基于荧光光谱法的植物油加热氧化规律

赵守敬 陈 斌 陆道礼

(江苏大学食品与生物工程学院，镇江 212013)

基于荧光光谱法的植物油加热氧化规律

赵守敬 陈 斌 陆道礼

(江苏大学食品与生物工程学院，镇江 212013)

为了探寻食用植物油加热后的氧化现象与荧光光谱之间的变化规律，采用了分子同步荧光法和LED固定波长激发的发射荧光光谱法，其中同步荧光光谱法的检测条件是激发波长190～800 nm、波长间隔10 nm，LED激发的发射荧光光谱法的检测条件是固定激发波长为425 nm，同时检测了5种食用植物油(一级大豆油、花生调和油、色拉油、芝麻油、棕榈油)不同加热时间下的两种荧光光谱，发现食用植物油随着加热时间的延长，其同步荧光光谱和固定波长激发的荧光光谱都呈规律性变化，同步荧光光谱的变化更具明显，加热后的分子同步荧光光谱在430～490 nm波长区域都产生了新的荧光峰，试验表明植物油的荧光分析可作为研究食用植物油加热氧化过程的一种手段，试验证明，通过分析同步荧光光谱的变化可以定性分析常用食用植物油的氧化程度，并可以区别出5种食用植物油的种类。

植物油 氧化 荧光光谱

食用植物油经过长期高温加热后会发生过热氧化现象，其物理和化学性质都会发生一定的变化，多数情况下会产生小分子的醛、酮、酸等物质，这些物质进入人体，危害身体健康［1］。食用油中含有对人们身体健康非常有益的多元不饱和脂肪酸和维生素，然而这些不饱和脂肪酸和维生素具有氧化不稳定性，经高温煎炸，会引起一系列的化学反应:氧化作用、聚合作用、异构化作用、环化作用和水解反应等。这些反应会使维生素和不饱和脂肪酸遭到破坏，使油的营养价值降低。同时，由于油分子的氧化和分解反应，有可能生成对人体有害的物质，甚至具有致癌的危险［2］。因此鉴别食用油的过氧化与否就显得十分重要，所以，能够找到一个方便、快速、绿色的食用油质量的鉴别方法有着十分重要的意义。

目前国内外用荧光法对加热氧化的食用油的变化过程的研究工作做的还不多。Ewa Sikorska等［3］用同步荧光光谱法区分了包括大豆、葵花籽、油菜籽、花生、橄榄、葡萄籽、亚麻籽和玉米油。并发现在激发波长为290 nm、发射波长为320 nm处出现的强峰为维生素E;在激发波长为405 nm、发射波长670 nm处出现二等强峰源于叶绿素。Konstantina I.Poulli等［4］在对橄榄油进行同步荧光快速掺假检测中，介绍了橄榄果渣油、玉米、向日葵、大豆、油菜籽和橄榄油，核桃油的同步荧光检测及掺假鉴别方法。结果表明，使用315～400 nm，315～392 nm，315～375 nm，315～365 nm，315～375 nm 和315～360 nm 的激发波长，波长间隔为20 nm，可以从橄榄油中区分出来橄榄果渣油、玉米油、向日葵油、大豆油、油菜籽油等。

陈慰宗等［5］研究激光诱导荧光检测植物油加热后的荧光强度变化，并介绍了几种精炼油加热后的激光诱导荧光强度的变化与加热时间及温度的关系。Ruiz等［6］认为加热使各种不饱和脂肪酸生成了各种聚合物，如三酰甘油二聚物、氧化的三酰甘油单体、甘油二脂等。贾艳华等［7］利用同步荧光光谱法，并结合红外吸收光谱法对经过高温煎炸的几种食用油进行了分析和研究，试验发现，与未加热的植物油相比，煎炸后的食用油在370～380 nm附近的荧光峰消失，表明一些营养物质(如维生素E)的挥发或分解;而461 nm和479 nm附近出现的新荧光峰及红外光谱区1 745 cm－1附近的红外吸收增加。方惠敏等［8］对菜籽油、玉米油、芝麻油、葵花仁油、花生油的同步荧光光谱和三维荧光光谱进行了分析研究，并得出可以区分植物油品种的结论，提供了一种植物油的定性分析方法。王艳等［9］用Gary Eclipse荧光光度计，激发波长在250～700 nm范围内以10 nm为间隔、发射波长在240～760 nm范围内的条件下扫描花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、玉米油、葵花籽油、米糠油和棉籽油8种植物油脂共98个样品的发射光谱，获得每个样品的三维荧光光谱，结果显示8种油脂的荧光信息有显著差别。

LED固定波长激发的发射荧光是反应在某一固定的激发波长下所测量的发射荧光光谱分布，由于荧光测量仪器的特性，一般情况下测得的发射光谱皆为表观光谱，不能包含分析物的足够信息，对一些复杂混合物分析常遇到光谱互相重叠、不易分辨的困难。与之相比，同步荧光分析法因同时扫描激发波长和发射波长，具有强化谱图、提高选择性、减少光散射干扰等特点［10］，本试验首先采用的是同步荧光光谱法，由于LED固定波长激发诱导发射荧光光谱法采用LED光源，且仪器结构简单，使用方便，造价低等优势，非常适合大众化使用，因此本研究将两种仪器结合使用，比较其各自的特点和优势。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

一级大豆油，色拉油，芝麻油，棕榈油:宁波检验检疫局;花生调和油:福建南安官桥粮食城华仁油脂有限公司。

Cary Eclipse荧光分光光度计:美国瓦里安技术中国有限公司;F96S荧光分光光度计:上海棱光技术有限公司;HP5890气相色谱仪:美国安捷伦仪器公司;DZF－6020型真空干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 加热氧化过程

将上述5个食用植物油置于真空干燥箱中加温到180℃，使得食用植物油加速氧化，每隔3 h后取出部分油样，剩下的放入烘箱继续氧化，分别取氧化3，6，9，12，15 h 的样品冷却至室温，加上未加热的油样共得到30个不同氧化程度的样品，进行上述两种方法的荧光测定。之后选取加热和未加热花生调和油样进行气相色谱分析，并进行对比观察其峰形的变化，看加热是否使油样中产生新物质。

1.3 光谱采集条件

同步荧光采集:将样品装于光程为10 mm的比色皿中，并置于Cary Eclipse荧光分光光度计的样品腔中，进行荧光同步扫描。所有样品同步扫描条件均相同:同步激发波长范围190～800 nm，扫描间隔10 nm，激发狭缝5 nm，发射狭缝10 nm，扫描速度600 nm/min，光电倍增管PTM为600 V。相同条件下，每个油样进行3次平行测定。测完后用正己烷清洗比色皿，然后再进行下个油样的测量。将采集的光谱数据导入Matlab中处理。

LED固定波长激发的发射荧光采集:将样品装于光程为10 mm的比色皿中，并置于F96S荧光分光光度计的样品腔中，进行发射荧光扫描。所有样品发射光谱扫描条件:激发光源为425 nm的LED，增益6档，发射波长范围是350～800 nm，扫描速度是600 nm/min。除了芝麻油使用增益9档外、棕榈油使用增益5档，其他条件和前面的一样。相同条件下，每个油样进行3次平行测定。测完后用正己烷清洗比色皿，然后再进行下个油样的测量。将采集的光谱数据导入Matlab中处理。

1.4 气相色谱分析参数选择

按照国家标准《GB 17376—1998》的规定进行脂肪酸的甲酯化，吸取甲酯化样品1 μL在HP5890进行气相色谱分析。毛细管柱:HP－INnowax Polyethylene Glycol(30.0 m × 320 μL × 0.25 μL)，FID 检测器，分流比 1∶40，氢气流量:40 mL/min，N2载气流量:40 mL/min，空气流量:60 mL/min，检测器温度:260℃，汽化室温度:260℃。采用程序化升温，初始温度140℃保持5 min，以4℃/min升至240℃，保持15 min。取加热和未加热的花生调和油作为油样，然后按如上条件进行气相色谱分析，每个样品测定时间设置为40 min，相同条件下，每个油样进行2次平行测定。

2 结果与分析

未经加热过氧化的食用油的主要成分除三酰甘油等脂肪酸外，还有一部分维生素A、D、E和类胡萝卜素等。三酰甘油中脂肪酸基团(RCOO－)占甘油脂的绝大部分，所以甘油脂的物理性质和化学性质主要由脂肪酸的性质决定，脂肪酸由饱和与不饱和的脂肪酸组成，而且绝大部分是偶碳直链，不饱和酸根据所含的双健的多少分为一烯酸(油酸)、二烯酸(亚油酸)、三烯酸(亚麻酸)和多烯酸。而且，大多数不饱和烯酸是顺式结构［2］。所以，食用油中的荧光发光中心主要集中在维生素、类胡萝卜素和脂肪酸中的C=O基团中。因为羰基C=O基团中含有π键结构和n电子结构，含有未键合的价电子，容易发生n－π*和π－π*跃迁，产生了强的荧光。经过高温生成的少量的单环二聚酸、双环二聚酸、三聚酸、一些环状单体和含有共轭双键的二聚物、三聚物等都含有这种C=O基团，都有可能发射强的荧光［11］。

植物油经加热后，生成物中有相当大的部分是极化成分，随着加热时间增长，油脂中极化成分含量增加。这是由于植物食用油经过长时间和高温度的煎炸和金属的污染后，发生了过度分解、氧化、环化和聚合等，生成了更多的环化脂肪酸、环状二聚物、多聚物以及共轭多烯聚合物，这些物质大都含有共轭键结构和刚性的平面结构［12］。

2.1 加热前植物油荧光光谱分析

加热前5种植物油使用同步激发波长为190～800 nm，波长间隔为10 nm条件的分子同步荧光光谱图变化规律如图1a;采用固定激发波长425 nm的LED激发得到的发射荧光谱图的变化规律如图1b。

图1 加热前5种植物油的荧光光谱的比较图谱

图1 a中，一级大豆油的同步特征荧光峰在370、400、665 nm;花生调和油的同步特征荧光峰是370～400 nm和665 nm，峰形明显区别于一级大豆油，说明成分组成不同;色拉油同步特征荧光峰为400 nm，虽然峰强度和一级大豆油一样，但是它没有370 nm和665 nm的荧光峰，有明显的区别;芝麻油同步特征荧光峰为530 nm和665 nm，也存在明显的差异;棕榈油同步特征荧光峰为360 nm，谱形很有特色。从图1a中可以看出分子同步荧光法可能用来鉴别不同种植物油。图1b中，一级大豆油的特征荧光峰为450 nm和665 nm;花生调和油的特征荧光峰有450 nm、470 nm和665 nm的荧光峰，相同位置的荧光峰其强度区别于一级大豆油，说明成分组成含量不同;色拉油特征荧光峰为450 nm，与一级大豆油相比，虽然峰强相同但没有665 nm的荧光峰;芝麻油特征荧光峰为530 nm和665 nm，谱峰和其他的峰形明显不同;棕榈油特征荧光峰为400 nm，谱形很有特色。从图1b中可以看出LED固定波长激发诱导发射荧光光谱也可能用来鉴别不同种植物油。

2.2 加热后植物油的分子同步荧光光谱分析

加热后5种植物油使用同步激发波长为190～800 nm，波长间隔为10 nm条件的分子同步荧光光谱图变化规律如图2。

图2 5种加热植物油同步荧光光谱的比较图谱

图2 a可以看出一级大豆油加热后的同步荧光光谱变化规律，随着加热时间的延长，表征一级大豆油的同步荧光谱峰370 nm和400 nm强度逐渐降低，且370 nm处谱峰逐渐消失，5种食用植物油中，除芝麻油(图2e)外，其他4种植物油在430～490 nm之间荧光峰随加热时间的延长逐渐增强;

在图2b中反映了花生调和油加热后的荧光光谱变化的规律，随着加热时间的延长，花生调和油的同步荧光谱峰370 nm、400 nm和650 nm强度逐渐降低并消失;

在图2c中，随着加热时间的延长色拉油的同步荧光谱峰400 nm荧光强度逐渐降低并消失;

由图2d可看出，随着加热时间的延长，棕榈油的同步荧光谱峰370 nm荧光强度逐渐降低并消失;

由图2e可以看出，随着加热时间的延长，表征芝麻油的同步荧光谱峰500 nm和670 nm荧光强度逐渐降低，但是没有产生新的荧光峰。

从上面的分析可以看出，除了芝麻油没有430～490 nm之间荧光峰的增强，其他品种的植物油经过长时间加热后，在这段波长上均产生1个特征峰。300～370 nm处主要是维生素E的特征峰，说明随着加热时间逐渐延长维生素E成分被破坏，430～490 nm之间荧光峰的增强说明含有C=O基团的物质逐渐增加，而芝麻油在加热过程中可能生成了与其他植物油不同的物质，因此使用同步荧光分析法可以区分植物油的过加热状态。

2.3 加热后植物油的LED激发的荧光光谱分析

5种加热后的植物油采用激发波长为425 nm的LED光源得到的发射荧光谱图的变化规律如图3。

图3 5种加热植物油的LED激发得到的发射荧光谱图的比较图谱

图3 a可以看出，经过加热后，一级大豆油在450 nm处的荧光峰随加热时间的增加逐渐降低;图3b可以看出，经过加热后，花生调和油在450 nm处得荧光峰比大豆油要强，且特征峰450 nm、500 nm和670 nm处荧光强度随着加热时间的增长不断降低甚至消失;图3c可以看出，经过加热后，色拉油在450 nm处荧光峰也是随加热时间增长逐渐减弱的;图3d可以看出，经过加热后，棕榈油是在400 nm处有特征峰，但是在刚开始3 h的加热过程中，该特征峰消失并且总体荧光强度增强，增强的荧光峰在450 nm和500 nm处，之后随着加热时间的继续增长，其荧光强度才开始减弱;图3e可以看出，经过加热后，芝麻油的特征峰在500 nm和670 nm处，在加热3 h后就失去荧光性，与其他特征不同。

通过分析可得出LED固定波长激发的发射荧光光谱在分辨加热油样方面不明显，只能发现不同植物油的荧光效应随着加热时间的不同进行变化。结果证明了用同步分子荧光法测量植物油的加热过程规律的效果更理想。

2.4 气相色谱分析

图4是样品经过1.4条件测量得到的加热前后的气相色谱图。

图4 加热前后花生调和油的气相色谱图

图4 是加热前后花生调和油的气相色谱图，从图 4 中可以看出，加热前在时间为 18.3、23.2、23.7、24.6、26.1、31.8 min 时出来的峰明显高于加热后，随着植物油的加热，花生调和油中原有的各种脂肪酸(如油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸等)含量都不同程度的减少，说明加热破坏了植物油中原有的正常的脂肪酸含量;特别是加热后的气相色谱中在32～34 min(图中圈出)出现了许多小峰，这是加热前没有的，说明加热使植物油发生了过度分解、氧化、环化、聚合，从而产生了一些新物质，其他4种植物油也存在相似的变化规律。气相色谱的变化与荧光光谱的测量结果一致。

3 结论

对于加热前的5种植物油，分子同步荧光光谱法和LED固定波长激发的发射荧光光谱法都可能被用于鉴别他们的种类。

对于加热后的5种植物油，经过长时间加热后，发生了过度分解、氧化、环化和聚合，生成了更多的环化脂肪酸、环状二聚合物和多聚物以及共轭多烯聚合物，有一些营养成分包括维生素E等发生了分解和氧化作用，生成其他物质或随着加热挥发出去。分子同步荧光谱图结果显示，经过加热后的不同种植物油原来的特征峰都不同程度的减弱甚至消失，且在430～490 nm处产生了一个新的荧光峰，随着加热时间的延长，其强度逐渐增强。

LED固定波长激发的发射荧光谱图显示，虽然各种植物油加热后可以发现不同种植物油的荧光效应随着加热时间的延长而发生变化，但是共性的规律性不明显。因此使用同步分子荧光法研究植物油加热规律的变化比较理想。

通过气相色谱对加热前后的花生调和油的测量发现，植物油中原有的各种脂肪酸含量都不同程度的减少，且产生了一些新物质，结论与荧光光谱的测量结果一致。

试验表明植物油的荧光特性可作为区分其类型及加热变化的主要依据，植物油分子同步荧光光谱都产生了430～490 nm新的荧光峰，说明加热生成的物质具有相同的荧光性，因此，该方法可以用于研究植物油的加热氧化规律。

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Study on Oxidation Pattern of Heated Vegetable Oil Based on Fluorescence Spectrometry

Zhao Shoujing Chen Bin Lu Daoli
(School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013)

To explore the variation pattern between oxidation of heated vegetable oil and its fluorescence spectra，molecular synchronous fluorescence spectrometry and LED －induced fixed wavelength fluorescence spectrometry were employed to determine fluorescence spectra of 5 kinds of edible vegetable oil(soybean oil，peanut blend oil，salad oil，sesame oil and palm oil)after being heated for different durations.The condition for synchronous fluorescence spectrometry was excitation wavelength at 190～800 nm with wavelength interval of 10 nm，and that for LED －induced fixed wavelength fluorescence spectrometry used 425 nm as the excitation wavelength.It was discovered that both synchronous fluorescence spectra and fixed wavelength excited fluorescence spectra of the edible vegetable oil changed regularly with the increase of heating time.The changes of synchronous fluorescence spectra were more obvious.After heating，all molecular synchronous fluorescence spectra showed a new fluorescence peak at 430～490 nm.The obtained data indicated that fluorescence spectrometry of vegetable oil can be a novel approach for studying oxidation pattern of edible vegetable oil upon heating，and the synchronous fluorescence spectrometry can be used to qualitatively analyze oxidation degree of the edible vegetable oil and to distinguish the above 5 kinds of edible vegetable oil.

vegetable oil，oxidation，fluorescence spectrum

O657.39

A

1003－0174(2012)03－0104－06

2011－07－15

赵守敬，女，1985年出生，硕士，分子荧光光谱无损检测研究

陈斌，男，1960年出生，教授，博士生导师，近红外无损检测研究