二維及三維熒光光譜對芝麻油的摻雜鑒別研究

于麗燕，陳　斌，田　萍，冉桂梅，孫榮梅

(1.中國藥科大學工學院，江蘇南京211198;2.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

二維及三維熒光光譜對芝麻油的摻雜鑒別研究

于麗燕1，陳斌2，田萍2，冉桂梅1，孫榮梅1

(1.中國藥科大學工學院，江蘇南京211198;2.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

摘要:目的不法商販把地溝油或者一些相對廉價的植物油摻入合格的價值高的植物油中牟取暴利，損害了消費者的健康及利益，因此需要建立一種比較方便快速的檢測方法，以適應市場需求。方法采用二維及三維熒光分析方法對芝麻油和菜籽油的摻雜進行鑒別，探索熒光光譜法在食用植物油種類和摻雜鑒別中的可行性。結(jié)果

通過比較二維相關圖譜中的各特征相關峰，能夠?qū)崿F(xiàn)油樣種類的判別。結(jié)論本實驗為食用植物油摻雜鑒別提供一種新方法。

關鍵詞:熒光分析;菜籽油;芝麻油;二維相關光譜

植物油是人們消費的主要油類，近年來，不法商販將地溝油或者一些價格低廉的油品摻入合格的價值高的植物油中以牟取暴利的行為屢禁不止，損害了消費者的健康及利益。目前國內(nèi)外檢測食用油品質(zhì)方法有色譜法［1～3］、光譜法［4～6］等常規(guī)化學分析方法，這些分析方法具有較高的準確度和可靠性，但需借助于昂貴的設備以及嚴格的實驗室條件，樣品處理復雜，且分析速度很慢，不能滿足市場快速檢測的需要。因此需要建立一種比較方便快速的檢測方法，以適應市場需求。

熒光光譜分析方法具有高靈敏度、強選擇性、定量準確、良好的重現(xiàn)性、取樣量少等優(yōu)點［7］，有廣闊的發(fā)展前景。傳統(tǒng)熒光光譜分析法在食用植物油定性分析方面具有獨特的優(yōu)勢，并且國內(nèi)外在這方面也已取得一定的研究成果，但食用植物油的一維熒光光譜峰有重疊缺陷，使很多熒光信息都隱含在主峰之中，加大了熒光光譜的解析難度。本文提出一個新的方法，即二維相關熒光光譜法［8，9］，將廣義二維相關的概念引入熒光光譜分析，這樣可使圖譜中的重疊峰在第三維方向(外擾方向)上得到擴展，增大了各種植物油圖譜間的差異性，實現(xiàn)了圖譜的二維可視化。

1　試驗部分

1.1樣品和儀器

1.1.1樣品選用兩種食用植物油菜籽油和芝麻油為基礎油，配置一組共7個摻雜體積分數(shù)依次為3%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的兩組分摻雜樣本即芝麻－菜籽油。

1.1.2儀器F96S熒光分光光度計

1.2試驗發(fā)射光譜掃描條件:激發(fā)光源波長為405 nm，發(fā)射波長范圍是405～800 nm，掃描速度是600 nm·min－1;外擾條件:加熱溫度150℃;加熱時間10 h;取樣間隔0.5 h。

將樣品裝于光程為10 mm的石英比色皿中，以F96S熒光分光光度計進行發(fā)射熒光掃描，一個種類所有樣品測完用正己烷清洗比色皿，然后再進行下個油樣的測量。

2　結(jié)果和討論

2.1數(shù)據(jù)預處理由于植物油種類較多，熒光性強弱差異較大，掃描過程中為保證所顯示熒光強度適宜，無法統(tǒng)一掃描增益和狹縫寬度。因此在對各種植物油熒光光譜比較分析前需對原始光譜進行歸一化處理，處理后結(jié)果采用1倍放大，所采用軟件為自主研發(fā)NIRSA數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

以Matlab為平臺，依據(jù)二維相關理論將動態(tài)光譜進行二維相關計算，在繪制等高線圖譜時選取等高線參數(shù)為32。

2.2純芝麻油和菜籽油加熱后二維相關圖及三維圖結(jié)果見圖1、2。

從二維相關同步及三維圖譜中可以非常直觀的區(qū)別出菜籽油和芝麻油，通過二維圖譜我們可以看到菜籽油和芝麻油都在666 nm附近有1強自動峰，說明此處對加熱時間擾動最為靈敏。在(666，510)及其對角線對稱處(510，666)處的正相關峰，則說明666 nm與510 nm處峰對加熱時間擾動有協(xié)同響應，且兩者變化趨勢相同。但是通過二維圖譜我們可以看出芝麻油的相關峰強度大于菜籽油，且結(jié)合三維圖譜我們可以發(fā)現(xiàn)芝麻油的4個相關峰峰強相近，而菜籽油則由于666 nm自動峰峰強與其他3個相關峰相差較大，尤其是與499 nm處自動峰峰強相比，而使得外觀上菜籽油只有3個相關峰較為明顯。

圖2為菜籽油和芝麻油在加熱時間外擾下的二維異步相關圖譜。菜籽油與芝麻油的三維圖譜外觀特征十分相似，最大的區(qū)別在于菜籽油在(666，672)處的尖銳交叉峰。從兩者等高線圖譜可以發(fā)現(xiàn)，菜籽油與芝麻油相比除了(666，672)處交叉峰的差異外，兩者間峰型也存在一定的差異，菜籽油在405～600 nm內(nèi)交叉峰更為狹長與底邊相連呈不封閉環(huán)，在720～800 nm內(nèi)則是2個單峰;而芝麻油在405～600 nm內(nèi)交叉峰則呈圓弧狀封閉環(huán)不與底邊接觸，在720～800 nm內(nèi)的為雙峰結(jié)構。

因此結(jié)合三維圖譜和等高線圖譜兩種顯示方式可以更加直觀的進行種類鑒別，更好的進行各植物油間相似性和相異性分析。

圖1　2種食用植物油加熱時間擾動下的二維同步相關、三維熒光光譜圖a，a1.菜籽油; b，b1.芝麻油

圖2　2種食用植物油加熱時間擾動下的二維異步相關、三維熒光光譜圖a，a1.菜籽油; b，b1.芝麻油

2.3不同含量摻雜油的二維光譜同步圖及三維圖結(jié)果見圖3。

圖3　芝麻－菜籽兩組分混合油加熱時間擾動下的二維同步相關、三維熒光光譜圖a，a'.3%; b，b'.10%; c，c'.30%; d，d'.50%

圖3為所選4個不同菜籽油含量的芝麻摻雜油加熱時間外擾下的二維同步相關圖。從圖中可以看出，由于菜籽油的加入，摻雜油各圖譜峰強發(fā)生不一致改變，而使得各圖譜內(nèi)峰強間強度差不一致，最終導致圖譜整體外觀發(fā)生巨大變化。

從三維圖譜來看，摻雜油與純芝麻油圖譜整體性差異明顯。其中當菜籽油體積分數(shù)為3%時，與純芝麻油具有較大相似性，但從整體相對強度看，其顯著存在的4個相關峰間峰強差異巨大，無法形成如純芝麻油般的鮮明的4峰鼎立之態(tài)，其相關峰與672 nm處自動峰間強度差所表現(xiàn)出的圖譜外觀更接近菜籽油。4種菜籽油含量的摻雜油，圖譜與純芝麻油相比，外觀上除所有圖譜均被分為4個區(qū)域和600～700 nm區(qū)間均有1強自動峰這兩點共性外，差異非常突出。其中較為有規(guī)律的是在(498，658)及(658，498)附近隨菜籽油含量增加，負相關峰愈加凸顯。從4種芝麻摻雜油等高線圖譜可以發(fā)現(xiàn)，當菜籽油含量僅為3%時，其整體外觀特征與純芝麻油極為相似。其差異性僅體現(xiàn)在出峰細節(jié)(如峰位、峰強、峰強差)上，因此僅通過等高線圖譜無法直觀鑒別芝麻油的摻入3%菜籽油。菜籽油為10%和30%的摻雜油等高線圖譜出峰信息明顯偏少。50%時雖然信息再次增多，但與純芝麻油差異較大，其差異性主要體現(xiàn)交叉峰信息上。

2.4不同含量摻雜油的二維光譜異步圖及三維圖

結(jié)果見圖4。圖4為上述4種芝麻摻雜油加熱時間外擾下的二維異步圖。結(jié)合三維圖和等高線圖可以非常直觀的看出菜籽油濃度不同的情況下，圖譜特征的改變。當菜籽油含量為3%時，交叉峰正負情況與純芝麻油峰相反。當菜籽油含量為10%時，三維圖譜外觀整體特征與純芝麻油最為相似，但等高線圖譜與純芝麻油相比，405～600 nm內(nèi)多了兩對獨立的弱交叉峰。而當菜籽油含量為30%、50%時，從三維圖和等高線圖上均可以看出位于(662，672)和(672，662)附近的尖銳交叉峰，圖譜外觀也開始更接近菜籽油。值得注意的是，不論菜籽油含量多少，只要摻入菜籽油，芝麻油位于405～600 nm內(nèi)交叉峰峰型就會發(fā)生改變，不再是純菜籽油時的圓弧狀封閉交叉峰。

上述分析可知，利用加熱時間擾動下二維相關圖檢測芝麻油中摻入菜籽油時更為直觀快速，尤其在較低濃度(3%)，通過同步圖和異步圖均能很好的較快的區(qū)分出摻雜油與純芝麻油的差異。

3　結(jié)論

本文在以芝麻油中摻菜籽油為主要對象，研究植物油摻雜鑒別，選用在150℃時的加熱時間作為外擾方式，通過熒光光譜法和二維相關光譜分析方法的結(jié)合應用，對食用植物油的種類和摻雜進行鑒別分析。通過比較二維相關圖譜中的各特征相關峰，實現(xiàn)油樣種類的判別分析，并在此基礎上進一步完成食用植物油的摻雜鑒別，為食用植物油摻雜鑒別提供一種新方法。

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圖4　芝麻－菜籽兩組分混合油加熱時間擾動下的二維異步相關、三維熒光光譜圖a，a'.3%; b，b'.10%; c，c'.30%; d，d'.50%

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Two－dimensional and three－dimensional fluorescence correlation spectroscopy study the doping sesame oil

YU Li-yan1，CHEN Bin2，TIAN Ping2，RAN Gui-mei1，SUN Rong-mei1
(1.Engineering Institute，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198，China;2.School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)

Abstract:Objective Unscrupulous traders used the cooking oil or some cheap oil mixed in qualified high－value vegetable oil in order to obtain more profiteering，this action damaged the health and profit of consumers.So we need to establish a more convenient and rapid detection methods to adapt to the market demand.Methods Using two－dimensional and three－dimensional fluorescence analysis method to identify doped sesame oil，this study was to assess the feasibility of fluorescence spectroscopy in identification of adulterated edible oil.Results By comparing the two－dimensional correlation spectra characteristic of each correlation peak，we can distinguish the oil samples.ConclusionThis study can provide a new method in the identification of edible vegetable oil.

Key words:Fluorescence spectroscopy; Rapeseed oil; Sesame oil; Two－dimensional correlation spectroscopy

作者簡介:于麗燕，女，博士研究生，副教授，研究方向:計算藥物分析的研究，E－mail: yly_75@126.com

基金項目:國家自然科學基金項目(No.31271874)

中圖分類號:TS207

文獻標識碼:A

文章編號:2095－5375(2015) 10－0564－004