5類食用植物油標(biāo)準指紋圖譜的建立及其相似度分析

吳衛(wèi)國 彭思敏 唐 芳 劉軍鴿 田 梅

（食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點試驗室湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院1，長沙 410128）

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新平臺管理中心2，長沙 410128）

食用植物油因其脂肪酸的組成、產(chǎn)量以及營養(yǎng)價值等因素的影響，不同種類的食用植物油價格差異很大。一些不法生產(chǎn)經(jīng)營者為了獲取暴利，在售價高的植物油中摻入廉價植物油的現(xiàn)象時有發(fā)生，如茶油中加入棉籽油、菜籽油、花生油、大豆油等。為了維護食用植物油消費者和合法生產(chǎn)經(jīng)營者的利益，國內(nèi)外研究了多種判別食用油互摻摻假的定性以及定量鑒別方法：理化特性分析方法［1－3］，色譜與光譜等現(xiàn)代儀器分析方法［4－7］，以及化學(xué)計量法［8－9］等，但是運用理化特性分析以及色譜與光譜等方法進行油脂摻假分析，大多局限于一類油脂單一的樣品分析，而沒有系統(tǒng)考慮每類油脂不同產(chǎn)地和品種之間的差異，不具備普遍的適用性；而化學(xué)計量法是對所有植物油脂量化的理化特性進行分析，借助計算機系統(tǒng)地識別所有的植物油脂，但是，化學(xué)計量法需依靠大量的油脂樣品建立數(shù)學(xué)模型及其驗證。

標(biāo)準指紋圖譜是代表一批同類樣品指紋圖譜共同特征的圖譜。建立標(biāo)準指紋圖譜所需同類樣品數(shù)量較少，且具有普遍的適用性。在指紋圖譜數(shù)據(jù)處理中，可以將標(biāo)準指紋圖譜作為參照圖譜，將待測試圖譜與標(biāo)準指紋圖譜匹配，從而進行相似度評價測試樣品的質(zhì)量。標(biāo)準指紋圖譜被廣泛使用在中藥質(zhì)量控制和檢測等方面，并且形成了中藥標(biāo)準指紋圖譜的一系列體系。但是，目前沒有關(guān)于基于脂肪酸標(biāo)準指紋圖譜的食用油摻假檢測方法。本研究通過氣質(zhì)連用技術(shù)（GC－MS）技術(shù)并結(jié)合共有模式法與矢量平均法，構(gòu)建了菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5類用植物油標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜，以期為食用植物油脂的產(chǎn)品質(zhì)量控制和摻假檢測提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品

由國家油料改良中心湖分中心和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供下列具有代表性的油料樣品：菜籽樣品（NO.1～10）10個；茶籽樣品（NO.1～12）12個；花生樣品（NO.1～8）8個；大豆樣品（NO.1～8）8個；棉籽樣品（NO.1～7）7個。

1.2 材料與試劑

正己烷（色譜純）、甲醇溶液（色譜純）、無水硫酸鈉（分析純）、H2SO4（分析純）、KOH（分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.3 設(shè)備與儀器

GCMS－2010氣質(zhì)連用儀：日本島津公司；SHZ－82水浴恒溫振蕩器、HH－8數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海浦東物理光學(xué)儀器廠；萬分之一電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 純油樣品的提取

采用索氏抽提法，參照文獻［10］。

1.4.2 油脂脂肪酸的甲酯化

采用酸堿結(jié)合法，參照文獻［10］。

1.4.3 色譜條件

島津（SHIMADZU）GCMS－2010、HB－88毛細管柱（100.0 m×0.32 mm×0.25μm）、He（純度99.999%）、進樣口溫度：250℃、柱溫：初始溫度120℃，保持1 min，10℃／min升溫至175℃，保持10 min、5℃／min升溫至 210℃，保持 5 min、5℃／min升溫至230℃，保持15 min、柱流速：1.04 mL／min分流比：10：0、離子源溫度：200℃、接口溫度：220℃、質(zhì)核比掃描范圍：50～700 m／z、進樣量：1μL。

1.4.4 氣質(zhì)連用精密性試驗及穩(wěn)定性試驗

選取一種茶油樣品（NO.3）來考察氣質(zhì)連用條件的精密性和穩(wěn)定性：吸取經(jīng)甲酯化處理后的菜籽（NO.3）油脂樣品溶液1μL，連續(xù)進樣5次，在1.4.3色譜條件下獲取脂肪酸圖譜，記錄每次測定中順式油酸甲酯、順式亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯等的峰面積及保留時間，對其穩(wěn)定性以及儀器的精密性進行考察。

1.4.5 油脂脂肪酸圖譜的獲取

全部油脂樣品經(jīng)甲酯化處理后，在1.4.3色譜條件下分別獲取每個油脂樣品的脂肪酸圖譜。

1.4.6 共有峰的確定與標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜的確定。

設(shè)定所每類油脂樣品中各峰（各脂肪酸）的共有率大于70%作為共有峰，計算每類油脂樣品每一個共有峰的平均峰面積、平均保留時間以及對應(yīng)平均強度信號值，采用EXCEL軟件繪制每類油脂的脂肪酸標(biāo)準指紋圖譜。

1.4.7 相似度的計算

采用夾角余弦法計算每類油脂標(biāo)準指紋圖譜與同類中每個油脂樣品脂肪酸圖譜相似度，同時比較不同類油脂標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜之間的相似度。相似度（夾角余弦）的計算公式如下：

式中：Xi為某樣品組分i保留時間下對應(yīng)的峰面積；Yi為標(biāo)準指紋圖譜組分i保留時間下對應(yīng)的峰面積；n為某樣品和標(biāo)準指紋圖譜中所有組分的數(shù)目，i為樣品中的某一組分。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣質(zhì)連用（GC－MS）精密性試驗及穩(wěn)定性試驗

分別吸取經(jīng)甲酯化處理后的菜籽（NO.3）油脂樣品溶液1μL，連續(xù)進樣5次獲取GC－MS脂肪酸圖譜，記錄每次測定中棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、順式油酸甲酯、順式亞油酸甲酯等的峰面積及保留時間，并計算其相對標(biāo)準偏差（RSD）。結(jié)果見表1、表2。精密性試驗及穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明：菜籽油中順式油酸甲酯、順式亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯等的峰面積及保留時間的RSD均小于5%，符合建立指紋圖譜的要求［11］。這表明選用的氣質(zhì)連用（GC－MS）測定條件精密度高，同時每個樣品溶液進行GC－MS分析需要耗時1 h，這表明樣品溶液至少在5 h內(nèi)穩(wěn)定。

表1 茶油精密度及穩(wěn)定性試驗結(jié)果（保留時間）

表2 茶油精密度及穩(wěn)定性試驗結(jié)果（峰面積）

2.2 不同種類植物油脂GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

2.2.1 菜籽油GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

按照1.4.6方法，建立菜籽油標(biāo)準指紋圖譜（見圖1、表 3）。

圖1 菜籽油標(biāo)準指紋圖譜

表3 菜籽油標(biāo)準指紋圖譜脂肪酸信息

2.2.2 大豆油GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

按照1.4.6方法，建立菜籽油標(biāo)準指紋圖譜（見圖2、表4）。

圖2 大豆油標(biāo)準指紋圖譜

表4 大豆油標(biāo)準指紋圖譜脂肪酸信息

2.2.3 花生油GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

按照1.4.6方法，建立花生油標(biāo)準指紋圖譜（見圖3、表 5）。

圖3 花生油標(biāo)準指紋圖譜

表5 花生油標(biāo)準指紋圖譜脂肪酸信息

2.2.4 棉籽油GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

按照1.4.6方法，建立棉籽油標(biāo)準指紋圖譜（見圖4、表 6）。

表6 棉籽油標(biāo)準指紋圖譜脂肪酸信息

圖4 棉籽油標(biāo)準指紋圖譜

2.2.5 茶籽油GC－MS標(biāo)準指紋圖譜的建立

按照1.4.6介紹的方法，建立茶籽油標(biāo)準指紋圖譜（見圖5、表 7）。

圖5 茶籽標(biāo)準指紋圖譜

表7 茶籽油標(biāo)準指紋圖譜脂肪酸信息

2.3 植物油脂標(biāo)準指紋圖譜的相似度分析

通過夾角余弦法計算所有的菜籽油、大豆油、花生油、棉籽油、茶籽油等樣品與之建立的標(biāo)準指紋圖譜之間的相似度，見表8。從表8中可知：菜籽油（NO.1～10）脂肪酸甲酯與菜籽油標(biāo)準指紋圖譜的相似度大于0.998 0；大豆油（NO.1～7）脂肪酸甲酯與大豆油標(biāo)準指紋圖譜的相似度大于0.976 2；花生油（NO.1～8）脂肪酸甲酯與花生油標(biāo)準指紋圖譜的相似度大于0.997 6；棉籽油（NO.1～7）脂肪酸甲酯與棉籽油標(biāo)準指紋圖譜的相似度大于0.998 9；茶籽油（NO.1～13）脂肪酸甲酯與茶籽油標(biāo)準指紋圖譜的相似度大于0.996 1，這表明每種油脂的標(biāo)準指紋圖譜與其油脂樣品的脂肪酸信息相近，能夠有效地反映其油脂樣品的整體性。

表8 每種油脂中所有樣品與對應(yīng)的油脂標(biāo)準指紋圖譜內(nèi)的相似度

通過夾角余弦法計算菜籽油、大豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、棕櫚油以及茶籽油等標(biāo)準指紋圖譜間的相似度（見表9）。從表9可知：每種油脂標(biāo)準指紋圖譜與其他油脂標(biāo)準指紋圖譜間的相似度值存在較明顯的差異，基本上小于每種油脂所有樣品與其標(biāo)準指紋圖譜內(nèi)的相似度；棉籽油、大豆油相似度大于0.9，二者之間存在一定的整體相似性；菜籽油與茶籽油的相似度大于0.9，二者之間存在一定整體相似度。因此試驗所建立的菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5類食用植物油標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜能夠反映同類油脂共同特性，同時也能反映不同類油脂之間的差異。研究結(jié)果可以為食用植物油脂的產(chǎn)品質(zhì)量控制和摻假檢測提供理論依據(jù)。

表9 各油脂標(biāo)準指紋圖譜間的相似度

3 結(jié)論

通過氣質(zhì)連用技術(shù)（GC－MS）技術(shù)并結(jié)合共有模式法與矢量平均法，建立了菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5類食用植物油標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜，研究結(jié)果可以為食用植物油脂的產(chǎn)品質(zhì)量控制和摻假檢測提供理論依據(jù)。本研究所介紹的技術(shù)可以進一步推廣到棕櫚油、葵花籽油、橄欖油、米糠油等植物油脂的標(biāo)準脂肪酸指紋圖譜的建立。

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