用三維熒光光譜法測定 8種植物油脂的熒光信息

王 艷,范 璐,霍權(quán)恭,胡樂乾,江秀明,向國強(qiáng),趙文杰,朱桃花,井銀成

(河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州 450001)

用三維熒光光譜法測定 8種植物油脂的熒光信息

王 艷,范 璐＊,霍權(quán)恭,胡樂乾,江秀明,向國強(qiáng),趙文杰,朱桃花,井銀成

(河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州 450001)

選取花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、玉米油、葵花籽油、米糠油和棉籽油 8種植物油脂共 98個(gè)樣品,采用 Gary Eclipse熒光光度計(jì),在激發(fā)狹縫和發(fā)射狹縫寬度為 5 nm、激發(fā)波長在250～700 nm范圍內(nèi)以 10 nm為間隔、發(fā)射波長在 240～760 nm范圍內(nèi)的條件下掃描樣品的發(fā)射光譜,獲得每個(gè)樣品的三維熒光光譜.用 Origin7.5軟件繪制光譜數(shù)據(jù)的二維等高線圖,用于研究各種油脂的熒光信息.結(jié)果顯示,8種油脂的熒光信息有顯著差別.

植物油脂;三維熒光光譜;等高線光譜圖

0 前言

天然油脂中除含有主要成分甘三酯外,還含有其他微量物質(zhì),其含量因油脂種類、制備方式、加工方式和儲(chǔ)存條件的不同而有很大差異.油脂中能發(fā)出熒光的物質(zhì)主要有生育酚、生育三烯酚、葉綠素、脫鎂葉綠素和霉菌毒素,熒光的發(fā)射受到許多因素的影響,如熒光物質(zhì)的含量、介質(zhì)種類、溫度和猝滅物質(zhì)會(huì)使所產(chǎn)生的熒光光譜發(fā)生位移或變形.油脂作為天然產(chǎn)物,有相對固定的組成,在一定條件下其熒光光譜具有相對穩(wěn)定的特征.

目前,用于區(qū)分和識別油脂的方法主要有色譜法和光譜法等.色譜法費(fèi)時(shí)、成本較高;光譜法選擇性低;傳統(tǒng)的熒光分析法多采用二維熒光光譜對物質(zhì)進(jìn)行定量和定性分析,但在某一激發(fā)波長或發(fā)射波長下,熒光強(qiáng)度并不能完整地描述物質(zhì)的熒光特征.三維熒光光譜反映了熒光強(qiáng)度隨激發(fā)波長和發(fā)射波長變化的情況,能提供比常規(guī)熒光光譜和同步熒光光譜更完整的光譜信息,具有較高的靈敏度和選擇性,常作為一種有價(jià)值的光譜指紋技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、司法鑒定等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1].

由于熒光發(fā)射物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特殊性,光譜指紋技術(shù)在食品科學(xué)特別是在油脂分析中的應(yīng)用還是比較少的,僅有少量文獻(xiàn)[2-5]進(jìn)行過報(bào)道.筆者主要針對 8種油脂,特別是未經(jīng)精加工的油脂,采用三維熒光光譜法研究其測定條件,繪制出各種植物油脂的三維熒光等高線圖,探索不同植物油脂之間的異同點(diǎn).

1 材料與方法

1.1 樣品及制備

樣品:花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油樣品分別有 29種、28種、26種、3種,由實(shí)驗(yàn)室提取;玉米油、葵花籽油、米糠油、棉籽油各 3種,取自不同油脂公司.

制備方法:用粉碎機(jī)將花生、大豆、菜籽、芝麻樣品磨碎成粉狀;粉碎后的樣品加入石油醚避光浸泡 24 h;提取;蒸餾除去溶劑;于恒溫干燥箱中加熱除去殘余溶劑;將所得油脂樣品過濾或靜置2 d,置于干燥器中避光保存?zhèn)溆?

1.2 儀器與試劑

儀器:Gary Eclipse熒光光度計(jì) (美國瓦里安公司);10 mm×10 mm×45 mm石英比色皿.

試劑:石油醚 (沸程:第 Ⅰ類 30～60℃天津市永大化學(xué)試劑有限公司),分析純.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 熒光光譜采集方法

Gary Eclipse熒光光度計(jì)預(yù)熱 30 min;選取 10 mm×10 mm×45 mm規(guī)格的石英樣品池,樣品池采用直角幾何放置;在激發(fā)狹縫和發(fā)射狹縫寬度均為 5 nm、激發(fā)波長在 250～700 nm范圍內(nèi)以 10 nm為間隔、發(fā)射波長在 240～760 nm范圍內(nèi)的條件下測量樣品的發(fā)射光譜,獲得 csv格式的熒光數(shù)據(jù)即為樣品的三維熒光光譜.

1.3.2 數(shù)據(jù)處理方法

從 Gary Eclipse熒光光度計(jì)導(dǎo)出數(shù)據(jù),用 Origin7.5軟件處理數(shù)據(jù),繪制三維熒光光譜的等高線圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 植物油脂的三維熒光等高線圖

測量三維熒光光譜時(shí),激發(fā)狹縫和發(fā)射狹縫寬度均設(shè)為 5 nm.若狹縫寬度偏小,由于某些植物油脂的熒光強(qiáng)度太低,就不能很好地表征植物油脂的熒光信息,會(huì)出現(xiàn)相同的等高線圖;若狹縫寬度偏大,由于某些植物油脂的熒光強(qiáng)度太高甚至超過最大強(qiáng)度,這樣就使個(gè)別油脂的熒光信息的差異變小.測量時(shí),為了獲得比較完整的三維熒光光譜等高線圖,全面表征各個(gè)油脂的熒光信息,選擇激發(fā)波長在 250～700 nm范圍內(nèi)以 10 nm為間隔和發(fā)射波長在 240～760 nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描,得到 8種植物油脂的等高線圖,如圖 1所示.

從圖 1可知,花生油、玉米油、葵花籽油、米糠油的等高線圖均是一組單一的、有重疊的等高線,都在激發(fā)波長 350～450 nm和發(fā)射波長 350～600 nm范圍內(nèi).相對而言,葵花籽油的等高線圖中,發(fā)射波長要比米糠油、玉米油的要短,主要集中在 350～450 nm范圍內(nèi);而花生油的發(fā)射波長比米糠油和玉米油的要長,主要集中在 410～600 nm范圍內(nèi).芝麻油、棉籽油、大豆油、菜籽油的等高線圖是由 2組以上的等高線組成的;其中,芝麻油、棉籽油、菜籽油的等高線有重疊,在激發(fā)波長350～450 nm和發(fā)射波長 650～700 nm范圍內(nèi).

2.2 植物油脂中的熒光物質(zhì)分析

據(jù)有關(guān)報(bào)道,在植物油脂中維生素 E的熒光位置是在激發(fā)波長 295 nm左右和發(fā)射波長 325 nm左右,而這 8種植物油脂的等高線圖中幾乎沒有維生素 E的熒光位置.一方面,由于油脂的加工過程不同,導(dǎo)致維生素 E含量減少或通過氧化轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì);另一方面,油脂的種類不同,維生素 E的含量也不同.維生素 E是生育酚的混合物,生育酚有 8種結(jié)構(gòu)體,各個(gè)結(jié)構(gòu)體的含量不一樣.例如大豆油中維生素 E含量最高,γ-生育酚含量最高;而花生油中維生素 E含量是最低的,γ-生育酚含量最高.研究油脂中維生素 E的熒光信息,要對各種結(jié)構(gòu)體進(jìn)行分析,還需要結(jié)合其他的方法進(jìn)行進(jìn)一步研究.另外,花生油和玉米油中的黃曲霉毒素對熒光的貢獻(xiàn)也有待于研究.

這 8種植物油脂的等高線圖,除了菜籽油之外,在激發(fā)波長 350～450 nm和發(fā)射波長 370～500 nm范圍內(nèi),均有熒光信息.這可能是這些植物油脂中含有相似的熒光物質(zhì).目前,還不能確定這一部分熒光物質(zhì)的組成.由于油脂成分的復(fù)雜性,特別是微量成分,除了維生素 E和色素能發(fā)熒光之外,還存在其他的熒光物質(zhì),這一部分熒光物質(zhì)還需要進(jìn)一步的研究.

有研究指出,在激發(fā)波長 405 nm左右和發(fā)射波長 670 nm左右,是油脂中的色素所發(fā)的熒光[6].油脂中的色素種類復(fù)雜,如葉綠素 a、葉綠素 b、脫鎂葉綠素 a、脫鎂葉綠素 b、一些類胡蘿卜素和其他色素.這些色素對油脂熒光的影響,與油脂中色素的類型、結(jié)構(gòu)以及溶劑的種類有很大關(guān)系,要確定是哪些色素引起的,還需要進(jìn)一步的研究.

由圖 1可知,各種油脂的等高線圖是有差別的,這說明各種油脂中熒光物質(zhì)含量不同,可能是由于油脂種類、制取方法和加工方式的不同造成的.提取方式的差異導(dǎo)致熒光物質(zhì)可能在加工過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,或者其自身存在的熒光物質(zhì)也存在差異.因此,對油脂熒光光譜的研究,樣品的來源是非常重要的.

從直觀上看,花生油、玉米油、葵花籽油和米糠油的等高線圖很相似,菜籽油和棉籽油的等高線圖也很相似,而大豆油、芝麻油的等高線圖明顯不同于其他油脂.由于油脂中發(fā)熒光物質(zhì)比較復(fù)雜,現(xiàn)在還不能確定是維生素 E、色素或者其他物質(zhì)所引起的熒光.圖 1的等高線圖是由這些物質(zhì)共同作用的結(jié)果,可以根據(jù)等高線圖的走向和趨勢區(qū)分植物油脂,這是一個(gè)可行的方法.

圖1 8種植物油脂的三維熒光等高線

3 結(jié)論

選擇合適的測定條件,得到了 8種植物油脂的三維熒光等高線圖,為區(qū)分和識別各種油脂提供了一個(gè)可行的方法.

熒光光譜分析方法選擇性強(qiáng),易受到各種因素的影響.一方面,由于植物油脂的多樣性,組成的相似性和復(fù)雜性,還需要增加植物油脂的品種以及結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步研究;另一方面,現(xiàn)在是針對未做任何處理的純油進(jìn)行熒光分析,可能由于濃度過大,發(fā)生能量轉(zhuǎn)移和碰撞猝滅,使熒光光譜的形狀發(fā)生扭曲.利用熒光等高線圖可確定熒光物質(zhì),因?yàn)闊晒獾雀呔€特征譜包含了分子結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息,對其進(jìn)行分析,可以得到有價(jià)值的化學(xué)信息,用以研究油脂種類.

[1] 許金鉤,王尊本.熒光分析法 [M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[2] Ewa Sikorska,Marek Sikorski.Classification of edible oils using synchronous scanning fluorescence spectroscopy[J].Food Chemistry,2005,89:217-225.

[3] Konstantina I Poulli, GeorgeA Mousdis,ConstantinosA Georgiou.Classification of edible and lampante virgin olive oil based on synchronous fluorescence and total luminescence spectroscopy[J].Analytica Chimica Acta,2005,542:151-156.

[4] Konstantina I Poulli, GeorgeA Mousdis,ConstantinosA Georgiou.Rapid synchronousfluorescence method for virgin olive oil adulteration assess ment[J]. Food Chemistry,2007,105:369-375.

[5] Anna Dankowska,Maria Malecka.Application of synchronous fluorescence spectroscopy for deter mination of extra virgin olive oil adulteration[J].Eur J Lipid Sci Technol,2009,111:1233-1239.

[6] Ewa Sikorska,Marek Sikorski.Characterization of edible oils using total luminescence spectroscopy[J]. Journal of Fluorescence,2004,14(1):25-35.

FLUORESCENCE INFORMATION OF 8 KINDS OF VEGETABLE O ILS BY 3D FLUORESCENCE SPECTROSCOPY

WANG Yan,FAN Lu,HUO Quan-gong,HU Le-qian,J IANG Xiu-ming,XIANG Guo-qiang,ZHAO Wen-jie,ZHU Tao-hua,J ING Yin-cheng
(School of Chem istry&Chem ical Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)

The paper determined the emission spectra and the 3D fluorescent spectra of 8 kinds of vegetable oils(98 samples),including peanut oil,soybean oil,rapeseed oil,sesame oil,corn oil,sunflower seed oil,rice bran oil and cottonseed oil,by using a Gary Eclipse fluorometer under the conditions of emission wavelength 240 nm to 760 nm,excitation wavelength 250 nm to 700 nm at an interval of 10 nm,excitation slit width 5 nm,and emission slitwidth 5 nm.We plotted the 2D contourmap of each vegetable oil byOrigin7.5 based on the fluorescent spectra data to study the fluorescence information of each vegetable oil.The results showed that the 8 kinds of vegetable oils had different fluorescence information.

vegetable oil;3D fluorescence spectrum;contour spectra map

TS207.3

B

1673-2383(2010)06-0036-04

2010-09-10

河南工業(yè)大學(xué)?？蒲谢鹬攸c(diǎn)項(xiàng)目 (09XZD005)

王艷(1982-),女,河南商丘人,碩士研究生,研究方向?yàn)榧Z油食品分析.

＊通信作者