0.0572 X2+ -0.2438 X21-0.1640 X22Y6= 0.1059 X1-0.1644 X2+ +0.0794 X21+0.3031 X22表4 主成分分析的特征向量变量代表组分主成分特征向量123456X13-戊酮0.1680 0.2532 -0.3093 0.0860 0.1501 0.1059 X21-戊烯-3-酮-

29、0.3178 0.1687 -0.0049 0.1115 0.0572 -0.1644 X3正己醛-0.0181 0.3745 0.0146 0.0252 0.3898 0.0122 X41-戊烯-3-醇-0.1791 0.0500 -0.0002 0.3813 -0.2060 0.5574 X5柠檬烯0.2979 0.1178 0.2410 -0.1345 0.0199 0.0562 X62-己烯醛-0.2730 0.1066 0.0497 -0.2625 -0.3567 0.0588 X7(E)-2-己烯醛0.1003 -0.3902 0.0413 -0.0982 0.1673 -0.17

30、59 X8正戊醇0.2298 0.0750 -0.3416 0.1038 -0.2427 0.0804 X9Z-罗勒烯0.2259 0.0692 0.3762 0.0692 -0.0431 -0.0688 X10乙酸己酯0.0478 0.0989 0.2854 0.4723 -0.1337 -0.2011 X11紫苏烯0.0160 -0.2253 0.0002 0.0168 0.4567 0.5507 X12(E)-2-戊烯-1-醇0.1536 0.2910 0.1695 -0.2490 -0.2093 0.0834 X13(Z)-2-戊烯-1-醇-0.1484 0.2851 0.0867 -

31、0.3352 -0.1656 0.0328 X14乙酸叶醇酯-0.0684 0.1818 0.2038 0.4972 0.0784 -0.1714 X15(Z)-2-庚烯醛0.1162 0.2677 -0.2790 -0.0130 0.3350 -0.1800 X16正己醇0.3139 0.1663 0.1824 -0.0617 0.0544 0.0227 X17叶醇-0.1307 0.3446 0.1684 -0.0627 0.2152 0.1344 X18壬醛0.2122 0.2092 -0.3176 0.0040 -0.0530 -0.1458 X19(E)-2-己烯-1-醇0.3127

32、 -0.0186 0.2261 -0.1747 0.0790 0.1127 X20(E,E)-2,4-己二烯醛-0.3019 0.2206 -0.0209 -0.0996 0.0511 0.1949 X21(E,E)-2,4-庚二烯醛0.2256 0.0734 -0.3461 0.1069 -0.2438 0.0794 X222-乙基己醇0.3073 0.0300 0.1124 0.1315 -0.1640 0.3031 计算各初榨橄榄油香气的主成分得分，对初榨橄榄油样本的香气进行评价。主成分得分是相应的因子得分乘以相应的方差的算术平方根，结果见表5。每个单品种橄榄油的综合得分是按照下列公式计

33、算的：Y=主成分1特征值/（6个主成分特征值之和）*主成分1得分+主成分2特征值/（6个主成分特征值之和）*主成分2得分 +主成分6特征值/（6个主成分特征值之和）*主成分6得分最终基于主成分分析得到初榨橄榄油香气评价模型为：Y=0.3347Y1+0.2511 Y2+0.1873 Y3+0.1084 Y4+0.0704 Y4+0.0481 Y5。相关文献报道8-10可知该法得到的初榨橄榄油香气评价模型真实、可靠。表5 主成分的得分品种主成分得分综合评分排序Y1Y2Y3Y4Y5Y6贺吉-0.1614-2.95970.1639-0.11350.75460.7284-0.69077皮削利-1.529

34、30.10940.3184-1.1369-1.1931-0.0533-0.63466鄂植8号3.47590.8087-4.44750.9269-1.07700.19380.56733皮瓜-2.73691.12290.3257-2.0324-1.7303-0.5010-0.939310豆果-0.5347-2.4184-0.55250.34990.0453-0.9908-0.89629奇迹-2.18620.62600.12400.44590.33322.4421-0.36225阿斯-1.74853.6494-1.2852-0.40762.4275-0.82710.17744莱星0.5095-3.7

35、1890.1172-0.33270.8991-0.5590-0.74098城固-0.83491.16632.36353.5161-0.6812-0.62720.75912混合油5.74641.61432.8725-1.21580.22200.19412.760013结论本研究采用热脱附气质联用对初榨橄榄油样品进行分析，通过主成分分析法，鉴定出初榨橄榄油的主要香气物质是: 正己醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-乙基己醇、柠檬烯、1-戊烯-3-醇、(E,E)-2,4-己二烯醛、正己醛、叶醇、(E)-2-戊烯-1-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇、(E)-2-己烯醛、Z-罗勒烯、乙酸己酯、(E,E)-2

36、,4-庚二烯醛、正戊醇，这些成分含量的差别造成了不同初榨橄榄油样本香气的差异性。基于主成分分析法构建初榨橄榄油香气质量评价模型，并用该模型对 10 个初榨橄榄油样品进行了评价，本研究基于主成分分析构建的香气质量评价模型是可靠的。主成分分析法将复杂的变量简单化，通过建立评价模型，为初榨橄榄油香气质量的评价提供了一种新途径。基于主成分分析法得到初榨橄榄油香气评价模型为: Y=0.3347Y1+0.2511Y2+0.1873 Y3+0.1084 Y4+0.0704 Y4+0.0481Y5。由于样本数量有限，制约了初榨橄榄油香气评价模型的普适性，需要进一步扩大样本量，使初榨橄榄油香气评价模型更加准确、

37、实用。参考文献 钟诚,王兴国,金青哲,等. 国内初榨橄榄油品质特性研究J.中国油脂,2013,38(10):35-38.ZHONG C,WANG XG,JIN QZ,et al.Quality characteristics of virgin olive oil at homeJ.China Oils and Fats,2013,38(10):35-38.钟诚,薛雅琳,王兴国,等. 初榨橄榄油挥发性风味成分的鉴定J. 中国粮油学报,2014,29(12):77-82.ZHONG C,XUE YL,WANG XG,et al.Identification of Volatile Flavor

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39、20Science%20and%20Technology%2C%20University%20of%20Vigo%2C%20Ourense%20Campus%2C%20E-32004%20Ourense%2C%20Spain&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_f_para=sc_hilight%3Dperson t _blankP, GONZ LEZ-BRREIRO.HYPERLINK /s?wd=author%3A%28C.%20Gonz%C3%A1lez-Barreiro%29%20Nutrition%20and%20Bromatology%20

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