基于风味指纹图谱的黑白芝麻油品质分析判别方法及系统

1.本公开涉及食品分析和食品质量检测相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于风味指纹图谱的黑白芝麻油品质分析判别方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
3.芝麻油品质的好坏主要是根据其挥发性组分的香气和呈味物质来决定的。在芝麻油众多的挥发性组分中，仅有少部分的气味活性物质在芝麻油中的浓度高于该气味活性物质气味阈值。发明人发现，现有众多的研究局限在分析和比较芝麻油的挥发性组分的差异，缺乏对其气味活性物质的鉴定和分析，不能从分子水平上揭示不同工艺芝麻油的感官差异。
4.气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry，gc-ims)是近年来出现的一种新型气相分离和检测技术，该检测技术克服离子迁移谱技术分离度差的局限性，使得离子迁移谱信号响应通过气相色谱预分离后，在质量上得到显著改善，结合了气相色谱的分离能力和迁移离子谱快速响应、低成本的优势，该项技术是基于气相中不同离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一种分析技术，具有灵敏度高、选择性强、检测过程快速高效等特点。gc-ims可对挥发性有机物进行可视化表征，从而实现对不同样品的区分，更能真实反应样品的风味存在状态。gc-ims技术相对于传统风味分析技术具有诸多优势，其在vocs的分析中具有较大的应用潜力，目前已成功应用于果蔬、肉类、水产风味分析、品质检测等多个领域。在判断芝麻油品质方面，目前缺少基于gc-ims技术分析芝麻油风味特征指标化合物的分析鉴定方法。


技术实现要素：

5.本公开为了解决上述问题，提出了一种基于风味指纹图谱的黑白芝麻油品质分析判别方法及系统，能够快速识别不同品种芝麻油香气品质的变化，用芝麻油作为实验对象，采用数据分析手段，以及采用气相色谱-离子迁移谱分析黑、白芝麻油品质，能够快速鉴定黑、白芝麻油中存在的特征挥发性风味化合物，实现不同种类芝麻油之间风味品质评价和相似度判断。
6.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
7.一个或多个实施例提供了基于风味指纹图谱的黑白芝麻油品质分析判别方法，包括如下步骤：
8.将待检测芝麻油样品进行顶空进样处理后，进行气相色谱-离子迁移谱分析；
9.根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
10.根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
11.对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
12.一个或多个实施例提供了基于风味指纹图谱的黑、白芝麻油品质分析判别系统，包括：气相色谱-离子迁移谱分析设备以及处理器，所述处理器被配置为执行如下步骤：
13.根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
14.根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
15.对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
16.一个或多个实施例提供了基于风味指纹图谱的黑、白芝麻油品质分析判别系统，包括：
17.定性分析模块：被配置为根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
18.指纹图谱生成模块：被配置为用于根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
19.分析模块：被配置为用于对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
20.一个或多个实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成以下步骤：
21.根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
22.根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
23.对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
24.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
25.本公开中，采用气相色谱-离子迁移谱分析黑、白芝麻油品质，并融合多种数据处理方法，能够快速鉴定黑、白芝麻油中存在的特征挥发性风味化合物，实现不同种类芝麻油之间风味品质评价和相似度判断。
26.本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
附图说明
27.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
28.图1为本公开实施例1的实验示例中两种不同品种芝麻油的挥发性风味化合物指纹图谱；
29.图2为本公开实施例1的实验示例中两种不同品种芝麻油中挥发性风味化合物的pca得分图；
30.图3为本公开实施例1的实验示例中两种不同品种芝麻油中挥发性风味化合物的pls-da得分图；
31.图4为本公开实施例1的实验示例中两种不同品种芝麻油中挥发性风味化合物vip得分图；
32.图5是本公开实施例1的芝麻油品质分析判别方法流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
34.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
36.实施例1
37.在一个或多个实施方式公开的技术方案中，如图1-图5所示，基于风味指纹图谱的黑白芝麻油品质分析判别方法，包括如下步骤：
38.步骤1、将待检测芝麻油样品进行顶空进样处理后，进行气相色谱-离子迁移谱分析；
39.步骤2、根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
40.其中，离子迁移响应参数可以包括离子迁移响应时间、迁移速率和相对离子峰强度；
41.步骤3、根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
42.步骤4、对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方
法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
43.本实施例中，采用气相色谱-离子迁移谱分析黑、白芝麻油品质，并融合多种数据处理方法，能够快速鉴定黑、白芝麻油中存在的特征挥发性风味化合物，实现不同种类芝麻油之间风味品质评价和相似度判断。
44.步骤1中，将待检测芝麻油样品进行顶空进样处理包括制样与挥发性气体成分测定的过程。
45.制样过程，可以为，称取设定重量的芝麻油样品放入顶空瓶中，并进行定量标定。
46.可选的，所述顶空进样条件为称取2-3g芝麻油加入到10-30ml顶空瓶中；在所述芝麻油样品中加入80-120μl的浓度为0.08-0.12mol/l的2-甲基-3-庚酮作为内标物，实现定量标定。
47.具体的，可以称取2.5g黑、白芝麻油样品放入20ml的顶空瓶中，然后加入100μl 0.1mol/l的2-甲基-3-庚酮作为内标，进行定量标定。
48.挥发性气体成分测定：将顶空瓶中的样品进行孵育，使用加热的进样针抽取瓶内的顶空组分，进行气相色谱-离子迁移谱分析，得到挥发性风味化合物的组成。
49.可选的，气相色谱-离子迁移谱分析设备的自动进样参数为：孵育温度设置为35-45℃；振荡器转速为400-600r/min；孵育时间为5-15min；进样针温度为80-90℃；进样体积为0.5-1.5ml；气相色谱分析柱温50-70℃，载气为氮气，分析时间为20-40min。
50.本实施例中，具体的，孵育温度设置为40℃；气相色谱-离子迁移谱分析设备的振荡器转速为500r/min；样品孵育时间为10min；进样针温度为85℃；进样体积为1.0ml。
51.可设置的，进行气相色谱-离子迁移谱分析的气相色谱条件为：柱温60℃，载气为氮气(≥99.999％)，分析时间30min，载气/漂移气为n2。载气流量：0～2min：2ml/min；2～10min：2～15ml/min；10～25min：15～100ml/min；25～30min：100ml/min。
52.步骤2中，定性分析用于确定挥发性风味化合物的种类，确定存在哪些风味化合物，然后可以进一步计算这些挥发性风味化合物的含量，进而采用统计学方法对挥发性风味化合物的含量进行分析比较，最终达到建立判别分析模型的目的。
53.定性分析的方法，包括如下步骤：
54.步骤2.1、针对含有挥发性风味化合物的芝麻油样品进行气相色谱-离子迁移谱分析，得到针对每一种挥发性风味化合物的信号数据库；
55.步骤2.2、获取待检测芝麻油样品的气相色谱-离子迁移谱分析数据，与挥发性风味化合物信号数据库进行比对，确定芝麻油中含有的挥发性风味化合物的种类。
56.定性分析可以应用library search软件内置的nist和ims数据库对挥发性风味化合物进行比对。
57.本实施例中，对气相色谱-离子迁移谱分析仪器中检测出的信号(signals)进行数据库比对，根据检测信号与挥发性风味化合物对应关系自动判断芝麻油样品中的挥发性成分，提高了挥发性成分的识别效率。
58.本实施例中，黑、白芝麻油样品中共检测识别出46种挥发性风味化合物，如表1所示。
59.表1黑、白芝麻油中挥发性风味化合物定性信息
60.[0061][0062]
步骤3中，根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱的方法，包括如下步骤：
[0063]
步骤3.1、通过设置的内标物的峰面积与挥发性风味化合物的峰面积比值计算各化合物的含量；
[0064]
具体的，可以以对芝麻油中挥发性风味化合物进行分离鉴定时添加的质量浓度200μg/ml的2-甲基-3-庚酮为内标物，通过内标物的峰面积与挥发性风味化合物的峰面积
比值计算各化合物的含量。
[0065]
步骤3.2、综合挥发性风味化合物名称、cas号、分子式、分子量、保留指数、保留时间、漂移时间和含量等信息，构建芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱。
[0066]
步骤4中，针对获得的指纹图谱，采用单元变量数据分析方法与多元变量数据分析方法相结合的数据分析方法筛选黑、白芝麻油中的特征风味化合物。
[0067]
可选的，单元变量数据分析方法可以采用双因素方差分析(two-way anova)方法；
[0068]
可选的，多元变量数据分析方法包括主成分分析(principal component analysis，pca)和偏最小二乘法判别分析(partial least-squares discrimination analysis，pls-da)。
[0069]
具体的，针对气相色谱-离子迁移谱分析设备分析得到的指纹图谱，采用双因素方差分析(two-way anova)方法，比较挥发性风味化合物在黑、白芝麻油中的含量是否存在显著差异，从而识别在黑、白芝麻油中含量具有显著差异的挥发性风味化合物。如果计算出的p值《0.05则认为是存在显著性差异，具有统计学的意义。通过识别在黑、白芝麻油中含量存在显著差异的挥发性风味化合物，能够明确黑、白芝麻油中存在的特征挥发性风味化合物，为判别分析模型的建立提供数据支撑。
[0070]
具体的，针对气相色谱-离子迁移谱分析设备分析得到的指纹图谱，采用主成分分析(principal component analysis，pca)提取芝麻油品质判断的关键变量，可以用较少的变量识别黑、白芝麻油的大部分风味品质差异。
[0071]
如图2所示，主成分1(f1)和主成分2(f2)联合起来可以解释黑、白芝麻油之间86.41％(81.97％ 4.44％)的风味品质差异。换句话说，黑、白芝麻油的风味化合物组成存在明显的差异，可以用来建立判别分析模型。
[0072]
进一步的，针对气相色谱-离子迁移谱分析设备分析得到的指纹图谱，采用偏最小二乘法判别分析(partial least-squares discrimination analysis，pls-da)得到对黑、白芝麻油判别具有突出贡献的特征挥发性风味化合物。
[0073]
具体的，采用偏最小二乘法判别分析来建立基于挥发性风味化合物组成的黑、白芝麻油判别分析模型。根据所建立的判别分析模型，可以计算出挥发性风味化合物的vip(variable importance in projection)值。如果vip值》1，则证明该挥发性风味化合物对黑、白芝麻油的判别具有突出贡献。
[0074]
本实施例中，综合考虑挥发性风味化合物的p值和vip值，同时满足p值《0.05&vip值》1的挥发性风味化合物被认为是黑、白芝麻油中存在的具有判别意义的挥发性风味化合物。
[0075]
本实施例中，采用双因素方差分析、主成分分析、偏最小二乘法判别分析是同一原始数据，都是从仪器中直接分析得到的挥发性风味化合物的种类及含量数据。融合采用两种数据分析方法，综合两种数据分析结果得到准确的特征风味化合物。
[0076]
综上，本实施例提供了一种基于风味指纹图谱结合化学计量学的黑、白芝麻油判别分析方法。数据分析结果表明，黑、白芝麻油的挥发性风味化合物组成存在显著差异，并且针对识别出的挥发性风味化合物建立判别分析模型。进一步结合双因素方差分析(two-way anova)和偏最小二乘法判别分析(partial least-squares discrimination analysis，pls-da)结果，识别出了对黑、白芝麻油判别具有统计学意义的挥发性风味化合
物种类。
[0077]
针对本实施例的方法，进行了实验，图1为黑、白芝麻油的挥发性风味化合物指纹图谱，图2为黑、白芝麻油中挥发性风味化合物的pca得分图，pca是多元统计分析中常见的数据分析方法，pca可以根据不同样本中的主要成分因子的贡献率来评估样品之间的规律性和差异性，如图2所示，第一主成分的贡献率为81.97％，第二主成分贡献率为4.44％，这两个主成分累计贡献率为86.41％，代表原始数据的大部分信息。组内各相对距离较近，说明样品的重复性较好。图3为黑、白芝麻油中挥发性风味化合物的pls-da得分图，pls-da同样是通过降维方法将复杂数据直观化，与pca不同的是，pls-da是有监督分析，属于模型的方法，可以预设分类，弥补了pca方法的不足，强化组间的差异，同时可以量化特征化合物造成组分差异的程度，有监督的pls-da有助于高维数据的可视化、判别分析与代谢变化有关的潜在代谢物。每个变量对分类的贡献，通常认为vip大于1表示在判别过程中具有重要作用。
[0078]
实施例2
[0079]
基于实施例1，本实施例中提供基于风味指纹图谱的黑、白芝麻油品质分析判别系统，包括：气相色谱-离子迁移谱分析设备以及处理器，所述处理器被配置为执行如下步骤：
[0080]
根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
[0081]
根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
[0082]
对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
[0083]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例1中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
[0084]
实施例3
[0085]
基于实施例1，本实施例中提供基于风味指纹图谱的黑、白芝麻油品质分析判别系统，包括：
[0086]
定性分析模块：被配置为根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
[0087]
指纹图谱生成模块：被配置为用于根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
[0088]
分析模块：被配置为用于对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
[0089]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例1中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
[0090]
实施例4
[0091]
基于实施例1，本实施例中提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成以下步骤：
[0092]
根据气相色谱-离子迁移谱分析得到的挥发性风味化合物的气相保留时间与计算保留指数，以及离子迁移响应参数，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性风味化合物进行定性分析，得到样品中的挥发性风味化合物组成；
[0093]
根据定性分析结果，以及挥发性风味化合物的相对离子峰强度信号，构建黑、白芝麻油挥发性风味化合物特征指纹图谱；
[0094]
对获取的指纹图谱，融合单元变量数据分析方法以及多元变量数据分析方法，筛选对黑、白芝麻油判别具有重要贡献的特征风味化合物，根据待检测芝麻油样品的特征风味化合物含量得到芝麻油品质检测结果。
[0095]
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例1中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
[0096]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0097]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。