甘三酯-主成分分析识别7 种植物油脂的研究

范 璐，周亚利，霍权恭，朱桃花，王彩霞，赵忠华，焦爱琴

（1.河南工业大学 化学化工学院，河南 郑州 450001；2.濮阳市粮油质量检测中心，河南 濮阳 457000）

0 引言

天然植物油脂是成分十分复杂的混合物，对其进行分离是一项极具挑战性的工作，食用植物油脂理化性质的相似性为识别分析带来了极大的困难.随着相关学科的发展，特别是随着现代仪器分析技术的发展，对油脂的识别分析在深度和广度上取得了许多新进展[1-2].利用油脂的光谱信息，如使用紫外-可见光谱法[3]、红外和近红外光谱法[4-6]、荧光光谱法[7-9]等，对植物油脂的识别分析均取得了一定的成效，但受油脂加工的影响，油脂的非甘油三酯成分会发生较大改变，使用光谱法受其影响较大.利用油脂的脂肪酸特征，如气相色谱法分析各种油脂的脂肪酸组成和含量[10-12]，也是油脂识别分析研究的热点之一，而不同油脂的混合可能导致脂肪酸组成相似，这给识别分析带来新的问题.

甘油三酯是天然植物油脂的主要成分.甘三酯的组成受品种因素控制较多，因此，可以依据甘油三酯的甘油骨架上结合的脂肪酸的种类以及脂肪酸的分布及构型，来识别植物油脂种类.依据甘三酯识别分析不同的油脂，建立方法面临以下问题，一是需要采用合适的高效液相色谱条件，将不同油脂的甘三酯有效分离；二是需要合适的数据处理和结果表达方法.针对多变量的分析，目前采用统计学或化学计量学方法较多.

1 材料和方法

1.1 仪器与试剂

高效液相色谱仪（配备Elite P230 高压恒流泵，EC2000 色谱工作站）：大连依利特分析仪器有限公司；JUPITER C18 色谱柱（250 mm×4.6 mm×5 μm）：美国菲罗门公司；SEDEX55 蒸发光散射检测器：法国SEDERE 公司；隔膜真空泵：天津市腾达过滤器件厂.

石油醚（沸程：第Ⅰ类30～60 ℃）：开封化学试剂总厂；甲醇：洛阳化学试剂厂；丙酮：洛阳昊华化学试剂有限公司；乙腈、二氯甲烷：天津市科密欧化学试剂有限公司，以上试剂均为分析纯.

1.2 样品及制备

收集产地、品种各异的大豆（33 种）、花生（39种）、葵花籽（17 种）、芝麻（37 种）和菜籽（58 种）等油料种子，采用石油醚浸泡提取，然后过滤，蒸馏除去溶剂，在105 ℃下除去水分，取油样备用.玉米油和棕榈油样来源于不同的油脂公司.

1.3 高效液相色谱法的操作条件

高效液相色谱法分离甘油三酯：取油样用乙腈和二氯甲烷（1∶1）溶解，然后取10 μL 溶液进样.操作条件：流动相为乙腈/二氯甲烷，洗脱条件见表1，其中泵A 代表二氯甲烷百分含量，泵B 代表乙腈百分含量.检测器条件：温度为70 ℃，空气压缩泵提供载气，载气压力为2.6 Bar.

表1 高效液相色谱法洗脱条件

1.4 数据处理方法

为便于计算，不考虑不同甘三酯响应因子的差异，对所得色谱图中的所有甘油三酯色谱峰进行面积归一化，得到各个组分的相对含量.按照色谱峰的保留时间，手动辅助定性归类.在7 种植物油脂的甘油三酯进行归类统计的基础上进行识别分析.

聚类-主成分分析（CLU-PCA）：用NIRCal-5.2软件中的CLU-PCA 处理程序处理数据.所有样品利用该软件的处理向导，自动挑选适合的数据预处理方法，不同类的油脂样品每种都随机取2/3 数量作定标集，建立聚类-主成分识别模型，剩余1/3作验证集，验证建立的判别模型是否合理有效.

2 结果与分析

2.1 7 种油脂甘油三酯的测定结果

按照1.3 方法获得每一种油脂的高效液相色谱图，分别取24 ℃棕榈油25 号（ZL25）、大豆油（DD095 非转基因）、葵花籽油（KHZ014）、花生油（HS071）、芝麻油（ZM047）、玉米油（YM8）、菜籽油（AH060）、菜籽油（AH075）的高效液相色谱图作为每一类油脂的代表性色谱图，如图1 所示.除菜籽油外，每一类油脂分离的组分数基本一致，但各个组分的相对含量有波动，而且各种油脂甘油三酯组成上明显存在差异.依据保留时间，共分离出色谱峰38 个，各种植物油脂甘油三酯组成及含量见表2.

图1 7 种植物油脂甘油三酯HPLC 分离色谱图

表2 5 种植物油脂甘油三酯组成及含量 %

由表2 可知，不同的油脂甘三酯组成特征性很强，2、6、7 号峰是大豆油的主要特征峰，除棕榈油之外，其他油脂的6、7 号峰含量都为0；5 号峰保留时间短，依据反相高效液相色谱保留行为，极性较大者保留时间短，说明此组分极性较大，参照棕榈油和花生油的甘三酯组成，推测可能是三亚油酸甘三酯[13]，5 号峰在大豆油、葵花籽油、玉米油和芝麻油中含量相对高；8 号峰除了棕榈油和高芥酸菜籽油外，其他油脂含量较高；10 号峰在大豆油、葵花籽油、花生油、玉米油和芝麻油中有较多含量，除花生油外均比5 号峰和10 号峰含量低；13号峰除了菜籽油外，均存在一定含量，15 号峰次之；大豆油、葵花油和芝麻油的16 号峰含量为0，棕榈油的含量略大于1%，花生油的含量小于1%；18 号峰和20 号峰是棕榈油最高含量的甘三酯，而其他油脂偏少，芝麻油的19 号峰和20 号峰组分含量有一定特征性；棕榈油中的23 和24 号峰也是含量较高组分；21、22 号峰是花生油的主要特征峰，含量为0.3%～1.4%，而其他4 种油的含量为0；23、24 号峰是棕榈油的主要特征峰，含量在1%～11%之间，其他4 种油脂的含量小于1%.菜籽油的谱图较复杂，其原因是菜籽油有高低芥酸之分，但谱图中的色谱峰也有一定的特征性.

2.2 7 种植物油脂的CLU-PCA 分析结果

将7 种植物油脂38 个甘油三酯组成，在统一变量后，进行识别模型的探索.使用NIRCal 软件，在对各种植物油脂甘油三酯的百分含量的原始数据进行log 和ncl（Normalization by Closure）处理后，使用CLU-PCA 方法，使用软件的数据处理向导，自动筛选优化识别模型，如图2 所示，7 种植物油被正确识别为7 类，识别模型的准确率和验证准确率均为100%.将玉米油和低芥酸菜籽油数据代入模型后，发现玉米油和菜籽油也能被识别出来，但识别准确率分别为90%和92%.分析菜籽油脂肪酸组成（见表3），其芥酸含量差异大，由图1可知，甘三酯组成差异大，因此，菜籽油高低芥酸含量的差异，导致识别率略低，针对菜籽油，数据处理方法需要改变.玉米油识别准确率偏低，还有待于来源信息更强的玉米油进一步研究.

图2 7 种植物油脂的CLU-PCA 二维识别模型

表3 7 种植物油脂5 种主要脂肪酸含量 %

从图2 可知，由于玉米油和芝麻油和葵花籽油信息的特征向量之间的相似性，欧氏距离较近，空间数据之间有重叠.数据处理中删去玉米油数据后，剩余的6 种植物油脂的CLU-PCA 三维识别模型如图3 所示.三维图显示，6 种油脂各自聚类效果明显.

图3 6 种植物油脂的CLU-PCA 三维识别模型

3 结论

以ODS 为分离柱，乙腈和二氯甲烷为流动相，作梯度洗脱，测定植物油脂的甘油三酯相对含量，虽然采用的ODS 柱不能完全将所有的甘三酯分离开，但可以分出38 簇峰，而且色谱图显示了不同油脂的特征性.以甘三酯含量为变量，采用聚类-主成分分析方法建立7 种植物油脂的识别模型，结果显示，可以达到识别油脂的目的.此方法比以脂肪酸为变量的识别模型更有优势，因为甘三酯的调和比脂肪酸的调和难度大，识别结果更可靠.

［1］Kumar M，Yadav R A.Experimental IR and Raman spectra and quantum chemical studies of molecular structures，conformers and vibrational characteristics of nicotinic acid and its Noxide［J］.Spectrochimica Acta Part A，2011，79:1316-1325.

［2］Jeffrey R S，Patricia A Z，James A H，et al.Location of high and low affinity fatty acid binding sites on human serum albumin revealed by NMR drug -competition analysis［J］.Journal of Molecular Biology，2006，361:336-351.

［3］Casalea M，Oliveri P，Casolino C，et al.Characterisation of PDO olive oil Chianti Classico by non-selective（UV visible，NIR and MIR spectroscopy）and selective（fatty acid composition）analytical techniques［J］.Analytica Chimica Acta，2012，712:56-63.

［4］陆婉珍.现代近红外光谱分析技术［M］.北京：中国石化出版社，2007:76-78.

［5］Cotte M，Dumas P，Besnard M，et al.Synchrotron FTIR microscopic study of chemical enhancers in transdermal drug delivery:example of fatty acids［J］.Journal of Controlled Release，2004，97:269-281.

［6］范璐，吴娜娜，霍权恭，等.气相色谱分析和傅里叶变换红外吸收光谱识别花生油中棕榈油［J］.河南工业大学学报:自然科学版，2008，29:12-15.

［7］Vicente J P，Gimeno Adelantado J V，Castro R M，et al.Identification of lipid binders in old oil paintings by separation of 4-bromomethyl-7 -methoxycoumarin derivatives of fatty acids by liquid chromatography with fluorescence detection［J］.Journal of Chromatography A，2005，1076:44-50.

［8］Poulli K I，Mousdis G A，Georgiou C A.Rapid synchronous fluorescence method for virgin olive oil adulteration assessment［J］.Food Chemistry，2007，105:369-375.

［9］王艳，范璐，霍权恭，等.用三维荧光光谱法测定8 种植物油脂的荧光信息［J］.河南工业大学学报:自然科学版，2010，31:36-39.

［10］Dugo P，Cacciola F，Kumm T.Comprehensive multidimensional liquid chromatography:Theory and applications［J］.Journal of Chromatography A，2008，1184:353-368.

［11］Vinod V T P，Sashidhar R B，Sarma V U M，et al.Comparative amino acid and fatty acid compositions of edible gums kondagogu（Cochlospermum gossypium）and karaya（Sterculia urens）［J］.Food Chemistry，2010，123:57-62.

［12］Kangani C O，Kelley D E，DeLany J P.New method for GC/FID and GC C-IRMS analysis of plasma free fatty acid concentration and isotopic enrichment［J］.Journal of Chromatography B，2008，873:95-101.

［13］安广杰，候冰冰，王瑛瑶，等.超高效液相色谱法测定油脂中甘三酯组成［J］.中国油脂，2011，36:55-58.