利用灰色关联分析评价不同产区山茶油的品质

2022-05-16王逸凡戴贤君

中国计量大学学报 2022年1期

王逸凡,戴贤君

(中国计量大学生命科学学院,浙江杭州 310018)

油茶是我国特有的一种野生木本油料植物,与棕榈、橄榄和椰子并称为世界四大木本油料植物,具有药用、食用、观赏等综合利用价值[1-2]。近年来,随着国家大力推广木本油料植物,人工栽培的油茶在国内得到了较快的发展,其种植区域分布覆盖了淮河秦岭以南的地区。油茶籽榨出的油称山茶油,其不饱和脂肪酸含量高,富含角鲨烯、维生素E、多酚等抗氧化活性成分,长期食用可以改善人体心血管功能，提高免疫力，降低胆固醇,还具有预防高血压等功效,因此被开发应用于中医药、美容等多种领域[3-6]。

灰色关联分析法是灰色系统理论的重要组成部分,可以针对信息不完全、机制不明确的灰色系统,根据数据序列曲线的相似程度分析因子间的量化和序化,实现对系统的预测、决策等功能[7-8]。当指标多,数据少,且指标之间相互关联度小或没有规律时,灰色关联分析法能够有效分析事物与因子之间的相互关系,并通过指标因子与事物变化趋势进行关联度比较。

由于油茶生长环境的差异,可能导致不同地区的山茶油品质有所不同,因此进行不同产地山茶油品质的综合分析对指导消费者的选择有较大意义。目前关于山茶油品质分析的报道大都局限于某一区域,如聂根新等和贺义昌等分别比较了江西山茶油[9-10],徐梦媛等比较了浙江红花山茶油[11],但从全国角度进行比较的报道较少。本实验选取了浙江、湖南、广东等14个省市的代表性油茶种植区,采集30个新鲜油茶籽样品进行冷榨法制备山茶油,并依照相应标准检测山茶油的功能性成分指标,利用灰色关联度分析法对数据进行分析比较,以评价不同地域的山茶油品质,为消费者食用选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

采集浙江、湖南、江西、广东等省的油茶种植地区的30种新鲜油茶籽,每个采集点相近地点各采集样品3个作为重复样,经过清理晾晒、去壳、粉碎、干燥后,保存于4 ℃环境下直到榨油。

1.2 仪器与设备

紫外分光光度计(2900型、上海舜宇恒平科学仪器有限公司)、低温离心机(KL05A型、湖南凯达离心机厂)、气相色谱质谱仪(Agilent6890-5975型、安捷伦科技有限公司)、高效液相色谱仪(Agilent 1100型、安捷伦科技有限公司)、自制液压压榨机等。

1.3 榨油工艺

将每种样本分为三个重复组进行榨油试验,每组得到15～20 mL鲜榨山茶油。冷榨工艺流程为:山茶籽→清理除杂→干燥→脱壳→壳仁分离(榨油时保留壳仁比2∶8)→粉碎→65 ℃处理30 min→压榨→毛油→过滤→离心分离去杂质→冷榨山茶油。

1.4 功能性指标成分测定

脂肪酸测定参照GB 5009.168—2016方法;维生素E(α-生育酚)测定参照GB 5009.82—2016方法;角鲨烯测定参照LS/T 6120—2017方法;β-谷甾醇测定参考GB/T 25223—2010方法;多酚测定参考LS/T 6119—2017方法。

1.5 数据处理与分析

实验数据以EXCEL软件作统计处理和灰色关联度分析。灰色关联度分析包括:设定参考数列,并用参考数列进行无量纲化处理;计算各样本数列与参考数列的最大和最小绝对差值;计算加权关联系数,处理得到样本与参考数列的关联度;关联度排序进行评价。

2 结果与分析

2.1 采样地点的地理生态因子信息

选取30个油茶籽采样点,具体位置和地理生态因子如表1,采样点从南到北基本覆盖了全国各地油茶种植区域,具有较为明显的产地代表性。

表1 采样地点的地理生态因子Table 1 Geographical ecological factors of different sampling sites

2.2 山茶油的脂肪酸组成

由表2可以得出,各地山茶油棕榈酸质量分数为7.65%～10.13%,变异系数为8.10%;硬脂酸质量分数为1.50%～2.98%,变异系数为17.08%;油酸质量分数为75.26%～83.87%,变异系数为2.04%;亚油酸质量分数为5.11%～10.50%,变异系数为16.11%;亚麻酸质量分数为0.21%～0.51%,变异系数为22.36%;花生酸质量分数为0.03%～0.07%,变异系数为20.20%。各样品总不饱和脂肪酸质量分数为86.05%～89.41%。其中，纬度对不饱和脂肪酸含量有一定的影响,但没有出现明显的规律性,这可能同不同采样地的海拔高度变化有关。另外,本试验的结果同郭丽等[12]报道市售山茶油中油酸的平均含量为80.8%±1.1%、亚油酸为8.7%±0.7%,以及应美蓉等[13]报道不同产地山茶油的脂肪酸组成差异较小等结论有一定差异,这可能需要进一步采集更多的样品数量,并准确测定采样地的纬度、海拔及温度、光照等因素进行综合分析完善。

表2 不同产地山茶油主要脂肪酸组成Table 2 Mass fraction of main fatty acids in camellia oil from different sampling sites (%)

2.3 山茶油的活性物质含量

由表3可以得出,油样中的α-生育酚为51.64～103.80 mg/kg,变异系数为22.24%;角鲨烯含量为78.18～164.65 mg/kg,变异系数为17.55%;多酚含量为24.16～164.65 mg/kg,变异系数为59.71%;β-谷甾醇含量为50.28～215.20 mg/kg,变异系数为37.07%。其中，不同产地山茶油中多酚和β-谷甾醇含量相差较大,角鲨烯和生育酚差异稍低,但总体上不同产地山茶油样品中活性物质含量差异比较明显,这同李志晓等[14]报道的山茶油中α-生育酚含量为68.1～216.3 mg/kg,多酚含量为25.75～55.75 mg/kg,角鲨烯含量为153.6～211.8 mg/kg的结果相类似。不同产地山茶油活性物质含量差异明显的原因,可能是采样地点经纬度、海拔、品种等因素所造成的[15]。基于不同产地山茶油中活性物质含量表现出明显差异性,然而活性物质可能适合作为山茶油品质评价的依据之一。

表3 不同产地山茶油中活性物质含量Table 3 Content of active substances in camellia oil from different sampling sites (mg/kg)

2.4 灰色关联度分析

鉴于各产地山茶油重要的功能指标数据综合比较无特殊规律,通过简单分析测试结果无法评价样本的优劣,因此可利用灰色关联分析法来综合评价山茶油品质。

2.4.1 设定参考数列

根据灰色关联分析原理,设定的参考数列为最理想化的数据组成数列。在本实验中,不饱和脂肪酸的含量以及活性物质含量越高品质越优,因此选择每一项指标的最大值组成参考数列X0。

(1)

式(1)中,X0为指定参考数列,Xi为各山茶油活性物质含量数列。

2.4.2 无量纲化处理

无量纲化处理可以简化数据分析的过程,处理方法为将每一个指标的样本数据,除以各自参考品种的数值,即利用公式(2)得到一组新的全体样本数列。

Xi(k)=Xi(k)/X0(k)。

(2)

2.4.3 计算绝对差值

以各样本数据减去参考数列,得到各数列的绝对最大(式(3))和最小差值(式(4))。

(3)

(4)

2.4.4 计算关联系数

根据公式(5)计算灰色关联系数。

(5)

式(5)中:ζi(k)为各样品每个指标的关联系数;ρ为分辨系数,取0.5。

各样本关联系数见表4。

表4 不同采样地山茶油样本关联系数

2.4.5 计算加权灰色关联度

根据公式(6)取加权平均值,由于不饱和脂肪酸为山茶油品质评价的主要指标,因此取不饱和脂肪酸权重为0.6,其余四项活性物质指标权重各为0.1,代入公式中。

(6)

式(6)中:γi为加权关联度;n为样本数,n=30;Wk为各指标的权重。

2.4.6 关联度排序及综合评价

将综合灰色关联度进行排序评价,关联度高,表示其综合品质较好,全部样品关联度排序见表5。

表5 不同产地山茶油样本关联度排序

从表5可见,安徽黄山、海南澄迈、湖北麻城、四川乐山和云南德宏的山茶油特征指标综合关联度>0.85;广东肇庆、浙江衢江、浙江柯城白花、浙江台州、湖南郴州、贵州铜仁、广西南宁、浙江淳安、广东河源、江西抚州、河南新县、浙江遂昌山茶油特征指标的综合关联度介于0.80～0.85之间;江西宜春、贵州黔东、湖南永州、广西桂林、江西萍乡、陕西汉中、福建南平、浙江柯城红花、江西德兴、江西赣州、福建泉州小籽、湖南张家界、福建泉州山茶油特征指标的综合关联度<0.80。

本次山茶油实验数据中,安徽黄山和海南澄迈的综合关联度评价较高,可能同两地的特征性地理环境相关。安徽黄山处于山区,昼夜温差较大,不饱和脂肪酸处于较高水平,除多酚含量偏低外,其他活性成分含量也较高;海南澄迈年平均气温较高,所产山茶油不饱和脂肪酸相对于其他采样区域样品处于较低水平,但四种活性物质都处于较高水平。

根据报道,温度对植物果实的饱和与不饱和脂肪酸含量有较大影响[15],而活性物质可能同地理环境、生态因子、采摘期、栽培条件、品种等因素相关[16]。