基于气味指纹信息的瓜蒌籽油产地识别

斯中发，王月，黄金晶，韦紫玉

1. 浙江华才检测技术有限公司（诸暨 311800）；2. 河池市粮油质量监督检测中心（河池 547000）

瓜蒌籽又称栝楼、双边栝楼，葫芦科多年生攀缘型藤本植物，广泛种植于中国江苏、安徽、江西、山东、河南、湖北等地，是一种优质的食药两用资源[1]。瓜蒌籽脂肪含量26.8%，蛋白质含量5.46%，并含有多种氨基酸、维生素，以及钙、铁、锌、硒等多种微量元素[2]。相关研究表明，瓜蒌籽具有润肠通便、消肿止泻、止咳化痰、宽中丽气，以及使冠状动脉舒张、增加冠脉血流量、美容瘦身和提高免疫力等功效[3]。然而，由于地理区域阻隔、科研投入较少以及产业化程度低等原因，瓜蒌籽油的应用一直没有得到重视。吴定等[4]以冷冻干燥后的瓜蒌籽为试验原料，通过统计学方法优化超临界CO2萃取瓜蒌籽油工艺，提高瓜蒌籽油的萃取率；周海荣等[5]对瓜蒌籽油的营养特性及精炼工艺进行研究，结果表明，采用低温冷榨法制取瓜蒌籽油可以保留较多的营养物质，同时脱色工艺可以提高瓜蒌籽油品质，有利于瓜蒌籽油储藏；候宗坤等[6]对瓜蒌籽油与其他不同植物油的脂肪酸进行分析比较，结果表明，在待测的植物油种类中瓜蒌籽油的不饱和脂肪酸含量最高，且含有特有的共轭亚麻酸、瓜蒌酸、α-桐酸及梓树酸。许晓兰等[7]对不同产地的瓜蒌籽油的基本理化指标、脂肪酸组成、甘油酯组成、甘三酯组成及微量成分进行对比，结果表明，河南瓜蒌籽油中瓜蒌酸含量最高，瓜蒌籽油在脂肪酸、甘油三酯、γ-生育酚以及植物甾醇等含量指标均有一定差异。然而，对于瓜蒌籽油的气味成分分析却鲜有报道。

挥发性香气物质是植物油中存在的次生特征性标志成分，每种植物油都有其独特的香味及不同挥发性香气物质组合[8-10]。植物油因栽培品种、气候、土壤质量、提取工艺及后期处理等因素的不同，产生的整体香气也有所差异[11-13]。挥发性香气成分对食用植物油的整体香气起着重要作用，也是评价植物油品质的重要组成部分[14]。因此，试验以江苏、安徽及湖北3个产地瓜蒌籽提取的瓜蒌籽油为原料，对提取的瓜蒌籽油的气味进行检测，分析不同产地瓜蒌籽油的气味成分差异，建立不同产地瓜蒌籽油的判别模型，以期为瓜蒌籽油的风味物质的研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 材料与试剂

瓜蒌籽样品（分别收集自江苏盐城、安徽安庆、湖北武汉3个产地共50个，其中江苏样本数量16个、安徽样本20个、湖北样本14个）。

1.1.2 仪器与设备

QP2010 Plus型气相色谱-质谱联用仪（GC-IMS，日本岛津公司）；Agilent 76974E自动顶空进样器，（配备顶空进样瓶20 mL，美国安捷伦公司）；DHG-9030电热型恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；小型液压榨油机（德州恒翔机械有限公司）；FA 2004 N电子分析天平（上海梅特勒-托利多公司）；MB23型水分测定仪（美国奥豪斯仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 瓜蒌籽油制取

将采集的瓜蒌籽经去杂、水洗、沥干后，放入恒温干燥箱内调剂水分至5%，在室温下进行液压压榨，压榨条件40 MPa、压榨时间25 min，经离心分离后得到待测的瓜蒌籽油样品。

1.2.2 GC-MS检测条件

顶空进样参数：量取2.0 g待测油样于20 mL顶空瓶中，并使用磁性标准盖密封。设置顶空平衡温度150 ℃、平衡时间10 min。

气相色谱条件：HP-5毛细管柱（20 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度200 ℃；程序升温，初始温度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升温至130 ℃，在以10 ℃/min升至180 ℃，保持8 min；载气为高纯氦气，流速恒定1.6 mL/min；柱流量1 mL/min；进样量500 μ L；分流比1∶1。

质谱条件：电子轰击（EI）离子源；检测器电压0.9 kV；离子源温度220 ℃；接口温度250 ℃；质量扫描范围（m/z）为45～450；扫描速度0.20 s/scan；数据采集时间2.5～35 min。

1.3 数据处理

采用NIST 147数据库对获得的质谱数据进行检索；采用峰面积归一化法计算各挥发性风味成分的相对含量；采用MATLAB R2009b软件和PRTools 5.0 工具包（Delft University of Technology Netherlands）进行模式识别。

2 分析与讨论

2.1 瓜蒌籽油挥发性气味成分种类及相对含量

通过GC-MS对3种不同产地的瓜蒌籽油的顶空气体进行分析，分别从不同产地中各取1个样本，其获得的总离子流图结果如图1所示。不同产地瓜蒌籽油其气味成分分布整体呈一定相似性，即含有部分相同的挥发性有机成分，主要为醇类和酮类；安徽产地的瓜蒌籽油含有的挥发性成分最多，其次为江苏产地，挥发性成分最少的为湖北产地样品；相比较于江苏和湖北2个产地，安徽瓜蒌籽油样产生新的挥发性有机成分，如图1B中红色矩形内标记编号1、2；除最初的保留时间内未产生相关物质外，湖北产地的瓜蒌籽油样在气味成分上与江苏产地样品拥有绝大部分共同的挥发性有机成分，仅在特征峰强度上存在显著差异。

图1 江苏（A）、安徽（B）和湖北（C）3个产地的瓜蒌籽油的GC-MS总离子流图

通过谱库搜索，不同产地瓜蒌籽油挥发性风味成分种类及相对含量结果如表1所示。

由表1可知，在不同产地的压榨瓜蒌籽油中，共鉴定出挥发性物质47种，其中醛类16种、醇类13种、酮类3种、烷烃类2种、酸类1种、酯类1种、烯类5种、其他6种，与已有相关报道类似[15]；在已鉴定的挥发性有机组分中，绝大部分物质为瓜蒌籽油共有的成分，仅在物质成分的相对含量上有所差异；相较于江苏产地的样品，湖北产地的瓜蒌籽油除戊醛与2-乙基丁酸乙酯未被检测出外，其余45种挥发性成分均存在，且大部分物质的含量小于江苏产地样品；江苏产地的瓜蒌籽油样含有少量的白菖烯和苯甲醇物质，而安徽瓜蒌籽油种未检测到；安徽产地瓜蒌籽油含有一定含量的异戊醇、乙醇、2-丁醇、2-庚酮、2-乙氧丙烷、4-甲基-2-戊醇、2-己醇、3-羟基-2-丁酮、2-庚醇、2-乙基-6-甲基吡嗪、吡咯、苯乙醛、2, 3-丁二醇等物质，而该类物质在江苏产地样品中未检测到；不同产地瓜蒌籽油中均存在少量特有的挥发性风味成分，可用于表征样品的产地属性信息，为鉴别瓜蒌籽油不同产地信息提供依据。

2.2 主成分分析

按照表1中的编号将对应的成分物质含量进行排序组成向量，进而50样品组成50×47的矩阵进行主成分分析（PCA），将得到的主成分得分数按累计贡献率从高到低进行排序，并取前2个主成分的得分数进行可视化分析，结果如图2所示。由图可知，PC1贡献率75.43%，PC2贡献率12.54%，前2个主成分累计贡献率87.97%，表明变换后的前2个主成分能够表征原始数据的大部分有效信息；3种不同产地的瓜蒌籽油样均有各自归属区域，且每个产地内的数据点呈聚集状态，表明不同产地的瓜蒌籽油样品得到很好区分；江苏产地和湖北产地样品由于含有大部分共同的挥发性特征物质，导致在空间上存在归属区域部分重叠的现象，因此需要进一步结合化学计量学方法建立识别模型进行判别分析。

图2 不同产地瓜蒌籽油样品主成分得分图

2.3 模式识别分析

运用k最近邻法（kNN，k=3）、线性判别分析（LDA）及朴素贝叶斯分类（NBC）3种有监督模式识别方法，进一步研究区分或者预报3种不同产地瓜蒌籽油的可能性。按照7∶3比例原则并充分考虑不同产地样品数量差异，将样品集划分为校正集和预测集，其中校正集35个、预测集15个。3种有监督模式识别方法的分类结果见表2。35个校正集样品中，采用不同的分类算法样品识别率均为100%，而在预测集中除了kNN预测正确率为100%外，LDA和NBC方法的预测集识别率均为83.33%，均存在1个江苏产地的样品被误判为湖北产地，产生误判的可能原因是，一方面，相比于kNN非线性分类，LDA和NBC算法均为线性分类器，其产生的决策边界对接近分类边缘的数据较敏感，导致处于边界处的数据点容易产生误判[16]；另一方面，由于样本整体数量较少，划分后的预测集样本基数偏小，导致最终的预测率不高，因此，后期需要扩大样品数量以建立稳健、可靠的判别模型。

表2 3种有监督分类模型的预测结果

3 结论

采用顶空进样气相色谱-质谱联用技术分析测定3种不同产地的压榨瓜蒌籽油的挥发性风味组分，不同产地的瓜蒌籽油的挥发性风味成分存在着一定相似成分，但挥发性风味成分的种类及含量存在明显差异，且各自产地样品均含有一定数量的特征挥发性有机成分，可用于不同产地瓜蒌籽油的鉴别和分类。运用主成分分析对鉴别出的47个特征成分进行压缩变换，有监督（kNN、LDA、NBC）模式识别方法分别被用于不同产地的分类和预测鉴别。结果表明，采用kNN方法结合鉴别出的特征挥发性有机成分可以获得最好的分类结果，其预测集识别率可达100%。化学计量学方法为建立植物油指纹图谱提供强有力的手段，可以准确鉴别、解析植物油的品质信息，对植物油的产地识别提供一种解决方法，具有一定借鉴和参考价值。