基于主成分分析的油類加工品質(zhì)量評(píng)價(jià)

基于主成分分析的油類加工品質(zhì)量評(píng)價(jià)

芝麻是中國(guó)最古老的石油種類之一，產(chǎn)量在世界上是第一位。我國(guó)傳統(tǒng)方法加工制取的小磨香油更是世界上獨(dú)一無(wú)二的風(fēng)味油脂。由于芝麻油生產(chǎn)工藝非常簡(jiǎn)單,目前,我國(guó)大部分芝麻油生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小,芝麻油生產(chǎn)還停留在手工作坊的水平上,設(shè)備簡(jiǎn)陋,不具備相應(yīng)的檢驗(yàn)手段,致使產(chǎn)品存在一定的質(zhì)量問(wèn)題。另外,由于芝麻油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于其它食用植物油,因此芝麻香油的市場(chǎng)售價(jià)很高,所以不法商販以銷售假冒芝麻油牟利,嚴(yán)重?fù)p害了消費(fèi)者的利益。摻假芝麻香油多是摻入價(jià)格低于純芝麻油50%以上的大豆油、菜籽油、葵花籽油等油脂。為了保護(hù)合法生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者和消費(fèi)者的利益,迫切需要建立科學(xué)、快速、準(zhǔn)確、有效的檢測(cè)方法,進(jìn)行芝麻油摻假的鑒別。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備WYA阿貝氏折射儀,WSL-2比較測(cè)色儀,分析天平(±0.0001)。1.2測(cè)定條件以食品檢驗(yàn)方法為基礎(chǔ)的測(cè)定結(jié)果在芝麻油中按不同比例摻入菜籽油、葵花油、豆油、花生油共計(jì)32個(gè)樣品,以食品檢測(cè)規(guī)范方法對(duì)32個(gè)樣品的色澤(Col)、水分及揮發(fā)物(Mov)、折光指數(shù)(Ref)、酸價(jià)(Aci)、皂化值(Sap)和碘價(jià)(Iod)等6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定并以其為變量,測(cè)定結(jié)果見表1。1.2.1氫氧化鉀溶液將試樣加入100mL預(yù)先中和過(guò)的乙醚-乙醇混合液中溶解。用0.1mol/L氫氧化鉀溶液邊搖邊滴定,直到指示劑顯示終點(diǎn)(酚酞變?yōu)榉奂t色需最少維持10s不褪色)。同一試樣進(jìn)行兩次測(cè)定。1.2.2空白實(shí)驗(yàn)方法用移液管將25.0mL氫氧化鉀-乙醇溶液加到試樣中,并加入一些助沸物,連接回流冷凝管與錐形瓶,并將錐形瓶放在恒溫水浴鍋上慢慢煮沸,不時(shí)搖動(dòng),使油維持沸騰狀態(tài)60min。加0.5～1mL酚酞指示劑于熱溶液中,并用標(biāo)準(zhǔn)體積鹽酸溶液滴定到指示劑的粉色剛消失。不加試樣,再用25.0mL的氫氧化鉀-乙醇溶液進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。同一試樣進(jìn)行兩次測(cè)定。1.2.3試樣的制備和測(cè)定將稱好試樣的稱量皿放入500mL錐形瓶中,加入20mL環(huán)己烷和冰乙酸等體積混合的試劑中溶解試樣,準(zhǔn)確加入25mLwijs試劑蓋好塞子,搖勻后將錐形瓶置于暗處。同樣用溶劑和試劑制備空白但不加試樣。反應(yīng)時(shí)間結(jié)束后加20mL碘化鉀溶液和150mL水。用標(biāo)定的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淺黃色。加幾滴淀粉溶液繼續(xù)滴定,直到劇烈搖動(dòng)后藍(lán)色剛好消失。同一試樣進(jìn)行兩次測(cè)定。1.2.4--4合直鏡的制備用圓頭玻棒取混勻、過(guò)濾的試樣兩滴,滴在棱鏡上,轉(zhuǎn)動(dòng)上棱鏡,關(guān)緊兩塊棱鏡,約經(jīng)3min待試樣溫度穩(wěn)定后,擰動(dòng)阿米西棱鏡手輪和棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使視野分成清晰可見的兩個(gè)明暗部分,其分界線恰好在十字交叉的焦點(diǎn)上,記下標(biāo)尺讀數(shù)和溫度。同一試樣進(jìn)行兩次測(cè)定。1.2.5紅色玻璃片比色法稱取一定量的樣品,置于不高于65℃的烘箱中加熱熔融至完全透明,注入比色皿中,用羅維朋測(cè)色儀進(jìn)行比色。首先將黃色玻璃片固定,再調(diào)節(jié)紅色玻璃片,直至兩部分色澤相同為止。讀取紅色玻璃片數(shù)值,即為羅維朋色價(jià)。1.2.6冷卻、冷卻在已知重量的平底玻璃皿內(nèi),稱取一定量樣品,置于103±2℃烘箱內(nèi)烘1h,在干燥器內(nèi)冷卻30min后稱重。此后每烘30min,移入干燥器內(nèi)冷卻后稱重一次,直至兩次稱重相差不超過(guò)0.002g為止。1.3麻黃嘴唇主成分分析32個(gè)樣本,6個(gè)變量,構(gòu)成一個(gè)(32×6)矩陣,行代表不同的被測(cè)樣品,列對(duì)應(yīng)于6個(gè)被測(cè)變量。為便于區(qū)分,用“Z”代表芝麻油樣本(Z11-Z18、Z21-Z28、Z31-Z38、Z41-Z48分別表示芝麻油摻入0%、5%、10%、20%、40%、60%、80%、100%菜籽油、豆油、葵花油、花生油的樣本),采用主成分分析(PCA)。對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行處理。2組合意義上的模糊主成分是原變量的線性組合,如果原變量量綱不同,則此線性組合的意義就比較模糊,很難給出合理解釋。本研究將測(cè)試數(shù)據(jù)在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析前作標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理,使各原變量的均值為0,均方差為1,以消除原變量量綱不同對(duì)主成分分析結(jié)果的影響。2.1基因組化及信息分析樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)(即樣本)列于表1,其前三個(gè)成分對(duì)應(yīng)的特征值、方差貢獻(xiàn)率及各原變量在各主成分中的負(fù)荷量見表2。從表2可見,主成分1占總方差貢獻(xiàn)率的40.64%,主成分2占33.57%,主成分3占18.45%,這三個(gè)主成分已含樣本的絕大部分信息量(累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為92.66%)。碘價(jià)、酸價(jià)和折光指數(shù)在主成分1中起決定作用;色澤和水分及揮發(fā)物對(duì)主成分2貢獻(xiàn)顯著,皂化值在主成分3中起主要作用。以油樣的6個(gè)理化指示為變量進(jìn)行主成分分析,主成分1和主成分2幾乎占有全部樣本75%的信息量,它們構(gòu)成的二維得分圖(PC1-PC2),如圖1所示,32個(gè)植物油樣本直觀清楚地分辨成四組,即芝麻油摻菜籽油、摻豆油、摻葵花油和摻花生油。PC1-PC2投影圖的左側(cè)為芝麻油摻菜籽油、花生油,它們成功地被鑒別成兩組。菜籽油摻豆油、葵花油樣本位于PC1-PC2投影圖的右側(cè),其中的摻豆油與葵花油樣本間也有清楚的“類聚”現(xiàn)象,被區(qū)分成兩組,在摻葵花油樣品組中,有一個(gè)樣品得分比較低,其余樣本都被正確地鑒別開來(lái)。2.2水平結(jié)果分析PC1-PC2投影圖中每個(gè)點(diǎn)都由原6維空間(6個(gè)變量)的樣本點(diǎn)降至為三維空間映射而來(lái),反映了32個(gè)樣本的分類情況及變量對(duì)樣本的分類鑒別相關(guān)性的差異。從圖1可以發(fā)現(xiàn),折光指數(shù)、碘價(jià)在芝麻油摻豆油和葵花油樣本區(qū),而酸價(jià)位于芝麻油摻菜籽油和花生油樣本區(qū)。結(jié)合表2分析,在主成分1中碘價(jià)、酸價(jià)和折光指數(shù)有最大正或負(fù)的信息負(fù)荷量,均在0.7以上,反映了芝麻油摻菜籽油、豆油、葵花油和花生油在這些變量上的明顯差異,即碘價(jià)、酸價(jià)和折光指數(shù)是決定芝麻油摻菜籽油、豆油、葵花油和花生油分辨的主要因素,其次是色澤和水分及揮發(fā)物,皂化值的影響較小。在主成分2中,色澤、水分及揮發(fā)物有最大的信息負(fù)荷量,均大于0.8,并靠近芝麻油摻偽量較低的樣本區(qū),結(jié)合實(shí)踐,當(dāng)芝麻油摻偽量較低時(shí),可通過(guò)測(cè)定色澤來(lái)區(qū)分芝麻油摻偽,此分析結(jié)果與樣品的測(cè)定值是一致的。由主成分PC1-PC3構(gòu)成的二維得分圖(如圖2)顯示樣品有類似的分辨結(jié)果,碘價(jià)、酸價(jià)和折光指數(shù)在PC1上有最大的正或負(fù)的信息負(fù)荷量,皂化值對(duì)PC3的信息負(fù)荷量貢獻(xiàn)最大,它們決定了芝麻油摻菜籽油、豆油、葵花油及花生油的區(qū)分,但PC1-PC3投影圖提供的區(qū)分信息要弱于PC1-PC2投影圖。前三個(gè)主成分構(gòu)成的三維得分圖(如圖3)表明,在三維空間32個(gè)樣本同樣被區(qū)分成四組。