基于脂肪酸含量的大豆产地溯源的研究

摘要：根据不同地域大豆的脂肪酸组成特征及含量差异，探讨脂肪酸指纹图谱技术对大豆产地溯源的可行性。采用气相色谱法对2016年黑龙江省主产地收获期大豆中10种脂肪酸含量进行检测与分析。结果显示：棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、顺-13-十八烯酸和花生酸5种脂肪酸可作为黑龙江省北安、哈尔滨、建三江和齐齐哈尔4个大豆主产区产地溯源的特征指标，且对大豆产地整体正确判别率为97.7%，对大豆样本的整体交叉检验正确判别率为93.2%，说明脂肪酸指纹图谱技术用于大豆产地溯源是切实可行的，这在今后的大豆生产实践中具有重要意义。

黑龙江省是我国大豆传统产区[1]，省内大豆具有“豆中之王”的美称[2]，是黑龙江省具有代表性的农产品，属当地的特产[3]。黑龙江大豆相比其他地区的大豆而言籽粒大、皮薄、体型圆润、果实饱满、营养丰富[4]。近几年，随着国家对农产品品种鉴定的重视，大豆种植面积有所增加[5]。但黑龙江省主产区的大豆种质资源的鉴定、保护和监管、大豆产地的追溯及其副产物的生产加工与发达国家仍存在较大差异[6]。因此，对黑龙江省主产大豆品种进行鉴定可以大大提高品牌的真实性，预防假冒伪劣产品进入市场，为消费者提供优质优价的大豆产品[7]。

脂肪酸指纹图谱技术为大豆产地溯源提供了一种高效、精准的方法。不同地域来源农产品中脂肪酸含量具有各自的品质特征，对原产地农产品的产地溯源起到支撑作用[8]。目前，国外学者利用脂肪酸对原产地进行鉴别分析，也有相应的研究[9]。如Alonso-Salces等[10]筛选出咖啡豆中酚醛酸和肉桂酸两个有效指标，可对客麦隆和越南地区的咖啡豆进行有效鉴别。Enser等[11]在牛肉中筛选出多不饱和脂肪酸n-3和n-6两个有效指标可对牛肉产地进行有效鉴别。大豆脂肪酸组分及各脂肪酸所占的比例关系到大豆油的营养、贮运、加工，是决定大豆油脂的重要因素[12]。在国内对于不同省份大豆品种的脂肪酸组成研究较多[13-16]，但是对于脂肪酸指纹图谱技术鉴别大豆产地的报道却很少，如李文滨等[17]采用毛细管气相色谱法测定了100个大豆品种的脂肪酸组分并对各组分和品质性状间的相关性进行了分析。结果表明：大豆中的脂肪酸含量高低顺序为：亚油酸＞油酸＞棕榈酸＞亚麻酸＞硬脂酸。不同品种的大豆中脂肪酸含量均有一定的差异，通过组分间的相关性分析表明，棕榈酸与硬脂酸呈显著负相关，油酸与亚油酸、亚麻酸和棕榈酸呈极显著负相关，而亚油酸与亚麻酸呈显著正相关。研究结果可为黑龙江省大豆种质资源鉴定提供技术与理论支撑。朱怡霖等[18]利用气相色谱-质谱联用仪对大豆中7种脂肪酸进行测定，其中不饱和脂肪酸的含量均在70%以上，亚油酸和油酸的含量较高，该研究结果可为筛选更适合种植的大豆品种提供理论依据。

本研究以黑龙江省主产大豆为材料，利用气相色谱仪对大豆中10种脂肪酸含量进行检测，并利用方差分析、主成分分析，聚类分析及判别分析等一系列数理统计方法对数据进行分析，提高了结果的准确性，并为黑龙江省大豆产地溯源提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

在黑龙江省北安、哈尔滨、建三江和齐齐哈尔4个大豆主产区按经纬度不同对大豆进行采样，其中4个大豆产地样品采集的数量分别为12、12、10、10份。

氢氧化钠、氯化钠、无水硫酸钠（分析纯）、甲醇、异辛烷（色谱纯）：北京化学试剂研究所；质量分数14%的三氟化硼甲醇溶液：美国Agilent公司；超纯水（18.2 MΩ·cm，20℃）：国家杂粮科学技术研究中心；氮气（含氧量4 mg/kg）：中国计量科学研究所。

1.2 仪器与设备

BLF-YB2000型高速多功能粉碎机：深圳百利福工贸有限公司；Smart-N型超纯水设备：苏州江东精密仪器有限公司；DGG-9023A型电热恒温鼓风干燥箱：上海森信实验仪器有限公司；GC-9870型气相色谱仪：山东鲁创分析仪器有限公司；AL204型电子天平：上海速展计量仪器有限公司

1.3 方法

在黑龙江省大豆主产区选择代表性区域，多点采集大豆样品，自然晾干后，去皮取籽粒，用自来水和超纯水进行多次清洗，经60℃电热恒温鼓风干燥箱烘8 h至恒重；取出20 g用高速多功能粉碎机粉碎过80目筛待测。

粗脂肪采用国标GB/T 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》进行测定及提取[19]。

参考范胜栩等[20]方法，对大豆中肉豆蔻酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、顺-13-十八烯酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、山嵛酸共10种脂肪酸进行测定。

用SPSS 19.0软件对数据进行方差分析、主成分分析、聚类分析和判别分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地大豆中脂肪酸含量差异分析

分别对黑龙江省4个主产地区主栽大豆中的10种脂肪酸含量进行方差分析，分析结果如表1所示，可以看出，不同地区主栽大豆品种在当地种植后，棕榈酸、油酸、亚麻酸含量在不同地域间有显著差异，十七烷酸、硬脂酸、顺-13-十八烯酸、亚油酸、花生酸、山嵛酸含量在不同地域间有极显著差异，而肉豆蔻酸在地域间差异不显著。脂肪酸变异系数最大为14.925%，说明在同一地域不同农场内种植的大豆脂肪酸含量也存在差异。

2.2 不同产地大豆中脂肪酸含量的主成分分析

对2016年省内4个大豆主产地种植的大豆中存在显著差异的9种脂肪酸进行主成分分析，所得主成分中特征向量及累积方差贡献率见表2所示，可知总方差77.654%的贡献率来自前3个主成分。

由表3主成分载荷表可知，油酸、花生酸、山嵛酸含量在第1主成分上载荷较大，即与第1主成分的相关程度较高，而亚油酸在第1主成分上载荷绝对值较大，即负相关程度较高；十七烷酸、硬脂酸、亚麻酸含量在第2主成分上载荷较大，即与第2主成分的相关程度较高，而顺-13-十八烯酸在第2主成分上载荷绝对值较大，即负相关程度较高；棕榈酸含量在第3主成分上载荷较大，即与第3主成分的相关程度较高。因此主成分命名如下：第1主成分：油酸、亚油酸、花生酸、山嵛酸；第2主成分：十七烷酸、硬脂酸、顺-13-十八烯酸、亚麻酸；第3主成分：棕榈酸。

表1 不同产地大豆品质差异分析
Tabel 1 Quality differences analysis for soybean from different production areas%

注：表中的不同小写字母表示显著性差异（P＜0.05）。

表2 前3个主成分中各变量的特征向量及累计方差贡献率
Tabel 2 Characteristic vectors and cumulative variance contribution rate of each variable in the first 3 principal components

由图1可知，在三维图中直观看上去4个地域的样品部分有交叉，但是大多数样品还是区分的很好。第1、2、3主成分主要综合了大豆样品中油酸、亚油酸、花生酸、山嵛酸、十七烷酸、硬脂酸、顺-13-十八烯酸、亚麻酸和棕榈酸含量信息。可见，主成分分析可以把样品中多种元素的信息通过综合的方式更直观地表现出来。

表3 主成分载荷表
Tabel 3 Principal component loading table

2.3 不同产地大豆中脂肪酸含量的聚类分析

采用系统聚类法，对2016年哈尔滨、北安、建三江和齐齐哈尔共44份大豆样品中的亚油酸、花生酸、山嵛酸等共9中脂肪酸含量进行聚类分析，结果见图2所示。

由图2可知，聚类距离不同聚类结果不同。从聚类距离5处切断树状图样品被分为4大类：第一类为建三江样品；第二类为齐齐哈尔样品，其中包括2个建三江样品（27、28）归类错误；第三类为北安样品；第四类为哈尔滨样品，其中包括1个北安样品（4）归类错误。虽然个样品归类错误，但是大多数样品都归类效果较好。

2.4 不同产地大豆中脂肪酸含量的判别分析

以9种脂肪酸含量为特征指标，利用Fisher函数、交叉检验对2016年黑龙江省4个大豆主产区的大豆样本进行产地溯源的研究见表4。

表4 大豆中脂肪酸分类函数系数
Tabel 4 Composition coefficient of fatty acid component in soybeans

Y北安=52.560棕榈酸+3 593.667十七烷酸+6.473硬脂酸+485.691顺-13-十八烯酸-81.349花生酸-755.255

Y哈尔滨=57.241棕榈酸+4 196.090十七烷酸-4.175硬脂酸+550.641顺-13-十八烯酸-22.834花生酸-925.418

Y建三江=48.652棕榈酸+4265.109十七烷酸-9.328硬脂酸+519.945顺-13-十八烯酸+166.641花生酸-834.867

Y齐齐哈尔=51.840棕榈酸+4 543.228十七烷酸-0.598硬脂酸+556.445顺-13-十八烯酸+10.481花生酸-929.685

根据以上Fisher的线性判别式函数得到判别的分类，已对初始分组案例中的97.7%个进行了正确分类；已对交叉验证分组案例中的93.2%个进行了正确分类。结果见表5所示。

由表5可知，通过9个脂肪酸特征指标可以成功区分北安、哈尔滨、建三江和齐齐哈尔地区的大豆样品；且该模型对4个大豆产地的整体正确判别率为97.7%，其中对北安、哈尔滨、建三江和齐齐哈尔大豆产地的正确判别率分别为100.0%、100.0%、90.0%和100.0%。交叉验证结果显示，4个地区的大豆整体判别的正确率为93.2%，其中北安有100.0%的样品被正确识别，哈尔滨有91.7%的样品被正确区分，建三江有90.0%的样品被正确识别，齐齐哈尔有90.0%的样品被正确区分。交叉检验的错判率为7.08%＜10%，满足判别效果误判率要求。

表5 主产区大豆中脂肪酸判别结果
Tabel 5 Discriminant results of fatty acid components in soybean from main production area

注：a.仅对分析中的案例进行交叉验证。在交叉验证中，每个案例都是按照从该案例以外的所有其他案例派生的函数来分类的。

3 结论

本研究利用气相色谱法测定大豆中的10种脂肪酸含量，通过对样本中10种脂肪酸含量进行差异分析，得知大豆中脂肪酸含量在不同产地间存在显著差异。在经主成分分析、聚类分析及逐步判别分析对大豆产地整体正确判别率为97.7%，交叉检验对大豆的整体正确判别率为93.2%。通过对4个产地判别结果分析，棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、顺-13-十八烯酸和花生酸5种脂肪酸可作为黑龙江省北安、哈尔滨、建三江和齐齐哈尔4个大豆主产区产地溯源的特征指标，这在今后的大豆生产实践中具有重要意义。

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Study on Origin Identification Traceability Based on Contents of Soybean Fatty Acid Content Components

LU Xi-chun
（College of Horticulture，Liaoning Vocational College，Tieling 112099，Liaoning，China）

Abstract：According to the characteristics and content difference of fatty acid composition of soybean in different regions，we explored the feasibility of identification of soybean origin by fatty acid fingerprint technology.Using gas chromatography we have detected and analyzed the content of 10 kinds of fatty acids in the soybean from the main producing period of Heilongjiang province in 2016.The result showed palmitic acid，heptadecanoic acid，stearic acid，cis-13-octadecenoic acid and arachidic acid can be used as traceability traits of the four major soybean producing areas in north China，Beian，Harbin，Jian Sanjiang and Qiqihar in Heilongjiang province，the correct identification rate of the whole soybean producing area was 97.7%.The correct identification rate of the whole cross-checking of soybean samples was 93.2%，indicating that fatty acid fingerprinting for traceability of soybean origin is feasible，which is of great significance in the future soybean production.

作者简介：卢锡纯（1959—），男（汉），副教授，本科，研究方向：食品加工。

卢锡纯.基于脂肪酸含量的大豆产地溯源的研究[J].食品研究与开发，2018，39（16）：55-59

LU Xichun.Study on Origin Identification Traceability Based on Contents of Soybean Fatty Acid Content Components[J].Food Research and Development，2018，39（16）：55-59