山茶油摻入四種植物油的快速鑒別

黃更生，阮 媚，陳興發，卜 丹，穆洪濤

（1.廣東第二師范學院，a.生物與食品工程學院；b.數學學院，廣州 510303；2.廣州華僑醫院，廣州 510630）

山茶油可以增強機體免疫力、預防心腦血管疾病、清除自由基，有“東方橄欖油”“長壽油”的美稱［1］，含有大量不飽和脂肪酸油酸以及豐富的維生素E、β-胡蘿卜素以及磷脂等，不飽和脂肪酸油酸含量高達83%～95%，為各種食用植物油之冠，其中油酸74%～87%，亞油酸7%～14%，亞麻酸0.2%～0.8%［2，3］。山茶油還含有角鯊烯、甾醇、山茶甙、茶皂甙等多種生理活性物質［4］，是人們公認的健康食用油。但限于產量，其價格一直居高不下，一些商家在山茶油中摻入其他廉價的植物油，導致市場上山茶油質量存在較大差異。山茶油摻假較多的油類主要是玉米油、葵花子油等。用理化方法檢測山茶油品質，主要是通過添加相應的化學試劑觀察其變色反應，對摻假進行定性檢測［5］，但是理化方法具有污染性，還要對樣品進行較為繁瑣的預處理；利用氣相色譜法（GC-MS）［6］、高效液相色譜法（High performance liquid chromatography，HPLC）［7］、同步熒光光譜法［8］、紅外光譜法［9］等可以對山茶油進行定量檢測。其中氣相色譜法和高效液相色譜法具有回收率、精密度高，能準確鑒別出茶油中摻入的其他食用油的優點，優于其他方法，但其樣品油前期處理繁瑣、耗時長，且需要較昂貴的分析儀器，檢測過程復雜，對檢測技術的要求較高，因此難以在山茶油摻假鑒別上廣泛應用。

本研究利用前表面熒光技術結合主成分分析、Fisher判別分析等化學計量學方法，對摻入4種植物油的山茶油進行判定及建立摻假模型，以期為山茶油的摻假快速檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料山茶油、花生油、調和油、葵花子油、玉米油品牌純油，均購于廣州某大型超市；正己烷，北京伊諾凱科技有限公司。

1.1.2 試驗儀器RF-5301PC型島津熒光分光光度計（杭州英斯特科技有限公司），FA1004B型電子分析天平（上海平軒科學儀器有限公司），賽洛捷克Scilogex MX-F型旋渦混合器（上海偉進生物科技有限公司），TGL-18MC型高速冷凍離心機（浙江聚同有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 山茶油摻假樣品油的配制選取正己烷為溶劑，在山茶油中分別摻入玉米油，摻入體積比為5%、10%、20%、30%和40%，5個梯度，6次重復。每組各取5 mL，加入10 mL離心管，用正己烷溶解，振蕩2 min，充分混勻，12 600 r∕min離心30 min，得到30組山茶油摻玉米油樣品油。

山茶油摻花生油樣品油、山茶油摻調和油樣品油、山茶油摻葵花子油樣品油的配制方法同“山茶油摻玉米油樣品油”制備方法，每種油各配置30組樣品油。

1.2.2 山茶油摻假樣品油三維熒光譜數據的采集取各樣品油4 mL分別置于標準石英比色皿中，放入樣品池進行檢測。每種純油樣品分別于固定激發波長250～380 nm，發射波長260～550 nm，狹縫5 nm條件下進行掃描。應用三維透射熒光掃描法測定摻假油樣品最佳激發波長和最大發射波長范圍，掃描條件相同的純油樣品，對三維熒光光譜進行熒光峰分析。

1.2.3 數據處理前表面熒光掃描得到原始數據，數據處理后采用Origin 8.5 Pro軟件、SPSS statistics 17軟件和Matlab 2018a軟件進行作圖和分析。

2 結果與分析

2.1 山茶油與其他4種植物油的前表面熒光光譜分析

利用Origin 8.5 Pro軟件把前表面熒光掃描得到的二維熒光光譜繪制成三維熒光圖譜（圖1）。山茶油的三維熒光光譜（圖1a），出現了1個特殊的熒光特征峰，該峰激發光（λex）=295 nm，發射光（λem）=350 nm；花生油的三維熒光圖譜（圖1b），出現了1個特殊的熒光特征峰，該峰λex=290 nm，λem=340 nm；調和油的三維熒光圖譜（圖1c），出現了1個特殊的熒光特征峰，該峰λex=290 nm，λem=345 nm；葵花子油的三維熒光圖譜（圖1d），出現了1個特殊的熒光特征峰，該峰λex=290 nm，λem=340 nm；玉米油的三維熒光圖譜（圖1e），出現了1個特殊的熒光特征峰，該峰λex=295 nm，λem=345 nm。這與吳希軍等［10］運用熒光光譜及平行因子分析法在植物油鑒別中的應用中的各植物油的熒光峰位、峰強、峰數等因子有差異。熒光光譜法結果容易受到濃度、分子環境和光學散射的影響［11］。濃度與熒光強度相關，分子環境如溶劑的極性、熒光猝滅溫度、pH、熒光的內濾效應和自吸現象等會對熒光信息的表達產生影響［12］。由于植物油中的多酚分子易受溫度和溶劑，以及植物油中的脂肪酸甘油三脂、維生素和類胡蘿卜素等微量組分的影響，所以試驗中食用油的多酚化合物的熒光特征峰位置可能發生了紅移現象［13］，其位置位于290～300 nm，340～350 nm處。由此可見，不同種類的植物油，其熒光峰位、峰強并不相同。通過建立植物油的三維熒光光譜數據庫，利用熒光峰位、峰強等特征可以實現不同種類植物油的區分。

圖1 山茶油、花生油、調和油、葵花子油、玉米油的前表面三維熒光光譜

山茶油與其他4種植物油的前表面熒光光譜見圖2。由圖2可知，在波長260～550 nm處，山茶油與其他4種植物油的熒光光譜特性較為相似，都隨著發射波長的增大其熒光強度也增大。5種油在300～400 nm波長范圍內有強熒光吸收峰，該處峰主要由生育酚和酚類化合物組成［14］，5種油的熒光特征峰出現的位置及熒光峰強度有明顯差異，這可能是因為不同食用油中的生育酚、甾醇等微量組分不盡相同。因此，根據樣品油前表面熒光光譜的差異可以進行山茶油摻假的定性和定量分析。

圖2 山茶油、花生油、調和油、葵花子油、玉米油的前表面二維熒光光譜

2.2 山茶油與其他4種植物油光譜數據包分析

樣品油的光譜數據包含大量的數據點，本研究利用PCA對樣品油進行數據的降維，并利用關鍵的主成分得分（圖3）來表征樣品內部特征和聚類信息［15］。得到4個主成分：PC1（42.60%）、PC2（29.89%）、PC3（13.80%）、PC4（5.02%），總貢獻率為91.31%，大于85.00%，認為PC1、PC2、PC3、PC4能夠代表所有樣品的特征。隨著PC1、PC2、PC3、PC4所代表的熒光信息的化合物的增加，山茶油與其他4種植物油大部分可以區分，但是有部分樣品的區分不是很明顯。

圖3 山茶油與其他4種植物油主成分分析

2.3 山茶油與其他4種植物油光譜分析及判別

利用關鍵的主成分得分來表征樣品內部特征和聚類信息，運用Fisher判別分析進一步建立摻假鑒別模型。由表1可以看出，選取前4個主成分為特征值進行判別，可以將山茶油與其他4種植物油完全區分開。

表1 各植物油主成分-Fisher判別模型判別分析

2.3.1 山茶油與其他4種植物油前表面熒光光譜分析對各樣品油進行熒光掃描，并對數據進行處理，得到不同種類樣品油的前表面三維熒光光譜，其中，山茶油中摻葵花子油、玉米油的前表面三維熒光光譜見圖4。由圖5可知，隨著摻入玉米油比例的增加，前表面熒光光譜在波長300～400 nm的熒光強度逐漸增強，與山茶油中摻入其他3種植物油前表面熒光光譜得到的規律相同，表明摻假比例與熒光強度相關。

圖4 山茶油中摻葵花子油、玉米油的前表面三維熒光光譜

圖5 山茶油中摻入不同比例玉米油樣品油在波長260～550 nm處的前表面熒光光譜

2.3.2 根據熒光數據對山茶油與其他4種植物油進行判別分析采集樣品油、純山茶油及其他4種植物純油的前表面熒光數據，對數據進行主成分分析（圖6）。由圖6可知，前3個主成分得分79.74%，不能充分解釋前表面光譜數據變量，不能把摻假后的山茶油充分和其他植物油樣區分開，因此需要進一步結合其他化學計量學分析。由圖7可知，按照摻入比例5%、10%、20%、30%和40%得到4個主成分，總貢獻率分別為94.71%、94.44%、93.55%、94.26%和92.80%，對摻后的各樣品總貢獻率均大于85%，隨著PC1、PC2、PC3、PC4所代表的熒光信息的化合物的增加，可以簡單區分山茶油與其他4種植物油，對進一步定量測定摻入濃度具有借鑒作用。摻假山茶油主成分-Fisher判別模型見表2，結果表明，實際測得結果與預測完全一致，說明該判別方法準確可靠。

圖6 純山茶油、花生油、調和油、葵花子油、玉米油樣品油的主成分分析

圖7 山茶油摻入不同比例花生油、調和油、葵花子油、玉米油的主成分分析

表2 摻假山茶油主成分-Fisher判別模型判別分析

3 小結

本研究對比分析了山茶油、花生油、調和油、葵花子油、玉米油的前表面三維熒光光譜特性，建立了山茶油摻入比例超出5%的判別分析模型。由于山茶油富含不飽和脂肪酸、甾醇等，組分含量不同，山茶油與花生油、調和油等的熒光特性具有顯著差異。以不同摻入比例的山茶油為研究對象，采集激發波長250～380 nm，發射波長260～550 nm的前表面熒光數據，結合主成分分析和Fisher判別分析建立判別模型，實現山茶油的摻假鑒別。結果表明，其對山茶油中摻入其他4種植物油的摻假識別率高達100%，所以此模型可以較好地判斷山茶油是否摻假，對市場質量監控有很好的應用價值。