芥子油苷是一种仅在十字花科植物中发现的次生代谢产物,为玛咖的主要活性成分之一,其含量的高低是评价玛咖质量优劣的重要指标。来自中国食品发酵工业研究院的党艳婷、苑鹏和夏凯等人将在国内外率先通过统计学手段找到芥子油苷含量与电子鼻传感器之间的相关性,建立一种运用气味指纹图谱结合软独立建模分析(SIMCA)快速鉴别玛咖品质和等级的方法。
1.玛咖中芥子油苷的高效液相色谱检测结果
供试玛咖样品中均含有芥子油苷这一特征性活性物质,但是不同样品中含量相差很大,从1.37~14.47 mg/g不等。
2.传感器的选择
经过不同传感器组合实验可知,传感器x6(T30/1)、x12(P30/1)、x14(P30/2)组合效果最佳,因此,选择x6、x12、x14三根传感器数据进行SIMCA。
3.SIMCA鉴定玛咖等级
3.1模型I
3.1.1 模型I第1级分析
定义芥子油苷含量不小于10 mg/g的样品为目标组时,验证得分为99 分,模型有效。芥子油苷含量不小于10 mg/g的样品均处于深色区域内,而芥子油苷含量小于10 mg/g的样品均处于深色区域外。若未知样品映射到深色区域内,表明其芥子油苷含量不小于10 mg/g,为一等品;若未知样品映射到深色区域外,表明芥子油苷含量小于10 mg/g,为二、三等品。
3.1.2 模型I第2级分析
定义5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g的样品为目标组时,验证得分为91 分,模型有效。5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g的样品均处于深色区域内,而芥子油苷含量小于5 mg/g的样品均处于深色区域外。若未知样品映射到深色区域内,表明其5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g,为二等品;若未知样品映射到深色区域外,表明芥子油苷含量小于5 mg/g,为三等品。
3.2模型II
3.2.1 模型II第1级分析
芥子油苷含量小于5 mg/g的样品均处于深色区域内,而芥子油苷含量不小于5 mg/g的样品大部分处于深色区域外,区域边界有交叉(部分一、二等品落到了三等品区),但是基本趋势和模型I相同。若未知样品映射到深色区域内,则不能确定其芥子油苷的含量,无法实现等级评定。
3.2.2 模型II第2级分析
定义芥子油苷含量不小于10 mg/g的样品为目标组时,验证得分为97 分,模型有效。芥子油苷含量不小于10 mg/g的样品均处于深色区域内,而5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g的样品均处于深色区域外。若未知样品映射到深色区域外,表明5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g,为二等品;若未知样品映射到深色区域内,芥子油苷含量不小于10 mg/g,为一等品。
3.3 2 种模型的比较
模型I中第2级对二、三等品区域进行了放大,拉大了样品之间的距离,从而使“微小差异扩大化”,因此使用模型I作为玛咖品质等级快速鉴定的效果更好。综上所述,本研究选择模型I作为鉴定模型。
4.结果验证
4.1 第1级验证结果
未知样品(即测试集样品)的验证结果。YXWPM-2P映射到了一等品区,一等品接受率为100%;YXJS-1B、YDHCC-3P、YLYSR-3Y、YLNXP-3Y、YDJJB-1B、YXWBH-3Y、YDHCH-5Y、YKLMA-2P均映射到了二、三等品区,一等品拒绝率为100%,表明该模型有效。
4.2 第2级验证结果
为未知样品(即测试集样品)的验证结果。YLYSR-3Y映射到了二等品区,二等品接受率为100%,三等品拒绝率为100%;YLNXP-3Y、YDJJB-1B、YXWBH-3Y、YDHCH-5Y、YKLMA-2P均映射到了三等品区,二等品拒绝率为100%,三等品接受率为100%,表明该模型有效。
5.电子鼻气味指纹图谱
一等品、二等品、三等品从原点向外依次分布,进一步表明芥子油苷含量和多数传感器响应值之间存在显着的相关性。
结 论
T30/1、P30/1、P30/2三根传感器与芥子油苷含量之间存在显着相关性,根据3 根传感器建立的SIMCA模型可以将不同玛咖样品分为3 个等级:一等品(芥子油苷含量≥10 mg/g)、二等品(5 mg/g≤芥子油苷含量<10 mg/g)、三等品(芥子油苷含量<5 mg/g)。运用电子鼻气味检测数据结合SIMCA模型可以快速鉴别玛咖的等级,还可推测出所测样品中芥子油苷的含量区间。