基于穩(wěn)定氫氧同位素技術(shù)的花生油摻假檢測(cè)技術(shù)研究

王道兵 岳紅衛(wèi) 高冠勇 李國(guó)輝 宋立里王一路 費(fèi)曉偉 賈召鵬 鐘其頂 張柏林

(金勝糧油集團(tuán)有限公司1，臨沂 276600)(中輕食品檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司2，北京 100015)(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院3，北京 100015)(北京林業(yè)大學(xué)4，北京 100083)

花生油由于濃郁的香氣、豐富的營(yíng)養(yǎng)成分被譽(yù)為“東方第一油”，其在中國(guó)被認(rèn)為是一種高端烹調(diào)用油?；ㄉ椭泻戌薮?、麥胚酚、磷脂、維生素E、膽堿等多種對(duì)人體有益的物質(zhì)，有研究表明經(jīng)常食用花生油可以防止皮膚皺裂老化，保護(hù)血管壁，防止血栓形成，有助于預(yù)防動(dòng)脈硬化和冠心病[1,2]，因此深受消費(fèi)者喜愛。

我國(guó)是世界最大的花生油消費(fèi)國(guó)[3]，2015年美國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《油料:世界市場(chǎng)與貿(mào)易》報(bào)告中顯示2016/2017年度全球花生油產(chǎn)量預(yù)估為560萬t，其中中國(guó)產(chǎn)量290萬t，占全球產(chǎn)量的52%。但由于我國(guó)花生種植面積和產(chǎn)量的限制，近年來花生油的消費(fèi)需求不斷上升，花生油價(jià)格不斷上漲，雖然中國(guó)產(chǎn)量排名全球第一，但中國(guó)每年仍然要從國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)口15萬噸左右的花生油，大約占到全球花生油貿(mào)易量的60%。在此背景下，一些不法商販用廉價(jià)油脂甚至非食用油脂添加香精香料冒充花生油，有報(bào)道顯示，假花生油產(chǎn)品的摻假程度最高達(dá)70%?；ㄉ团c棕櫚油、大豆油、菜籽油之間的大幅價(jià)差令這些企業(yè)鋌而走險(xiǎn)[4]。

穩(wěn)定同位素技術(shù)是鑒別食品摻假摻雜的有效方法，已在蜂蜜、葡萄酒、果汁等產(chǎn)品中得到應(yīng)用[5-8]，而采用穩(wěn)定同位素鑒別油脂真假也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，在橄欖油[9-13]、茶油[14]等產(chǎn)品中已有報(bào)道。國(guó)內(nèi)金青哲等[15]研究了花生油與玉米油的碳同位素分布特征，發(fā)現(xiàn)二者存在很大差異，應(yīng)用碳同位素技術(shù)可鑒別玉米油中是否混入了花生油。郭蓮仙等[16,17]利用GC-IRMS和EA-IRMS對(duì)市場(chǎng)上包括花生油、菜籽油和橄欖油等的18種植物油進(jìn)行分析，通過對(duì)其和脂肪酸的穩(wěn)定同位素δ13C值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物油與植物油的有效區(qū)分，并檢查出50%的植物油存在摻假情況。陳珊珊等[18]建立了氣相色譜-燃燒-穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜(GC-C-IRMS)法結(jié)合酯交換技術(shù)測(cè)定植物油中甘油的穩(wěn)定碳同位素組成的方法，利用甘油碳檢測(cè)玉米胚芽油中大豆油的摻假或花生油的混入。然而，利用碳同位素技術(shù)能辨別出花生油中是否含有玉米油，由于價(jià)格差異較小，市場(chǎng)上用玉米油冒充花生油的情況較少，但碳同位素技術(shù)卻無法檢測(cè)花生油中是否含有其他C3植物來源油脂，如大豆油、菜籽油等。吳玉鑾等[19]以市售植物油為研究對(duì)象分析了玉米油、大豆油和花生油的碳?xì)涮卣?，雖然油脂間存在顯著差異但也存在特征范圍重疊的問題。

穩(wěn)定同位素特征研究需以真實(shí)樣品為基礎(chǔ)，本研究以油料作物原料(花生、大豆和油菜籽)為研究對(duì)象，為得到準(zhǔn)確、真實(shí)數(shù)據(jù)而規(guī)避了市售樣品本身存在的造假嫌疑；建立了油脂中穩(wěn)定氫氧同位素比值的測(cè)定方法并對(duì)39個(gè)油脂樣品進(jìn)行分析，最終通過對(duì)比考察了花生油與大豆油和菜籽油的特征差異和二維分布，為花生油的摻假鑒別提供了研究基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

TC/EA高溫裂解元素分析儀，Delta V Advantage穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀， SL2002N電子天平，5 mm×3.5 mm 銀囊，ZYJ-9018家用小型榨油機(jī)，DHG-9075A電熱干燥箱。

1.2 樣品及前處理

8個(gè)花生樣品、5個(gè)大豆樣品和6個(gè)油菜籽樣品分別為實(shí)驗(yàn)室人員老家中于2018年收獲的農(nóng)產(chǎn)品，13個(gè)花生樣品收集自某企業(yè)花生油生產(chǎn)車間；另外7個(gè)花生樣品于2017～2019年度購(gòu)自電商平臺(tái)、北京某大型農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)和某大型連鎖超市。將這些樣品在103 ℃電熱干燥箱中烘至恒重后，使用榨油機(jī)進(jìn)行榨油處理，收集各樣品的油脂，待測(cè)。

從電商平臺(tái)上隨機(jī)購(gòu)買花生油產(chǎn)品4份，大豆油產(chǎn)品2份，菜籽油產(chǎn)品1份，樣品在103 ℃電熱干燥箱中烘至恒重后待測(cè)。

1.3 全油樣品的δ2H值和δ18O值測(cè)定

采用TC/EA-IRMS分別測(cè)定參考物質(zhì)NBS-22 (δ2H=-120±1.0)‰和IAEA-601 (δ18O=23.3±0.3)‰的δ2H值和δ18O值，確定儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)后測(cè)定油脂樣品。用銀囊包裹約0.15mg待測(cè)樣品，樣品在1420℃條件下轉(zhuǎn)化為氫氣(H2)和一氧化碳(CO)后，用穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀(IRMS)測(cè)定穩(wěn)定氫氧同位素比值(δ2H值和δ18O值)。

1.4 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

將花生油分別與大豆油、菜籽油按不同比例(1∶3、3∶1和3∶1)進(jìn)行摻和，得到混合油的模擬樣品，并按照1.3的方法測(cè)定δ2H值和δ18O值。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法穩(wěn)定性分析

影響TC/EA-IRMS測(cè)定氫氧同位素比值準(zhǔn)確性的最大干擾因素是空氣中水分和氮?dú)?，為研究方法的穩(wěn)定性，以花生油為研究對(duì)象，連續(xù)5次測(cè)定(重復(fù)性實(shí)驗(yàn))及在5 d內(nèi)不同時(shí)間測(cè)定(再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn))的結(jié)果見表1。

表1 油脂δ2H和δ18O測(cè)定方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性

由表1可知，油脂δ2H和δ18O測(cè)定方法的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差分別滿足3‰和0.15‰的要求，并且在5 d的測(cè)試時(shí)間段內(nèi)方法的再現(xiàn)性良好，能夠保證數(shù)據(jù)具有可比性。

2.2 油脂δ2H和δ18O分布特征

采用TC/EA-IRMS技術(shù)對(duì)39個(gè)油脂樣品進(jìn)行穩(wěn)定氫、氧同位素比值測(cè)定，結(jié)果列于表2?；ㄉ?、大豆油和菜籽油δ2H的平均值分別為-222.77‰、-175.58‰和-183.69‰；而δ18O平均值分別為15.24‰、20.37‰和25.55‰，但三種油脂的δ2H和δ18O均存在波動(dòng)范圍，這與前人研究結(jié)果表明氫氧穩(wěn)定同位素特征受外界環(huán)境影響的結(jié)論一致[20]：首先，不同產(chǎn)地的灌溉用水和降雨中氫氧同位素特征不同；其次，油脂的δ2H值均低于水，而δ18O值均高于水，這是由于氫氧同位素在植物體內(nèi)發(fā)生了同位素分餾的緣故，尤其是植物合成有機(jī)物過程中的生化反應(yīng)還會(huì)受到溫度、濕度等影響，因此同位素分餾情況在不同產(chǎn)地的植物中也有所不同。

表2 不同類型油脂的穩(wěn)定氫、氧同位素比值分布

對(duì)比三種油的分布范圍可知，大豆油與菜籽油的δ2H值存在重疊范圍，但δ18O有一定的差異，而花生油的δ2H和δ18O范圍均不同于另兩種油脂。對(duì)三種油脂進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果(表3)表明花生油與大豆油和菜籽油在δ2H和δ18O兩個(gè)指標(biāo)上均具有顯著差異，而菜籽油與大豆油在δ2H特征上差異顯著但在δ18O的特征方面差異不顯著。

表3 三種油脂的t檢驗(yàn)結(jié)果

將3種油脂的氫、氧同位素比值繪制成二維分布圖(圖1)以觀察各油脂之間的差別，從圖1中可以看出，三種植物油存在差異性分布，并且與表3中t檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)的是，花生油與菜籽油和大豆油之前存在明顯的差異化特征。尤其是對(duì)比表2和圖1，將三種油脂分為花生油和“非花生油”兩類，非花生油的δ18O值都遠(yuǎn)大于花生油3‰以上，δ2H值的差異在21‰以上，由此可知花生油與菜籽油、大豆油在δ2H特征上的差異更大。原因可能是植物具有光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，其中，蒸騰作用使得植物組織內(nèi)的水比地下水富集δ2H和18O，但由于植物呼吸作用消耗O2、呼出CO2的過程中也會(huì)涉及到氧同位素交換，因而有機(jī)物的δ18O值更偏正，但由于吸收O2的原因使得δ18O值的波動(dòng)范圍較?。欢鴼渫凰貏t不同，由于水是植物體內(nèi)氫元素的唯一來源，因此其體現(xiàn)的是光合作用與蒸騰作用的結(jié)果，顯然，光合作用過程使得有機(jī)物中虧損δ2H[21]，但花生油更偏負(fù)，我們認(rèn)為是由于花生屬于根莖地下植物，其蒸騰作用弱于地上植物使得δ2H和δ18O的富集程度較弱，而光合作用在此基礎(chǔ)上再影響氫同位素分餾，最終導(dǎo)致花生油的和δ18O值均低于其他油脂，而δ2H差異程度更大。

圖1 花生油、大豆油和菜籽油的氫、氧同位素比值二維分布圖

2.3 不同比例混合油中δ2H和δ18O變化規(guī)律

分別向花生油中混入不同比例的大豆油和菜籽油，測(cè)定各模擬樣品的δ18O值和δ2H，結(jié)果見表4。

表4 花生油中混入其他油脂后穩(wěn)定同位素比值變化數(shù)據(jù)模型

從表4可以看出，摻入菜籽油或大豆油后，混合油的δ18O值呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)，并且與非花生油的摻入量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，按照花生油δ18O分布范圍14.06‰～16.77‰的特點(diǎn)，分別取菜籽油和大豆油分布范圍的最小值，可知當(dāng)花生油中摻入27%菜籽油或45%大豆油后油脂δ18O會(huì)超過花生油分布范圍的最大值；而混合油的δ2H值呈現(xiàn)變大的趨勢(shì)，且與摻入量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，對(duì)比可知δ2H的變化特征更明顯。按照花生油δ18O分布范圍-231.50‰～-213.69‰的特點(diǎn)，分別取菜籽油和大豆油分布范圍的最小值，可知當(dāng)花生油中摻入45%菜籽油或40%大豆油后油脂δ2H會(huì)超過花生油分布范圍的最大值。因此，通過油脂的氫氧同位素特征檢測(cè)花生油摻假情況是可行的。

2.4 市售油脂樣品穩(wěn)定同位素特征分析

研究市售花生油、大豆油和菜籽油的問題同位素特征，按照1.2和1.3中的方法處理后測(cè)定δ2H和δ18O值 ，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，測(cè)定結(jié)果如表5所示。

表5 市售油脂樣品的穩(wěn)定氫氧同位素比值測(cè)定結(jié)果(‰)

其中，市售大豆油和菜籽油樣品均符合表3中相應(yīng)產(chǎn)品的分布范圍。4個(gè)市售花生油樣品中，大部分均符合表3中的分布范圍，然而花生油3號(hào)樣品的δ2H和δ18O值均相對(duì)偏高。按照表3的分布范圍，可以懷疑花生油3號(hào)樣品中混入了非花生類油脂，但也有可能由于表3分布范圍未涵蓋全國(guó)或全球的花生樣品，其特征屬于自然波動(dòng)。

3 結(jié)論

本研究建立了高溫裂解元素分析-穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析植物油脂的氫氧同位素比值的方法并應(yīng)用于花生、大豆和菜籽的自榨油脂。通過研究三種油脂的穩(wěn)定同位素特征和模擬摻假實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明利用穩(wěn)定氫、氧同位素比值的差異性能夠檢測(cè)摻有大豆油或菜籽油的花生油樣品，并以此建立了油脂的氫氧同位素特征二維分布圖，可以清晰的評(píng)價(jià)和辨別花生油及摻假摻雜情況，可為市售花生油的摻假鑒別提供技術(shù)借鑒。