化學(xué)計量法結(jié)合氣相色譜檢測米糠油摻偽棉籽油

喻鳳香，魏小軍，鄧育平，肖 艷

(1．湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410127;2．青島科標(biāo)化工分析檢測有限公司，山東青島266000)

米糠油富含維生素E、谷維素等，有較高的營養(yǎng)價值，近年來被稱為“油中真黃金”，在國外，富集多種稻米營養(yǎng)素的米糠被稱為“天賜營養(yǎng)源”。米糠油可以降低膽固醇、降血脂、預(yù)防動脈粥樣硬化［1-2］等。長期食用米糠油能預(yù)防心腦血管疾病，促進(jìn)新陳代謝和抗衰老等功能［3］，有效的預(yù)防現(xiàn)代文明病。美國心臟學(xué)會指出:“米糠油可確實(shí)有效地緩解心臟和腦疾患”［4］。米糠油作為一種優(yōu)質(zhì)食用油，已走入歐美千家萬戶。近年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)各個品牌的米糠油精煉油，米糠油的價格顯著高于大豆油、棕櫚油、棉籽油、菜籽油。國外學(xué)者對米糠油工藝研究非常關(guān)注［5-8］，而對米糠油的摻偽檢測報導(dǎo)極少。食用油脂市場常將低級低價的油脂摻入高級高價油脂中，最常見的情形之一就是摻入棉籽油，不僅擾亂了市場秩序，甚至給消費(fèi)者健康帶來了不利影響。國內(nèi)外學(xué)者采用儀器分析技術(shù)對油脂進(jìn)行了各種檢測，涉及米糠油的極少。Rohman［9］等采用紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法和判別分析技術(shù)建立了鑒別菜籽油、米糠油中露兜果實(shí)油的技術(shù)。鄭顯奎［10］等根據(jù)Halphen test原理研究了幾種摻棉籽油的定性、定量方法。王力清［11］等研究了用分光光度法測定芝麻油摻棉籽油的方法。對米糠油摻偽特別是摻棉籽油的研究未見報導(dǎo)，本研究基于氣相色譜法測得的純米糠油與摻混棉籽油的米糠油的脂肪酸含量，采用聚類分析法和判別分析法對摻偽油脂進(jìn)行鑒別，采用特征脂肪酸的一元線性模型及指紋圖譜相似度模型對棉籽油的摻混量進(jìn)行檢測。

表1 棉籽油模擬摻偽量(%)Table 1 Adulteration amount of cottonseed oil(%)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠油(33 種，NO．1-NO．33) 實(shí)驗(yàn)室自制［12］;棉籽油(8 種，NO．34-NO．41) 市售。

SP6890氣相色譜儀 山東魯南瑞虹化工儀器有限公司，配FID檢測器，TM-FFAP色譜柱。

1.2 油脂的甲酯化與色譜分析

取油脂3～5滴于10mL容量瓶中，稱重，加入1mL乙醚，1mL石油醚，搖勻，加入2mL KOH-甲醇液(0．5mol·L-1)，振搖，靜置8min，用蒸餾水定容。靜置分層。載氣純度為 99．999% N2，柱后流速1．8mL·min-1;進(jìn)樣口溫度240℃;檢測器溫度 240℃;柱室 220℃;分流比 28∶1;進(jìn)樣量 1μL;空氣流速280mL·min-1;氫氣流速 30mL·min-1［13］。

1.3 模擬摻偽

米糠油(NO．1)中摻入棉籽油(NO．34)，進(jìn)行氣相色譜分析。摻偽量為0～100%的遞增濃度，實(shí)際摻偽量見表1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

脂肪酸定性采用外標(biāo)法，定量采用歸一法。數(shù)據(jù)統(tǒng)計使用SPSS 17．0。未知油脂的判別方法:將試樣連同上述49種油脂的各脂肪酸含量分別輸入到SPSS17．0數(shù)據(jù)表，未知油脂的類別為空，判別分析，選擇“預(yù)測組成員”，判別結(jié)果將在數(shù)據(jù)視圖的最右列自動出現(xiàn)，同時 SPSS Statistics查看器中“按照案例順序的統(tǒng)計量”也將顯示未知油脂的預(yù)測結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 油脂脂肪酸分析

米糠油摻棉籽油后各摻偽比例下的脂肪酸氣相色譜曲線見圖1，其主要脂肪酸為豆蔻酸(C14∶0)、棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶12)。豆蔻酸、油酸峰面積遞增，油酸峰面積遞減。

2.2 米糠油摻棉籽油的聚類分析

聚類分析的基本思想是將待聚類樣本的各樣本各自看成一類，然后規(guī)定或定義樣本間的距離或相似性量度以及類與類之間的距離后進(jìn)行聚類。用歸一法測定米糠油、棉籽油、摻偽油中12種主要脂肪酸 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1 的含量，將其作為變量，將樣品進(jìn)行聚類，群集數(shù)為2～4，聚類群集表見表2，當(dāng)聚為2群集，33種米糠油及摻偽量17．02%以下的RC1、RC2聚為一類，類型為1，棉籽油和摻棉籽油的米糠油聚為一類，類型為2。當(dāng)聚為3群集，33種米糠油及 RC1、RC2聚為一類，類型為1，摻偽量25．14%的RC3及41．51%的 RC4聚為一類，類型為2，摻偽量56．76%以上的 RC5、RC6、RC7、RC8 及8 種純菜籽油聚為一類，類型為3。當(dāng)聚為4群集，33種米糠油聚為一類，類型為1，RC1類型為2，RC2、RC3、RC4聚為一類，類型為3，摻偽量56．76%以上的RC5、RC6、RC7、RC8及8種棉籽油聚為一類，類型為4。聚類分析中的最小群集數(shù)即為2，因此綜上所述，實(shí)驗(yàn)條件下聚為4群集摻混菜籽油的米糠油均能100%區(qū)別于米糠油，說明摻偽量12．77%以上能準(zhǔn)確的檢驗(yàn)。對12．77%以下的進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，表明5%以上即能區(qū)別于純米糠油。

圖1 各摻偽油脂的氣相色譜圖Fig．1 Curve of all the oil samples

2.3 判別函數(shù)

判別分析法是一種進(jìn)行統(tǒng)計判別和分組的技術(shù)手段，是在已知研究對象分成若干類型，并已知各種類型的樣品觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)某些準(zhǔn)則建立判別方程，然后根據(jù)判別方程對未知所屬類別的事物進(jìn)行分類的一種分析方法。其意義在于可以根據(jù)已知的樣本的分類情況來判斷未知樣本的歸屬問題。其主要目的是識別一個個體所屬的類別。

將33種米糠油(類型為1)、8種菜籽油(類型為2)、8種摻混棉籽油的米糠油(類型為3)、3類油脂共計 49 個樣品的 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1 含量導(dǎo)入SPSS17．0，選擇步進(jìn)式判別分析，類型選擇最小為1，最大為3進(jìn)行判別分析。判別分析同樣可得到3個線性判別函數(shù)，見式(1)～式(3)。對未知樣品進(jìn)行判別分析時，可以將未知樣品的各脂肪酸含量分別代入到3個線性判別函數(shù)中，計算判別函數(shù)值，函數(shù)值最大者，該樣品就屬于相應(yīng)的植物油類別。

表2 聚類群集表Table 2 Clustering results of 49 samples

2.4 判別結(jié)果分析

所有組的散點(diǎn)圖見圖2，由圖1可以看出類型1米糠油能正確的聚為一類，類型2的棉籽油能正確的聚合為一類，類型3摻混棉籽油的米糠油與純棉籽油和米糠油都距離不遠(yuǎn)。對原樣品的判別正確率為93．9%(表3)。米糠油中摻棉籽油，出現(xiàn)3個誤判(RC1、RC2、RC8)，摻偽量17%以下被誤判為米糠油，摻偽量25%～79．9%能準(zhǔn)確判斷為摻混棉籽油的米糠油，摻偽量92．35%以上誤判為棉籽油(實(shí)際情況下不影響米糠油摻棉籽油的判別)。17%～25%的摻偽量進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)20%以上的摻偽量能進(jìn)行準(zhǔn)確判別。該方法在應(yīng)用時應(yīng)結(jié)合米糠油摻其它油的判別結(jié)果進(jìn)行綜合分析，因?yàn)閷?shí)際情況下，摻混某一種油是未知的，且有可能摻混一種以上的低價油，因此在對盲樣進(jìn)行分析時可采用同樣的方法進(jìn)行判別分析，將米糠油摻棕櫚油、大豆油、菜籽油等的脂肪酸含量一起作為變量輸入。

2.5 定量分析

圖2 混合油脂與純油的典型判別分布圖Fig．2 Typical discriminant profile of mixed and pure oils

米糠油摻棉籽油后各摻偽比例下的脂肪酸含量見表 4，C14∶0、C16∶1 含量少，遞增明顯，C16∶0、C18∶2含量高，變化大，遞增明顯。以豆蔻酸做特征脂肪酸，計算出的誤差最小，17%以上平均誤差為4．54%。線性方程式為 YC14∶0=0．004X+0．3168(R2=0．9813)，式中Y為豆蔻酸的含量(%)，X為棉籽油的摻偽量(%)。棕櫚酸為棕櫚油的特征脂肪酸，以棕櫚油酸做特征脂肪酸誤差較大。以亞油酸做特征脂肪酸，＞40%摻偽量誤差為4．74%，摻偽量較小時不適合，其 定 量 模 型 為 YC18∶2=-0．2082X+39．855(R2=0．9841)。指紋圖譜相似度的計算采用向量夾角余弦法［12］，根據(jù)指紋圖譜相似度與摻偽量的變化規(guī)律(表5)，建立摻偽量與指紋圖譜相似度模型為 Y=-240．52X5+677．8X4-697．92X3+312．09X2-66．998X+99．97(R2=0．9993)，該模型適合于 17% 以上的摻混量。

3 結(jié)論

對純米糠油和摻混菜籽油的米糠油進(jìn)行聚類分析和判別分析，米糠油摻棉籽油5%以上，聚類分析能正確進(jìn)行辨別，摻棉籽油20%以上，判別分析能進(jìn)行正確辨別。米糠油摻棉籽油的定量分析，適宜選用C14∶0做特征脂肪酸，適于摻偽量大于17%，線性方程式為 YC14∶0=0．004X+0．3168(R2=0．9813)，摻混量與相似度計算模型為 Y=-240．52X5+677．8X4-697．92X3+312．09X2-66．998X+99．97(R2=0．9993)，該模型適合于17%以上的摻混量。本實(shí)驗(yàn)采用恒溫氣相色譜檢測，相對于程序升溫操作簡單，歸一法計算出的脂肪酸百分比可直接代入判別函數(shù)從而判斷油脂種類，判別分析和聚類分析相結(jié)合大大增加了準(zhǔn)確度，在摻偽油脂種類未知的情況下，可采用與本研究類似的方法引入棕櫚油、大豆油、菜籽油等進(jìn)行判斷。米糠油中摻其他油脂的定量檢測報道極少，本研究定量模型簡單實(shí)用，誤差小。采用本單位研發(fā)的“米糠油摻偽檢測系統(tǒng)V1．0”可實(shí)現(xiàn)對米糠油中摻偽油脂快速定性定量。

表3 樣品的判別結(jié)果Table 3 Discriminant result of all the samples

表4 摻不同比例棉籽油后米糠油脂肪酸的含量(%)Table 4 The FA composition of RBO mixed with different proportion cottonseed oil(%)

表5 米糠油摻棉籽油指紋圖譜相似度與相對誤差Table 5 The Similarity of Chromatographic Fingerprint(SCF)and the relative error

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