全 文 ：研究与探讨
2013年第2期
Vol . 34 , No . 02 , 2013
GC-MS结合聚类分析和PCA分析用于
新疆小白杏杏仁油质量控制研究
田洪磊1，2，张 灏1，*，田丰伟1，詹 萍2
（1.食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡 214122；
2.石河子大学食品学院，新疆石河子 832000）
摘 要：采用GC-MS对新疆不同产区的15个小白杏杏仁油样品脂肪酸进行分析鉴定，以系统聚类和相似度法优选了
13个样品，构建了新疆小白杏杏仁油脂肪酸指纹图谱，共定性12个组分，占总量的85.7%。 依据所建立的指纹图谱信
息，采用PCA分析法对其他13种不同油脂进行对照研究，显示各油脂样品与小白杏杏仁油均存在明显差异。表明该色
谱指纹图谱可用于新疆小白杏杏仁油的鉴定与质量控制。
关键词：气相色谱-质谱，聚类分析，指纹图谱，主成分分析，小白杏杏仁油
Quality control of xiao-bai apricot almond oil by GC-MS combined
with clustering analysis and principal component analysis
TIAN Hong-lei1，2，ZHANG Hao1，*，TIAN Feng-wei1，ZHAN Ping2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，
Jiangnan University，Wuxi 214112，China；
2.Food College of Shihezi University，Shihezi 832000，China）
Abstract：Fatty acids of fifteen batches of xiao-bai apricot almond oil were analyzed by GC-MS，and 13 samples
were selected to establish the fingerprints of fatty acids of xiao-bai apricot almond oil according to the
clustering analysis and similarity analysis. Thirteen components in xiao-bai apricot almond oil，accounting for
85.7%，were identified and quantified.The result of PCA analysis showed largest difference between xiao-bai
apricot almond oil samples and other thirteen different kinds of oil. The developed fingerprint can be used for
identifition and quality control of xiao-bai apricot almond oil.
Key words：Gas chromatography-mass spectroscopy（GC-MS）；cluster analysis；fingerprint；principal component
analysis；Xiao-bai apricot almond oil
中图分类号：TS222 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2013）02-0087-04
收稿日期：2012－07－16 * 通讯联系人
作者简介：田洪磊（1979-），男，在读博士，副教授，研究方向：食品科学。
基金项目：国家自然科学基金（31000766）；国家自然科学基金（31260374）。
小白杏杏仁油是新疆少数民族居民长期食用的
特色药食两用资源，新疆维吾尔民族普遍将小白杏
杏仁油作营养滋补品，其也是一种维吾尔药物，除了
具有补脑安神、益肾生精、抗突变等作用外，在免疫
调节和抗肿瘤方面的作用受到疆内外医药领域广泛
关注[1]。然而，品种结构老化、野生品种趋于濒危状态
及现有品种绝大部分不适宜加工或加工品质不理想
等问题已经成为限制新疆小白杏产业发展的瓶颈[2-3]。
自然界物种的复杂性决定了天然资源的复杂性，对
一些名称相似、外形相同、基原相近的中药品种的鉴
别，仅靠物料性状、形态、气味、显微特征、薄层图谱
来判断药材品质的真伪，有一定的局限性，针对目前
食品药品资源品质评价方法的局限性和更准确评价
产品的需要，有文章报道在总结当前研究成果与质
量分析结果的基础上，利用产品化学成分指纹图谱
的差异，对相同种植资源不同品种或野生品种与栽
培品种等方面进行了鉴别[4-5]。本论文在对新疆小白
杏种植资源调查统计的基础上，采用前期研究过程
中确定的超临界CO2萃取参数对新疆不同产地的小
白杏杏仁油进行分离提取，利用GC-MS技术对制备
样品进行脂肪酸组成分析，确认其指纹图谱中的特
征指纹信息，进而采用系统聚类和相似度分析法，构
建新疆小白杏杏仁油脂肪酸的指纹图谱库，为新疆
小白杏资源评价改良及功能性产品开发及品质认证
提供良好的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
小白杏杏仁油 从新疆库车、喀什、阿克苏、巴
音郭勒及和田等8个主产区的15个种植示范园区，采
集成熟的小白杏鲜杏，整理收集小白杏杏仁，清水处
理后进行烘箱干燥（干燥温度（50±2）℃），并将其粉
碎至30目；设置超临界萃取条件（在萃取温度为35℃、
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DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2013.02.005
Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
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萃取压力为30MPa、CO2流速为18L/h的条件下萃取
3h），实施小白杏杏仁油样品制备，-20℃条件下贮存
备用；苹果籽油（红富士苹果籽油、新红星苹果籽油）
实验室自制；葡萄籽油、核桃油、南瓜籽油、芝麻
油、花生油 新疆汇昌油脂有限公司；菜籽油、大
豆油 购自新疆爱家超市；实验试剂 均为国产分
析纯。
HA121-50-02超临界萃取设备 江苏华安科技
股份有限公司；Tracems气相色谱质谱联用仪 美国
Finnigan质谱公司；Multifuge X3R冷冻离心机 德国
Thermo公司。
1.2 不同油脂中脂肪酸组成的测定
脂肪酸甲酯化处理：准确吸取300μL的油样，加
入2mL正己烷，待完全溶解后，加入1mL 0.5mol/L氢
氧化钾-甲醇于70℃水浴上加热皂化20min，待冷却
后加入1mL蒸馏水，于2000～3000r/min离心2～3min，
取上清液，待测。
1.3 GC-MS分析条件
色谱条件：DB-WAX毛细管柱（30m×0.25mm，液
膜厚度0.25μm），进样口温度：250℃，检测器：260℃。
柱升温程序：初始150℃，保持1min，以4℃/min升至
250℃保持5min。载气：高纯N2，流速为1.2mL/min。进
样方式：不分流1μL进样；质谱条件：电离方式为eV，
电子能量70eV，接口温度为250℃，扫描质量范围为
30～550m/z。
1.4 数据统计分析
聚类分析采用SPSS 20.0软件处理，PCA采用
Unscrambler X 9.6数据处理软件分析，所有数据均进
行3次平行实验。
2 结果与分析
2.1 不同产地小白杏杏仁油脂肪酸聚类分析
小白杏杏仁油指纹图谱的构建旨在为新疆特色
小白杏杏仁油样品的识别和质量控制提供有效手
段。由于新疆小白杏杏仁产地与批次的差异，其脂肪
酸组成与含量存在相应差异，同样杏仁样品本身质
量的品质也会影响最终指纹图谱的构建。为了得到
较为标准化的指纹图谱信息，对15个不同产区小白
杏制备的杏仁油的脂肪酸进行了分析，将各色谱峰
的峰面积与样品序列建立矩阵，采用SPSS 20.0软件
对所选15个样品进行聚类分析，获取聚类谱系图（如
图1所示）。
由图1可知，样品1和样品4与其他样品之间存在
较大的差异，若将样本1和样本4引入指纹图谱的构
建，在共有峰数量无形遗漏的同时，小白杏杏仁油特
征峰选取的盲目性随机放大，同时降低了各谱图与
共有模式的相似度，最终影响新疆小白杏杏仁油指
纹图谱信息的准确性和可靠性。由聚类分析的结果
可知，取阈值为7.5时，样品阈值分割后可分为3类，即
G1（12，14，13，10，7，9，3，8，2，5，15，6，11）、G2（1）、G3（4）。
对照以上分析结果，选取第一类13个（12，14，13，10，
7，9，3，8，2，5，15，6，11）不同产地小白杏杏仁油样本
进一步实施指纹图谱分析。
2.2 新疆小白杏杏仁油指纹图谱构建
对聚类分析后所选定的具有一定代表性的13种
样品进行指纹图谱构建（结果如图2所示），并通过共
有峰的相似度分析与评价可构建指纹图谱。
共有峰是指在不同样品中共同存在，且具有相
同保留值的谱峰[6-7]。本实验选取十七烷甲酯为内标
参照峰，通过计算各个峰值的相对保留时间（待测峰
的保留时间/内标峰的保留时间）和相对峰面积（待
测峰的面积/内标峰的面积）来对共有峰进行分析。
13个小白杏杏仁油样品中共检出14个色谱峰，由表1
可知，共有色谱峰为12个，即共有峰比率为85.7%，所
确定的12个共有色谱峰可为小白杏杏仁油特征峰的
判别及其质量评价提供重要依据，也可成为小白杏
杏仁油品质认证的有效手段与方法。
相似度评价通常采用欧氏距离、相关系数、夹角
余弦等方法来计算各个样品之间的相似度[8]。本实验
在将所选定的13个样本中的对应组分谱峰取均值
后，建立小白杏杏仁油脂肪酸的共有模式，以其为
对照采用夹角余弦法计算出各图谱与共有模式的相
似度[9-10]。实验结果如表2所示，13个小白杏杏仁油样
品指纹图谱的相似度均达到0.99以上，说明所选样
品在脂肪酸组成及其含量方面与对照指纹图谱基本
吻合，存在较高的相似度，所建立的指纹图谱准确
可靠。
2.3 不同油脂脂肪酸含量PCA分析
本实验分别选取13种不同油脂进行脂肪酸分
析，其中包括2种苹果籽油、5种不同的菜籽油及葡萄
籽油、核桃油、南瓜籽油、芝麻油、花生油、大豆油样
品各1种，利用建立的小白杏杏仁油指纹图谱信息，
图1 新疆小白杏杏仁油脂肪酸聚类分析
Fig.1 Cluster pedigree diagram of fatty acid of
xiao-bai apricot almond oil
0 5 10 15 20 25
样本12
样本14
样本13
样本10
样本7
样本9
样本3
样本8
样本2
样本5
样本15
样本6
样本11
样本1
样本4
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
1 13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Time（min）
2
3 4
5
6
7
8 910 11 12
图2 新疆小白杏杏仁油脂肪酸GC-MS指纹图谱
Fig.2 GC-MS fingerprint of fatty acid of
xiao-bai apricot almond oil
注：1～13为聚类分析所选13批次小白杏样本。
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峰号 保留时间（min） 组分名称 英文名称 分子式 分子量
A1 4.50 十四酸 myristic acid C14H28O2 228
A2 6.50 棕榈酸 palmitinic acid C16H32O2 256
A3 6.74 棕榈烯酸 palmitoleic acid C16H30O2 254
A4 7.66 十七酸 heptadecanoic acid C17H34O2 270
A5 8.98 硬脂酸 Stearic acid C18H36O2 284
A6 9.37 油酸 oleic acid C18H34O2 282
A7 10.11 亚油酸 linolic acid C18H32O2 280
A8 10.86 亚麻酸 Linolenic acid C18H30O2 278
A9 11.83 花生酸 eicosanoic acid C20H40O2 312
A10 12.22 花生一烯酸 11-Icosenoic acid C20H38O2 310
A11 16.05 山俞酸 Docosanoic acid C22H44O2 340
A12 22.96 木蜡酸 Tetracosanoic acid C24H48O2 368
表1 新疆小白杏杏仁油脂肪酸指纹图谱信息
Table 1 The information of chromatographic fingerprint of fatty acid of xiao-bai apricot almond oil
注：A1～A12与图2中峰1～12相对应。
表2 不同产地小白杏杏仁油样品相似度分析
Table 2 Similarity analysis of different batches of xiao-bai apricot almond oil
样本
峰号
夹角余弦bA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12
0a 0.04 5.73 0.87 0.12 1.75 66.62 23.86 1.42 0.12 0.11 0.12 0.05 1
1 0.02 5.78 0.8 0.23 2.30 69.07 21.50 2.19 0.10 0.11 0.02 0.03 0.999039
2 0.03 5.07 1.15 0.19 1.50 68.70 22.71 0.06 0.07 0.12 0.03 0.03 0.99944
3 0.02 5.72 0.80 0.19 2.18 65.97 23.89 2.46 0.11 0.1 0.03 0.03 0.999861
4 0.04 7.03 0.40 0.23 2.05 65.23 24.85 1.87 0.19 0.08 0.25 0.06 0.999552
5 0.04 5.06 0.97 0.06 1.68 64.36 27.03 2.14 0.14 0.14 0.02 0.05 0.998475
6 0.05 5.42 0.77 0.09 1.58 69.02 22.22 0.06 0.05 0.14 0.11 0.03 0.999268
7 0.04 5.62 0.91 0.04 1.55 66.59 23.26 0.65 0.10 0.11 0.38 0.04 0.999899
8 0.03 5.66 0.81 0.06 1.65 67.08 23.96 0.98 0.03 0.14 0.10 0.09 0.999976
9 0.08 7.15 0.92 0.22 1.23 64.48 23.41 1.51 0.15 0.08 0.15 0.08 0.999699
10 0.03 5.71 0.93 0.02 1.75 66.13 24.6 1.63 0.12 0.13 0.05 0.06 0.99992
11 0.06 5.47 0.91 0.06 1.87 66.48 24.09 1.49 0.15 0.15 0.24 0.03 0.999982
12 0.03 5.44 0.94 0.06 1.91 66.67 24.09 1.46 0.14 0.13 0.03 0.05 0.999983
13 0.04 5.38 1.01 0.09 1.43 66.29 24.51 2.02 0.22 0.06 0.13 0.05 0.999887
注：a聚类分析所选13个小白杏杏仁油样本；b相似度采用夹角余弦计算得出[9-11]；A1～A12与表1中的化合物相对应。
对其脂肪酸含量进行PCA分析，结果如图3所示。
以散点图为基础进行不同油脂样品的脂肪酸分
析，每个点分别代表一个样品，点与点之间的距离代
表各个样品之间存在的特征差异程度 [12]。由图3中
PC1可以看出，新疆小白杏杏仁油样品均聚集于图3
的右侧部分，构成一个较为独立的组群，表明小白杏
杏仁油样品具有明显的相似性。其他13种不同油脂
样品聚集在图3左侧，与小白杏杏仁油样品相比，呈
现出明显的差异性。PC2反映出小白杏杏仁油样本1
和样本4与其他13个小白杏杏仁油样本呈负相关，这
与聚类分析结果一致，说明通过聚类分析所选样本
建立的指纹信息真实可靠。PCA分析中PC1（52.93%）
和PC2（12.39%）累计方差贡献为65.32%，能反映样
本的大部分信息，表明通过PCA分析可以较好的区
分小白杏杏仁油和其他油类。
3 结论
采用GC-MS法结合聚类分析优选的13个小白杏
杏仁油样品为基础，建立了能够反映新疆小白杏杏
仁油脂肪酸含量的指纹图谱。利用色谱指纹图谱相
似度和主成分分析，能将小白杏杏仁油和其他13种
不同油脂明显的区分开来，表明利用所建立的指纹
图谱信息不仅可以有效评价待测小白杏杏仁油样品
（或产品）与合格样品（或产品）偏离程度，而且为新
疆小白杏杏仁油的品质评价、质量控制及鉴别提供
科学依据与方法。
6
3
0
-3
-6
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
22
其他13种不同油脂 19
20
21
2318
16 17
28
27
25
24
26
10
11938
6
15 321214
41
13
小白杏杏仁油
图3 小白杏杏仁油与13种不同油脂脂肪酸含量PCA分析
Fig.3 PCA plot of fatty acid of xiao-bai apricot almond oil and
thirteen kinds of oil
注：1～15，小白杏杏仁油（样本号与聚类分析一致）；16～17，苹
果籽油；18～23依次为葡萄籽油、核桃油、南瓜籽油、花生油、大
豆油、芝麻油；24～28，菜籽油。
（下转第93页）
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研究与探讨
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Vol . 34 , No . 02 , 2013
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340nm左右的荧光强度小于b、c、d且d＞c＞b＞a，同时c、
d的峰位红移（a最大峰位为340nm，c、d最大峰位分别
为341、342nm），因此大豆蛋白在酸处理、热处理、酸
性条件热处理三种条件下，空间结构都能发生不同
程度的变化。
3 结论
3.1 通过酸性条件下加热处理对大豆蛋白的改性
研究表明，温度对乳化性有较大的影响，pH和时间有
一定的影响。改性处理后大豆蛋白乳化性比未处理
大豆蛋白乳化性显著提高，通过正交实验及重复性
实验结果确定了酸性条件下加热处理大豆蛋白最佳
条件：温度为50℃，加热时间为60min，pH=6.0。同时
表明，Na+浓度为1.0%时，能够显著提高改性后大豆
蛋白的乳化性。
3.2 通过内源性荧光扫描显示，改性后的大豆蛋白
在280nm处激发产生的发射荧光最大峰位（λm）发生
了红移，荧光强度增加且d＞c＞b＞a[a：对照样品；b：热
处理样品（pH=7.0，60℃，60min）；c：酸条件下热处
理（pH=6.0，50℃，60min）；d：酸条件下处理（pH=6.0，
室温，60min）]，实验结果表明，大豆蛋白乳化性的增
加与其结构不同程度变化有重要关系。
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图6 大豆蛋白的内源性荧光光谱（280nm激发）
Fig.6 The endogenous fluorescence spectra of soy protein
（280nm excitation）
注：a为对照样品；b为热处理样品（pH=7，60℃，60min）；c为酸
条件下热处理（pH=6，50℃，60min）；d为酸条件下处理（pH=6，
室温，60min）。
波长（nm）
350 400 450 500
800
600
400
200
0
荧
光
强
度
ab c
d
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