郭永躍 馬君義 呂孝飛 閆輝強(qiáng) 郭俊煒 鄧 煜

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院1，蘭州 730070)(隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院油橄欖研究所2，武都 746000)

油橄欖(OleaeuropaeaL.)是世界著名的四大木本油料植物之一，原產(chǎn)于西班牙、希臘等地中海沿岸國(guó)家。1964年我國(guó)開始引種油橄欖，主要種植在白龍江低山河谷區(qū)、長(zhǎng)江三峽低山河谷區(qū)、金沙江干熱河谷區(qū)等區(qū)域[1]。隴南武都屬于油橄欖最佳適生區(qū)，是我國(guó)四大油橄欖種植和加工基地之一[2]，年產(chǎn)鮮果3.8萬t，年產(chǎn)初榨橄欖油5 700 t。

物理壓榨提取的初榨橄欖油能夠有效保留鮮果中特有的風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分[3]。初榨橄欖油富含多酚及不飽和脂肪酸等成分，具有調(diào)節(jié)膽固醇、抗氧化、抗癌、美容等作用[4,5]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于橄欖油的研究主要集中在功能特性、品質(zhì)分析、摻假判別和產(chǎn)地溯源等方面[6]。電子鼻技術(shù)操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快，在茶葉[7]、蜂蜜[8]、揮發(fā)油[9]與食用油[10]等品質(zhì)分析、風(fēng)味評(píng)價(jià)、真?zhèn)舞b別與質(zhì)量控制等方面應(yīng)用廣泛。市售初榨橄欖油多為混合品種和混合果實(shí)成熟度的初榨橄欖油，田維芬等[11，12]綜合運(yùn)用電子鼻技術(shù)和GC-MS分析鑒別了橄欖油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，Melucci等[13]采用閃蒸氣相色譜、電子鼻和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行了特級(jí)初榨橄欖油的地理溯源判別研究，既快速又直接。但單品種初榨橄欖油在品質(zhì)和價(jià)格方面更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，國(guó)產(chǎn)的單果系列特級(jí)初榨橄欖油‘Picholine’、‘Picual’、‘Hojiblanca’在紐約、洛杉磯等國(guó)際特級(jí)初榨橄欖油大賽中屢獲大獎(jiǎng)。油橄欖品種、果實(shí)成熟度或成熟度指數(shù)、采收時(shí)間等是影響橄欖油品質(zhì)的重要參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)以隴南10個(gè)品種油橄欖果實(shí)為研究對(duì)象，采用物理壓榨法提取橄欖油，通過電子鼻技術(shù)分析同一品種不同果實(shí)成熟度和不同品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油頂空氣體的信號(hào)響應(yīng)值，對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行Loadings負(fù)荷加載分析評(píng)判10個(gè)傳感器對(duì)初榨橄欖油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的識(shí)別能力，進(jìn)行線性判別分析(LDA)解析結(jié)果圖譜并構(gòu)建數(shù)據(jù)模型以鑒別區(qū)分區(qū)分被試樣品，并通過歐氏距離分析(EDA)、相關(guān)性分析(CA)、馬氏距離分析(MDA)和判別函數(shù)分析(DFA)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，為橄欖果的采收，橄欖油的快速有效鑒別、品質(zhì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)地溯源和質(zhì)量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

10個(gè)品種不同成熟度的‘豆果’(S1)、‘阿爾伯薩拉’(S2)、‘科拉蒂’(S3)、‘恩帕特雷’(S4)、‘鄂植8號(hào)’(S5)、‘賀吉’(S6)、‘柯尼卡’(S7)、‘小蘋果’(S8)、‘皮瓜爾’(S9)、‘奇跡’(S10)油橄欖鮮果各2.5 kg于2018年9月至12月采自隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院大堡油橄欖品種示范園(海拔1 036～1 048 m；平均氣溫15.3 ℃，最高氣溫38 ℃、最低氣溫-7 ℃；相對(duì)濕度56.6%，年降水量468 mm，日照時(shí)數(shù)1 871 h；沙壤土質(zhì)pH 7.9)。根據(jù)油橄欖果實(shí)成熟時(shí)果皮和果肉的顏色變化，將油橄欖果實(shí)的成熟度劃分為8個(gè)等級(jí)(M1：果皮呈深綠色；M2：果皮呈黃綠色；M3：<1/2的果皮轉(zhuǎn)為紅色；M4：>1/2的果皮轉(zhuǎn)為紅色；M5：果皮轉(zhuǎn)為黑色，但果肉為白色；M6：<1/2的果肉轉(zhuǎn)為紅色；M7：>1/2的果肉轉(zhuǎn)為紅色；M8：果肉全部轉(zhuǎn)為紅色)[14]。產(chǎn)自甘肅隴南果實(shí)成熟度指數(shù)分別為1.43、3.11、4.09的‘鄂植8號(hào)’初榨橄欖油，分別標(biāo)注為N1、N2、N3；產(chǎn)自意大利托斯卡納、西班牙安達(dá)盧西亞、云南麗江、四川涼山、甘肅隴南的市售混合品種與混合果實(shí)成熟度的特級(jí)初榨橄欖油，分別標(biāo)注為B1、B2、B3、B4、B5。

1.2 儀器與設(shè)備

Abencor油橄欖分析系統(tǒng)(包括錘磨機(jī)、熱攪拌機(jī)及離心機(jī)等)；PEN 3.5電子鼻氣體指紋分析儀(配有10個(gè)金屬氧化物傳感器，其中：W1C傳感器對(duì)芳香類與苯類化合物敏感，W5S傳感器對(duì)氮氧化合物敏感，W3C傳感器對(duì)氨類與芳香類化合物敏感，W6S傳感器對(duì)含氫化合物敏感，W5C傳感器對(duì)短鏈烷烴芳香類化合物敏感，W1S傳感器對(duì)烷烴類化合物敏感，W1W傳感器對(duì)硫化物敏感，W2S傳感器對(duì)醇類與醛酮類化合物敏感，W2W傳感器對(duì)含硫與含氯化合物敏感，W3S傳感器對(duì)脂肪酸族烷烴類化合物敏感)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 橄欖油的提取

準(zhǔn)確稱取10個(gè)品種8個(gè)成熟度的油橄欖果實(shí)各800 g，在錘磨機(jī)中粉碎完成后將果肉混合均勻，稱取700 g混合物于融合罐中并放入融合攪拌器。在30 ℃和50 r/min的融合條件下融合60 min，之后加入30 mL 30 ℃水繼續(xù)融合30 min。將融合后的混合物置于5 000 r/min的離心機(jī)離心60 s，移取分離的油相和水相于250 mL的量筒中，再加入30 ℃的水50 mL，重復(fù)上述步驟兩次，收集離心后的油相和水相于同一量筒中，用30 ℃的水定容至刻度。靜置30 min，讀取油相的體積，記錄數(shù)據(jù)并移取油相于收集瓶中，密封并低溫保存。平行操作3組。計(jì)算出油率(w)：

1.3.2 電子鼻風(fēng)味識(shí)別與區(qū)分

樣品氣體采集方法：分別量取10個(gè)品種8個(gè)果實(shí)成熟度的初榨橄欖油各15 mL于頂空進(jìn)樣瓶中，蓋上瓶蓋，30 ℃下保溫30 min，取瓶?jī)?nèi)頂空氣體進(jìn)行電子鼻檢測(cè)，每個(gè)樣品重復(fù)采集3次。

電子鼻測(cè)定條件：樣品采集時(shí)間為100 s，傳感器清洗時(shí)間120 s，調(diào)零時(shí)間5 s，進(jìn)樣準(zhǔn)備時(shí)間5 s，進(jìn)樣流量300 mL/min。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用電子鼻配套的WinMuster軟件對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行線性判別式分析、歐氏距離分析、相關(guān)性分析、馬氏距離分析以及判別函數(shù)分析，并應(yīng)用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 同一品種不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油鑒別

2.1.1 不同果實(shí)成熟度‘豆果’初榨橄欖油傳感器響應(yīng)值分析

圖1為電子鼻10個(gè)傳感器對(duì)不同果實(shí)成熟度的‘豆果’初榨橄欖油響應(yīng)值雷達(dá)圖，圖中不同形狀和顏色代表不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油。由圖1可知，4個(gè)傳感器(W5S、W2W、W1W、W1S)響應(yīng)值在不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油中差異較大，其余6個(gè)傳感器(W1C、W3C、W6S、W5C、W2S、W3S)響應(yīng)值差異較小，說明W5S、W2W、W1W、W1S傳感器對(duì)不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油頂空氣體的信號(hào)響應(yīng)最敏感。

圖1 不同果實(shí)成熟度‘豆果’的初榨橄欖油電子鼻響應(yīng)值雷達(dá)圖

進(jìn)一步采用Loadings負(fù)荷加載分析評(píng)判10個(gè)傳感器貢獻(xiàn)率的大小(圖2)，傳感器的響應(yīng)值正偏離或負(fù)偏離零越大，則該傳感器對(duì)樣品中揮發(fā)性成分的識(shí)別能力越強(qiáng)[15]。由圖2可知，Loadings分析總貢獻(xiàn)率為93.19%，大于70%，可以充分揭示樣品信息[16]。傳感器W5S、W2W、W1W、W1S在對(duì)主成分1和主成分2的識(shí)別上具有重要貢獻(xiàn)，其余6個(gè)傳感器對(duì)主成分1和主成分2的識(shí)別幾乎沒有貢獻(xiàn)，這與圖1所揭示的信息相呼應(yīng)，表明W5S、W2W、W1W、W1S傳感器是區(qū)分同一品種不同果實(shí)成熟度初榨橄欖油的主要傳感器。

圖2 不同果實(shí)成熟度‘豆果’的初榨橄欖油電子鼻響應(yīng)值Loadings分析圖

2.1.2 同一品種不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油LDA分析

LDA分析能夠使不同類別之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)距離變大，同一類別數(shù)據(jù)點(diǎn)更加緊湊，相比主成分分析(PCA)能夠更好的區(qū)分樣品[17]。如圖3所示，通過WinMuster軟件對(duì)同一品種不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油傳感器響應(yīng)值進(jìn)行LDA分析，其總貢獻(xiàn)率分別為：93.49%、94.77%、86.57%、96.36%、92.98%、84.61%、88.45%、85.80%、83.12%和90.64%，均大于80%。10個(gè)品種初榨橄欖油各自風(fēng)味信號(hào)值隨果實(shí)成熟度的增加不斷變化，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在不同聚集區(qū)域。除S8果實(shí)M4、M6、M7、M8成熟度的初榨橄欖油數(shù)據(jù)點(diǎn)有所重疊，風(fēng)味較為相似外，其余9個(gè)品種果實(shí)各自不同成熟度的初榨橄欖油數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠顯著區(qū)分，風(fēng)味差異較大。研究表明，利用電子鼻技術(shù)可以鑒別區(qū)分同一品種不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油。

圖3 同一品種不同果實(shí)成熟度的初榨橄欖油LDA分析圖

2.1.3 模型驗(yàn)證與成熟度鑒別

分別取果實(shí)成熟度為M3、M5、M7的‘鄂植8號(hào)’初榨橄欖油新樣品，以及成熟度指數(shù)為N1、N2、N3的‘鄂植8號(hào)’初榨橄欖油進(jìn)行電子鼻分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，結(jié)果如表1所示。通過EDA、CA、MDA與DFA方法均能很好地鑒別‘鄂植8號(hào)’果實(shí)M3、M5、M7成熟度的初榨橄欖油，模型對(duì)新樣品的識(shí)別確定性均大于96%，模型準(zhǔn)確可靠[18]。同時(shí)，該模型無法鑒別出N1、N2、N3是‘鄂植8號(hào)’果實(shí)第幾成熟度的初榨橄欖油，反向驗(yàn)證也表明該模型準(zhǔn)確可靠。

表1 電子鼻對(duì)初榨橄欖油果實(shí)成熟度的判定結(jié)果

續(xù)表1

2.2 不同品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油鑒別

2.2.1 10個(gè)品種果實(shí)第6成熟度的初榨橄欖油傳感器響應(yīng)值分析

圖4中不同形狀代表不同品種的初榨橄欖油。由圖4可知，4個(gè)傳感器(W5S、W2W、W1W、W1S)響應(yīng)值在不同品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油中差異較大，其余6個(gè)傳感器響應(yīng)值差異較小，說明W5S、W2W、W1W、W1S傳感器對(duì)不同品種初榨橄欖油頂空氣體的信號(hào)響應(yīng)最敏感。

圖4 10個(gè)品種果實(shí)M6成熟度的初榨橄欖油電子鼻響應(yīng)值雷達(dá)圖

Loadings負(fù)荷加載分析(圖5)顯示，總貢獻(xiàn)率為95.08%，傳感器W5S、W2W、W1W、W1S在對(duì)主成分1和主成分2的識(shí)別上具有重要貢獻(xiàn)，是區(qū)分不同品種同一果實(shí)成熟度初榨橄欖油的主要傳感器。

圖5 10個(gè)品種果實(shí)M6成熟度的初榨橄欖油電子鼻響應(yīng)值Loadings分析圖

2.2.2 10個(gè)品種果實(shí)第6成熟度的初榨橄欖油LDA分析

圖6為10個(gè)品種果實(shí)成熟度為M6的初榨橄欖油LDA分析圖。LDA分析總貢獻(xiàn)率為94.81%，且10個(gè)品種初榨橄欖油數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在不同聚集區(qū)域，能夠顯著區(qū)分。其中，S10初榨橄欖油數(shù)據(jù)點(diǎn)距離其他品種最遠(yuǎn)，與其他品種風(fēng)味差異最大，區(qū)分最顯著。因此，電子鼻技術(shù)能夠顯著區(qū)分不同品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油，這與鐘誠(chéng)等[19]報(bào)道的利用電子鼻技術(shù)能夠顯著區(qū)分隴南6個(gè)品種果實(shí)同一成熟度的初榨橄欖油結(jié)果類似。但使用LDA法建立的模型鑒別未知品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油時(shí)還需運(yùn)用新的樣品進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。

圖6 10個(gè)品種果實(shí)M6成熟度的初榨橄欖油LDA分析圖

2.2.3 模型驗(yàn)證與品種鑒別

分別取S1、S2、S3、S5、S7果實(shí)M6成熟度的初榨橄欖油新樣品，以及B1、B2、B3、B4、B5初榨橄欖油進(jìn)行電子鼻分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，結(jié)果如表2所示。由表2可知，通過EDA、CA、MDA與DFA方法均能很好地鑒別S1、S2、S3、S5、S7果實(shí)M6成熟度的初榨橄欖油，模型對(duì)新樣品的識(shí)別確定性大于96%，同時(shí)，模型對(duì)市售不同產(chǎn)地混合品種與混合果實(shí)成熟度的初榨橄欖油均無法鑒別，說明該模型準(zhǔn)確可靠。

表2 電子鼻對(duì)初榨橄欖油果實(shí)品種的判定結(jié)果

3 結(jié)論

電子鼻技術(shù)操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便快捷，識(shí)別準(zhǔn)確性高，運(yùn)用電子鼻技術(shù)不僅可以對(duì)不同油脂的氣味信息進(jìn)行比對(duì)分析，而且可以通過揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)信息建立雷達(dá)圖和主成分分析模型與線性判別分析模型，直觀觀察不同油脂樣品間的區(qū)別，是針對(duì)油脂中揮發(fā)性成分整體信息的綜合評(píng)價(jià)。

本實(shí)驗(yàn)利用電子鼻技術(shù)對(duì)同一品種不同果實(shí)成熟度和不同品種同一果實(shí)成熟度的初榨橄欖油進(jìn)行了鑒別研究。響應(yīng)值雷達(dá)圖與Loadings負(fù)荷加載分析表明，W5S、W2W、W1W、W1S等4個(gè)電子鼻傳感器對(duì)被檢樣品有較好的信號(hào)響應(yīng)，是區(qū)分初榨橄欖油的主要傳感器。LDA模型能夠有效區(qū)分鑒別被檢樣品，其識(shí)別確定性大于96%，所建模型準(zhǔn)確可靠，可用于同一品種不同果實(shí)成熟度和不同品種同一果實(shí)成熟度初榨橄欖油的識(shí)別。

單果系列初榨橄欖油具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，混合品種與混合果實(shí)成熟度的初榨橄欖油仍為市場(chǎng)銷售主體，本模型對(duì)混合品種與混合果實(shí)成熟度的初榨橄欖油尚無法鑒別，后續(xù)將進(jìn)一步增加樣本量，優(yōu)化模型構(gòu)建，深化對(duì)LDA模型的可靠性和普適性研究，更好地服務(wù)橄欖果的采收，橄欖油的快速有效鑒別、品質(zhì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)地溯源和質(zhì)量控制。