米糠毛油掺伪食用植物油的低场核磁共振检测＊

周凝,刘宝林,王欣,汪宏志,杨培强,周航

毛油是指从动物或植物油料中制取、未经过精炼加工的初级油。毛油中大量的杂质、水分、胶质等物质会严重影响油品使用质量,缩短油脂储存时间,而较高的游离脂肪酸含量则会导致食品很快酸败变质。酸败产物过氧化脂质进入人体后,极易袭击细胞膜和酶而诱发癌症、动脉粥样硬化、细胞的衰老等,严重危害人体健康。但一些不法分子将毛油冒充精炼油销售[1],或掺入其他优质油品中牟取暴利,极大地危害人民的身体健康。

目前,我国食用油中掺伪事件时有发生,近年来的报道与研究主要集中在地沟油掺伪上,而另一种常见的掺伪方式——掺入未精炼的毛油则鲜有研究。因此,本试验以米糠毛油为例,对毛油的掺伪进行初步研究。据报道,未精制的米糠毛油约含有 25%的游离酸,3%～5.5%不皂化物,3%～9%的糠蜡,1%～2%的磷脂以及少量其他杂质等[2]。

鉴定食用油变质及掺伪的传统理化方法费时费力且误差大,而常用的仪器鉴定法如色谱法、光谱法等费用昂贵且需对进行前处理[3]。核磁共振 (简称NMR)是基于原子核磁性的一种波谱技术,是一种鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等的现代仪器分析方法。相比于其他检测方法,核磁共振法具有无损、快速、精确、重复性高等优点[4]。在油脂工业,研究主要集中于食用油品质的检测,国内应用 NMR进行食用油掺假检测的报道较少,仅有王乐利用 NMR测定对食用植物油中掺入餐饮废油的现象做过研究,发现测出固体脂肪含量 (SFC值)可定量测出废油脂的掺入量[5],但样品前处理时间较长。国外研究主要集中于使用31P核磁共振技术检测 D值,根据不同种类橄榄油中甘油二酯 (DG)的含量的差别,监测是否掺有低级橄榄油或低至 5%的其他种类油脂[6-7]。

本试验利用较普及的低场 H谱核磁共振技术,测定不同纯品植物油及其掺伪米糠毛油后的弛豫图谱,通过分析弛豫时间T2及组分分布情况,探索一种能够快速检测食用植物油掺伪毛油的新方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

米糠毛油,从米糠油加工点收集,过滤后待用。

对照组:花生油 (鲁花牌,上海嘉里粮油工业有限公司生产),橄榄油 (嘉里粮油 Olivoilá系列,原产于意大利),葵花籽油 (多力牌,上海佳格食品有限公司生产),均购于超市。

1.2 主要仪器

PQ-001型核磁共振分析仪 (上海纽迈电子科技有限公司),T-invfit反演拟合软件,15mm核磁共振专用测试管。

1.3 样品配制

按体积百分比分别配制不同比例的模拟掺伪油样,将米糠毛油按 5%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%的比例分别掺入到花生油、橄榄油和葵花籽油 3种优质油样中,共配制模拟掺伪油样 30组,将掺伪样品置于样品瓶中,并充分振摇,使其混合均匀,在常温条件下存放。

1.4 NM R自旋-自旋弛豫时间(T2)测量

利用 CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-G ill)脉冲序列测定样品的自旋-自旋弛豫时间 (T2)[8]。将大约 2 mL样品移入直径 15mm的核磁共振专用试管,分别置于永磁场中心位置的射频线圈的中心进行测定,质子共振频率为 22.6 MHz,测量温度为 32℃。设置参数如下:采样点数 TD=500 170,谱宽 S W=250 kHz,采样重复时间TR=1 500 ms,重复扫描次数 NS=4,回波时间τ=200μs,回波个数 Echo Count=5 000。

1.5 NM RT2数据的处理

1.6 数据分析处理

应用Origin8.0软件进行图形绘制并进行线性拟合。

2 结果与分析

2.1 单一油样分析

在相同参数条件下对花生油、橄榄油、葵花籽油和米糠毛油的纯油样品进行 CPMG测定并用 T-invfit软件进行反演,4种油品的弛豫图谱如图1所示 (由于总体信号段较长使得图像过于集中,为了便于观察对比,将无信号的首尾段去除,只显示 5～500 ms段的测量结果),弛豫时间T2及组分分布如表1所示。

图1 花生油、橄榄油、葵花籽油和米糠毛油弛豫图谱

表1 四种油品弛豫时间 T2及组分分布

由图1及表1可看出,花生油、橄榄油、葵花籽油及米糠毛油在相同参数条件下的所测得弛豫图谱存在明显差异。4种油品弛豫图谱中均有 2个相互重叠的弛豫主峰出现,其弛豫时间分别记为T22和T23,说明油脂中有两类物质在外加磁场条件下产生了磁共振信号。其中T22均出现在 60 ms左右,而T23则在200 ms左右,且葵花籽油的T22和T23明显大于其他 3种油品。

S2为各弛豫峰对应面积,其比例对应于该弛豫组分在所有组分中的相对含量。由表1还可看出,不同油品S22和S23比例存在差别,S22为花生油、橄榄油和米糠毛油所占比例较大,而S23为葵花籽油所占比例较大。说明不同油品两大弛豫组分的组成和比例不同,这是由于不同油脂的脂肪酸组成不同造成的,因此,不同油品的标准弛豫图谱必定不同。

从图1中还可看出,米糠毛油弛豫图谱中,两主成分峰的左边还出现了一个明显小峰,而其他 3种油品均未检出,记为T21,弛豫时间在 10 ms左右,这是与其他 3种合格油品弛豫图谱的最大区别,说明除了油脂中的两大主成分外,米糠毛油中还含有少量的第3类反应组分,由于未经精炼的米糠毛油中含有大量杂质和游离脂肪酸,使得油脂组分发生改变,进而使其 NMR特性发生变化。对于油脂内部组分而言,黏度越大的组分弛豫时间越短,因此T21峰表征的是米糠毛油中使其黏度大于合格食用油的物质,具体成分需进一步验证。这一小峰是米糠毛油区别于花生油、橄榄油和葵花籽油的特征弛豫峰,在下一步掺伪油样试验中可据此峰判定食用植物油中是否掺有米糠毛油。

2.2 掺伪油样分析

在相同参数条件下,对 30个掺伪油样品进行CPMG测定并用 T-invfit软件进行反演,将单一油样分析中花生油、橄榄油和葵花籽油的测定结果定义为掺伪量 0%,米糠毛油的测定结果定义为掺伪量100%,3种食用油样分别按比例 (0%～100%)掺伪米糠毛油的对比弛豫图谱如图2～图7所示 (由于样品较多,为避免图像重叠不清,将每类掺伪样品的测量结果分为 2张图显示),弛豫时间T2及组分分布如表2～表4所示。

图2 0%～40%米糠毛油掺伪花生油对比弛豫图谱

图3 50%～100%米糠毛油掺伪花生油对比弛豫图谱

图4 0%～40%米糠毛油掺伪橄榄油对比弛豫图谱

图5 50%～100%米糠毛油掺伪橄榄油对比弛豫图谱

图6 0%～40%米糠毛油掺伪葵花籽油对比弛豫图谱

图7 50%～100%米糠毛油掺伪葵花籽油对比弛豫图谱

表2 花生油掺伪米糠毛油后弛豫时间 T2及组分分布

表3 橄榄油掺伪米糠毛油后弛豫时间 T2及组分分布

表4 葵花籽油掺伪米糠毛油后弛豫时间 T2及组分分布

由图2～图7及表2～表4可看出,当米糠毛油掺入到花生油、橄榄油和葵花籽油中时,3种食用油的弛豫峰的位置和比例均发生不同程度的变化。虽然弛豫时间T22和T23及其面积比例改变程度不大,但掺伪油的特征峰T21改变就很明显。在所有掺伪油样的弛豫图谱中均能检测出T21峰,且随着掺伪量的增加S21的比例也随之上升。因此,可将此弛豫峰作为是否掺伪有米糠毛油的定性物[9],在本研究中,当掺伪量达到 5%时即可测出。

2.3 食用油掺伪米糠毛油检测的工作曲线

由分析可知,花生油、橄榄油和葵花籽油中不存在T21峰。因此,可将此弛豫峰作为检测本试验中 3种食用油是否掺伪有米糠毛油的定性物。选T21峰作为掺伪特征峰,取 3种油品掺伪实验测试值,用S21所占比例作为横坐标,米糠毛油掺伪量作为纵坐标绘制标准曲线,如图8所示。

植物油掺米糠毛油曲线的回归方程为:

式中:K,掺伪量,%;ω,S21所占比例,%。

图8 米糠毛油掺伪曲线

取花生油掺伪米糠毛油测定结果代入上式进行验证,计算得出的掺伪量与实际掺伪量对比见表5,并进行方差分析计算,结果见表6。

表5 花生油掺伪米糠毛油的实际掺伪量与计算掺伪量对比

表6 两组数据方差分析结果

由表6可得出,F＜F crit且P＞0.05,表明通过本实验拟合掺伪公式计算出的掺伪量与实际掺伪量之间差异不显著,因此,只要检测出样品中T21峰面积所占比例ω,即可通过该拟合公式中大致得出米糠毛油的掺伪比例。

3 结论与讨论

(1)低场核磁共振分析技术通过测定弛豫图谱、分析弛豫时间T2及各组分分布情况能快速准确的区分合格食用油与米糠毛油的差别。只需要检测出样品中掺伪特征峰T21及其面积所占比例,即可从拟合曲线K/%=48.792ω+2.283 1中得出米糠毛油的掺伪比例。

(2)与传统的油脂测伪测量方法相比[10],核磁共振法能够保持的样品的完整性;操作简单快速,每个样品的测量时间只需 8s,重复性高;样品无需进行复杂的前处理,可以直接检测;定量测定无需标样;测量精确高。因此,核磁共振技术是一种非常有潜力的油脂快速测伪新技术。

(3)在同类测定还发现,不合格油脂如其他种类毛油、煎炸油、酸败油的弛豫图谱均在 10 ms左右出现了特征小峰T21峰,因此本试验方法可以进一步应用到其他油脂定量掺伪研究中,用于初步食用油掺伪的初步判定。

(4)合格食用油中T22峰和T23峰的对应于两类磁共振组分,与不同种类油脂所含脂肪酸的种类和相对不饱和度相关[11],油脂不饱和度越大,弛豫时间越长;仅有不合格油品中能测定出 T21峰,且弛豫时间较短,经分析为米糠毛油中使其黏度大于合格食用油的物质,如某些凝固点较高的脂肪酸等。可进一步试验对所有磁共振组分进行验证。

(5)由于只依靠一种特征峰的变化规律,有时也很难对于掺伪油品进行准确的定性及定量,由实验数据显示,掺伪后油样中其他弛豫峰也呈现一定的变化,但目前未能确定其变化规律。因此,可以利用低场核磁共振进一步测定样品的T1弛豫时间及扩散系数 D,以便对于掺伪油样进一步准确分析。

[1] 董淑炎.伪劣食品鉴别大全 [M].北京:化学工业出版社,2010:30-39.

[2] 罗晓岚,朱文鑫.浸出米糠油精炼工艺及难点分析[J].中国油脂,2008,33(11):57-60.

[3] 唐佳妮,刘东红.食用植物油掺假鉴别方法研究进展[J].中国粮油学报,2009,24(11):158-162.

[4] 周凝,刘宝林,王欣.核磁共振技术在食品分析检测中的应用[J].食品工业科技,2011,32(1):325-329.

[5] 王乐,黎勇,胡健华.核磁共振法鉴别食用植物油掺伪餐饮业废油[J].中国油脂,2008,33(10):75-77.

[6] Fragaki G,Spyros A,Siragakis G,et a1.Detection of extra virgin olive oil adulteration with lampante olive oil and refined olive oil using nuclear magnetic resonance spectrosco-PY and multivariate statistical analysis[J].J Amc Food Chem,2005,53(8):2 810-2 816.

[7] Vigli G,PhihppidisA,SpyrosA,et a1.Classification of edible oils by employing31P and1H NMR spectroscopy in combination with multivariate statistical analysis.A proposal for the detection of seed oil adulteration in virgin olive oils[J].J Agica Food Chem,2003,51(19):5 715-5 722.

[8] 汪红志,张学龙,武杰.核磁共振成像技术实验教程[M].北京:科学出版社,2008:90-102.

[9] 王龙霞,王晓静,刘延奇.花生油掺伪棉籽油的检验鉴别[J].农产品加工学刊,2009,184(9):81-83.

[10] 戴军.食品仪器分析技术 [M].北京:化学工业出版社,2006:245-255.

[11] 杨月欣.中国食物成分表[M].北京:北京大学医学出版社,2005:203-206.