溫度外擾的二維相關熒光譜鑒別4種食用植物油的研究

陳 斌 張玉瑩 陸道禮 于麗燕

(江蘇大學食品與生物工程學院1，鎮江 212013)(中國藥科大學高職學院2，南京 210008)

溫度外擾的二維相關熒光譜鑒別4種食用植物油的研究

陳 斌1張玉瑩1陸道禮1于麗燕2

(江蘇大學食品與生物工程學院1，鎮江 212013)(中國藥科大學高職學院2，南京 210008)

采用F97S熒光分光光度計結合溫度擾動下的二維相關熒光光譜技術，對芝麻油、棕櫚油、菜籽油和油茶籽油，進行了快速無損的識別方法的研究，并以市售4種植物油樣品進行驗證試驗。結果表明，4種食用植物油樣加熱后的一維熒光發射光譜譜圖在出峰數目、位置以及峰強度上都略有差別，而結合二維相關熒光光譜對其進行進一步的研究時，其譜圖在自動峰和交叉峰的出峰數目、位置以及交叉峰正負情況上區別更為清晰直觀。表明以溫度為外擾，二維相關熒光光譜能夠對食用植物油進行有效區分。

食用植物油 二維相關光譜 熒光發射光譜

食用植物油是維持人體正常代謝必不可少的成分之一，是提供必需脂肪酸的主要來源，它不僅可以提高食物的口感、色澤和香味，還是促進脂溶性維生素吸收的重要物質。常見食用植物油主要有菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油、油茶籽油、橄欖油等。由于其品質及價位之間的巨大差異，不法生產經營者為牟取暴利進行違法摻雜，因而對食用植物油進行種類識別及摻雜研究具有重要的理論和實際意義。

熒光光譜法在食用植物油定性分析方面具有靈敏度高、選擇性強、試樣量少等優勢。但是熒光光譜的峰谷都較寬，重疊現象嚴重，并且其歸屬信息不如紅外等其他分子光譜清晰。二維相關分析的基本概念最初由理查德·恩斯在30年前提出，當時僅應用于核磁共振(NMR)領域，直到Isao Noda[1]分別在1986年、1989年、1993年就二維相關理論提出改進，并最終形成了廣義二維相關光譜的概念，外部微擾得以從正弦波形的低頻擾動拓展到能導致光譜信號變化的任何形式，如：溫度、壓力、濃度、磁場等。目前，二維相關分析技術在熒光光譜領域的研究還相對較少，尤其是在食用植物油的鑒別摻雜研究方面的應用更是寥寥。二維相關光譜技術相對于傳統的一維熒光光譜法有兩大顯著優勢[2-3]：一是將光譜信號擴展到第二維上，大大提高了光譜分辨率：二是能通過給出不同信號峰之間的變化關系揭示各個基團之間的關系和變化順序。因此，在田萍等[4]加熱時間為外擾鑒別4種植物油的基礎上，基于一維發射熒光光譜以及二維相關熒光光譜分析技術，以溫度為外擾，對4種常見植物油進行種類的鑒別試驗，證明各植物油二維相關譜圖差異明顯，也可用于鑒別食用植物油的種類。

1 材料與方法

1.1 試驗設備

F97S熒光分光光度計(儀器外接光導纖維將激發光和發射光耦合到儀器上):上海棱光技術有限公司；溫度范圍為室溫～240 ℃的自制加熱附件。

1.2 試驗材料

試驗使用了4種采用相同熱榨方式制取的未經脫臭等精煉處理的植物油，其制取過程中加熱環節相同。芝麻油：河南農戶自榨；棕櫚油：寧波市出入境檢驗檢疫局；菜籽油：江蘇農戶自榨；油茶籽油：江西山村油脂有限公司。驗證試驗油樣選用市售4種植物油：江西野生油茶籽油、金龍魚菜籽油、?；逝谱貦坝秃秃沩樦ヂ橄阌?。

1.3 試驗方法

采用F97S熒光分光光度計，在相同條件下對4種食用植物油的發射熒光光譜進行測定和分析。測定參數：激發波長405 nm，發射波長范圍405～800 nm，掃描速度1 000 nm/min、光電倍增管電壓為650 V。

將所測油樣加入自制加熱附件中從室溫開始加熱，以10 ℃為加熱間隔進行連續加熱，每次到設定溫度后穩定3 min，采集熒光光譜，至240 ℃結束加熱。選取100 ℃至240 ℃油樣進行光譜數據處理，獲得連續加熱溫度為外擾的動態光譜。利用自主研發的NISAR4.3數據處理系統對所得動態光譜數據進行歸一化處理后以matlab為平臺，依據廣義二維相關理論將動態光譜進行相應的二維相關計算，在繪制等高線圖譜時選取等高線參數為32。

2 結果與分析

2.1 4種植物油加熱后一維熒光發射光譜分析

圖1是4種食用植物油加熱后的一維熒光發射光譜。從圖1a可以看出油茶籽油加熱后熒光發射光譜的變化規律，隨著加熱溫度的升高，油茶籽油位于444、471、672 nm處的特征熒光峰強度逐漸降低，509、720 nm處的譜峰逐漸消失，500 nm處出現了新的熒光譜峰；圖1b反映了菜籽油加熱后的熒光發射光譜變化規律，隨加熱溫度的不斷升高，其445、672 nm處的熒光譜峰強度逐漸降低，513、720 nm處的譜峰逐漸消失；圖1c顯示，隨加熱溫度的升高，棕櫚油位于465 nm處的熒光譜峰強度逐漸降低；由圖1d可知，芝麻油位于480 nm處的特征熒光峰強度隨加熱溫度的升高而逐漸降低，其位于666 nm處的熒光譜峰逐漸消失。這些差異表明這4種植物油中熒光物質的組成是不同的，利用一維發射熒光光譜來對其進行區分鑒別具有可行性。但是對于熒光光譜比較接近的油樣，如芝麻油和棕櫚油，油茶籽油和菜籽油，由于一維熒光發射光譜間差異并不大，譜圖信息也較少，區分不夠直觀，因而選用二維相關分析以加強譜圖信息量，加強植物油間的差異性，以便更直觀、清晰的鑒別出食用植物油的種類。

表1 4種植物油未加熱前熒光峰出峰信息表

圖1 4種植物油加熱后一維熒光發射光譜

2.2 4種植物油二維相關熒光光譜分析

廣義二維相關分析是利用不同外界微擾，研究體系各組分有關集團振動行為的差異性而提高光譜分辨率，獲得更多的信息。同步光譜關于主對角線對稱，異步光譜關于對角線反對稱，二維圖譜中的峰統稱為相關峰。其中位于主對角線上的稱之為自動峰，只存在于同步圖中，由動態信號自身相關得到，它的強度代表了體系對外擾的敏感程度。位于非主對角線位置處的峰則稱之為交叉峰，其值可正可負，在所觀察的外擾的變化區間內，若在不同波長處的2個峰同時增大或減小，則交叉峰為正值，反之則為負值。通過對其同步圖的出峰位置、出峰數目以及自動峰強度、交叉峰正負情況的分析對它們加以區分和鑒別。

圖2 4種植物油加熱溫度外擾下二維同步相關熒光光譜圖

圖2、圖3分別表示的是4種植物油的二維同步相關熒光光譜圖及自動峰曲線圖。其中自動峰曲線圖是二維同步相關三維譜圖經平面x=y縱切獲得的切面圖。由圖2、圖3、表2、表3可看出，油茶籽油和菜籽油，棕櫚油以及芝麻油在自動峰、交叉峰譜圖出峰趨勢上有一定的相似性，但在自動峰和交叉峰數目、自動峰強度上還是有一定區別的。

圖3 4種植物油加熱溫度外擾下的自動峰強度譜

油茶籽油有2個自動峰(471 nm附近的弱峰和672 nm左右的強峰)和3個交叉峰2個較強的負交叉峰和位于的正交叉峰)。菜籽油只有一個自動峰(672 nm附近)，雖然與油茶籽油相比，二者自動峰出峰位置相同，但菜籽油的自動峰強度明顯高于油茶籽油。另外，與油茶籽油相較，菜籽油有2個交叉峰。同時，與油茶籽油的2個交叉峰相比，其強度均高于油茶籽油。棕櫚油有2個自動峰，而同步圖中未顯示出有交叉峰的存在。芝麻油存在3個自動峰和1個弱負交叉峰，與棕櫚油相比，出峰數目和出峰位置都有較大差異。通過對4種植物油的二維同步相關熒光光譜的分析可知，它們在自動峰以及交叉峰的出峰位置、出峰數目和峰強度上都存在明顯差異，說明4種植物油所含熒光物質基團對溫度的敏感程度不同，從而進一步證明4種植物油所含的熒光物質基團具有差異性。與一維發射熒光光譜相比二維相關光譜間的差異更明顯、直觀，譜圖信息量也有所增加。

表2 4種植物油加熱溫度外擾下自動峰出峰信息

表3 4種植物油加熱溫度外擾下二維同步圖交叉峰出峰信息表

2.3 驗證試驗

選用4種市售植物油，按照1.3方法進行熒光光譜掃描和二維相關計算，獲得的二維同步相關熒光光譜圖如圖4所示，由圖4可以看出各植物油樣品特定的出峰位置以及出峰數目等相關信息：圖4a有3個自動峰，分別位于471、603和672 nm處，4個交叉峰[(471,672)、(672,720)、(471,603)3個較強的負交叉峰和位于(650,672)的正交叉峰],雖與2.2中圖譜信息略有差異，可能是由不同廠家不同批次植物油間的差異導致的，但整體趨勢是相同的，故確定為油茶籽油；圖4b有一個位于672 nm處的自動峰，有2個交叉峰[(450,672)弱負交叉峰和(650,672)的弱負交叉峰]，與圖2.2中菜籽油出峰信息相同，股確定b為菜籽油；圖4c存在2個分別位于465和800 nm處的自動峰，無交叉峰存在，與圖2.2中棕櫚油出峰信息相同，因而確定其為棕櫚油；圖4d譜出峰信息與圖2.2中芝麻油信息相比，兩者自動峰出峰信息一致，d油樣有3個交叉峰[(480,650)、(480，750)、(650,750)]，而芝麻油在(480,650)位置存在弱負交叉峰，故而確定其為芝麻油。所以溫度為外擾的二維相關熒光光譜能夠準確鑒別出這4種植物油品種。

圖4 4種植物油加熱溫度外擾下二維同步相關熒光光譜圖

3 結論

選用油茶籽油、菜籽油、芝麻油和棕櫚油為試驗材料，以連續加溫為外擾，采用二維相關等熒光光譜法對4種植物油加以區分鑒別進行試驗研究，結果表明：油茶籽油、菜籽油、芝麻油和棕櫚油這4種食用植物油加熱后其一維熒光光譜的出峰信息略有改變，各植物油熒光峰強度均有降低的趨勢，并且除棕櫚油外，其它3種植物油均有個別熒光峰隨溫度的升高而消失，同時又產生新熒光峰的現象。然而在它們的二維相關熒光光譜譜圖中，其差異更明顯直觀，并且信息更豐富。具體表現在通過讀取譜圖信息，發現它們在自動峰及交叉峰的出峰位置、出峰數目和峰強度上存在明顯差異。在通過選用市售4種植物油樣品進行的驗證試驗表明該方法鑒別效果明顯。

以連續加溫為外擾，通過對植物油的熒光發射光譜和二維相關熒光光譜進行有效分析，可以更快速、直觀的鑒別食用植物油。

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Four Edible Vegetable Oil with the Two-Dimensional Correlation Fluorescence of Temperature Disturbance

Chen Bin1ZhangYuying1Lu Daoli1Yu Liyan2

(College of Food and Biological Engineering, Jiangsu University1, Zhenjiang 212013)(Vocational and Technical College, China Pharmaceutical University2, Nanjing 10008)

Adopted F97S fluorospectro photometer with the two-dimensional correlation fluorescence under the temperature disturbance to conduct study of the quick and non-destructive identification method on sesame oil, palm oil, rapeseed oil and camellia seed oil Furthermore, use 4 kinds of commercially available vegetable oil samples for validation test. The results showed that, on the emission fluorescence spectra, the characteristic absorption peak of each vegetable oil varied in numbers, locations and intensities of peaks. Furthermore, when took the further study with the two-dimensional correlation fluorescence, the peak numbers, locations as well as the positive and negative situations of the cross-peaks of its atlas on auto-peaks and cross-peaks can be identified more clear and visualized. It showed that took the temperature as the disturbance, the edible vegetable oils can be effectively identified by the two-dimensional correlation fluorescence.

edible vegetable oil, two-dimensional correlation fluorescence, fluorescence emission spectrum

O657.39

A

1003-0174(2016)06-0153-05

國家自然科學基金(31271874)

2014-10-22

陳斌，男，1960年出生，教授，博士生導師，農產品快速無損檢測新技術