GC-MS与E-Nose结合PCA和HCA用于陇南橄榄油品质研究

闫辉强，马君义，吕孝飞，杨立华，孔维宝，王惠明，邓 煜，金 凤

(1.西北师范大学 生命科学学院,兰州 730070； 2.陇南市经济林研究院 油橄榄研究所，甘肃 陇南 746000；3.陇南市祥宇油橄榄开发有限责任公司，甘肃 陇南 746000)

油橄榄(OleaeuropaeaL.)属于木犀科木犀榄属常绿阔叶乔木，是世界著名的四大木本油料植物之一。我国于1964年开始引种油橄榄，主要种植区为白龙江低山河谷区、长江三峡低山河谷区、金沙江干热河谷区。陇南武都区属于最佳适生区，是我国四大油橄榄种植和加工基地之一[1-2]。目前，陇南油橄榄的种植面积已达4万hm2，占全国的50%，年产油橄榄鲜果3.8万t(占全国的81%)，年产初榨橄榄油5 700 t(占全国的85%)，综合产值达18.2亿元(占全国的75%)[3]。

橄榄油是新鲜的油橄榄果实通过机械加工(压榨离心)提取得到，有效地保留了油橄榄鲜果中特有的芳香味和天然营养成分。橄榄油中富含不饱和脂肪酸、维生素、多酚化合物以及烯烃类挥发性芳香成分[4]，长期食用具有增强消化系统功能，减少心血管疾病等功效[5]。橄榄油脂肪酸组成、营养成分和挥发性物质(风味)等易受到品种、气候、地区和加工条件[6-7]等因素的影响。目前，国内外关于不同品种初榨橄榄油的研究主要集中在对初榨橄榄油脂肪酸组成和挥发性风味成分的分析[8-9]，而通过不同品种橄榄油的脂肪酸和风味物质组成进行品质分析的研究鲜有报道。本文以陇南武都引种栽培的20个品种的油橄榄果为研究对象，通过脂肪酸和风味物质组成，对不同品种的鲜果橄榄油进行品质分析，为引种栽培和新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

20个品种的油橄榄果实于2017年10—12月采自陇南市经济林研究院大堡油橄榄品种示范园(海拔1 036～1 048 m；平均气温15.3℃，最高气温38℃，最低气温-7℃；相对湿度56.6%，年降水量468 mm，日照时数1 871 h；沙壤土质pH 7.9)。20个品种均为第六成熟度(果皮全黑，果肉小于1/2红色)[10]。

10种脂肪酸甲酯混标(C16～C22)，美国NU-CHEK-PREP公司；石油醚(30～60℃)、甲醇、氢氧化钠、无水硫酸钠，均为分析纯；实验用水为去离子水。

1.1.2 仪器与设备

Trace 1300 ISQ气相色谱-质谱联用仪，Thermo Fisher Scientific；Abencor橄榄分析系统(包括锤磨机、热搅拌机及离心机)，西班牙MC2 Ingenieria公司；PEN 3.5电子鼻气体指纹分析仪，德国Airsense。

1.2 实验方法

1.2.1 橄榄油的提取

准确称取第六成熟度的油橄榄果800 g，并逐粒放入锤磨机中进行粉碎，粉碎完成后将果肉和果核完全混合均匀。用融合罐称取700 g混合物，将融合罐放入融合搅拌器在30℃水浴锅和50 r/min的融合条件下融合60 min，之后加入30 mL 25℃的水继续融合30 min。将融合后的混合物置于5 000 r/min 的离心机离心60 s，移取分离的油相和水相于250 mL的量筒中，再加入25℃的水50 mL，重复上述步骤2次，收集离心后的油相和水相于同一量筒中，用25℃的水定容至刻度。静置30 min，读取油相的体积，记录数据并移取油相于收集瓶中，密封并低温保存。按下式计算出油率。

1.2.2 脂肪酸组成分析

1.2.2.1 甲酯化

采用酯交换法对油样进行甲酯化[11]。精密称取油样约0.30 g于20 mL的具塞试管中，加5 mL氢氧化钠-甲醇溶液(0.5 mol/L)摇匀，在常温或25℃水浴下反应40 min，每5 min 振摇1次，取出后加入5 mL石油醚，摇匀，静置，再加入5 mL蒸馏水，用移液枪吸取上层有机相于离心管中，加无水硫酸钠干燥，离心，过滤，稀释后进样分析。

1.2.2.2 GC-MS分析

GC条件：色谱柱为AE-FFAP弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气为99.999%的高纯氦气；进样口温度250℃；升温程序为160℃保持3 min，以4℃/min的速率升至190℃，保持2 min，再以10℃/min的速率升至210℃，保持5 min，再以5℃/min的速率升至240℃，保持5 min；进样量1 μL；进样方式为分流进样，分流比50∶1；载气模式为恒流模式；载气流速1.0 mL/min；GC-MS接口温度250℃。

MS条件：传输线温度250℃；电离方式EI；电离电压70 eV；离子源温度280℃；质量扫描方式为Full Scan；质量扫描范围(m/z)50～650；溶剂延迟3 min；NIST 2011版质谱数据库。

1.2.2.3 脂肪酸的定性定量分析

采用NIST 2011版质谱数据库检索并结合C16～C22脂肪酸甲酯混标比对分析定性，采用峰面积归一化法计算橄榄油中主要脂肪酸的相对含量。

1.2.3 电子鼻(E-Nose)风味识别与区分

样品气体采集方法:称取初榨橄榄油样品15 mL于顶空进样瓶中，盖上瓶盖，30℃下保温30 min，取瓶内顶空气体进行电子鼻检测。

电子鼻检测条件:样品采集时间70 s，传感器清洗时间120 s，调零时间5 s，进样准备时间5 s，进样流量300 mL/min。

1.2.4 数据处理与统计分析

2 结果与分析

2.1 不同品种油橄榄鲜果出油率的分析比较(见图1)

由图1可知，鲜果出油率大于20%的仅有‘海口’，为23.50%，出油率15%～20%的有5种，10%～15%的有6种，5%～10%的有6种，小于5%的有2种。20个品种的鲜果平均出油率为11.91%，鲜果出油率最高品种‘海口’与最低品种‘果大尔’(出油率1.30%)相差22.20个百分点。不同品种之间鲜果出油率不同，可以根据出油率的高低判断果用品种和油用品种。含油率高的油用品种果实主要用来榨取优质食用橄榄油，果用品种果实主要用来加工食用果品，具有果肉含量高、果核小和营养丰富等特点[12]。

注：1.果大尔;2,贺吉;3.小苹果;4.格洛桑;5.拉多丽亚;6.柯尼卡;7.豆果;8.皮削利;9.皮瓜尔;10.诺切阿纳;11.莱星;12.法加;13.玉蝉;14.瓦拉;15.爱桑;16.格里昂;17.中山;18.F-17;19.云台;20.海口。

2.2 脂肪酸分析

2.2.1 不同品种橄榄油的脂肪酸组成与含量

表1为不同品种橄榄油的脂肪酸组成与含量，表2为不同品种橄榄油的MUFA/PUFA、G18∶1/C18∶2。由表1可知，20个品种的橄榄油中共检测出11种脂肪酸，其中饱和脂肪酸5种，不饱和脂肪酸6种。油酸含量最高，占58.96%～74.86%，其次是棕榈酸，占12.20%～21.04%，亚油酸和硬脂酸分别占4.06%～18.62%和1.61%～4.73%，亚麻酸和棕榈烯酸分别占未检出～1.48%和0.57%～3.14%，在少数品种中还检测出微量的十七碳酸、十七碳烯酸、花生烯酸和山嵛酸。SFA占16.54%～25.77%，MUFA和PUFA分别占60.95%～75.86%和4.54%～19.89%。由表2可知，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2分别为3.10～16.71和3.21～18.44。

橄榄油中高含量的单不饱和脂肪酸和较低含量的饱和脂肪酸对维持血液中胆固醇水平有积极作用[13]。单不饱和脂肪酸的含量越高，油脂的品质越好、风味更佳；多不饱和脂肪酸极易与氧反应而降解为挥发性成分，容易引起油脂的酸败变质[14]。C18∶1/C18∶2作为衡量植物油脂稳定性的一个参数，具有较高稳定性的油脂其比值越大[15-16]。从表2可知，C18∶1/C18∶2最大的5个品种依次为‘皮削利’‘柯尼卡’‘皮瓜尔’‘小苹果’和‘莱星’，分别为18.44、14.99、13.49、11.08和10.34，说明这5种橄榄油稳定性较好；C18∶1/C18∶2最小的5个品种依次为‘爱桑’‘F-17’‘海口’‘瓦拉’和‘法加’，分别为5.11、4.73、4.60、3.74和3.21，说明这5种高含量的多不饱和脂肪酸使橄榄油容易氧化降解、稳定性变差。

2.2.2 不同品种橄榄油的脂肪酸组成与含量的主成分分析

将SFA、MUFA、PUFA、MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶25个单项指标利用SPSS软件进行主成分分析，得到主成分个数及累积方差贡献率，如表3所示。

表3 主成分特征值和方差贡献率

由表3可知，第1主成分的方差贡献率为71.278%，第2主成分的方差贡献率为25.674%，前2个主成分的累积方差贡献率为96.952%，且特征值均大于1，说明这2个主成分能够代表5个特征指标的绝大部分信息。

2个主成分矩阵见表4。由表4可知，第一主成分上的性状指标主要是MUFA、PUFA、MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2，第二主成分上的性状指标主要是SFA。

表4 主成分矩阵

根据表3、表4，计算不同品种橄榄油的主成分综合得分[17]并进行排序，结果如表5所示。

表5 不同品种主成分综合得分

由表5可知，综合得分大于1的有6个品种，得分排名前5的品种依次是‘皮削利’‘柯尼卡’‘皮瓜尔’‘小苹果’和‘莱星’，其综合得分分别为3.04、2.41、2.20、1.52和1.42，综合得分在0～1之间的有2个品种，综合得分小于0的有12个品种，最低的5个品种依次为‘爱桑’‘中山’‘F-17’‘瓦拉’和‘法加’，其综合得分分别为-0.78、-0.85、-1.20、-2.65和-2.89。因此，从脂肪酸的角度进行主成分分析可知，20个品种中‘皮削利’的品质最好，‘法加’品质最差。

2.2.3 不同品种橄榄油的脂肪酸组成与含量的聚类分析

根据脂肪酸组成与含量对20个橄榄油品种进行聚类分析，获取聚类谱系图，如图2所示。

由图2 可知，当把平均距离的阈值设为25时，20个品种可分为5个类群。第1类群包含1个品种(‘皮削利’)，其特点是SFA和PUFA含量最低，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2最大。第2类群包含6个品种(‘云台’‘格里昂’‘莱星’‘小苹果’‘皮瓜尔’和‘柯尼卡’)，特点是C18∶1/C18∶2较大。第3类群包含4个品种(‘贺吉’‘果大尔’‘中山’和‘豆果’)，特点是C18∶1/C18∶2较小。第4类群包含2个品种(‘瓦拉’和‘法加’)，特点是PUFA含量高，MUFA/PUFA和C18∶1/C18∶2最小。第5类群包含7个品种(‘海口’‘玉蝉’‘F-17’‘格洛桑’‘诺切阿纳’‘爱桑’和‘拉多丽亚’)，特点是SFA含量高，MUFA含量低。结合表1、表2及以上结果表明，汇聚在同一类群中的品种，其SFA、MUFA和C18∶1/C18∶2与其他类群的品种之间存在差异。

2.3 不同品种橄榄油风味物质组成的主成分分析

采用电子鼻的10个传感器获取的橄榄油风味物质载荷图如图3所示。

因子载荷是变量与公共因子的相关系数，当某变量在某公共因子中的载荷绝对值越大，表明该公共因子更能代表该变量。由图3可知，在10种橄榄油风味物质成分中，成分1更能代表芳香成分和苯类(W1C)、醇类和醛酮类化合物(W2S)、烷烃类化合物(W1S)和氮氧化合物(W5S)，成分2更能代表短链烷烃芳香成分(W5C)和长链烷烃芳香成分(W3S)，说明芳香成分和苯类、醇类和醛酮类化合物、烷烃类化合物是橄榄油10种风味物质中的主要特征化合物。醛酮类化合物一般被认为是不饱和脂肪酸的氧化降解产物，新鲜植物油中含量较高，故对植物油整体气味的贡献相对较大，能赋予植物油产品一定的果香气味[18]。

图3 橄榄油风味物质载荷图

通过Winmuster软件对电子鼻的10个传感器获取橄榄油挥发性风味物质的数据进行主成分分析，结果如图4所示。

图4 橄榄油风味物质PCA图

由图4可知，2个主成分的贡献率为93.32%，说明提取2个主成分能够反映原始数据大部分信息。20个品种的风味特征数据点大致可划分为7组，第1组为‘豆果’，第2组为‘中山’和‘F-17’，第3组为‘果大尔’和‘法加’，第4组为‘皮瓜尔’‘皮削利’和‘玉蝉’，第5组为‘贺吉’‘拉多丽亚’‘小苹果’和‘爱桑’，第6组为‘诺切阿纳’‘柯尼卡’和‘莱星’，第7组为‘瓦拉’‘海口’‘云台’‘格里昂’和‘格洛桑’。前4组之间能够明显区分，后3组之间数据点分布较近，但均能较好地区分，并且与前4组数据点分布较远，彼此区分明显，说明后3组中品种的风味更为接近。通过电子鼻分析可知，不同品种的橄榄油有不同的风味特征。这与钟诚等[19]在研究油橄榄品种、成熟度以及堆放时间对初榨橄榄油风味的影响得到的结果类似。

3 结 论

对20个油橄榄品种的鲜果出油率、脂肪酸含量与风味物质组成的研究表明，20个品种的油橄榄鲜果出油率受品种影响较大，平均出油率为11.91%，并且根据出油率的高低可分为果用品种和油用品种。橄榄油中含量较高的脂肪酸为油酸、棕榈酸、亚油酸、硬脂酸、亚麻酸和棕榈烯酸，在少数品种中还检测出微量的十七碳酸、十七碳烯酸、花生烯酸和山嵛酸。根据主成分综合得分20个品种中‘皮削利’品质最好，‘法加’最差，并且不同品种C18∶1/C18∶2不同。根据聚类分析可知，20个品种可以分为5个类群，同一类群之间在脂肪酸组成方面类似，不同类群之间存在差异。不同品种的橄榄油有不同的风味特征，根据橄榄油风味物质组成PCA，20个品种可分为7组，前4组之间能够明显区分，后3组之间数据点分布较近，说明后3组中品种的风味更为接近。通过鲜果出油率、脂肪酸含量和风味物质组成，对不同品种的橄榄油进行品质分析，可为引种栽培和新品种选育提供理论依据。