奇亚籽油中气味组分检测方案(感官智能分析)

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15中 国 油 脂2021年第46卷第4期 162021 Vol.46 No.4CHINA OILS AND FATS 油脂加工 DOI： 10.19902/j. cnki. zgyz. 1003-7969.2021.04.004 不同压榨温度下奇亚籽油气味组分的电子鼻分析 李 雪，杜传来，翟立公，李景军，丁志刚 (安徽科技学院食品工程学院，安徽凤阳233100) 摘要：以奇亚籽为原料，采用压榨法制取奇亚籽油，考察不同的压榨温度(60~120℃)对奇亚籽出油率和奇亚籽油酸值的影响，利用电子鼻对奇亚籽油气味组分进行分析。结果表明：高温对奇亚籽出油率和奇亚籽油酸值有一定程度影响；主成分分析表明，第1主成分和第2主成分总体贡献率为99.91%，可以区分60℃、70~100℃和110~120℃下压榨的奇亚籽油；传感器贡献率分析表明，奇亚籽油的气味组分主要有无机硫化物、甲烷等短链烷烃、氮氧化合物、芳香成分、苯类等，70~100℃范围内的油样与60℃条件下油样对 W2S 传感器有不同响应，110~120℃范围内的油样与60℃条件下油样对 W2S 和 W2W 传感器有不同响应；线性判别分析结果表明，80℃与90℃油样、110℃与120℃油样气味组分具有一定相似性，与其他压榨温度下油样的气味组分差异度较大。利用电子鼻可以将60℃与其他压榨温度下的奇亚籽油进行区分。 关键词：奇亚籽油；电子鼻；气味组分；压榨温度；主成分分析；传感器贡献率分析；线性判别分析 中图分类号：TS221；TS225.1 文献标识码：A 文章编号：1003-7969(2021)04-0015-05 Analysis of odor components of chia seed oil at different pressingtemperatures by electronic nose LI Xue， DU Chuanlai， ZHAI Ligong， LI Jingjun， DING Zhigang (College of Food Engineering， Anhui Science and Technology University， Fengyang 233100， Anhui， China) Abstract： With chia seed as raw materials， the chia seed oil was extracted by pressing. The effects ofdifferent pressing temperatures (60-120℃) on the oil yield of chia seed and acid value of chia seed oilwere studied. The odor components of chia seed oil were studied by electronic nose. The results showedthat high temperature had an impact on the oil yield of chia seed and the acid value of chia seed oil.Principal component analysis showed that the total contribution rate of the first principal component andthe second principal component was 99.91%， and it could distinguish chia seed oil pressed at 60℃，70 -100℃ and 110 -120℃. Loadings analysis showed that the odor components of chia seed oil weremainly inorganic sulfide， broad -methane， nitrogen oxides， aromatic， benzenes， etc. The oil samples at70-100℃ and 60℃ had different responses at the W2S sensor， and the oil samples at 110-120℃ and60℃ had different responses at the W2S and W2W sensors. The linear discriminant analysis showed thatthe odor components of the oil samples at 80℃ and 90℃， and at 110C and 120℃ had certainsimilarity， which were very different from the odor components of the oil samples at other pressingtemperatures. The electronic nose could be used to distinguish the chia seed oil at 60℃ from otherpressing temperatures. Key words： chia seed oil； electronic nose； odor component； pressing temperature； principal componentanalysis； loadings analysis； linear discriminant analysis ( 收稿日期：2020-07-01；修回日期：2020-12-25 ) ( 基金项目：安徽省高校科学研究重大项目(KJ2020ZD012) ) ( 作者简介：李 雪 (1990)，女，助教，硕士，主要从事粮食、油 脂及植物蛋白研究(E-mail) 1037258404@ qq.com. ) ( 通信作者：丁志刚， 副 教授(E-mail) dingzhigang@ 163.com。 ) 奇亚籽为芡欧鼠尾草的种子，其蛋白质含量在19%~27%，油脂含量20%~50%；油中不饱和脂肪酸含量占87%，主要以亚麻酸为主，可以作为人体摄取w-3多不饱和脂肪酸的良好来源2-3。2014年我国批准奇亚籽为新食品原料④。 奇亚籽油对于预防心血管疾病以及维持正常的生理功能具有重要的意义因。奇亚籽油的提取方法包括压榨法、溶剂提取法、超临界CO，萃取法法等。综合考虑对气味组分的保留和成本，本文采用压榨法制取奇亚籽油。 电子鼻作为一种人工嗅觉系统，可以捕获不同的气味并利用传感器将其转化为电信号，通过分析比较，进行识别判断日。在电子鼻技术推动下，气味可作为植物油质量控制中新的可量化指标。目前电子鼻技术通常用于油脂氧化判别分析、食用油脂掺假和鉴伪10、地油油测测分析。利用电子鼻区分不同压榨温度的油脂还鲜有研究。 本实验选择不同的压榨温度对奇亚籽进行压榨，利用电子鼻对不同压榨温度下的奇亚籽油气味组分进行分析，通过主成分分析、传感器贡献率分析、线性判别分析，建立不同压榨温度模型，以对不同压榨温度下的奇亚籽油进行区分，实现对奇亚籽油的快速无损检测，为奇亚籽油的质量控制提供理论依据。 1材料与方法 实验材料 1.1.1 原料与试剂 新鲜奇亚籽，由深圳市致享生物科技有限公司提供，含水量7.5%，含油量23.45%。 酚酞、95%乙醇、氢氧化钠、冰乙酸、异辛烷，均为分析纯。 1.1.2 仪器与设备 PEN3电子鼻(德国AIRSENSE 公司)，不同传感器响应不同气味物质，具体见表1；FORZA CS7 冷榨机(深圳奥斯达电子有限公司)。 表1 电子鼻传感器对物质响应类型的性能描述 传感器 性能描述 WIC 芳香成分，苯类 W5S 灵敏度大，对氮氧化合物很灵敏 W3C 氨水，对芳香成分灵敏 W6S 主要对氢气有选择性 W5C 烷烃芳香成分 W1S 对甲烷等短链烷烃灵敏 W1W 对无机硫化物灵敏 W2S 对醇、醚、醛、酮类化合物灵敏 W2W 芳香成分，对有机硫化物灵敏 W3S 对烷烃灵敏，尤其长链烷烃类 1.2 实验方法 1.2.1 奇亚籽油的制取 温度分别设置为60、70、80、90、100、110、120℃，预热15~20 min，然后将奇亚籽缓缓放入榨油机漏斗中，压榨，收集流出液，离心除杂，得奇亚籽油。 奇亚籽出油率按式(1)计算。 式中：X为出油率；m 为奇亚籽油质量；mg为奇亚籽样品质量。 1.2.2 奇亚籽油酸值的测定 酸值根据 GB/T 5009.37—2003进行测定。 1.2.3 奇亚籽油气味组分测定 准确称取一定质量不同压榨温度下的奇亚籽油，放入电子鼻样品瓶中，迅速将瓶口密封保存1h，使样品瓶中气体稳定，手动进样进行电子鼻分析，将进样针和活性炭过滤针插入样品拼，完成一次检测后系统进行清零和标准化。检测参数：检测时间20 s，自动调零时间5 s，清洗时间300 s，进样流量600 mL/min2。每个压榨温度做3次重复。 1.2.4 数据处理 奇亚籽出油率和奇亚籽油的酸值采用 MicrosoftExcel 2010 进行数据处理，不同压榨温度的奇亚籽油的气味组分用电子鼻进行检测，用 WinMuster 软件进行主成分(PCA)分析、传感器贡献率(Loadings)分析、线性判别(LDA)分析。 2 结果与讨论 2.1 不同压榨温度下奇亚籽出油率(见图1) 图1 不同压榨温度下奇亚籽的出油率 由图1可知，随着压榨温度的升高，奇亚籽的出油率在18.38%~23.97%之间变化。当压榨温度在60~90℃时，出油率在23%左右，这是因为此时奇亚籽中的含水量较为合适，有利于奇亚籽在榨膛中保持适宜的可塑性，从而使榨油机中螺旋杆的转速维持在最佳的工作状态，饼粕被挤压成脆性较弱的饼坯薄片，且适当提高温度会降低油脂黏度2，有利于奇亚籽中油脂的渗出；当压榨温度达到100℃以上，出油率有降低的趋势，这是由于奇亚籽中的水分在挤压过程中快速地蒸发减少，影响料坯 称取一定量的奇亚籽，去除杂质，将榨油机压榨(C)1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 的可塑性，引起出油率下降。 2.2 不同压榨温度下奇亚籽油的酸值(见图2) 图2不同压榨温度下奇亚籽油的酸值 由图2可知，在60~120℃内压榨的奇亚籽油酸值(KOH)均在1.6 mg/g以下。随着压榨温度升高，奇亚籽油的酸值有上升趋势，说明奇亚籽油酸败程度增大；同时伴随着高温，在压榨机挤压过程中，奇亚籽饼粕色泽加深甚至焦化，造成油中可溶解物增多。 2.3 不同压榨温度下奇亚籽油气味组分的主成分分析 利用 WinMuster 软件对不同压榨温度(60、70、80、90、100、110、120℃)下奇亚籽油的气味组分建立模型，进行 PCA分析。不同压榨温度下奇亚籽油的主成分分析见图3，不同压榨温度下奇亚籽油区分度见表2。 图3 不同压榨温度下奇亚籽油主成分分析 表2 不同压榨温度下奇亚籽油区分度 压榨温度/℃ 不同压榨温度下奇亚籽油的区分度 60℃ 70℃ 80℃ 90℃ 100℃ 110℃ 120℃ 60 0.429 0.510 0.641 0.612 0.726 0.755 70 0.429 0.059 0.479 0.409 0.731 0.793 80 0.510 0.059 0.487 0.375 0.784 0.853 90 0.641 0.479 0.487 0.447 0.798 0.897 100 0.612 0.409 0.375 0.447 0.725 0.847 110 0.726 0.731 0.784 0.798 0.725 0.473 120 0.755 0.793 0.853 0.897 0.847 0.473 由图3可知，7个样品测定的数据均呈椭圆形，说明电子鼻测定结果具有一定重复性和稳定性4.由表2可知：压榨温度为60℃的油样与压榨温度70~100℃油样区分度在0.4~0.7之间，与压榨温度110~120℃油样区分度在0.7以上，压榨温度70~100℃油样与压榨温度110~120℃油样区分度良好，在0.7以上。说明建立的模型可以对60℃、70~100℃、110~120℃3个压榨温度区域进行区分。 2.4 不同压榨温度下奇亚籽油气味组分的传感器Loadings 分析 通过WinMuster 软件对油样气味组分进行Loadings 分析，可以用来区分传感器的相重重要性。如果某个传感器响应值接近零，则表示该传感器对于样品的识别程度可以忽略，如果传感器响应值较高，则该传感器对样品有一定的识别作用。不同压榨温度下奇亚籽油 Loadings分析分别见图4~图10. 由图4可知，第1主主分的贡献率为99.76%，第2主成分贡献率为0.21%，贡献率总和99.97%，大于95%，说明奇亚籽油挥发性气味之间相互独 立，整体区分度较好6。W1W 传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物； W1S 传感器对第2主成分贡献率最大，其次是 W5S、W3C、W1C传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，氮氧化合物，氨水、芳香成分，芳香成分、苯类。 由图5可知，第1主成分的贡献率为98.98%，第2主成分贡献率为1.01%，贡献率总和99.99%。W1W传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物；W1S传感器对第2主成分贡献率最大，其次是W1C、W3C、W5S、W2S传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，芳香成分、苯类，氨水、芳香成分，氮氧化合物，醇、醚、醛、酮类化合物。 由图6可知，第1主成分的贡献率为97.75%，第2主成分贡献率为2.23%，贡献率总和99.98%W1W 传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物；W1S 传感器对第2主成分贡献率最大，其次是 W1CW3C、W2S、W5S传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，芳香成分、苯类，氨水、芳香成分，醇、醚、醛、酮类化合物，氮氧化合物。 由图7可知，第1主成分的贡献率为97.20%，第2主成分贡献率为2.79%，贡献率总和99.99%。W1W传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物；W1S 传感器对第2主成分贡献率最大，其次是 W1C、W2S、W3C、W5S传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，芳香成分、苯类，醇、醚、醛、酮类化合物，氨水、芳香成分，氮氧化合物。 由图8可知，第1主成分的贡献率为97.85%，第2主成分贡献率为2.01%，贡献率总和99.86%。W1W 传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物； W1S 传感器对第2主成分贡献率最大，其次是W2S、W1C、W5S、W3C传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，醇、醚、醛、酮类化合物，芳香成分、苯类，氮氧化合物，氨水、芳香成分。 由图9可知，第1主成分的贡献率为98.93%，第2主成分贡献率为0.90%，贡献率总和99.83%。W1W 传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物；W1S传感器对第2主成分贡献率最大，其次是 W5S、W2W、W2S、W1C 传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，氮氧化合物，芳香成分、有机硫化物，醇、醚、醛、酮类化合物，芳香成分、苯类。 由图10可知，第1主成分的贡献率为98.63%，第2主成分贡献率为1.33%，贡献率总和99.96%。W1W传感器对第1主成分贡献率较大，对应为无机硫化物；W1S 传感器对第2主成分贡献率最大，其次是W2S、W1C、W5S、W2W 传感器，分别对应甲烷等短链烷烃，醇、醚、醛、酮类化合物，芳香成分、苯类，氮氧化合物，芳香成分、有机硫化物。 图4 60℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图5570℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图6 80℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图7 90℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图8 100℃C下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图9911110℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 图10 120℃下奇亚籽油传感器 Loadings 分析 通过对比不同压榨温度下传感器分布，70~100℃下的气味组分较为接近，110~120℃的较为接近，70~100℃范围内的油样与60℃条件下油样 对于 W2S 传感器有不同响应，110~120℃范围内的油样与60℃条件下油样对 W2S传感器和 W2W 传感器有不同响应，110~120℃温度范围内的油样与70~100℃度度范围内的油样对于 W3C、W2W传感器有不同响应，与主成分分析中区分度结果相似。 2.5 不同压榨温度下奇亚籽油气味组分的LDA分析(见图11) 图111不同压榨温度下奇亚籽油LDA 分析 由图11可知，判别式1和判别式2的贡献率分别为91.84%和4.55%，总贡献率为96.39%，说明LDA分析能区别不同压榨温度下奇亚籽油的挥发性风味。根据不同压榨温度下对应的椭圆分布，可以发现压榨温度80℃与90℃、110℃与120℃在图形上具有部分重叠，说明彼此之间气味组分具有一定相似性，而其他压榨温度之间在图形上区别明显，说明不同压榨温度之间的气味组分差异度较大。通过 LDA 分析，进一步验证了不同压榨温度之间奇亚籽油的气味特性的差异。 3 结吉 论 将奇亚籽在60~120℃压榨温度范围内进行压榨制油，出油率在18%以上，酸值(KOH)在1. 6mg/g 以下；对不同压榨温度下奇亚籽油气味组分的主成分分析表明，第1主成分和第2主成分总体贡献率为99.91%，可以区分60℃、70~100℃和110~120℃下奇亚籽油；对油样气味组分进行传感器贡献率分析可知，奇亚籽油的气味组分种类主要包括无机硫化物、甲烷等短链烷烃、氮氧化合物、芳香成分、苯类等，70~100℃下的气味组分较为接近，110~120℃气味组分较为接接，70~100℃范围内的油样与60℃条件件油样对于 W2S 传感器有不同响应，110~120℃范围内的油样与60℃条件下油样对 W2S 和W2W传感器有不同响应，110~120℃与70~100℃范围内油样对 W3C 和 W2W传感器有不同响应；进一步通过 LDA分析显示压榨温度80℃与90℃、110℃与120℃奇亚籽油气味组分具 有一定相似性，但其他压榨温度下奇亚籽油的气味组分差异较大。利用电子鼻可以将60℃与其他温度下的奇亚籽油进行较好的区分。 ( 参考文献： ) ( [] 彭彬倩 ， 罗文涛，王 姿 颐 ， 等.奇 亚 籽凝胶的提取 、 功能及应用 研究进展进 .食品 工 业 ，20 2 0 ， 41(9)：2 6 4-2 6 8. ) ( []常 馨月 ，陈 程 莉 ，龚娣.奇 亚 籽油 的研 究 进 展 [.中 国油 脂，2 0 2 0，45(2 ) ： 11 1- 11 6. ) ( 3] P ORRAS - LOAIZA P， JIM E NEZ - MU N G U IA M T ，SOSA - M ORAL E S M E ， e t a l . 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All rights reserved. http：//www.cnki.net 本实验选择不同的压榨温度对奇亚籽进行压榨，利用电子鼻对不同压榨温度下的奇亚籽油气味组分进行分析，通过主成分分析、传感器贡献率分析、线性判别分析，建立不同压榨温度模型，以对不同压榨温度下的奇亚籽油进行区分，实现对奇亚籽油的快速无损检测，为奇亚籽油的质量控制提供理论依据。检测仪器：PEN3电子鼻(德国AIＲSENSE公司)检测结果：高温对奇亚籽出油率和奇亚籽油酸值有一定程度影响;主成分分析表明，第1主成分和第2主成分总体贡献率为99．91%，可以区分60℃、70～100℃和110～120℃下压榨的奇亚籽油;传感器贡献率分析表明，奇亚籽油的气味组分主要有无机硫化物、甲烷等短链烷烃、氮氧化合物、芳香成分、苯类等，70～100℃范围内的油样与60℃条件下油样对W2S传感器有不同响应，110～120℃范围内的油样与60℃条件下油样对W2S和W2W传感器有不同响应;线性判别分析结果表明，80℃与90℃油样、110℃与120℃油样气味组分具有一定相似性，与其他压榨温度下油样的气味组分差异度较大。利用电子鼻可以将60℃与其他压榨温度下的奇亚籽油进行区分。文献来源：安徽科技学院食品工程学院