基于电子鼻和气质联用技术分析鱼油挥发性成分

陈 娜 陈小娥 方旭波,2 王明月 袁高峰

(浙江海洋大学食品与医药学院1，舟山 316022)(浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室2，舟山 316022)

基于电子鼻和气质联用技术分析鱼油挥发性成分

陈 娜1陈小娥1方旭波1,2王明月1袁高峰1

(浙江海洋大学食品与医药学院1，舟山 316022)(浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室2，舟山 316022)

鱼油的酸败往往伴随着气味的变化，本研究利用电子鼻结合顶空固相微萃取-气质联用技术对乙酯型鱼油的挥发性成分进行分析，旨在探究鱼油挥发性物质与其品质的关系。运用电子鼻主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)区分不同储藏时间的样品，通过偏最小二乘法(PLS)建立酸价和过氧化值的预测模型，通过HS-SPME-GC-MS分析鉴定储藏鱼油挥发性物质。结果表明LDA分析方法对不同储藏时间的乙酯型鱼油样品区分程度明显优于PCA分析，电子鼻分析能够反映鱼油氧化酸败程度，可以识别区分不同储藏时间的鱼油样品；采用PLS偏最小二乘法(PLS)建立的酸价和过氧化值预测模拟方程具有良好线性关系，可作为酸价、过氧化值预测的一种辅助手段；通过HS-SPME-GC-MS检测出57种挥发性物质，多以醛类和酯类为主，其中2,4-庚二烯醛的含量最高，可作为鱼油产品质量优劣的指标。

电子鼻 乙酯型鱼油 酸价 过氧化值 固相微萃取-气质联用

海洋鱼油富含独特的ω-3型多不饱和脂肪酸(ω-3PUFA)，主要为EPA和DHA，对人体健康具有重要意义。但是鱼油极易发生氧化引起酸败，产生“哈喇味”[1]。目前鱼油品质的评价主要通过酸价、过氧化值等化学指标测定以及感官评定等。气味是感官评定的一部分，也是反映鱼油品质的一个重要方面。电子鼻作为一种新兴智能感官仪器，通过模拟人类嗅觉系统来实现对检测对象的品质评价，主要是通过气味指纹信息对气体或挥发性成分进行检测[2]，具有操作简单、反映样品整体信息、检测速度快、灵敏度高等优点[3]。近几年，电子鼻技术在食品领域得到广泛应用，在果蔬类[4]、粮油类[5-6]、肉禽类[7]、饮料[8]等领域中已有研究报道，但电子鼻应用于乙酯鱼油储藏期间品质变化的研究鲜见报道。固相微萃取技术是20世纪90年代兴起的一项样品前处理与富集技术，具有无溶剂、简便、经济、效率高、选择性好及实用性强等特点[9]，结合气质联用技术可实现对气味成分的定性、定量分析[10,11]，已广泛应用于食品挥发性成分的测定。

目前市场上鱼油产品以乙酯型为主，为了探究鱼油挥发性物质与其品质的关系，本文以乙酯型鱼油为研究对象，利用电子鼻分析其在储藏过程中的挥发性气味的变化，通过主成分分析、判别函数法进行识别分析，利用PLS建立酸价和过氧化值的预测模型，进一步通过固相微萃取-气质联用技术(HS-SPME-GC-MS)分析鉴定具体挥发性成分，旨在为乙酯型鱼油产品储藏期品质控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙酯型鱼油：舟山奥旭鱼油制品有限公司，密封避光，于25 ℃条件下储藏备用。

21种脂肪酸乙酯标准品，美国Sigma公司；正己烷(色谱纯)，南京化学试剂有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

PEN3便携式电子鼻系统：德国Airsense公司；75 μm Carboxen/PDMS(50130μmDVB/Car/PDMS)萃取头：美国Supelco公司；Agilent 7890A-5975C气质联用仪：美国安捷伦公司；QF-3800氮气吹干仪：广州科雷纳仪器设备有限公司；EL303型电子分析天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；HH-6系列恒温水浴锅：金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 电子鼻检测方法

取乙酯型鱼油样品1 g(精确至0.01 g)于10 mL顶空瓶中，加盖密封，25 ℃水浴中平衡30 min待测，样品每5 d测定1次，每个样品平行测定3次。电子鼻测试相关设置参数见表1。PEN3型便捷式电子鼻包含10个金属氧化物传感器阵列，各个传感器的名称及性能描述见表2。

表1 电子鼻测试相关设置参数

表2 电子鼻传感器性能描述

1.3.2 挥发性成分的GC-MS检测

顶空固相微萃取条件：取3 g左右样品置于15 mL顶空瓶中，将老化后的75 μm Carboxen/PDMS(50130μmDVB/Car/PDMS)萃取头插入样品瓶顶空部分，60 ℃下吸附30 min，吸附后的萃取头取出后插入气相色谱进样口，于250 ℃解吸3 min，同时启动仪器采集数据。

色谱柱为DB-WAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。载气：高纯氦气，柱流速为0.80 mL/min。进样口温度为250 ℃，不分流进样。采用程序升温：初始温度为40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至90 ℃，以10 ℃/min升至230 ℃，保持7 min。

质谱条件：离子源为电子轰击源(EI)，电离电压70 eV，离子源温度200 ℃，扫描范围30～500m/z。

1.3.3 理化指标测定

酸价：参照GB/T 5530—2005；过氧化值：参照GB/T 5538—2005。

1.3.4 数据处理

酸价、过氧化值的数据处理及作图采用Origin 8.5软件；电子鼻数据处理采用PEN3电子鼻系统自带的Winmuster数据向量化程序，对采集挥发性气味信息进行多变量统计分析，包括主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、载荷分析(Loadings)和偏最小二乘法(PLS)。挥发性物质采用NIST 2005和Willey 7标准图库进行检索与鉴定，取化合物相似度大于800(最大值为1 000)为鉴定出，采用面积归一法计算各组分的相对含量。

2 结果与讨论

2.1 不同储藏时间的乙酯型鱼油指纹特征分析

相比于传感器的变化数据，电子鼻雷达图可以更加直观地表示传感器响应信号的差异。由图1可以看出，不同储藏时间的乙酯型鱼油样品对电子鼻10个传感器的反应信号强度各不同，储藏时间越长，传感器的整体响应值越大，雷达图中下显示的区域也越大，即乙酯型鱼油样品中的气味物质越来越多，其中传感器W5S的响应值最大，其次为传感器W2W。因此，通过雷达图大致可以区分储藏时间不同的乙酯型鱼油样品。

图1 不同储藏时间的乙酯型鱼油59 s雷达图

2.2 主成分分析(PCA)

图2是乙酯型鱼油在25 ℃条件下分别储藏5、10、15、20、25、30、35、40 d后的PCA分析图谱，第一主成分和第二主成分贡献率分别为94.20%和3.70%，总贡献率为97.90%，说明主成分可以较好的反映不同储藏时间的乙酯型鱼油挥发性气味的全部特征信息。由图2可以看出，储藏时间在0～15 d，乙酯型鱼油挥发性气味区域比较集中，难以区分开来，说明挥发性成分有共性；35 d与40 d样品气味区域在横坐标跨度变大，可能是乙酯型鱼油在35 d后氧化酸败速度开始明显加快的缘故。

图2 不同储藏时间乙酯型鱼油PCA图

2.3 线性判别分析(LDA)

用LDA判别函数法分析结果见图3。结果显示第一主成分贡献率为59.91%，第二主成分贡献率为25.30%，总贡献率为85.21%，说明2个主成分基本能够代表样品气味信息特征。图中9点都有各自的香气区域，所有的样品根据横坐标跨度的不同可以完全分开，即不同储藏时间的乙酯型鱼油样品可以区别开来。与图2相比可知，采用LDA区分效果明显优于PCA。

图3 不同储藏时间乙酯型鱼油LDA图

2.4 载荷分析

由图4可知，10种传感器对储藏不同时间的乙酯型鱼油的敏感程度，根据传感器响应值来判断其对乙酯型鱼油气味识别能力的强弱，传感器W5S对第一主成分的贡献率最大，说明第一主成分主要反映氮氧化合物；传感器W2W对第二主成分的贡献率最大，传感器W1S、W1W对第二主成分的贡献率较大，说明了第二主成分主要反映的是芳香成分、甲烷和硫化物成分。传感器W6S、W3S分布较接近(0,0)，说明信号较弱，贡献率较小，即对乙酯型鱼油气味的敏感程度很弱，可以忽略。由此可知，氮氧化合物是对乙酯型鱼油挥发性气味影响较大的挥发性成分，这可能与乙酯型鱼油在储藏过程中，光、氧气等因素导致其不断酸败的产物有关。

图4 Loadings分析结果

2.5 乙酯型鱼油酸价和过氧化值预测模型的建立

测定乙酯型鱼油在储藏过程中酸价、过氧化值的变化见图5。采用偏最小二乘法(PLS)分析储藏过程中乙酯型鱼油气味变化和品质变化并构建预测模型，分别以酸价和过氧化值预测值为纵坐标，电子鼻实测为横坐标，建立PLS线性拟合曲线。表2为储藏过程中酸价和过氧化值的测定值，图6、图7分别是酸价、过氧化值的PLS分析图。

由图5可以看出，酸价在储藏过程中变化比较缓和，而过氧化值的变化比较大。酸价在0～15 d处于增长趋势，到20 d时降低，之后又呈现增加趋势；过氧化值0～35 d增长速率变化不大，35 d之后增长速率明显变大，其氧化酸败开始加剧。这与PCA分析的结果基本一致。

图5 乙酯型鱼油储藏过程中酸价、过氧化值的变化

图7 乙酯型鱼油过氧化值的PLS分析图

由图6和图7得到，PLS酸值标准曲线的回归方程为：Y=0.990 48X+0.009 3，R2=0.975 5；PLS过氧化值标准曲线的回归方程为：Y=0.020 4X-0.079 18，R2=0.995 9。说明乙酯型鱼油酸价、过氧化值与电子鼻传感器信号之间具有较好的线性关系。

2.6 预测模型的验证

为了验证预测模型的准确性，分别测定5组不同储藏时间的乙酯型鱼油的酸价、过氧化值，同时做电子鼻试验，比较预测值与实测值，结果见表3。得到酸价预测值与实测值平均预测误差为7.65%，过氧化值预测值与实测值平均预测误差为6.99%，说明上述预测曲线可以用来预测酸价、过氧化值。

表3 酸价、过氧化值预测模型验证试验

2.7 鱼油挥发性物质的GC-MS分析

乙酯型鱼油挥发性成分总离子图见图8。共检测出57种化合物，具体挥发性物质见表4，挥发性成分的种类及含量见表5。

图8 储藏40 d乙酯型鱼油挥发性成分总离子图(HS-SPME/GC/MS)

类别中文名称相对质量分数/%酮类(2种)1-戊烯-3-酮1562-壬酮121醛类(15种)己醛245(E)-2-戊烯醛500(E)-3-己烯醛039(E)-2-己烯醛486辛醛416(Z)-2-庚烯醛129壬醛2652-辛烯醛154(E，E)-2，4-庚二烯醛986苯甲醛214(Z)-6-壬烯醛135(Z，E)-2，6-壬二烯醛149乙基苯甲醛0132-十一烯醛0192，4-癸二烯醛026醇类(5种)(E，E)-2，4-辛二烯-1-醇125(E)-2-戊烯-1-醇0223-甲基-2-己醇0482，7-辛二烯-1-醇012苯甲醇11烷烃类(2种)1-苯基丁烷004十五烷31烯烃类(2种)1，4-戊二烯2571，2，3，4-四甲基-1，3-环戊二烯019酸类(2种)乙酸1176-壬烯酸142酯类(18种)5-己烯酸乙酯2814-己烯酸乙酯448庚酸乙酯1376-庚烯酸乙酯024辛酸乙酯157壬酸乙酯0553-甲酰丙酸乙酯166十二酸乙酯032十五酸乙酯209十六酸乙酯689(E)-11-十六酸乙酯1309-十七烯乙酯039十七酸乙酯072十八酸乙酯335反油酸乙酯737亚油酸乙酯050十九酸乙酯013十八碳四烯酸甲酯018杂环化合物(5种)4-乙烯基-1-环己烯二环氧化物177螺旋[环丙烷-1，2-[6，7]二杂氮二环]6152-呋喃丙酸乙酯0107-烯甲基-9-氧杂双环[610]壬烷-2-烯0284-2-(2-戊烯基)呋喃110其他化合物(6种)2-甲基-1-辛烯-3-炔001薁123α-甲基萘0461-亚乙基-1H-茚0241，2，3，4-四甲基苯0191，2，3，5-四甲基苯034

表5 乙酯鱼油挥发性成分种类和含量

储藏后乙酯型鱼油挥发性物质主要包括醛类、酯类、醇类、烷烃类、酸类，以及少量的酮类和其他组分。共检测出酮类物质2种，醛类物质15种，醇类物质5种，烷烃类物质2种，烯烃类物质2种，酸类物质2种，酯类物质18种，杂环类化合物5种，此外还存在一些芳香烃类化合物等。醛类和酯类物质占挥发性物质的比例最高，相对百分含量分别为37.76%和35.92%。(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、辛醛是醛类化合物的主要成分，其中(E,E)-2,4-庚二烯醛与鱼油腥味密切相关，由鱼油所含1,4-戊二烯结构的不饱和脂肪酸酯经氧化生成，这与徐响等[12]研究结果一致。检测到的杂环化合物中4-2-(2-戊烯基)呋喃属于戊烯基呋喃类化合物，可能由亚麻酸氧化生成[13]，导致油脂回味现象。储藏后挥发性物质的气质分析有助于帮助分析理解鱼油复杂的氧化过程，尤其是醛类化合物，鉴于挥发性成分中2,4-庚二烯醛的含量最高，与鱼油氧化过程密不可分的特点，可作为鱼油产品质量优劣的指标。因此后续研究将增加茴香胺值指标，对醛类物质进行检测，更加全面地分析评价鱼油品质。

3 结论

3.1 通过不同储藏时间的乙酯型鱼油指纹特征分析发现，随储藏时间的延长，乙酯型鱼油整体气味有增加趋势，这种气味变化与酸价、过氧化值的变化趋势基本一致。

3.2 通过主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)可以区分不同储藏时间的乙酯型鱼油样品，且LDA分析方法明显优于PCA分析；载荷分析结果表明传感器W5S对第一主成分的贡献率最大，即第一主成分主要反映氮氧化合物。

3.3 利用PLS偏最小二乘法(PLS)预测乙酯型鱼油酸价和过氧化值，得到线性模拟方程分别为：Y=0.990 48X+0.009 3，R2=0.975 5；Y=0.020 4X-0.079 18，R2=0.995 9，5次验证试验表明，乙酯型鱼油酸价、过氧化值预测曲线模型预测误差分别为7.65%、6.99%，准确性较好，因此可作为酸价、过氧化值预测的参考手段。

3.4 储藏后的乙酯型鱼油挥发性物质主要包括醛类、酯类。共检测出酮类物质2种，醛类物质15种，醇类物质5种，烷烃类物质2种，烯烃类物质2种，酸类物质2种，酯类物质18种，杂环类化合物5种，此外还存在一些芳香烃类化合物等。其中2,4-庚二烯醛的含量最高，可作为鱼油产品质量优劣的指标。

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Analysis of Volatile Compounds of Fish Oil Based on Electronic Nose and GC-MS

Chen Na1Chen Xiaoe1Fang Xubo1,2Wang Mingyue1Yuan Gaofeng1

(School of Food and Pharmacy,Zhejiang Ocean University1,Zhoushan 316022) (Joint Key Laboratory of Zhejiang Province for the Research of Fishery Processing Technology2,Zhoushan 316022)

Therancidity of fish oil is often accompanied by changes in odor,so this article studied the change of odor of fish oil during storage using electronic nose combined with HS-SPME-GC-MS.Using principal component analysis(PCA),linear discrimination analysis(LDA)to distinguish the samples with different storage times and establishing forecast models of acid value and peroxide value by partial least squares(PLS).Use HS-SPME-GC-MS to analyze volatile substances of fish oil.The odor of fish oil was in an increasingtrend with the extension of storage time,basically the same as trends of acid value and peroxide value.Fish oil samples under different storage times can be distinguished and LDA method was better than PCA.Analysis by electronic nose can reflect the degree of fish oil oxidative rancidity as well as identify the samples with different storage times.Use PLS to predict acid value and peroxide value of fish oil and get good linear simulation equations,the PLS forecast model can be used as a method to predict acid value and peroxide value of fish oil during storage.57 kinds of volatile substances were detected.The volatile substances mainly included aldehydes and esters,and 2,4-Heptadienal was the highest,which can be used as an indicator of quality of fish oil production.

electronic nose，ethylester fish oil，acid value，peroxide value，HS-SPME-GC-MS

TS225.2

A

1003-0174(2017)10-0179-06

浙江省自然科学基金(LY 14C200004)，浙江省教育厅攀登计划(pd 2013227)

2016-08-31

陈娜，女，1990年出生，硕士，海洋生物资源利用

陈小娥，女，1968年出生，教授，海洋生物资源综合利用