基于傅里葉近紅外光譜的食用油過氧化值間接檢測研究

高 媛 王 寧 于修燭 陳秀梅

(西北農林科技大學食品科學與工程學院，楊凌 712100)

食用油在加工、運輸和儲藏過程中，極易受到光、熱、氧及水分和酶的作用，發生復雜反應生成氫過氧化物，其性質不穩定極易分解為揮發性的醛類、酮類和短鏈脂肪酸等［1］，這些物質影響油脂風味、降低其營養價值，甚至對人體健康產生危害［2］。過氧化值不僅是衡量食用油中氫過氧化物含量的指標，也是判斷油脂新鮮程度和質量等級的重要指標之一。因此，食用油過氧化值的快速檢測對其品質及其食品安全控制具有重要意義［3－6］。目前過氧化值的檢測方法主要有滴定法、紫外檢測法、氣相色譜法、液相色譜法和電化學方法等，其中化學－碘量法存在操作繁瑣、試劑用量大、污染環境等問題，紫外檢測法因未氧化脂質成分會使其吸光峰值在最強光譜帶出現鈍邊具有靈敏度低等問題，氣、液相色譜主要存在樣品前處理復雜、分析耗時耗力等問題，電化學法一般存在選擇性較差等問題，難以滿足食品安全簡便、快速、準確及在線檢測的要求［7－9］。近紅外光譜技術具有方便、快捷、準確、不消耗化學試劑等優點，廣泛應用于食用油氧化的快速檢測分析［10－14］。本試驗以常見食用油為原料，采用傅里葉近紅外光譜技術，利用TPP與食用油氫過氧化物定量反應生成TPPO間接檢測過氧化值，解決模型通用性差等問題，以期為食用油過氧化值的快速測定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菜籽油、花生油、芝麻油、橄欖油、苦杏仁油、調和油、玉米油、葵花仁油、山茶油、魚油、羊油等食用油:市售;不含氫過氧化物的菜籽油，通過活化硅膠柱除去活性氧等物質獲得，并用碘量法測定加以確認。

三苯基磷(＞99%)、三苯基氧磷(＞99%):均為分析純，美國Sigma公司;氯仿、冰乙酸、異辛烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉等:均為分析純，天津博迪化工公司;TPP貯備液(準確配制質量分數為40%的TPP氯仿溶液)、TPPO貯備液(準確配制質量分數為40%的TPPO氯仿溶液)，避光保存備用。

1.2 儀器與設備

MPA型傅里葉變換近紅外光譜儀(檢測器為In-GaAs):德國布魯克公司。

1.3 方法

1.3.1 化學計量分析

過氧化值的測定是基于TPP與食用油中的氫過氧化物快速反應生成TPPO，通過TPPO含量推算食用油過氧化值。其化學計量反應式如下:

1 mol TPP(TPP相對分子質量為262.28)能使1 mol氫過氧化物ROOH轉化成ROH，同時產生1 mol TPPO(TPPO相對分子質量為278.28)，可將油樣中TPP、TPPO的含量折算成相應的過氧化值。折算關系式如下:

式中:m1為TPP或TPPO的質量/g;M1為TPP或TPPO的相對分子質量/g/mol;m油為油脂質量/kg。

根據油脂中TPP含量計算相應的過氧化值(PV)，1 mmol/kg PV相當于每千克油脂中含有0.262 3 g TPP，50 μL TPP 貯備液溶于4.000 g油樣，折算相應PV為25 mmol/kg;TPPO的含量折算相應的PV，1 mmol/kg PV相當于每千克油脂中含有0.278 3 g TPPO，50 μL TPPO 貯備液溶于4.000 g油樣，折算相應PV為23.6 mmol/kg。依據計量反應，反應過程中TPPO的PV與TPP的PV之和保持不變，即為反應前加入待測樣品中TPP的PV值，以TPPO的PV表示待測樣品的過氧化值。

1.3.2 光譜采集條件

在室溫下，采用傅里葉變換近紅外光譜儀采集光譜，將樣品裝于內徑為8 mm玻璃管置于樣品腔中，樣品透射腔溫度為40℃，分辨率為4 cm－1，光譜范圍為12 000～4 000 cm－1，掃描次數為32次，作2次平行試驗。

1.3.3 標樣和驗證樣品的制備

1.3.3.1 校正集樣品

分別將50μL TPP儲備液、50μL TPPO儲備液與2.000 g菜籽油(以GB/T 5538—2005測定油脂過氧化值，未檢出定義為0 mmol/kg，下同)混合形成TPP油及TPPO油。模擬反應后生成的TPPO與有未反應的TPP同時存在的體系，將零過氧化值的菜籽油、TPP油、TPPO油通過重量分析法隨機混合配制成標準樣品，將對應油樣中TPP、TPPO換算成過氧化值(PV)，結果如表1。

1.3.3.2 驗證集樣品

將氧化的花生油與零過氧化值的菜籽油，采用重量稀釋法配制20個系列樣品作為驗證集樣品，其過氧化值的范圍是0～20 mmol/kg;從市場上隨機抽取10個不同種類的油樣進行盲樣驗證分析。

表1 標樣中TPP和TPPO的配比關系

1.3.4 分析過程

稱取油樣2.000 g(精確至 0.001 g，下同)，加入50μL TPP(40%)貯備液，混合均勻(振蕩約1 min)使其充分反應，然后將約1 mL的油樣注入玻璃管(內徑為8 mm)樣品腔中，采集樣品的近紅外光譜。采用模型預測待測油樣中生成TPPO的質量摩爾濃度，進而折算出相應的PV。

1.3.5 數據分析

將采集的光譜數據導入OMNIC 7.3和TQ Analyst 7.2軟件(美國尼高力公司)中進行光譜預處理、譜區選擇和分析。首先采用偏最小二乘法(PLS法)對校正集樣品過氧化值建立定量分析模型，并選擇多種光譜預處理方法對模型進行優化，如基線校正、多元散射校正(MSC)、標準正交變換(SNV)、Norris導數平滑(NF)、Savitzky－Golay平滑(SF)、一階求導、二階求導等。采用GB/T 5538—2005測定油脂樣品的過氧化值作為實測值，通過近紅外光譜法模型預測獲得的過氧化值作為預測值;Origin軟件對數據進行處理分析，確定2種檢測方法的相關性以及近紅外光譜法的可靠性。

1.3.6 過氧化值國標法測定

參照GB/T 5538—2005。

2 結果與分析

2.1 光譜分析

為了確定光譜測定過氧化值的可行性，在透射腔溫度為40℃，分辨率為4 cm－1，光譜范圍為12 000～4 000 cm－1的條件下掃描含有 TPP、TPPO和 TPP+TPPO油樣光譜，掃描次數為32次，在此條件下采集標準樣品的光譜及對光譜進行差減處理，見圖1。

圖1 標準樣品的近紅外光譜

由圖1a可以看出，含TPP和TPPO的標準樣品均在 8 268、5 801、5 680、4 670、4 590 cm－1波數處有明顯的吸收峰，但峰值差異大，進一步進行光譜選擇性差減得圖1b。由圖1b可知，TPP與TPPO在近紅外光譜中有不同的特征吸收峰，TPPO分別在4 575、4 550、4 526 cm－1波數處有特征吸收。TPP在4 592 cm－1波數處有明顯特征吸收。TPP和 TPPO在4 601、4 569 、4 553 cm－1波數處都有特征吸收，由此可知TPP與TPPO近紅外光譜吸收峰相互重疊，波數范圍縮小［15－16］。從 TPP和 TPPO的化學結構上分析，TPPO比TPP多了一個雙鍵;樣品在4 650～4 500 cm－1之間有顯著的差異性。而體系中同時存在TPP及TPPO，根據化學定量反應可知，消耗的TPP物質的量與生成TPPO的物質的量相等，可以選擇某一波數下TPP和TPPO的吸光度之和來衡量TPP與氫過氧化物反應生成TPPO的情況進而推算出氫過氧化物的含量，可選擇光譜范圍為4 650～4 500 cm－1建立PV模型。

2.2 模型建立與驗證

采集校正集樣品和驗證樣品的光譜，將數據導入OMNIC 7.3和 TQ Analyst 7.2軟件，通過比較分析確定在一階求導、Norris導數平滑(NF)效果較好，采用偏最小二乘法(PLS)在光譜范圍為4 650～4 500 cm－1建立模型。以碘量法測定的過氧化值作為實測值，模型預測的結果作為預測值，得到最佳校正集和驗證集的實測值和預測值關系，如圖2和圖3所示。

圖2 校正集中食用油過氧化值實測值和模型預測值關系

由圖2可知，當光譜范圍為4 650～4 500 cm－1時，過氧化值的校正集實測值與預測值的標準曲線相關性良好，其實測值與預測值的相關方程為y=0.013 7+1.003 9x(R=0.999 4，RMSEC=0.143 9)，由相關方程可知R值為0.999 4，校正均方根誤差(RMSEC)為0.143 9。

圖3 驗證集中食用油過氧化值實測值和模型預測值關系

由圖3可知，過氧化值驗證集實測值與預測值的標準曲線相關性良好，其實測值與預測值的方程為y=0.031 7+1.049 4x(R=0.992 6，RMSEP=0.555 6)，由相關方程可知R值為0.992 6，預測均方根誤差(RMSEP)為0.555 6。即基于化學計量關系的近紅外光譜法測定食用油過氧化值與碘量法測定結果一致。

2.3 盲樣驗證

為了進一步驗證模型及油脂種類對模型的影響，隨機選取10種不同的油脂用模型預測過氧化值，并用碘量法平行測定其過氧化值，其結果見圖4。

圖4 盲樣過氧化值實測值和模型預測值關系

由圖4可知，盲樣驗證中模型過氧化值預測值與碘量法測定結果高度線性相關，其實測值與預測值的相關方程為 y=0.011 8+0.982 1x(R=0.997 1，SD=0.400 1)，由關系方程可知相關方程的斜率為0.982 1 接近于 1，截距為 0.011 8 接近于 0，R 值為0.997 1接近于1，表明2種方法測定結果過氧化值線性相關性良好;同時也驗證模型不受油脂種類的影響，模型通用性好。

2.4 精密度與準確度分析

對過氧化值驗證集樣品進行精密度和準確度檢驗，采用t檢驗法判斷近紅外光譜法和國標法是否存在顯著性差異，對盲樣預測集樣品中10個樣品的預測值與實測值進行配對t檢驗。過氧化值的t值為0.85，小于臨界值 t9，0.05=2.262，說明近紅外法和國標法無明顯差異。對同一樣品進行10次光譜掃描，由模型獲得各組分含量的預測值，并得到10次測量結果的相對標準偏差(RSD)，過氧化值的 RSD為6.198%，表明方法重現性較好。

3 結論

利用氫過氧化物與三苯基磷(TPP)快速反應生成三苯基氧磷(TPPO)的定量反應關系。TPP和TPPO在近紅外光譜4 650～4 500 cm－1范圍內具有明顯的差異性，采用PLS建立食用油過氧化值測定模型;對驗證集樣品及盲樣進行驗證并與國標碘量法進行比較分析，結果表明:盲樣驗證測定結果與國標法測定結果相比非常接近且不受油脂種類的影響，模型通用性好，其相關系數 R 為0.997 1，標準偏差(SD)為0.400 1，相對標準偏差小于10% ，符合國家標準相關要求。

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