基于穩定氫氧同位素技術的花生油摻假檢測技術研究

王道兵 岳紅衛 高冠勇 李國輝 宋立里王一路 費曉偉 賈召鵬 鐘其頂 張柏林

(金勝糧油集團有限公司1，臨沂 276600)(中輕食品檢驗認證有限公司2，北京 100015)(中國食品發酵工業研究院3，北京 100015)(北京林業大學4，北京 100083)

花生油由于濃郁的香氣、豐富的營養成分被譽為“東方第一油”，其在中國被認為是一種高端烹調用油。花生油中含有甾醇、麥胚酚、磷脂、維生素E、膽堿等多種對人體有益的物質，有研究表明經常食用花生油可以防止皮膚皺裂老化，保護血管壁，防止血栓形成，有助于預防動脈硬化和冠心病[1,2]，因此深受消費者喜愛。

我國是世界最大的花生油消費國[3]，2015年美國農業部發布的《油料:世界市場與貿易》報告中顯示2016/2017年度全球花生油產量預估為560萬t，其中中國產量290萬t，占全球產量的52%。但由于我國花生種植面積和產量的限制，近年來花生油的消費需求不斷上升，花生油價格不斷上漲，雖然中國產量排名全球第一，但中國每年仍然要從國際市場進口15萬噸左右的花生油，大約占到全球花生油貿易量的60%。在此背景下，一些不法商販用廉價油脂甚至非食用油脂添加香精香料冒充花生油，有報道顯示，假花生油產品的摻假程度最高達70%。花生油與棕櫚油、大豆油、菜籽油之間的大幅價差令這些企業鋌而走險[4]。

穩定同位素技術是鑒別食品摻假摻雜的有效方法，已在蜂蜜、葡萄酒、果汁等產品中得到應用[5-8]，而采用穩定同位素鑒別油脂真假也是當前研究的熱點，在橄欖油[9-13]、茶油[14]等產品中已有報道。國內金青哲等[15]研究了花生油與玉米油的碳同位素分布特征，發現二者存在很大差異，應用碳同位素技術可鑒別玉米油中是否混入了花生油。郭蓮仙等[16,17]利用GC-IRMS和EA-IRMS對市場上包括花生油、菜籽油和橄欖油等的18種植物油進行分析，通過對其和脂肪酸的穩定同位素δ13C值，可實現對動物油與植物油的有效區分，并檢查出50%的植物油存在摻假情況。陳珊珊等[18]建立了氣相色譜-燃燒-穩定同位素比值質譜(GC-C-IRMS)法結合酯交換技術測定植物油中甘油的穩定碳同位素組成的方法，利用甘油碳檢測玉米胚芽油中大豆油的摻假或花生油的混入。然而，利用碳同位素技術能辨別出花生油中是否含有玉米油，由于價格差異較小，市場上用玉米油冒充花生油的情況較少，但碳同位素技術卻無法檢測花生油中是否含有其他C3植物來源油脂，如大豆油、菜籽油等。吳玉鑾等[19]以市售植物油為研究對象分析了玉米油、大豆油和花生油的碳氫特征，雖然油脂間存在顯著差異但也存在特征范圍重疊的問題。

穩定同位素特征研究需以真實樣品為基礎，本研究以油料作物原料(花生、大豆和油菜籽)為研究對象，為得到準確、真實數據而規避了市售樣品本身存在的造假嫌疑；建立了油脂中穩定氫氧同位素比值的測定方法并對39個油脂樣品進行分析，最終通過對比考察了花生油與大豆油和菜籽油的特征差異和二維分布，為花生油的摻假鑒別提供了研究基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

TC/EA高溫裂解元素分析儀，Delta V Advantage穩定同位素比值質譜儀， SL2002N電子天平，5 mm×3.5 mm 銀囊，ZYJ-9018家用小型榨油機，DHG-9075A電熱干燥箱。

1.2 樣品及前處理

8個花生樣品、5個大豆樣品和6個油菜籽樣品分別為實驗室人員老家中于2018年收獲的農產品，13個花生樣品收集自某企業花生油生產車間；另外7個花生樣品于2017～2019年度購自電商平臺、北京某大型農貿市場和某大型連鎖超市。將這些樣品在103 ℃電熱干燥箱中烘至恒重后，使用榨油機進行榨油處理，收集各樣品的油脂，待測。

從電商平臺上隨機購買花生油產品4份，大豆油產品2份，菜籽油產品1份，樣品在103 ℃電熱干燥箱中烘至恒重后待測。

1.3 全油樣品的δ2H值和δ18O值測定

采用TC/EA-IRMS分別測定參考物質NBS-22 (δ2H=-120±1.0)‰和IAEA-601 (δ18O=23.3±0.3)‰的δ2H值和δ18O值，確定儀器處于穩定狀態后測定油脂樣品。用銀囊包裹約0.15mg待測樣品，樣品在1420℃條件下轉化為氫氣(H2)和一氧化碳(CO)后，用穩定同位素比值質譜儀(IRMS)測定穩定氫氧同位素比值(δ2H值和δ18O值)。

1.4 應用實驗

將花生油分別與大豆油、菜籽油按不同比例(1∶3、3∶1和3∶1)進行摻和，得到混合油的模擬樣品，并按照1.3的方法測定δ2H值和δ18O值。

2 結果與討論

2.1 方法穩定性分析

影響TC/EA-IRMS測定氫氧同位素比值準確性的最大干擾因素是空氣中水分和氮氣，為研究方法的穩定性，以花生油為研究對象，連續5次測定(重復性實驗)及在5 d內不同時間測定(再現性實驗)的結果見表1。

表1 油脂δ2H和δ18O測定方法的重復性和再現性

由表1可知，油脂δ2H和δ18O測定方法的重復性標準偏差分別滿足3‰和0.15‰的要求，并且在5 d的測試時間段內方法的再現性良好，能夠保證數據具有可比性。

2.2 油脂δ2H和δ18O分布特征

采用TC/EA-IRMS技術對39個油脂樣品進行穩定氫、氧同位素比值測定，結果列于表2。花生油、大豆油和菜籽油δ2H的平均值分別為-222.77‰、-175.58‰和-183.69‰；而δ18O平均值分別為15.24‰、20.37‰和25.55‰，但三種油脂的δ2H和δ18O均存在波動范圍，這與前人研究結果表明氫氧穩定同位素特征受外界環境影響的結論一致[20]：首先，不同產地的灌溉用水和降雨中氫氧同位素特征不同；其次，油脂的δ2H值均低于水，而δ18O值均高于水，這是由于氫氧同位素在植物體內發生了同位素分餾的緣故，尤其是植物合成有機物過程中的生化反應還會受到溫度、濕度等影響，因此同位素分餾情況在不同產地的植物中也有所不同。

表2 不同類型油脂的穩定氫、氧同位素比值分布

對比三種油的分布范圍可知，大豆油與菜籽油的δ2H值存在重疊范圍，但δ18O有一定的差異，而花生油的δ2H和δ18O范圍均不同于另兩種油脂。對三種油脂進行統計分析，結果(表3)表明花生油與大豆油和菜籽油在δ2H和δ18O兩個指標上均具有顯著差異，而菜籽油與大豆油在δ2H特征上差異顯著但在δ18O的特征方面差異不顯著。

表3 三種油脂的t檢驗結果

將3種油脂的氫、氧同位素比值繪制成二維分布圖(圖1)以觀察各油脂之間的差別，從圖1中可以看出，三種植物油存在差異性分布，并且與表3中t檢驗結果相對應的是，花生油與菜籽油和大豆油之前存在明顯的差異化特征。尤其是對比表2和圖1，將三種油脂分為花生油和“非花生油”兩類，非花生油的δ18O值都遠大于花生油3‰以上，δ2H值的差異在21‰以上，由此可知花生油與菜籽油、大豆油在δ2H特征上的差異更大。原因可能是植物具有光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，其中，蒸騰作用使得植物組織內的水比地下水富集δ2H和18O，但由于植物呼吸作用消耗O2、呼出CO2的過程中也會涉及到氧同位素交換，因而有機物的δ18O值更偏正，但由于吸收O2的原因使得δ18O值的波動范圍較小；而氫同位素則不同，由于水是植物體內氫元素的唯一來源，因此其體現的是光合作用與蒸騰作用的結果，顯然，光合作用過程使得有機物中虧損δ2H[21]，但花生油更偏負，我們認為是由于花生屬于根莖地下植物，其蒸騰作用弱于地上植物使得δ2H和δ18O的富集程度較弱，而光合作用在此基礎上再影響氫同位素分餾，最終導致花生油的和δ18O值均低于其他油脂，而δ2H差異程度更大。

圖1 花生油、大豆油和菜籽油的氫、氧同位素比值二維分布圖

2.3 不同比例混合油中δ2H和δ18O變化規律

分別向花生油中混入不同比例的大豆油和菜籽油，測定各模擬樣品的δ18O值和δ2H，結果見表4。

表4 花生油中混入其他油脂后穩定同位素比值變化數據模型

從表4可以看出，摻入菜籽油或大豆油后，混合油的δ18O值呈現變大的趨勢，并且與非花生油的摻入量呈顯著正相關關系，按照花生油δ18O分布范圍14.06‰～16.77‰的特點，分別取菜籽油和大豆油分布范圍的最小值，可知當花生油中摻入27%菜籽油或45%大豆油后油脂δ18O會超過花生油分布范圍的最大值；而混合油的δ2H值呈現變大的趨勢，且與摻入量呈顯著正相關關系，對比可知δ2H的變化特征更明顯。按照花生油δ18O分布范圍-231.50‰～-213.69‰的特點，分別取菜籽油和大豆油分布范圍的最小值，可知當花生油中摻入45%菜籽油或40%大豆油后油脂δ2H會超過花生油分布范圍的最大值。因此，通過油脂的氫氧同位素特征檢測花生油摻假情況是可行的。

2.4 市售油脂樣品穩定同位素特征分析

研究市售花生油、大豆油和菜籽油的問題同位素特征，按照1.2和1.3中的方法處理后測定δ2H和δ18O值 ，每個樣品重復測定3次，測定結果如表5所示。

表5 市售油脂樣品的穩定氫氧同位素比值測定結果(‰)

其中，市售大豆油和菜籽油樣品均符合表3中相應產品的分布范圍。4個市售花生油樣品中，大部分均符合表3中的分布范圍，然而花生油3號樣品的δ2H和δ18O值均相對偏高。按照表3的分布范圍，可以懷疑花生油3號樣品中混入了非花生類油脂，但也有可能由于表3分布范圍未涵蓋全國或全球的花生樣品，其特征屬于自然波動。

3 結論

本研究建立了高溫裂解元素分析-穩定同位素比值質譜聯用技術分析植物油脂的氫氧同位素比值的方法并應用于花生、大豆和菜籽的自榨油脂。通過研究三種油脂的穩定同位素特征和模擬摻假實驗，結果表明利用穩定氫、氧同位素比值的差異性能夠檢測摻有大豆油或菜籽油的花生油樣品，并以此建立了油脂的氫氧同位素特征二維分布圖，可以清晰的評價和辨別花生油及摻假摻雜情況，可為市售花生油的摻假鑒別提供技術借鑒。