同步熒光光譜法快速鑒別食用油

毛立新，郭建榮，吳 旭，郭潔麗

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

隨著人們對食品營養(yǎng)與保健功能認知的逐漸提高，保健食品市場需求逐年提高[1]，保健食品的生產銷售越來越多，其中以不飽和脂肪酸為功能因子的保健油更是品種繁多。例如，國外進口橄欖油、國內沙棘油、沙棘籽油、核桃油、亞麻籽油等高端食用油市場前景廣闊[2-4]。然而由于這類油品價格昂貴，各種摻雜低價食用油的假冒產品不斷出現，這類產品不僅損害了國內食用油行業(yè)的聲譽，更極大的威脅著人民健康和生命安全[5-9]。

如何區(qū)分和鑒別食用油越來越受到人們的關注。為了從根本上杜絕假冒偽劣高端食用油，除了需要在道德上加強誠信教育，從法律、法規(guī)上規(guī)范食用油生產銷售，做到有法可依之外，同樣需要探索方便快捷的食用油檢測方法，確立先進可靠的檢測方法，為食用油監(jiān)管提供科學有效、方便快捷的檢測方法。目前已報道的鑒別食用油的方法主要有氣相色譜法、氣-質聯用方法、核磁共振法等[10]，這些方法雖然已經比較成熟，但需要昂貴的儀器、檢測時間較長且需要具有專業(yè)檢測知識和經驗的操作人員。

光譜分析法具有快速無損、費用低等特點，目前已廣泛應用于材料學、化學、生物學、礦物寶石、公安法學等研究領域。近年來，光譜技術在油脂和食品快速檢測及鑒別方面的應用研究發(fā)展迅速[11-17]。如熒光光譜用于葡萄酒質量控制[18]、蜂蜜成分分析[19]、果汁成分檢測[20]、乳制品鑒別[21]、啤酒鑒別[22]和其他食品檢測[23-24]。但該方法較色譜法選擇性差，在定性和定量檢測方面需要借助多元回歸、模式識別等統計學方法或人工神經網絡方法才能實現。由于不同食用油含有不同組分，其含量和相互比例關系不同，構成了各種食用油的不同光譜學特征，因此可以利用該特征進行鑒別。

熒光光譜法用于復雜樣品檢測時具有非常大的潛力，其選擇性更強、靈敏度更高、試劑消耗更少，樣品處理更簡單[25]。但是傳統熒光光譜法依賴于固定激發(fā)或發(fā)射光波長，因此對于復雜成分的物質檢測能力較差，而同步熒光則可以彌補傳統熒光光譜法的不足[25]。

主成分分析方法是一種聚類分析或點群分類方法，主要目的是通過將大量的變量降低到一定數量的主成分，這些主成分可以表達絕大多數變量，從而降低原始變量的維數，直觀的進行變量表達、回歸以及判別多維數據[26]。

本研究對市售6 種食用油進行同步熒光掃描并通過繪圖軟件合成同步熒光光譜圖和三維圖，通過圖譜分析和主成分析，建立了一種簡便快速的鑒別食用油的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙棘果油、沙棘籽油由山西省林業(yè)科學研究院提供；核桃油、亞麻仁油、芝麻油和菜籽油購于太原美特好超市；樣品避光貯藏于0～4 ℃待測，測定時將樣品從冰箱取出室溫放置4 h后可測定。

1.2 儀器與設備

RF-530熒光檢測計 日本島津公司。經過改裝，將激發(fā)單色儀和發(fā)射單色儀連接2臺步進電機，步進電機采用數控軟件自動控制步進電機運轉速度、停留位置，實現自動掃描（20次掃描誤差0.1%）；N3000色譜工作站浙江大學智能信息研究所。

1.3 方法

1.3.1 同步熒光光譜采集

將食用油與正己烷按1∶1混合；光源為75 W氙燈；儀器靈敏度設為High；采用激發(fā)光單色儀和發(fā)射光單色儀以720 nm/min進行同步掃描；激發(fā)單色儀波長范圍250～720 nm；發(fā)射波長與激發(fā)波長相差間隔從10～130 nm，掃描13 次，得到13 個同步熒光光譜數據。

1.3.2 統計分析

使用Origin 7.0以激發(fā)波長和波長間隔為橫、縱坐標軸，結合相對熒光強度繪制同步熒光等高線指紋光譜圖；使用Unscrambler 9.8 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 二維同步熒光光譜

由圖1可知，沙棘果油在315～450 nm波長范圍內有1 個強熒光吸收峰，550～670 nm波長范圍內有弱熒光吸收峰，且隨著波長差的增加其熒光強度逐漸增加。

沙棘籽油在520～650 nm波長范圍內之間有1 個強熒光吸收峰；在650～700 nm波長范圍內有1個弱熒光吸收峰，一般認為是葉綠素熒光吸收峰，且總熒光強度比沙棘果油的低40倍左右，這與Poulli等[18]的研究結果一致。

圖1 不同激發(fā)波長與發(fā)射波長間隔同步熒光光譜Fig.1 Synchronous fluorescence spectra at different wavelengh interva ls

核桃油在315～490 nm波長范圍內有1個強熒光吸收峰，在560～670 nm波長范圍內有1個弱熒光吸收峰峰；隨著波長間隔的增加，熒光強度逐漸增加；在650～700 nm范圍內熒光峰消失，這可能由于核桃油經過精煉，葉綠素被吸附或破壞的緣故。

亞麻仁油在300～500 nm波長范圍內有1個熒光吸收峰，隨著波長間隔增加，熒光強度逐漸減弱，無葉綠素熒光吸收峰。

芝麻油在300～550 nm波長范圍內有1個強熒光吸收峰，而且隨著波長間隔增大，熒光強度逐漸減弱，在560～670 nm波長范圍內有1個弱熒光吸收峰。

菜籽油有2個熒光吸收峰，分別為300～490（強熒光吸收峰）、560～670 nm（弱熒光吸收峰）。熒光強度在20～100 nm波長間隔之間隨波長差的增加而增大，隨后又降低。

2.2 三維同步熒光光譜

圖2 5 種食用油的同步熒光等高線光譜圖和三維光譜圖（激發(fā)波長范圍250～7200 nnmm）Fig.2 Contour and 3D plots for the synchronous fluorescence spe ctra of five kinds of vegetable oils ( λex = 250–720 nm)

由圖2可知，沙棘果油在300～600 nm波長范圍內有熒光吸收，有2 個明顯的熒光吸收峰和1個弱的熒光吸收峰，320～350 nm波長范圍內有1個最大熒光吸收峰，波長間隔在50～87 nm。

沙棘籽油在550～670 nm波長范圍內只有1個熒光吸收峰，最大激發(fā)波長在580～590 nm。

核桃油在345～360 nm波長范圍內有1個強熒光吸收峰，在410～500 nm波長范圍內有2 個嚴重重疊峰。

菜籽油熒光范圍為300～580 nm，與核桃油相似，但在300～350 nm波長范圍內的熒光峰與350～360 nm之間的最大熒光峰重疊。

由于不同食用油熒光物質組成成分和含量不同，其同步熒光光譜具有明顯的差異，所以同步熒光光譜比傳統固定波長熒光光譜富含更多的信息量，可以作為食用油的指紋圖譜。

2.3 主成分分析

由圖1可知，6 種食用油的同步熒光光譜在波長差為90 nm時的熒光強度都比較大，所以選擇激發(fā)光譜250～720 nm、波長間隔90 nm的同步熒光光譜數據，進行主成分分析。結果顯示前2 個主成分可以解釋97.5%光譜數據變量，可以將供試食用油很好的分開（圖3、表1）。

表1 6 種食用油主成分分析結果Table1 Principle component analysis of different vegetable oils

圖3 6種食用油同步熒光光譜數據主成分得分圖Fig.3 PC1-PC2 score plot from PCA analysis

3 結 論

同步熒光光譜可以簡便快捷的鑒別食用油一些特征性的熒光光譜，如葉綠素熒光光譜，可以直觀地判別食用油的種類。實驗結果證明，可以通過1次同步熒光光譜掃描鑒別不同食用油樣品。本研究方法不需要樣品的復雜處理就可以進行食用油的分析鑒別，在食用油摻假和油品種類分析檢測方面具有一定的實用價值。

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