不同品種植物油碳穩(wěn)定同位素比值的分析

顧 強，吳偉燕,2，陳 桐

（1.張家港海關(guān)綜合技術(shù)中心，江蘇 張家港 215600；2.張家港檢驗認證有限公司，江蘇 張家港 215600；3.鎮(zhèn)江海關(guān)綜合技術(shù)中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

植物中的穩(wěn)定同位素組成是物質(zhì)的一種自然屬性，雖然同位素在一個很小的范圍內(nèi)發(fā)生波動，但仍然可以認為是穩(wěn)定的，可作為物質(zhì)的一種自然標簽。該技術(shù)已經(jīng)成為一項判斷食品摻假[1-3]、識別原產(chǎn)地信息[4-5]的強大技術(shù)手段，在多種高附加值食品鑒別中都有廣泛的應用。

穩(wěn)定同位素比值測定技術(shù)具有樣品前處理簡單、分析速度快的優(yōu)點[6]。此外，其測定結(jié)果具有高準確性和穩(wěn)定性的優(yōu)點，不受樣品新鮮程度影響，不易被針對性地摻假。在我國，該技術(shù)已被成熟用于蜂蜜[7]、葡萄酒[6]鑒別研究，但是在植物油摻假鑒別上，尚未形成成熟的檢測標準。金青哲等[8]利用氣相色譜-燃燒-同位素比質(zhì)譜技術(shù)測定了植物油中3 種脂肪酸的碳穩(wěn)定同位素比值（δ13C 值），成功建立了花生油中摻玉米油的檢測方法，檢出靈敏度可達15%，為相關(guān)研究工作指明了方向。靳欣欣等[9]利用穩(wěn)定同位素技術(shù)建立了芝麻油中摻大豆油或玉米油的檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)可采用碳穩(wěn)定同位素比值開展芝麻油中摻玉米油的檢測，而芝麻油中摻大豆油則需利用碳、氫穩(wěn)定同位素比值這兩個指標。朱紹華等[10]利用玉米作物是C4 植物這一特征，借助碳穩(wěn)定同位素比值測定技術(shù)，建立了茶油中摻雜玉米油的鑒別方法，靈敏度可達到15%，這些研究工作為相關(guān)領(lǐng)域研究的開展奠定了基礎(chǔ)。

本文擬采用元素分析-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀（Elemental Analysis - Stable Isotope Mass Spectrometer ，EA-IRMS）測定植物油全油樣品的碳穩(wěn)定同位素比值，并對不同品種植物油的差異進行分析，并建立一種基于碳穩(wěn)定同位素比值的玉米油摻棕櫚油鑒別方法。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

Flash 2000 型元素分析儀（美國ThermoFisher Scientific 公司）；DELTA V Advantage 同位素質(zhì)譜儀（美國ThermoFisher Scientific 公司）；錫杯（5 mm× 3.5 mm，英國Element microanalysis 公司）；碳同位素標準物質(zhì)：咖啡因1[δ13CVPDB=（-14.79±0.04）‰，美國地質(zhì)勘查局]，咖啡因2（δ13CVPDB=-27.771‰，國際原子能機構(gòu)）。本文共搜集了16 種植物油，詳見表1 所示。

表1 植物油全油δ13C 測定結(jié)果

1.2 試驗方法

1.2.1 儀器條件

碳動態(tài)閃燃石英管：從上到下依次填裝氧化鉻、線狀銅絲、鍍銀氧化鈷，每種成分之間用石英棉隔開；溫度：980 ℃；載氣：氦氣，純度99.999%；載氣流速：100 mL·min-1；吹掃氣流速：200 mL·min-1；參考氣：二氧化碳，純度99.999 9%；質(zhì)譜離子化方式：電子轟擊離子化（EI）；離子源電壓：3.02 kV。

1.2.2 樣品測試

樣品在30 ℃恒溫，使其成為均勻的液體，搖勻后，使用定性濾紙過濾以除去雜質(zhì)。用取樣針蘸取適量植物油樣品，裝入錫杯中，包好待測。取樣量應根據(jù)信號強度調(diào)整，使得信號強度與校正氣信號接近為宜。在分析過程中，使用咖啡因1 和咖啡因2作為標樣，每8 個測試樣之間穿插一個標樣，采用兩點線性內(nèi)插校正法對數(shù)據(jù)進行校正。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳穩(wěn)定同位素比值測定結(jié)果

植物油δ13C 值的測定一般有兩種手段，一是測定植物油全油δ13C 值，另一種是測定單種脂肪酸的δ13C 值。其中，通過測定多種脂肪酸的δ13C 值能提供更加豐富的信息，在原產(chǎn)地鑒別等領(lǐng)域已有相關(guān)研究案例[11]。但從δ13C 值的絕對值來講，單種脂肪酸與相應植物油全油的數(shù)值相差并不大[8,11]，同時測定植物油全油δ13C 值更加便捷高效。因此，本文采用測定植物油全油δ13C 值的方法，來比較不同植物油的穩(wěn)定同位素比值差異。

16 種植物油的全油δ13C 測得值、植物油種類、樣本數(shù)量如表1 所示。除了棕櫚油、特級初榨橄欖油、大豆油、葵花籽油、玉米油和菜籽油等常見植物油外，本文涵蓋了多種冷門品種植物油，如紅花籽油、南瓜籽油、核桃油、蓖麻油等。從表1 數(shù)據(jù)可以看出，棕櫚油δ13C 值為-30.704‰～-29.788‰，與特級初榨橄欖油、大豆油、葵花籽油、菜籽油、花生油、芝麻油、椰子油、亞麻籽油、油茶籽油、紅花籽油、南瓜籽油、核桃油和蓖麻油的數(shù)值范圍非常接近或有交集。但稻米油和玉米油這2 種植物油的δ13C 值范圍與其他品種不同，其中稻米油為-35.104‰～-34.302‰，較其他品種數(shù)值低5‰左右；玉米油為-15.758‰～-14.905‰，較其他品種數(shù)值高15‰左右。可以看出，玉米油與其他品種植物油的δ13C 值相差很大。由于玉米是典型C4 植物，與其他品種油料作物是C3 植物不同，玉米的固碳循環(huán)中最初產(chǎn)物是草酰乙酸（四碳化合物），不同的固碳循環(huán)生化路徑，使其碳穩(wěn)定同位素比值與其他油料作物產(chǎn)生明顯區(qū)別，進而導致玉米油與其他品種植物油的δ13C值范圍明顯不同。

2.2 玉米油-棕櫚油二元混合物中棕櫚油含量的檢測

利用玉米油與棕櫚油在δ13C 值范圍上的巨大差異，本文開展了玉米油中摻棕櫚油的定性和定量鑒別研究。將純棕櫚油和玉米油按重量百分比進行混合，分別制備了棕櫚油重量百分比為5%～95%的混合植物油，通過測定混合植物油的δ13C 值，來判斷玉米油中是否摻了棕櫚油以及摻雜的比例。純玉米油、棕櫚油、混合植物油的δ13C 實測值見表2。

從表2 可以看出，由于純棕櫚油和純玉米油之間δ13C 值的巨大差異，其混合植物油的δ13C 值呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢，即隨棕櫚油比例變高而減小。根據(jù)文獻可知[9]，二元體系混合樣品的理論δ13C 值與摻雜濃度符合線性變化規(guī)律，摻雜混合物的δ13C值計算公式為

表2 純玉米油、棕櫚油、混合植物油的δ13C 實測值

式中：δ13Cblend為混合植物油的δ13C 值；δ13Cpalm為純棕櫚油的δ13C 值；δ13Ccorn為純玉米油的δ13C 值；Xpalm為混合植物油中棕櫚油的重量比。

根據(jù)純玉米油和棕櫚油的δ13C 值范圍和儀器測定誤差，利用公式（1）計算得出玉米油中摻棕櫚油的理論檢出濃度。由表1 可知，玉米油δ13C 值范圍為-15.758‰～-14.905‰，棕櫚油δ13C 值范圍為-30.704‰～-29.788‰。碳穩(wěn)定同位素測定的允差一般為0.6‰，因此，當混合植物油的δ13C 值超出玉米油的正常范圍時，可判定玉米油摻假。考慮到儀器誤差，該δ13C 閾值下限定為-15.758‰-0.6‰= -16.358‰，即當被測樣品δ13C ≤-16.359‰時，則可判定該玉米油摻雜有棕櫚油。

將公式（1）進行變換，可得到公式（2）

用混合植物油δ13Cblend=-16.359‰ 數(shù)值進行計算， 當玉米油δ13Ccorn=-14.905‰， 棕櫚油δ13Cpalm=-29.788‰，可檢出陽性摻假的臨界比例為Xpalm=9.77%。需要注意的是，考慮到不同玉米油和棕櫚油樣品的δ13C 均有一定的范圍，本文采用表1 中棕櫚油δ13Cpalm數(shù)值范圍的上限、玉米油δ13Ccorn數(shù)值范圍的上限進行計算，計算所得的Xpalm臨界值也是上限。使用表1 所列δ13C 范圍內(nèi)的任何一種棕櫚油樣品、往任何一種玉米油中摻雜，只要棕櫚油的重量比≥9.77%，均可以通過碳穩(wěn)定同位素比值定性檢測出來。

除了進行定性測定外，還可以利用δ13C 值與摻雜濃度符合線性變化的規(guī)律，借助公式（2）建立測定玉米油-棕櫚油混合物中棕櫚油含量的定量檢測技術(shù)。如表3 所示，在表2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用混合植物油的δ13C 實測值，采用公式（2）計算了棕櫚油質(zhì)量百分比的計算結(jié)果，并將計算結(jié)果減去實際比例，得到兩者的絕對偏差，以此驗證該定量方法的準確性。鑒于定性檢出濃度為≥9.77%，這里的摻雜濃度從10%開始測定。由表3 數(shù)據(jù)可知，從10%到95%的所有摻假比例下，通過δ13C 實測值計算的百分比與實際百分比差值均在±1%范圍內(nèi)。因此，可以通過碳穩(wěn)定同位素比值測定技術(shù)定量檢測玉米油-棕櫚油混合物中棕櫚油的含量，結(jié)果準確可靠。

表3 混合植物油中棕櫚油的摻雜百分比計算結(jié)果

3 結(jié)論

本工作測定了16 種不同品種植物油的δ13C 值，并對數(shù)據(jù)進行了分析，結(jié)果表明，大部分植物油的δ13C 值比較接近，均在-30.704‰～-27.543‰。而玉米油和稻米油則與其他品種不同，稻米油為-35.104‰～-34.302‰，較其他品種數(shù)值低5‰左右；玉米油為-15.758‰～-14.905‰，較其他品種數(shù)值高15‰左右。利用玉米油與棕櫚油在δ13C 值范圍上的巨大差異，建立了基于碳穩(wěn)定同位素比定技術(shù)的玉米油中摻雜棕櫚油的檢測方法，檢出限為9.77%，在10%～95%的濃度定量測定誤差小于1%。