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 张雅珩 李经纬 周 围 解迎双 周小平 齐安安 孙苗苗 陈瑞霞

(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)

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，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(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 desorption，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—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企业提供。

Agilent 7890A/5975C气相色谱/质谱联用仪；AutoTD自动热脱附解吸仪；90 mm×6.4 mm不锈钢采样管(内装150 mg Tenax-TA吸附剂)。

1.2 方法

1.2.1 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：5 min；二级解吸温度：280 ℃；二级解吸时间：8 min；进样时间：60 s；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：90 kPa；驱动气体：空气。

1.2.2 GC-MS分析

色谱条件：色谱柱：HP-INNOWAX(60 m×0.250 mm×0.5 μm)；程序升温：初始温度60 ℃，保持1 min，以2 ℃/min的速率升至255 ℃，保持20 min；载气：高纯氦气(纯度≥99.999%)；进样口温度：260 ℃；恒压模式：10 psi；分流比：5∶1。

质谱条件：电子电离(EI)源；电子能量：70 eV；接口温度250 ℃；离子源温度：230 ℃；溶剂延迟：8 min；质量扫描范围：m/z25～550 u。

1.2.3 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质量，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质量分数/%

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(1.194%～7.188%) 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)-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(nd～6.133%)和乙酸己酯 (nd～1.377%)，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(0.400%～2.166%)和1-戊烯-3-酮(0.786%～4.684%)，萜烯类化合物有柠檬烯(nd～1.678%)、Z-罗勒烯(nd～1.049%)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1的为主成分)，得到主成分的特征值和贡献率见表2。第1成分的贡献率为32.342 1%，第2成分的贡献率为24.263 1%，第3成分的贡献率为18.100 2%，第4成分的贡献率为10.471 9%，第5成分的贡献率为6.804 9%，第6成分的贡献率为4.644 0%，6个成分的累计贡献率达到96.626 1%，主成分分析一般提取主成分包含90%以上的信息[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2为三维载荷图，表3为6种主成分的载荷矩阵。

表2 6个主成分的特征值及其贡献率(总方差解释)

图2 三维载荷图

某一主成分与变量的联系系数绝对值越大，则表示该主成分与变量关系越接近[15]。由表3可知，第1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2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主成分和第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96.626 1%，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=0.168 0X1-0.317 8X2+…+0.225 6X21+0.307 3X22

Y2=0.253 2X1+0.168 7X2+…+0.073 4X21+0.030 0X22

Y3=-0.309 3X1-0.004 9X2+…-0.346 1X21+0.112 4X22

Y4=0.086 0X1+0.111 5X2+…+0.106 9X21+0.131 5X22

Y5=0.150 1X1+0.057 2X2+…-0.243 8X21-0.164 0X22

Y6=0.105 9X1-0.164 4X2+…+0.079 4X21+0.303 1X22

表3 主成分载荷矩阵

表4 主成分分析的特征向量

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按照公式计算：

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=0.334 7Y1+0.251 1Y2+0.187 3Y3+0.108 4Y4+0.070 4Y4++0.048 1Y5。参考相关文献报道[8-10]可知该法得到的初榨橄榄油香气评价模型真实、可靠。

3 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)-2,4-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，结果表明，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=0.334 7Y1+0.251 1Y2+0.187 3Y3+0.108 4Y4+0.070 4Y4+0.048 1Y5。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、实用。