红枣香味物质的主成分分析

刘莎莎，张宝善，2，*，孙肖园，罗　腾（.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安709；2.陕西省果蔬深加工技术研究中心，陕西西安70062）

红枣香味物质的主成分分析

刘莎莎1，张宝善1，2，*，孙肖园1，罗腾1
（1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710119；2.陕西省果蔬深加工技术研究中心，陕西西安710062）

研究了6个品种红枣的香味物质，并探索不同品种红枣香味物质的主要差异变量。采用顶空固相微萃取技术对6个不同品种红枣样品的香味物质进行萃取，经气相色谱质谱联用仪的分离和检测，利用主成分分析和相关性分析法分析6个不同品种红枣样品香味物质的主要差异。结果表明，6个不同品种红枣的主要香味物质共检测出34种，其中酸类物质是其主要的香味物质，共12种，其次是烃类6种、芳香族类4种、酯类2种、醛类3种、醇类2种、酮类2种和杂环类3种。这些香味物质含量的差异，形成了不同品种红枣风味特征。结合感官评定，对红枣香气质量进行综合评价，可得：主成分分析结果与感官评价结果一致，因此红枣香味物质的主成分分析可以作为红枣香气品质潜在的评价方法。

红枣，香味物质，主成分分析，感官评价

红枣（Zizyphus jujuba）原产于中国，为特色果品［1］。红枣营养丰富，含多糖、维生素等成分［2-4］，是公认的具有较高保健作用的果品。近年来，由于红枣种植面积迅速扩大，产量剧增，每年都有许多红枣不能及时销售而剩余，同时也会产生大量商品价值极低的残、次红枣，目前，这些红枣的深加工问题受到高度关注。

红枣富含挥发性成分，具有浓郁的枣香味，从中提取的红枣香味物质，称红枣香精，可应用于红枣食品、香烟和化妆品中，有广泛的用途，商品价值极高。但红枣在热处理等加工过程中香味物质极易损失，致使产品无枣味或枣香味不突出，许多企业设想预先收集天然的红枣香味物质，即枣香精，再补充至最终产品中。但因红枣香味物质主成分物质研究不足，不甚清楚，致使无法确定一种提取红枣香精的适宜方法，迄今尚未进行天然红枣香精的工业化生产。目前，国内外学者对红枣香味物质的研究，大多集中于香味物质的提取方法、成分及其结构等方面，很少关注香味物质的主成分［5-11］，迄今尚未有按红枣主成分来确定适宜红枣香精提取的研究报道。

本文采用顶空固相微萃取结合气质联用法（Head Space/Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatograph/ Mass Spectrometer，HS/SPME-GC/MS）和主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）［12-16］，对不同品种的红枣的香味物质进行了分析检测，并采用主成分分析和感官评价相结合的统计方法，尝试分析组成红枣香味的主要物质，以期为红枣中香味物质的进一步认识和红枣相关产品的开发提供理论依据和有效数据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

红枣共6种，均为商业成熟、无损伤的干枣，分别为山东乐陵金丝小枣、河南新郑灰枣、山西稷山板枣、陕西佳县木枣、新疆骏枣和甘肃临泽小枣，实验编码为S1～S6。

1300-ISQ气相色谱-质谱联用仪美国热电公司；HP-INNOWAX石英毛细管色谱柱（60 m×0.32 mm× 0.25 μm） 美国安捷伦公司；CAR/PDMS固相微萃取头美国Supelco公司；22 mm顶空压盖器上海安谱科学仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1红枣香味物质的萃取采用HS/SPME对红枣香味物质进行萃取，将红枣去核后加入4倍质量的纯净水，经组织捣碎机打浆后置于顶空瓶中。取20 mL的顶空瓶（75.5 mm×22.5 mm），加入10 g红枣浆和3 g NaCl，用密封垫迅速密封顶空瓶，磁力搅拌（900 r/min）在50℃下加热10 min后，将已老化的CAR/PDMS萃取头（300℃下老化1 h）插入顶空瓶，在50℃顶空萃取40 min，进行GC/MS分析。

1.2.2红枣香味物质的分离和检测采用GC/MS对红枣香味物质进行分离和检测。将萃取头插入气相色谱进样口，热解析3 min。气相色谱条件：采用程序升温模式，起始温度为60℃，保持2 min，以4℃/min升温速率升至100℃，保持10 min，再以4℃/min升温速率升至200℃，保持13 min，进样口温度为280℃；以He气（纯度99.99%）为载气，流速是1 mL/min，不分流进样，时间为5 min。质谱条件：接口温度为250℃，离子源温度为250℃，电离方式为EI，电离能量为70 eV，灯丝发射电流为20 μA，质量扫描范围为45～500 u。

1.2.3红枣香味物质的定性和定量利用GC/MS工作站软件Xcalibur自带NIST标准库自动检索各组分质谱数据，结合质谱裂解规律确定其化学成分，仅对能予以定性的物质（SI和RSI值大于800）进行探讨；定量方法采取峰面积归一法计算各成分的相对含量。

1.2.4红枣香气质量的感官评价邀请20位具有食用红枣经历的评审员，对6种红枣样品的香气质量进行测试（采用定量评分法：10～8分为红枣香味特别浓郁，8～6分为红枣香味较为浓郁，6～4分为红枣香味普通，4～2分为红枣香味较平淡，2～0分为几乎没有红枣香味）。

1.3数据分析

求出特征根和相应的特征向量，当特征根的累积贡献率大于85%以上时来确定研究所取主成分个数［15］，上述数据经DPS软件进行统计分析，同时与感官评分相结合评价红枣香气质量。

2　结果与分析

2.1红枣的主要香味物质分析

图1　红枣香味物质的GC/MS离子图谱Fig.1　Total ion current chromatograms of flavor compositions in Zizyphus jujuba

采用HS/SMPE-GC/MS对不同品种红枣样品的香味物质进行检测，结果见图1及表1。

从表1可知，6个不同品种红枣样品的主要香味物质共有34种，其中酸类成分最多，有12种，烃类6种、芳香族类4种、酯类2种、醛类3种、醇类2种、酮类2种和杂环类3种。在相同的分析条件下，不同品种红枣各类香味物质的种类及其相对含量存在一定差异。从S1～S6各品种检测出的香味物质分别为31、29、30、33、32和32种。6个不同品种红枣样品共有的香味物质为24种，其中包括：酸类10种，分别是：乙酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、苯甲酸、月桂酸、十一烷酸和棕榈酸；烃类6种，分别是：癸烷、十六烷、2-甲基十五烷、二十烷、十七烷和1-十三烯；酯类1种：邻苯二甲酸二丁酯；醛类2种，分别是：苯甲醛、十二醛；醇类1种：1-十一烷醇；酮类1种：2-壬酮；芳香族类3种：萘、1-甲基萘、2，4-二叔丁基苯酚。

除S2品种不含有戊酸、S3、S4和S6品种不含硬脂酸外，其余各种酸类在6个不同品种红枣样品中都有检出，S1和S2品种中含量最高的酸类分别为己酸和棕榈酸，S3～S6品种中含量最高的酸类均为癸酸，尤其在S3品种中癸酸的相对百分含量高达24.85%，是所检出香味物质中相对百分含量最大的一种；烃类挥发性物质中，2-甲基十五烷在6个不同品种红枣样品中含量均较高；在检测出的2种酯类物质中，仅S1中未检测出δ-十二内酯；除S1和S2品种中不含有1H-四氮唑外，其余品种都含有实验中所检出的4种芳香族物质，其中含量最高的是2，4-二叔丁基苯酚。

红枣的香味物质会因种类而各异，各地区的气候、风土、施肥条件等都会影响到其香味物质组成。红枣中的蛋白质、类脂和碳水化合物分解后都会影响其香气系统。6个不同品种红枣样品以挥发性酸类物质为主，并可能影响不同品种红枣的香味。例如，乙酸能表现出醋酸味，己酸能表现出汗味，辛酸能表现出多汁味，庚酸具有脂肪样气味。除此之外，挥发性酯类物质是一种很重要的风味物质，可赋予红枣果香和花香的特征，如δ-十二内酯能表现出椰子味［9］。醛酮类物质主要由不饱和脂肪酸的热降解、氧化，氨基酸降解或微生物的代谢而产生［17］。苯甲醛具有特殊的气味，有相似于苦杏仁的芳香味道［18］，十二醛具有楠叶油香气味，十一醛具有脂腊香气味。2-壬酮能表现出清新、脂肪味和酮味［19］。由于挥发性烃类和醇类物质风味阈值高，对红枣风味贡献度不大。苄醇多存在于茉莉花和风信子中，具有芳香气味，另外，在红枣中还检测到呋喃类和含氮等杂环类化合物，这些杂环类化合物风味阈值低，对红枣的风味也很重要。

表1　红枣香味物质的相对含量Table 1　Relative content of flavor compositions in Zizyphus jujuba

2.2主成分分析

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一种多元数理统计方法［16，20］，综合指标保留了原有指标的大多数信息，把复杂的问题简单化。由于各测定指标量纲的不同，数据标准化的主要作用就是消除变量间的量纲关系，使得数据具有可比性。将各检测指标标准化后的数据记为x1～x34，构成6×34矩阵，利用DPS 7.05版软件进行主成分分析，按照剔除最小特征值的主成分中对应的最大特征向量的变量的原则［13］，经过24次剔除，最终保留x3、x4、x13、x15、x27、x30、x31、x32、x33和x34等10个指标，分别代表对二甲苯、1-十三烯、十二醛、戊酸、2，4-二叔丁基苯酚、苯甲酸、月桂酸、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和棕榈酸。用此10个指标进行主成分分析，得出相对应矩阵的特征值和特征向量，见表2和表3。

由表2可知，前3个主成分所构成的信息占总信息量的90.3560%，基本保留原变量信息，所以本研究选择前3个为主成分，结合表3可知，第一主成分F1=0.0974x3+0.2504x4+0.4353x13-0.3285x15+0.3979x27+ 0.4092x30-0.3547x31-0.0919x32+0.3524x33+0.2150x34，携带原变量信息的50.3665%，代表变量为x13（十二醛）、x30（苯甲酸）和x27（2，4-二叔丁基苯酚）；第二主成分F2=0.5820x3+0.1452x4+0.1193x13+0.3720x15+0.2094x27-0.2224x30-0.1963x31+0.5834x32-0.0132x33-0.1230x34，携带原变量信息的27.6415%，代表变量为x3（对二甲苯）和x32（邻苯二甲酸二丁酯）；第三主成分F3=-0.1111x3+ 0.3749x4+0.0483x13+0.0011x15+0.2333x27-0.0288x30+ 0.4018x31-0.0993x32+0.2982x33-0.7276x34，携带原变量信息的12.3480%，代表变量为x34（棕榈酸）。

表2　主成分的特征值以及贡献率Table 2　Eigenvalues of principal components contribution and their cumulative contribution

表3　主成分的特征向量和载荷Table 3　Eigenvectors of principal components and their loading matrix

将各特征向量标准化数据代入各主成分公式计算评价得分，并利用综合评价公式［17］：F=0.5037F1+ 0.2764F2+0.1239F3计算综合评价得分（记为F值），结果见表4。

表4　红枣样品主成分评分Table 4　Eevaluation results of principal components for Zizyphus jujuba

由表4可以看出，第一主成分得分最高的为样品S2，第二主成分得分最高的为样品S1，第三主成分得分最高的为样品S5；综合评分（F值）中，样品S2得分最高，其次为样品S1、S5、S6、S3、S4。由此表明，6种不同品种红枣的香味物质经主成分分析表现出明显的差异，如图2所示。

图2　不同红枣品种的F1、F2、F3和F值的排序坐标图Fig.2　F1，F2，F3，and F principal component coordinate diagram of different varieties of Zizyphus jujuba

2.3红枣香气质量的感官评价

根据评审员对红枣样品的感官评分结果与其主成分分析综合评分（F值）进行相关性分析，结果见表5。

从表5可以看出，不同品种红枣样品的感官评分大小存在差异，其中样品S2评分最高，即红枣香气质量最佳，其次为S1、S6、S4、S3和S5，不同品种红枣样品的主成分分析综合评价（F值）得分与红枣香气感官评分呈极显著正相关（p＜0.01），相关系数为0.93。即表明不同品种红枣样品的主成分分析的综合评价与感官评价具有较好的一致性，也就是主成分分析法可以作为不同品种红枣香气品质的潜在评价方法。

表5　红枣样品的主成分评分与感官评分的相关性分析Table 5　Correlation analysis between principal component scores and sensory evaluation scores for Zizyphus jujuba

笔者认为，在分析不同品种红枣香味物质差异时，主成分分析方法有可取之处，它能提取红枣香味物质的有效信息，克服了风味成分的单一相对含量评价弊端或者是风味阈值评价的不足之处，对理解各挥发性物质对不同品种红枣香气质量的贡献有一定帮助。

3　结论

采用HS/SPME-GC/MS分析检测6种不同品种红枣的香味物质，共检测出34种主要香味物质。其中挥发性酸类物质是其主要的香味物质，共12种，其次是烃类6种、芳香族类4种、酯类2种、醛类3种、醇类2种、酮类2种和杂环类3种。通过主成分分析可以看出，不同品种红枣样品的主成分分析综合评价（F值）得分与红枣挥发性香气感官评分呈极显著正相关（p＜0.01），表明不同品种红枣样品的主成分分析的综合评价与感官评价具有较好的一致性，即主成分分析法可以作为不同品种红枣香气品质的潜在评价方法。

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Principal components analysis of flavor compositions in Zizyphus jujube

LIU Sha-sha1，ZHANG Bao-shan1，2，*，SUN Xiao-yuan1，LUO Teng1
（1.College of Food Engineering and Nutritional Science of Shaanxi Normal University，Xi’an 710119，China；2.Research Center of Fruit and Vegetable Deep-processing Technology of Shaanxi，Xi’an 710062，China）

The head space-solid phase micro extraction method was used to extract the flavor compositions from six varieties of Zizyphus jujuba.The extracted flavor compositions were analyzed by gas chromagraphymass spectrometry method.And principal component analysis and correlation analysis was adopted to investigate their flavor compositions.The results indicated that the number of flavor compositions identified in them was 34 that including acids（12 kinds），esters（2 kinds），hydrocarbons（6 kinds），alcohols（2 kinds），aldehydes（3 kinds），aromatic（4 kinds）and other compounds（3 kinds）.The difference of these flavor compositions resulted in the unique flavor characteristics of different Zizyphus jujuba varieties.The quality of flavor compositions of Zizyphus jujube was comprehensively evaluated sensory evaluation.The result showed the consistency of principal components analysis and sensory evaluation.Therefore，the principal components analysis could be regarded as one potential method to evaluate the aroma quality of Zizyphus jujube.

Zizyphus jujuba；flavor compositions；principal component analysis；sensory evaluation

TS201.2

A

1002-0306（2015）20-0072-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.20.006

2015－02－05

刘莎莎（1990-），女，在读硕士研究生，研究方向：食品生物技术与功能性食品，E-mail：503021037@qq.com。

张宝善（1968-），男，教授，主要从事食品微生物和发酵工程方面的研究，E-mail：sxy0716@snnu.edu.cn。

国家自然基金（31301526）；科技部农业科技成果转化项目（2011GB23600017）；陕西师范大学中央高校科研发展专项项目资助（GK201405006）。