氣相色譜-離子遷移譜應(yīng)用于橄欖油的摻假鑒別

李淑靜，趙婷，葛含光，張敏，俞子萱

（天津出入境檢驗檢疫局動植物與食品檢測中心，天津300461）

傳統(tǒng)的橄欖油鑒別方法是感官評定，通過觀察顏色、聞香味、品嘗口感來判斷橄欖油是否摻雜，但感官評定檢測結(jié)果受主觀因素影響較大，不適合大批量樣本的檢測。而通過對橄欖油的成分進(jìn)行摻假鑒別是能夠量化的、可用于大批量檢測的主要手段：常規(guī)理化法主要是通過檢測橄欖油中固有物質(zhì)或摻入物質(zhì)的理化指標(biāo)來鑒別是否摻假的，主要包括水分含量、紫外線吸收值、溶劑殘留量、過氧化值、酸值、碘值、雜質(zhì)含量、金屬含量等。特異指標(biāo)如：脂肪酸成分、甾醇含量等。GB 23347-2009《橄欖油、油橄欖果渣油》中規(guī)定了不同級別橄欖油中脂肪酸組成、反式脂肪酸含量、不皂化物含量、甾醇和三萜烯二醇組成及含量、蠟含量、酸值、過氧化值等技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)及其檢驗方法；色譜法主要為氣相色譜法、液相色譜法，主要以橄欖油的化學(xué)成分作為其摻假判別的主要依據(jù)。Flores等[1]結(jié)合固相微萃取和多維氣相色譜分析法對橄欖油中摻榛子油含量進(jìn)行檢測，最低檢測含量為7%。Dionisi等[2]采用反相高效液相色譜-電化學(xué)對植物油樣品進(jìn)行分析，結(jié)果顯示生育三烯酚在棕櫚油和葡萄籽油中含量較高，在橄欖油、榛子油、葵花油和大豆油中均未檢測出。Zabaras等[3]采用反相高效液相色譜法分析橄欖油中的極性成分，判斷橄欖油中是否摻有榛子油，其榛子油最低檢測線為5%時，準(zhǔn)確率達(dá)90%；Jafari等[4]通過用核磁共振儀檢測橄欖油中亞麻酸的含量來判斷橄欖油中是否摻有大豆油和葵花籽油。但是這些檢測方法有其相應(yīng)的不足之處：常規(guī)理化方法和色譜方法分析過程復(fù)雜、繁冗、耗時長，對樣本具有破壞性。光譜法雖然可以完成樣品的無損檢測，但是光譜具有一定的不穩(wěn)定性，有時會干擾分析結(jié)果。

離子遷移譜（ion mobility spectrometry，IMS）是基于氣相中不同的氣相離子在電場中遷移速度的差異來對化學(xué)離子物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)識的一項分析技術(shù)，是一種快速便捷且成本低的分析手段。氣體分子在離子化區(qū)域轉(zhuǎn)化成帶電荷的離子，然后進(jìn)入漂移管，依據(jù)氣相離子在電場中的遷移速度不同進(jìn)行鑒別分析。離子遷移譜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于爆炸物檢測[5]、非法藥物檢測[6]、過程質(zhì)量控制、環(huán)境檢測[7]等多個領(lǐng)域。隨著離子遷移譜的民用化發(fā)展，其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸發(fā)展起來。IMS的高靈敏度、選擇性使其成為適合于食品質(zhì)量和安全控制，包括儲藏、加工過程中的質(zhì)量控制的一種分析方法[8]。高選擇氣相色譜（gas chromatography，GC）與高靈敏度的離子遷移譜結(jié)合可以將兩種分析方法的優(yōu)勢相結(jié)合，通過兩維保留時間對化合物進(jìn)行定性分析，是一種強有力的分析手段，具有檢測限低（可低至ppb級）、分析時間短（只需幾分鐘）、簡單易用、低維護(hù)費用、低成本等特點，同時與傳統(tǒng)分析方法相比二維譜圖可以更好的展示檢測結(jié)果。Garrido-Delgado等利用GC-IMS檢測到西班牙橄欖油中的26種代謝產(chǎn)物，并對特級初榨橄欖油、橄欖油和果渣油進(jìn)行了區(qū)分[9-11]，并且測定了不同包裝材料對橄欖油貨架期的影響[12]。

基于此，本研究利用橄欖油特有的香氣，直接頂空進(jìn)樣，樣品經(jīng)快速色譜分離后，進(jìn)入電離反應(yīng)區(qū)被電離，再進(jìn)入遷移管與逆向漂移氣碰撞后漂移到檢測器，獲得相對遷移時間，形成指紋圖譜。并以各國進(jìn)口初榨橄欖油為主要研究對象，借助于化學(xué)統(tǒng)計方式對橄欖油摻假進(jìn)行鑒別分析。

1 材料與方法

1.1 樣品

收集30個進(jìn)口橄欖油及混合橄欖油、亞麻籽油、葵花籽油樣品進(jìn)行分析，其中有16個樣品為特級初榨橄欖油、9個果渣油，5個樣品為其他油類，常溫保存，樣品信息見表1。樣品均平行兩次分析共60個樣本。

表1 收集的樣品信息Table 1 Information of samples

續(xù)表1 收集的樣品信息Continue table 1 Information of samples

1.2 試劑與儀器

Flavour Spec氣相-離子遷移譜（配備全自動頂空進(jìn)樣器）、OV-5 MCC（multi capillary column）色譜柱：德國GAS公司；20 mL頂空進(jìn)樣瓶：Thermo。

1.3 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取樣品（2.00±0.01）g于20mL頂空進(jìn)樣瓶中，壓蓋封口，放入頂空進(jìn)樣器的相應(yīng)瓶位上，準(zhǔn)備進(jìn)樣。

1.4 氣相-離子遷移譜條件

1.4.1 頂空進(jìn)樣器檢測條件

頂空爐孵化溫度60℃，平衡時間10 min，樣品進(jìn)樣體積100 μL，震動速度500 r/min，進(jìn)樣針溫度60℃，填充速度 200 μL/s，進(jìn)樣速度 150 μL/s。

1.4.2 離子遷移譜檢測條件

離子源：正離子模式；載氣為高純氮氣，進(jìn)樣口溫度80℃，離子傳輸管溫度60℃，色譜柱溫度35℃，離子傳輸管載氣流速350 mL/min，色譜柱載氣流速30 mL/min。

1.5 數(shù)據(jù)分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）分析采用分析軟件實驗室分析瀏覽器（laboratory analytical viewer，LAV）自帶的PCA分析程序（init dynamic PCA）進(jìn)行分析。

多元線性回歸分析之前，所有的離子遷移譜數(shù)據(jù)需要進(jìn)行保留時間校準(zhǔn)，將反應(yīng)離子峰作為基峰，保留時間設(shè)定為1，其他化合物峰以基峰作為參照。將測得所有化合物依據(jù)保留時間進(jìn)行標(biāo)定，選出用于主成分分析的化合物如圖1，化合物的相關(guān)信息見表2，采用內(nèi)置PCA程序進(jìn)行分析。

圖1 不同保留時間下的離子遷移譜圖Fig.1 Topographic plot at different retention time

表2 化合物信息Table 2 Information of compound

2 結(jié)果與討論

本研究采用直接頂空進(jìn)樣，氣相-離子遷移譜進(jìn)行分析，因此主要涉及的試驗條件有孵化溫度、孵化時間、離子遷移管載氣流速（漂流氣EPC1）、色譜柱流速（載氣 EPC2）、離子遷移管溫度（T1）、色譜柱溫度（T2）、進(jìn)樣口溫度（T3）。

在進(jìn)行試驗條件優(yōu)化時，選取原瓶進(jìn)口特級初榨橄欖油樣品，并按照1.3進(jìn)行樣品的處理，進(jìn)行某一條件的優(yōu)化時，設(shè)定其他參數(shù)相同。

2.1 試驗條件優(yōu)化

2.1.1 EPC1的優(yōu)化

首先優(yōu)化EPC1，分別設(shè)置EPC1為 100、250、350 mL/min，考察5個主要目標(biāo)物的響應(yīng)值變化，見表3。

表3 不同EPC1流速下主要目標(biāo)物峰面積（響應(yīng)值）比較Table 3 Comparison of main target compounds at different EPC1

由表3可以看出這5個色譜峰的響應(yīng)值差別不明顯，但當(dāng)350 mL/min時，各目標(biāo)物的響應(yīng)值較高，同時考慮為保持遷移管的清潔度，易選擇高的遷移管載氣速率，因此EPC1設(shè)置為350 mL/min。

2.1.2 EPC2的優(yōu)化

EPC2為載氣流速，主要影響化合物在氣相上的保留時間，根據(jù)氣相色譜的原理載氣流速越大化合物在一維氣相的保留時間就越短。本研究考察了EPC2分別為30，40，50，60 mL/min時的分辯率，從圖2中可以看出當(dāng)EPC2為30 mL/min時可以獲得較好的分辨率，因此本研究采用EPC2為30 mL/min。

圖2 不同EPC2條件下的離子遷移譜圖Fig.2 Topographic plot at different EPC2

2.1.3 遷移管溫度T1和氣相色譜柱溫度T2的優(yōu)化

T1和T2分別影響離子遷移速率和氣相保留時間，T2越小離子在氣相色譜的分離越好，有利于化合物的分離，但是受制于儀器對溫度的敏感度的制約，溫度設(shè)置太低會導(dǎo)致儀器難以達(dá)到，因此本研究設(shè)置T2為35℃。

T1值越高，離子越活躍，因此遷移時間也越短，本論文研究了 T1=40、50、60、70、80 ℃下的分離效率，如圖3所示，從圖3可以看出，當(dāng)T1=60℃時可以獲得較好的分離效率且檢測到的化合物較多。因此，本研究采用T1=60℃。

圖3 不同T1條件下的離子遷移譜圖Fig.3 Topographic plot at different T1

2.1.4 孵化溫度的優(yōu)化

化合物的蒸汽壓與溫度有關(guān)，溫度越高化合物的揮發(fā)性越好，頂空中含有的目標(biāo)物濃度就越高，但是溫度太高可能會使一些熱不穩(wěn)定的化合物分解，因此孵化溫度不宜太高，本研究比較了孵化溫度為40、50、60℃下檢測到的峰個數(shù)和部分共有峰的峰面積，不同孵化溫度條件下的離子遷移譜圖見圖4。從圖4和表4的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)孵化溫度為60℃時，峰個數(shù)最多和峰面積最大，因此本研究選取孵化溫度為60℃。

圖4 不同孵化溫度條件下的離子遷移譜圖Fig.4 Topographic plot at different incubation temperature

2.2 統(tǒng)計分析

2.2.1 特級初榨橄欖油（extra virgin olive oil）、果渣油（pomace olive oil）和其他植物油的鑒別分析

選取橄欖油中主要的組分13種作為變量，進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果如圖5所示。

主成分1的貢獻(xiàn)率為73%，通過主成分1就可以很明顯的將特級初榨橄欖油和果渣油及其他植物油進(jìn)行很好的區(qū)分。

表4 不同孵化溫度下主要目標(biāo)物的峰面積（響應(yīng)值）比較Table 4 Comparison of main target compounds at different incubation temperature

圖5 主成分分析Fig.5 PCA analysis

2.2.2 摻假果渣油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的果渣油（50%、20%、10%、5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取12個（不包括P15，因為果渣油樣品中不包含P15）變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖6。

圖6 摻假鑒別PCA分析Fig.6 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with pomace oil

從圖6可以明顯看出摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近。但是當(dāng)摻假率降低到10%時，摻假樣品在PC-1上與真實樣品的區(qū)別變得不明顯，需要從PC-2進(jìn)行區(qū)分，主要是因為果渣油是橄欖果經(jīng)過所有的壓榨提取過程后的剩余部分再經(jīng)過化學(xué)溶解處理而得到的，與橄欖油的相似度很高。因此需要結(jié)合PC-1和PC-2對人為的摻假樣品進(jìn)行區(qū)分，摻假鑒別率可以達(dá)到5%。

通過主成分分析選擇合適的變量可以對特級初榨橄欖油中摻入果渣油進(jìn)行鑒別，并可以估算摻假率。

2.2.3 摻假玉米胚芽油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的玉米胚芽油（50%，20%，10%，5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取13個變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖7。

PC-1的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到85%。摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近，與果渣油摻假不同的是即便摻假率低至5%，通過第一主成分也可以很好的將摻假樣品鑒別出來，可見玉米胚芽在離子遷移譜上的行為與特級初榨橄欖油的差別比較明顯。

通過主成分分析可以對人為的摻假樣品進(jìn)行區(qū)分，并可以估算摻假率，摻假鑒別率低于5%。

2.2.4 摻精煉棕櫚油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的精煉棕櫚油（50%、20%、10%、5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取13個變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖8。

圖8 摻假鑒別PCA分析Fig.8 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with refined palm oil

從圖8可以明顯看出摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近。特級初榨橄欖油中摻入精煉棕櫚油的PCA分析結(jié)果與摻入玉米胚芽油相似。

通過主成分分析摻假鑒別率可以低于5%，并可以估算摻假率。

2.2.5 摻假葵花籽油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的假葵花籽油油（50%、20%、10%、5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取13個變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖9。

圖9 摻假鑒別PCA分析Fig.9 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with sunflower oil

從圖9可以明顯看出摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近。因此通過PC-1可以對人為的摻假樣品進(jìn)行區(qū)分，并且摻假鑒別率可以低于5%。

通過主成分分析選擇合適的變量可以對特級初榨橄欖油中摻入葵花籽油進(jìn)行鑒別，并可以估算摻假率。

2.2.6 摻假花生油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的假花生油（50%、20%、10%、5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取13個變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖10。

圖10 摻假鑒別PCA分析Fig.10 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with peanut oil

從圖10可以明顯看出摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近。因此通過PC-1可以對人為的摻假樣品進(jìn)行區(qū)分，并且摻假鑒別率可以達(dá)到5%。特級初榨橄欖油中摻入花生油的PCA分析結(jié)果與摻入葵花籽油的分析結(jié)果類似。

通過主成分分析選擇合適的變量可以對特級初榨橄欖油中摻入花生油進(jìn)行鑒別，并可以估算摻假率。

2.2.7 摻假大豆油的PCA分析

分析樣本選取：選取突尼斯進(jìn)口的阿爾加茲拉牌特級初榨橄欖油樣品，平行取10個樣本作為分析樣本。人為摻假樣品：向該特級初榨橄欖油樣品中摻入不同濃度的假大豆油（50%、20%、10%、5%）分別取兩個平行樣進(jìn)行測定，將人為摻假樣品作為盲樣，同時制備2個特級初榨橄欖油樣品作為質(zhì)控樣，選取13個變量進(jìn)行PCA分析，分析結(jié)果見圖11。

從圖11可以明顯看出摻假樣品在PC-1上可以得到很好的分離，并且摻假率越低，與參考樣本越接近。因此通過PC-1可以對人為的摻假樣品進(jìn)行區(qū)分，并且摻假鑒別率可以達(dá)到5%。

通過主成分分析選擇合適的變量可以對特級初榨橄欖油中摻入大豆油進(jìn)行鑒別，并可以估算摻假率。

圖11 摻假鑒別PCA分析Fig.11 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with soybean oil

3 結(jié)論

氣相-離子遷移譜可以對橄欖油中的可揮發(fā)組分進(jìn)行分離測定，并且可以不用進(jìn)行定性、定量分析。依據(jù)獲得的揮發(fā)物的綜合指標(biāo)利用PCA統(tǒng)計分析對橄欖油的品質(zhì)進(jìn)行鑒別分析并將特級初榨橄欖油與果渣油及其他植物油進(jìn)行區(qū)分。

從果渣油、玉米胚芽油、葵花籽油、精煉棕櫚油、花生油和大豆油的摻假判別分析可以看出，利用離子遷移譜獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過PCA分析后可以很好的將不同摻假率的特級初榨橄欖油進(jìn)行區(qū)分，摻假鑒別率可以低至5%。但是果渣油相比其他油類性質(zhì)更接近特級初榨橄欖油，因此，果渣油摻假的判別分析需要通過一個以上的主成分進(jìn)行判別分析。