基于指紋圖譜相似度的米糠油摻偽檢測(cè)方法研究

喻鳳香 林親錄 黃中培

(湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院1，長(zhǎng)沙 410127)

(中南林業(yè)科技大學(xué)2，長(zhǎng)沙 410004)

米糠油又稱稻米油，近年來(lái)被稱為“油中真黃金”，與玉米胚芽油、橄欖油同為世界衛(wèi)生組織(WHO)推薦的三大健康油。米糠油是稻谷加工過(guò)程中產(chǎn)生的米糠經(jīng)過(guò)壓榨或浸提制取的油脂［1］，富含 γ －谷維素［2－3］、維生素 E、植物甾醇［4］。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，且具有預(yù)防心腦血管疾病、降血脂、促進(jìn)新陳代謝等生理功能［5－8］。植物油由于種類、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不同而價(jià)格差異很大。國(guó)內(nèi)北大荒集團(tuán)、銀河藥業(yè)、中糧集團(tuán)、萬(wàn)和園油脂等都有米糠油生產(chǎn)和銷售，比較各品牌米糠油與其他食用油的價(jià)格，米糠油價(jià)格與壓榨花生油類似，低于橄欖油、油茶籽油，稍高于玉米胚芽油、葵花籽油，明顯高于大豆油、棉籽油、菜籽油、棕櫚油。當(dāng)前植物油購(gòu)銷市場(chǎng)全面放開，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)人員為了利益常用價(jià)廉的油脂摻入高級(jí)油品中，以節(jié)約成本，謀取暴利。

目前對(duì)于米糠油的研究偏重于其制備工藝，對(duì)摻偽檢測(cè)的專題研究鮮見報(bào)道。相似度作為指紋圖譜的一個(gè)參數(shù)，已被國(guó)家藥典委員會(huì)確定為指紋圖譜標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。單個(gè)譜圖涉及的色譜峰可能上百，進(jìn)行峰匹配工作非常繁瑣。王龍星等［9］利用VB6.0編制程序，進(jìn)行自動(dòng)匹配，可計(jì)算相似度。本研究采用指紋圖譜相似度判別米糠油中廉價(jià)油脂的摻偽量。植物油的主要脂肪酸組成大部分有相同之處，但是主要脂肪酸的含量是不同的，根據(jù)主要脂肪酸的組成與含量，即可鑒別油品種類，一種植物油中摻混有其他油脂后，必然會(huì)改變其脂肪酸的組成與含量，與其對(duì)應(yīng)的純品油脂肪酸進(jìn)行比較，即可以鑒別出摻偽油種及含量。

1 材料與方法

1.1 材料

米糠油、菜籽油、大豆油:自制;棕櫚油:市售，馬來(lái)西亞進(jìn)口;棉籽油:市售。

1.2 油脂的甲酯化與色譜分析［10］

取油脂3～5滴于10 mL容量瓶中，稱重，加入1 mL乙醚，1 mL石油醚，搖勻，加入2 mL KOH－甲醇液，振搖，靜置8 min，用蒸餾水定容。靜置分層，上層液為氣相色譜待測(cè)液。載氣為純度99.999%氮?dú)猓罅魉?.8 mL/min;進(jìn)樣口溫度240℃;檢測(cè)器溫度240℃;柱室220℃;分流比28∶1;進(jìn)樣量1 μL;空氣流速280 mL/min;氫氣流速30 mL/min;量程1。

1.3 模擬摻偽

米糠油中摻入各種油脂，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，將5種油脂按表中比例摻入到米糠油中，共計(jì)50個(gè)樣品。

表1 油脂摻偽量

1.4 指紋圖譜相似度的計(jì)算

每個(gè)色譜指紋圖譜都可以看做一組對(duì)應(yīng)保留時(shí)間下的峰高(或峰面積)的數(shù)值，可將這組數(shù)值看做多維空間中的向量，使兩個(gè)指紋圖譜間相似性的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多維空間的2個(gè)向量的相似性問(wèn)題。如果存在2個(gè)向量X、Y，則X、Y之間的向量夾角余弦可利用式(1)計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用 Mathematica、Spss17.0、Excel軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 各類植物油主要脂肪酸的種類

將各樣品的色譜流出曲線導(dǎo)入中國(guó)藥典委員會(huì)推薦的指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)軟件2004A版可進(jìn)行直觀分析和相似度分析，圖1是各類純植物油的脂肪酸色譜圖，與脂肪酸標(biāo)樣譜圖對(duì)照可知米糠油的主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。棉籽油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸。棕櫚油主要脂肪酸為癸酸、豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。菜籽油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸、芥酸。大豆油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。各油脂脂肪酸含量與比例不同，米糠油模擬摻偽后相應(yīng)的脂肪酸含量和比例也會(huì)發(fā)生規(guī)則性的變化，但一種或幾種脂肪酸含量變化規(guī)律往往不能完全代表油脂的摻偽量，因此本研究以指紋圖譜相似度來(lái)研究摻偽量。

圖1 各類油脂的氣相色譜圖

2.2 米糠油中摻棕櫚油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例棕櫚油的米糠油、純棕櫚油共計(jì) 10 份樣品的 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量輸入excel，通過(guò)直觀分析和特征脂肪酸分析，上述10個(gè)脂肪酸含量均呈線性變化，因此計(jì)算夾角余弦選取該10個(gè)脂肪酸含量作為向量，權(quán)重均等。利用式(1)計(jì)算各摻偽米糠油對(duì)純米糠油的相似度(見表2)，結(jié)果表明摻偽量越多，指紋圖譜相似度越小，兩者呈線性遞減曲線，見圖2。其線性方程式見式(2)。通過(guò)線性方程式計(jì)算摻偽量，與實(shí)際摻偽量進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差，相對(duì)誤差平均值為2.22%。分別摻偽1%、2%、3%、4%、5%進(jìn)行進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，相對(duì)誤差分別為 9.22%、5.92%、6.00%、5.71%、5.40%，因此這個(gè)模型可以快速準(zhǔn)確的檢驗(yàn)米糠油摻偽棕櫚油的量，任意摻偽量范圍內(nèi)檢測(cè)相對(duì)誤差均＜10%。摻偽量越大誤差越小，摻偽量＞2%時(shí)，相對(duì)誤差 ＜7%，平均值為3.31%。摻偽量大于20%，相對(duì)誤差＜±2.6%，平均值為1.16%。

圖2 指紋圖譜相似度與摻偽量模型

式中:y為指紋圖譜相似度/%;x為棕櫚油摻偽比例。

表2 米糠油摻棕櫚油指紋圖譜相似度與相對(duì)誤差

2.3 米糠油中摻菜籽油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例菜籽油的米糠油、純菜籽油共計(jì) 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1含量輸入excel，通過(guò)直觀分析和特征脂肪酸分析，其中 C14∶0、C16∶0、C18∶2、C18∶3、C20∶1、C22∶1呈線性變化，因此計(jì)算夾角余弦選取該6個(gè)脂肪酸含量作為向量，權(quán)重均等。計(jì)算各摻偽米糠油對(duì)純米糠油的相似度(表2)，結(jié)果表明摻偽量與指紋圖譜呈線性遞減曲線，見圖3。其線性方程式見式(3)。試驗(yàn)條件下相對(duì)誤差均小于10%，平均相對(duì)誤差為2.58%。摻偽量11.44%的試驗(yàn)組相對(duì)誤差最大，為10.69%。設(shè)計(jì)11% ＜摻偽量＜24%的驗(yàn)證試驗(yàn)，分別摻偽14%、18%、22%進(jìn)行同樣色譜分析和相似度計(jì)算，相對(duì)誤差分別為 7.35%、4.38%、2.25%，因此這個(gè)模型在摻偽量＞14%時(shí)可以快速準(zhǔn)確的檢驗(yàn)米糠油摻偽菜籽油的量，14%以上誤差小于10%，基本準(zhǔn)確。當(dāng)摻偽量＞24%，相對(duì)誤差大部分在1%以下，平均值為1.56。

式中:y為指紋圖譜相似度/%;x為大豆油的摻偽量。

圖3 指紋圖譜相似度與菜籽油摻偽量模型

2.4 米糠油中摻棉籽油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例棉籽油的米糠油、純棉籽油共計(jì) 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量輸入excel，通過(guò)直觀分析和特征脂肪酸分析，C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3 呈線性變化，因此計(jì)算夾角余弦選取該7個(gè)脂肪酸含量作為向量，權(quán)重均等。計(jì)算各摻偽米糠油對(duì)純米糠油的相似度(表2)，摻偽量與指紋圖譜相似度呈線性遞減曲線，見圖4。其線性方程式見式(4)。通過(guò)線性方程式計(jì)算摻偽量，與實(shí)際摻偽量進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)誤差，相對(duì)誤差平均值為4.24%。摻偽量12% ～25%的試驗(yàn)組誤差最大，為10%左右，摻偽量42%以上相對(duì)誤差＜3%，平均值為0.98%。因此該模型在摻偽量＞42%時(shí)，檢測(cè)結(jié)果可以認(rèn)為完全準(zhǔn)確，摻偽量＞17%基本準(zhǔn)確。

式中:y為指紋圖譜相似度/%，x為大豆油的摻偽量。

圖4 指紋圖譜相似度與棉籽油摻偽量模型

2.5 米糠油中摻大豆油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例大豆油的米糠油、純大豆油共計(jì) 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶0含量輸入Excel，通過(guò)直觀分析和特征脂肪酸分析，所有的脂肪酸均呈線性變化，因此計(jì)算夾角余弦選取該11個(gè)脂肪酸含量作為向量，權(quán)重均等。計(jì)算各摻偽米糠油對(duì)純米糠油的相似度(見表5)，結(jié)果表明摻偽量越多，指紋圖譜相似度越小，2者呈線性遞減曲線，見圖5。其線性方程式見式(5)。計(jì)算相對(duì)誤差，相對(duì)誤差平均值為2.81%。試驗(yàn)條件下?lián)絺瘟繛?4%的樣品相對(duì)誤差最大，為11.58%。摻偽量24%以上的試驗(yàn)組平均相對(duì)誤差為1.72%。對(duì)14%～24%之間的摻偽量進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，分別摻偽16%、18%、20%、22%，其相對(duì)誤差分別為 9.68%、6.45%、3.02%、2.11%，因此該模型在摻偽量16%以上能基本準(zhǔn)確進(jìn)行定量判斷，摻偽量24%以上完全準(zhǔn)確。

式中:y為指紋圖譜相似度/%，x為大豆油的摻偽量。

圖5 指紋圖譜相似度與大豆油摻偽量模型

3 結(jié)論

利用向量夾角余弦法計(jì)算摻偽米糠油與純米糠油的指紋圖譜相似度，結(jié)果表明，摻混量增加，相似度呈線性下降。米糠油摻混棕櫚油，相似度與摻偽量計(jì)算模型為 y=5.802 3x3－17.469x2－0.269 2x+99.99(R2=0.999 6)，該模型誤差小，適用于 2% 以上的摻偽量。米糠油摻混菜籽油，摻混量與相似度的計(jì)算模型為 y= －23.62x3－8.380 6x2－6.138 3x+100.12(R2=0.999 4)，該模型適合于 14% 以上的摻混量。米糠油摻混棉籽油，摻混量與相似度計(jì)算模型為 y= －240.52x5+677.8x4－697.92x3+312.09x2－66.998x+99.97(R2=0.999 3)，該模型適合于17%以上的摻混量。米糠油摻混大豆油，摻混量與相似度計(jì)算模型為 y=12.33x3－ 26.047x2－ 2.685 5x+100.05(R2=0.999 1)，該模型適合于 16% 以上的摻混量。

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