張淑霞,宋麗亞,李秀秀,王向軍,祝偉霞,張守杰
鄭州海關(guān)技術(shù)中心 (鄭州 450002)
植物油因含有豐富的脂肪酸、甾醇、脂溶性維生素等功能性成分,是食品工業(yè)的重要原料,也是人們每天餐桌上必不可少的部分,其品質(zhì)、安全直接關(guān)系到我們每個(gè)人的切身利益。近年來,食用植物油市場出現(xiàn)了以假亂真、以次充好的摻偽問題,侵犯了消費(fèi)者權(quán)益,擾亂了食用油生產(chǎn)加工與市場銷售正常秩序,同時(shí)還帶來食用油安全的隱患[1-3]。常見食用植物油摻假有以下幾種情況[4],一是添加未精煉的毛油及變質(zhì)油;二是高價(jià)植物油摻入低價(jià)植物油,如向商業(yè)價(jià)值較高的橄欖油、核桃油、南瓜籽油中摻兌低價(jià)位食用油,如菜籽油、大豆油等;三是食用油摻入非食用油,如地溝油、回收的煎炸殘油和蓖麻油等;四是同種油不同質(zhì)量等級(jí)的摻假,如特級(jí)初榨橄欖油中摻入果渣油。盡管大多數(shù)的摻假情況不一定會(huì)對(duì)人們健康帶來巨大傷害,但是個(gè)別油料作物的過敏原蛋白還是會(huì)對(duì)敏感人群造成威脅,因此,為了維護(hù)消費(fèi)者的利益和生產(chǎn)者的合法權(quán)益,對(duì)食用植物油真實(shí)屬性鑒別檢測的技術(shù)方法就顯得極為重要。
目前文獻(xiàn)報(bào)道的食用植物油摻假鑒別方法包括常規(guī)理化分析方法、色譜法、光譜法、同位素比值質(zhì)譜法及感官仿生技術(shù)等其它方法[5-8]。有不少學(xué)者對(duì)食用植物油的檢測技術(shù)進(jìn)行了綜述[9-12],但是圍繞新近發(fā)展的新技術(shù)(如脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)和基于特征標(biāo)記物的檢測技術(shù)等)鑒別食用植物油真實(shí)屬性方面的綜述相對(duì)較少。在前期報(bào)道的文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,結(jié)合近期食用植物油摻偽鑒別的最新相關(guān)國內(nèi)外研究成果,本文簡述了各種檢測技術(shù)方法在植物油摻假檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀,如光譜法、質(zhì)譜法、穩(wěn)定同位素法和基于特征標(biāo)記物的檢測技術(shù)等,并分析了各種鑒別檢測方法的缺陷,同時(shí)對(duì)未來食用植物油摻假鑒別檢測技術(shù)的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望,為食用植物油的摻雜摻假檢測提供理論依據(jù),為廣大科研人員的檢測工作提供參考。
近紅外光譜方法因具有無損、快速、高效的優(yōu)點(diǎn),在食品農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。近紅外光譜法主要測定不同分子中單個(gè)化學(xué)鍵(含氫基團(tuán))的基頻振動(dòng)的倍頻和合頻信息之間的差異,取得可靠的光譜信息,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析,來有效區(qū)分復(fù)雜的混合物。
沈樂丞[13]等通過摻入不同植物油如大豆油、花生油、菜籽油等制備摻偽茶油,并對(duì)不同摻假比例的茶油進(jìn)行賦值,利用近紅外光譜采集了不同模擬摻偽茶油的光譜數(shù)據(jù),比較二階微分(SD)、均值中心化(MC)、一階微分(FD)、多元散射校正(MSC)和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換(SNV)等預(yù)處理方法和主成分?jǐn)?shù),通過主成分分析(PCA)降維,簡化模型,結(jié)合線性判別分析(LDA)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)構(gòu)建了茶油摻假鑒別的線性和非線性模型,考察了純茶油和摻偽茶油鑒別模型的準(zhǔn)確率、靈敏度和特異性等指標(biāo),發(fā)現(xiàn)二階微分聯(lián)合線性判別分析(SD-LDA)模型和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換聯(lián)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SNV-ANN)模型為最優(yōu)線性和非線性模型,兩者對(duì)純茶油的識(shí)別準(zhǔn)確率分別為97.58%和98.99%,為茶油摻假鑒別提供一種快速無損的檢測鑒別方法。
同步熒光光譜法是在同時(shí)掃描激發(fā)波長和發(fā)射波長下植物油中熒光物質(zhì)(如生育酚、甾醇、葉綠素和抗氧化物質(zhì)等)的熒光強(qiáng)度信號(hào),從而構(gòu)成熒光光譜圖。不同食用植物油所含熒光物質(zhì)的種類及含量不同會(huì)導(dǎo)致熒光圖譜的不同,從而實(shí)現(xiàn)油脂的定性和定量分析,該方法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、前處理簡單等優(yōu)點(diǎn)。
胡珂青[14]等以杜仲籽油和一級(jí)菜籽油、三級(jí)菜籽油、花生油、大豆油、玉米油、棉籽油和葵花籽油等7種油為研究對(duì)象,使用熒光光度計(jì)采集了激發(fā)波長范圍為250~700 nm,波長間隔為60 nm的同步熒光光譜,發(fā)現(xiàn)8種油脂的熒光特性具有顯著性差異。采集摻入不同比例花生油的杜仲籽油的600~700 nm和300~500 nm的熒光光譜并進(jìn)行主成分分析,利用峰面積數(shù)據(jù)與摻假比例建立定量模型,對(duì)26個(gè)摻假樣品進(jìn)行檢測分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)波長范圍內(nèi)的擬合方程的斜率都接近1,預(yù)測摻假比例與實(shí)際摻假比例一致,表明兩種模型均具有較好的鑒別能力,對(duì)杜仲籽油摻假鑒別準(zhǔn)確率高達(dá)100%,該方法可用于杜仲籽油摻假鑒別分析。然而,熒光光譜檢測對(duì)檢測環(huán)境要求較高,且熒光光譜的峰谷較寬,重疊現(xiàn)象嚴(yán)重,其歸屬信息不如紅外光譜清晰準(zhǔn)確。
拉曼光譜是以拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)的一種研究分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的光譜技術(shù),它基于特征光譜的相對(duì)強(qiáng)度與所測樣品中化學(xué)鍵及官能團(tuán)的濃度具有良好相關(guān)性,應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究,是一種靈敏、快速、無損的檢測技術(shù)。拉曼光譜因?qū)δ承┓菢O性基團(tuán)存在強(qiáng)烈的反應(yīng),成為了食用植物油摻假鑒別的有力工具。
匡俊豪[15]等以山茶油為基礎(chǔ),摻入大豆油、玉米油和稻米油得到山茶油的二元摻假樣品和三元摻假樣品,采用拉曼光譜法和化學(xué)計(jì)量學(xué)法(主成分分析和線性判別)對(duì)四種植物油純品和配制的山茶油摻假樣品進(jìn)行鑒別和表征,結(jié)果表明,4種植物油的拉曼光譜中特征峰的位置和譜峰的強(qiáng)度與植物油中不飽和脂肪酸的種類和比例相關(guān),拉曼光譜法結(jié)合主成分分析可以有效區(qū)分四種純植物油,拉曼光譜法結(jié)合主成分分析-線性判別分析可有效鑒別山茶油的二元摻假和三元摻假,同時(shí)能夠預(yù)測未知樣品的種類,其分類準(zhǔn)確率分別為100%和98%。隨技術(shù)發(fā)展,便攜式拉曼光譜可用于食用植物油的現(xiàn)場鑒別檢測,更為方便,但由于食用植物油組成復(fù)雜,拉曼光譜重疊峰較多,特征峰的分辨率低,對(duì)食用植物油摻偽鑒別分析不夠精準(zhǔn)。
二維相關(guān)譜技術(shù)是將傳統(tǒng)的一維光譜信號(hào)擴(kuò)展到兩維平面上,通過對(duì)同步和異步譜交叉峰正負(fù)或有無的仔細(xì)分析,不僅可判斷復(fù)雜分析體系中各分子官能團(tuán)吸收峰之間的關(guān)系,對(duì)其來源進(jìn)行確認(rèn),也可判斷出各基團(tuán)相對(duì)于特定外擾的振動(dòng)變化先后次序。相對(duì)于一維光譜技術(shù),二維相關(guān)譜技術(shù)具有較高的分辨率、選擇性和圖譜解析能力,可以區(qū)分出在一維光譜上被覆蓋的小峰和弱峰,其與化學(xué)計(jì)量學(xué)結(jié)合常被用于摻偽食品檢測中[16]。
王哲[17]等利用傅里葉變換近紅外光譜采集了大豆油、橄欖油、菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油等6種植物油的動(dòng)態(tài)光譜(6 001~6 063 cm-1),對(duì)其進(jìn)行二維相關(guān)分析,得到二維相關(guān)同步譜,發(fā)現(xiàn)不同種類植物油的同步譜形狀差異較大,特征峰數(shù)量比直接吸收譜多,分辨率高,可將6種植物油進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。于迎濤[18]等選擇降溫為擾動(dòng)因子,在+15 ℃~-20 ℃降溫范圍內(nèi),采集純橄欖油和摻入5%、10%和20%大豆油的橄欖油在2 760~3 100 cm-1的拉曼光譜圖,并基于Noda方法通過Matlab編程求算了同步二維拉曼相關(guān)譜,同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,結(jié)果顯示,摻入5%,10%和20%大豆油的橄欖油與純橄欖油的拉曼光譜在-5 ℃~-20 ℃范圍內(nèi),隨溫度逐漸降低,摻假橄欖油與純橄欖油的拉曼光譜差異逐漸增大,當(dāng)溫度降至-20 ℃時(shí),摻假5%與摻假10%的橄欖油拉曼光譜差異顯著,純橄欖油和摻假橄欖油均可得到準(zhǔn)確辨識(shí),該方法辨識(shí)度高,對(duì)打擊食用油摻假具有重要意義。
二維相關(guān)譜技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。由于二維相關(guān)譜技術(shù)具有高光譜分辨率,容易受到噪聲和虛假信息的干擾,因此研究直接對(duì)二維相關(guān)譜的多維數(shù)據(jù)預(yù)處理方法是其發(fā)展方向。
穩(wěn)定同位素技術(shù)利用穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀測定物質(zhì)中碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等不同元素的同位素比值,具有靈敏度高、檢測限低等優(yōu)點(diǎn),已應(yīng)用于食用油真實(shí)性鑒定,在食用植物油是否摻假、是否有外源性成分添加等方面發(fā)揮著巨大的作用[19-23]。
王道兵[24]等采用高溫裂解元素分析-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜法(TC/EA-IRMS)分析考察了大豆、花生和菜籽油的氫氧同位素比值的特征差異,建立了3種油脂的氫氧同位素特征二維分布圖,通過對(duì)比三種油脂氫氧同位素比值的二維分布情況,能夠清晰的評(píng)價(jià)和辨別花生油中是否摻入大豆油和菜籽油。馬玉華[25]等人利用元素分析-穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀(EA-IRMS)分別測定了橄欖油、花生油、玉米油、大豆油、葵花籽油、菜籽油和野山茶油等7種植物油的碳、氫穩(wěn)定同位素,結(jié)果顯示橄欖油與其他六種植物油的氫穩(wěn)定同位素比值差異顯著,與花生油、玉米油、大豆油和菜籽油的碳同位素比值也有顯著差異,碳、氫穩(wěn)定同位素比結(jié)合分析可有效判別出橄欖油中摻雜的10%玉米油或30%大豆油。
隨著食品安全同位素?cái)?shù)據(jù)庫的建立,穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)食用植物油進(jìn)行摻假鑒別工作越來越經(jīng)濟(jì)高效,但是不同的產(chǎn)地環(huán)境及生產(chǎn)加工過程對(duì)植物油穩(wěn)定同位素的影響效應(yīng)和機(jī)制研究仍然缺乏,導(dǎo)致穩(wěn)定同位素技術(shù)在植物油摻假檢測研究中缺乏系統(tǒng)的理論支撐,不宜推廣。
食用油的主要成分是各種高級(jí)脂肪酸的甘油酯,包括甘油三酯、甘油二酯等,通過分析甘油三酯、脂肪酸的成分和含量,可對(duì)不同物種的油脂進(jìn)行鑒定和摻假鑒別。脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)作為代謝組學(xué)的重要分支已廣泛應(yīng)用于食品脂質(zhì)的研究,不同物種的食用植物油的脂質(zhì)譜不同,通過基于脂質(zhì)組學(xué)的質(zhì)譜方法檢測,并結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)分析,對(duì)食用油中酯類物質(zhì)定性和定量,篩選出差異甘油酯組成,從而可判定食用植物油樣品中是否存在摻假問題。
張九凱[26]等利用高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀掃描樣品溶液的一級(jí)質(zhì)譜母離子和二級(jí)質(zhì)譜碎片離子,分析發(fā)現(xiàn),沙棘油、菜籽油、大豆油和葵花籽油之間基峰的峰形和出峰時(shí)間存在極大差異。同時(shí)根據(jù)二級(jí)圖譜,結(jié)合脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)庫,依據(jù)中性丟失質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算,共檢出甘油二酯(DAGs)及甘油三酯(TAGs)92種,4種植物油甘油酯分子組成有顯著差異。同時(shí)根據(jù)經(jīng)歸一化處理的甘油酯圖譜,結(jié)合主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判別分析(OPLS-DA)等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,建立模型發(fā)現(xiàn)樣品聚類區(qū)分明顯,且含1%、5%、10%、20%、40%對(duì)照油(葵花籽油、菜籽油和大豆油)的沙棘油的不同梯度之間均有明顯區(qū)分,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)摻假濃度進(jìn)行推測鑒別。Guodong Cao[27]等利用氣相色譜質(zhì)譜法測定了2-單棕櫚酸甘油、1-單棕櫚酸甘油酯、2-油酰甘油、1-亞油酰-外消旋甘油、1-油?;?外消旋甘油和1-硬脂酰基-外消旋甘油在食用油包括煎炸油和地溝油中的含量,發(fā)現(xiàn)單?;视驮谑秤糜瓦B續(xù)加熱過程中的堆積行為,表明此六種單?;视涂勺鳛槭秤糜蛢?nèi)源性標(biāo)記物,以區(qū)分用過的食用油和新鮮食用油,且該方法具有良好的準(zhǔn)確度、精密度和重現(xiàn)性,能夠?qū)接?%煎炸油的商業(yè)橄欖油進(jìn)行鑒定。
隨著質(zhì)譜分析技術(shù)的飛速發(fā)展,脂質(zhì)組學(xué)在食品安全領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣,但是,由于脂質(zhì)化合物的復(fù)雜性,在食品儲(chǔ)存和加工過程中,食品中的脂質(zhì)分子與其含有的其他營養(yǎng)成分可能相互作用而產(chǎn)生其它中間體產(chǎn)物,這些產(chǎn)物的產(chǎn)生極大影響了食用油中脂質(zhì)化合物定性和定量檢測的準(zhǔn)確性。
基于特征標(biāo)志物的食用油摻偽鑒別方法具有確證性的優(yōu)點(diǎn),在一定程度上更容易實(shí)現(xiàn)摻偽油未知情況下的鑒別以及多元摻偽鑒別,是未來食用油摻偽鑒別技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前已知的特征標(biāo)志物相對(duì)較少,主要包括脫氧核糖核酸(DNA)特征序列和蛋白特征肽段。
以DNA為靶標(biāo)的摻假植物油的鑒定主要采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR法)擴(kuò)增各個(gè)油料作物的特定基因片段,然后采用凝膠電泳、毛細(xì)管電泳等對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測,根據(jù)不同油料的指紋圖譜不同,實(shí)現(xiàn)對(duì)植物油進(jìn)行摻偽鑒別。近年來,DNA標(biāo)志物應(yīng)用于植物油摻假鑒別的相關(guān)報(bào)道有很多[28-29],其中葛文亮[30]等利用表面羧基修飾的Fe3O4磁珠富集了芝麻油、菜籽油、稻米油中的DNA,使用實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增了這些特異基因,同時(shí)通過瓊脂糖凝膠電泳分析了芝麻油、菜籽油、稻米油中的內(nèi)源性基因,結(jié)果表明,基于特征DNA的實(shí)時(shí)熒光PCR法可對(duì)以上3種植物油進(jìn)行定性鑒定。
王德蓮[31]等分別以5%、10%、20%、30%和50%的比例將大豆油或棕櫚油摻入花生油中,采用Wizard Genomic DNA Purification Kit試劑盒提取油中的DNA,以大豆lectin基因和棕櫚MT3-B基因?yàn)榘袠?biāo),通過常規(guī)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的電泳圖和實(shí)時(shí)熒光PCR的擴(kuò)增曲線檢測摻偽現(xiàn)象,結(jié)果表明,常規(guī)PCR和實(shí)時(shí)熒光PCR均能有效檢出花生油中摻入的10%大豆油或10%棕櫚油,且兩種PCR的測定結(jié)果無顯著差異。
由于植物油的過濾、脫色、脫臭等精煉深加工過程嚴(yán)重影響了DNA的完整性和含量,且提取液中殘留的蛋白質(zhì)、磷脂、多糖和酚類化合物等不僅干擾檢測,還會(huì)抑止DNA聚合酶的活性,導(dǎo)致擴(kuò)增不穩(wěn)定,影響檢測結(jié)果。因此,發(fā)展更高效、靈敏的DNA富集純化技術(shù)是該類方法的發(fā)展方向。
隨著蛋白組學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其近年來質(zhì)譜技術(shù)快速發(fā)展并應(yīng)用于蛋白質(zhì)和多肽的分析,為食品中成分鑒定提供新的思路和方法,液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)主要檢測蛋白質(zhì)或不同物種的特征多肽,穩(wěn)定性強(qiáng),靈敏度高,可以實(shí)現(xiàn)多物種的同時(shí)測定,并且能夠避免復(fù)雜基質(zhì)干擾及假陽性判別的問題,基于液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的物種特征肽段檢測已逐漸成為食品摻假鑒別和外源性成分鑒定的主要方法。Klaudia[32]等采用預(yù)冷丙酮提取冷榨植物油中的蛋白質(zhì),利用SDS-PAGE電泳分析了椰子油、月見草油、亞麻籽油、漢麻油、奶薊草油、黑種草油、南瓜籽油、油菜籽油、芝麻油和葵花籽油等10種冷榨植物油中的蛋白分布,結(jié)果顯示出物種特異性,同時(shí)使用UHPLC-Q-TOF-MS/MS方法分析了丙酮提取的蛋白質(zhì)的胰蛋白酶酶解產(chǎn)物,總共在樣品中檢測到380多種蛋白質(zhì)和1 050種肽,同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)Spectrum Mill軟件分析和NCBI蛋白數(shù)據(jù)庫blast對(duì)比分析,總共找到以上10種冷榨植物油的42種蛋白質(zhì)釋放的92種物種特異性肽段,其中芝麻油、葵花籽油和南瓜油中的特征肽段較多,分別為21、18 和 17 種肽。該技術(shù)是一種穩(wěn)定、靈敏、特異的追溯蛋白物種來源的新方法,為冷榨植物油成分鑒別提供理論依據(jù),但由于植物油中蛋白質(zhì)含量很低,需要發(fā)展高效的植物油中微量蛋白的提取富集技術(shù)。
目前常用的食用植物油摻偽鑒別方法有光譜法、穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法、基于脂質(zhì)組學(xué)的質(zhì)譜法和基于特征標(biāo)志物的檢測方法,其中光譜法是基于光電信號(hào)的宏觀組快速測定方法,優(yōu)點(diǎn)是快速無損,但由于食用植物油組成復(fù)雜,光譜重疊峰較多,且檢測精度受環(huán)境的影響,分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性較低;隨著食品安全同位素?cái)?shù)據(jù)庫的建立,穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)食用植物油進(jìn)行摻假鑒別工作越來越經(jīng)濟(jì)高效,但是不同的產(chǎn)地環(huán)境及生產(chǎn)加工過程對(duì)植物油穩(wěn)定同位素的影響效應(yīng)和機(jī)制研究仍然缺乏,導(dǎo)致穩(wěn)定同位素技術(shù)在植物油摻假檢測研究中缺乏系統(tǒng)的理論支撐,不宜推廣;基于脂質(zhì)組學(xué)的質(zhì)譜分析方法的不足在于其鑒別結(jié)論基于模型預(yù)測結(jié)果,不具有確證性,一般僅適用于一元或二元摻偽,難以實(shí)現(xiàn)多元摻偽鑒別;基于特征標(biāo)志物的檢測方法中的標(biāo)志物主要包括DNA特征序列和特征蛋白肽段,分子生物學(xué)方法和液質(zhì)聯(lián)用測定蛋白多肽技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很突出,是所有方法中最準(zhǔn)確可靠的,但是成本較高,且由于植物油的精煉深加工過程影響DNA和蛋白的完整性和含量,其中PCR方法可能會(huì)出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增導(dǎo)致假陽性或假陰性結(jié)果,雖然加工過程中蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,但由于植物油中蛋白質(zhì)含量很低,因此,發(fā)展更高效、靈敏的DNA和蛋白富集純化技術(shù)是該類方法的發(fā)展方向。
綜上所述,隨著食用植物油摻假技術(shù)的多樣化、隱蔽化和復(fù)雜化,對(duì)其鑒別手段提出了更高的要求,可從以下幾個(gè)方面逐步完善食用植物油摻假鑒別的方法:
(1)建立食用植物油數(shù)據(jù)庫,包括理化指標(biāo)、色譜圖、光譜圖、DNA圖譜、蛋白特征肽段等,為食用植物油摻假檢測提供參考。
(2)由于各光譜或色譜檢測方法所得到的圖譜都需要結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,因此開發(fā)先進(jìn)有效的數(shù)據(jù)處理方法從大批復(fù)雜的數(shù)據(jù)中獲得特征信息是一個(gè)重點(diǎn)研究方向。
(3)將多種摻偽鑒別技術(shù)并用,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),形成一套摻假檢測方法體系將是食用植物油摻偽檢測的另一個(gè)發(fā)展方向。