化学计量法结合气相色谱检测米糠油掺伪棉籽油

喻凤香，魏小军，邓育平，肖 艳

(1．湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙410127;2．青岛科标化工分析检测有限公司，山东青岛266000)

米糠油富含维生素E、谷维素等，有较高的营养价值，近年来被称为“油中真黄金”，在国外，富集多种稻米营养素的米糠被称为“天赐营养源”。米糠油可以降低胆固醇、降血脂、预防动脉粥样硬化［1-2］等。长期食用米糠油能预防心脑血管疾病，促进新陈代谢和抗衰老等功能［3］，有效的预防现代文明病。美国心脏学会指出:“米糠油可确实有效地缓解心脏和脑疾患”［4］。米糠油作为一种优质食用油，已走入欧美千家万户。近年来，市场上陆续出现各个品牌的米糠油精炼油，米糠油的价格显著高于大豆油、棕榈油、棉籽油、菜籽油。国外学者对米糠油工艺研究非常关注［5-8］，而对米糠油的掺伪检测报导极少。食用油脂市场常将低级低价的油脂掺入高级高价油脂中，最常见的情形之一就是掺入棉籽油，不仅扰乱了市场秩序，甚至给消费者健康带来了不利影响。国内外学者采用仪器分析技术对油脂进行了各种检测，涉及米糠油的极少。Rohman［9］等采用红外光谱结合偏最小二乘法和判别分析技术建立了鉴别菜籽油、米糠油中露兜果实油的技术。郑显奎［10］等根据Halphen test原理研究了几种掺棉籽油的定性、定量方法。王力清［11］等研究了用分光光度法测定芝麻油掺棉籽油的方法。对米糠油掺伪特别是掺棉籽油的研究未见报导，本研究基于气相色谱法测得的纯米糠油与掺混棉籽油的米糠油的脂肪酸含量，采用聚类分析法和判别分析法对掺伪油脂进行鉴别，采用特征脂肪酸的一元线性模型及指纹图谱相似度模型对棉籽油的掺混量进行检测。

表1 棉籽油模拟掺伪量(%)Table 1 Adulteration amount of cottonseed oil(%)

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

米糠油(33 种，NO．1-NO．33) 实验室自制［12］;棉籽油(8 种，NO．34-NO．41) 市售。

SP6890气相色谱仪 山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司，配FID检测器，TM-FFAP色谱柱。

1.2 油脂的甲酯化与色谱分析

取油脂3～5滴于10mL容量瓶中，称重，加入1mL乙醚，1mL石油醚，摇匀，加入2mL KOH-甲醇液(0．5mol·L-1)，振摇，静置8min，用蒸馏水定容。静置分层。载气纯度为 99．999% N2，柱后流速1．8mL·min-1;进样口温度240℃;检测器温度 240℃;柱室 220℃;分流比 28∶1;进样量 1μL;空气流速280mL·min-1;氢气流速 30mL·min-1［13］。

1.3 模拟掺伪

米糠油(NO．1)中掺入棉籽油(NO．34)，进行气相色谱分析。掺伪量为0～100%的递增浓度，实际掺伪量见表1。

1.4 数据分析

脂肪酸定性采用外标法，定量采用归一法。数据统计使用SPSS 17．0。未知油脂的判别方法:将试样连同上述49种油脂的各脂肪酸含量分别输入到SPSS17．0数据表，未知油脂的类别为空，判别分析，选择“预测组成员”，判别结果将在数据视图的最右列自动出现，同时 SPSS Statistics查看器中“按照案例顺序的统计量”也将显示未知油脂的预测结果。

2 结果与分析

2.1 油脂脂肪酸分析

米糠油掺棉籽油后各掺伪比例下的脂肪酸气相色谱曲线见图1，其主要脂肪酸为豆蔻酸(C14∶0)、棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶12)。豆蔻酸、油酸峰面积递增，油酸峰面积递减。

2.2 米糠油掺棉籽油的聚类分析

聚类分析的基本思想是将待聚类样本的各样本各自看成一类，然后规定或定义样本间的距离或相似性量度以及类与类之间的距离后进行聚类。用归一法测定米糠油、棉籽油、掺伪油中12种主要脂肪酸 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1 的含量，将其作为变量，将样品进行聚类，群集数为2～4，聚类群集表见表2，当聚为2群集，33种米糠油及掺伪量17．02%以下的RC1、RC2聚为一类，类型为1，棉籽油和掺棉籽油的米糠油聚为一类，类型为2。当聚为3群集，33种米糠油及 RC1、RC2聚为一类，类型为1，掺伪量25．14%的RC3及41．51%的 RC4聚为一类，类型为2，掺伪量56．76%以上的 RC5、RC6、RC7、RC8 及8 种纯菜籽油聚为一类，类型为3。当聚为4群集，33种米糠油聚为一类，类型为1，RC1类型为2，RC2、RC3、RC4聚为一类，类型为3，掺伪量56．76%以上的RC5、RC6、RC7、RC8及8种棉籽油聚为一类，类型为4。聚类分析中的最小群集数即为2，因此综上所述，实验条件下聚为4群集掺混菜籽油的米糠油均能100%区别于米糠油，说明掺伪量12．77%以上能准确的检验。对12．77%以下的进行验证实验，表明5%以上即能区别于纯米糠油。

图1 各掺伪油脂的气相色谱图Fig．1 Curve of all the oil samples

2.3 判别函数

判别分析法是一种进行统计判别和分组的技术手段，是在已知研究对象分成若干类型，并已知各种类型的样品观测数据的基础上，根据某些准则建立判别方程，然后根据判别方程对未知所属类别的事物进行分类的一种分析方法。其意义在于可以根据已知的样本的分类情况来判断未知样本的归属问题。其主要目的是识别一个个体所属的类别。

将33种米糠油(类型为1)、8种菜籽油(类型为2)、8种掺混棉籽油的米糠油(类型为3)、3类油脂共计 49 个样品的 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1 含量导入SPSS17．0，选择步进式判别分析，类型选择最小为1，最大为3进行判别分析。判别分析同样可得到3个线性判别函数，见式(1)～式(3)。对未知样品进行判别分析时，可以将未知样品的各脂肪酸含量分别代入到3个线性判别函数中，计算判别函数值，函数值最大者，该样品就属于相应的植物油类别。

表2 聚类群集表Table 2 Clustering results of 49 samples

2.4 判别结果分析

所有组的散点图见图2，由图1可以看出类型1米糠油能正确的聚为一类，类型2的棉籽油能正确的聚合为一类，类型3掺混棉籽油的米糠油与纯棉籽油和米糠油都距离不远。对原样品的判别正确率为93．9%(表3)。米糠油中掺棉籽油，出现3个误判(RC1、RC2、RC8)，掺伪量17%以下被误判为米糠油，掺伪量25%～79．9%能准确判断为掺混棉籽油的米糠油，掺伪量92．35%以上误判为棉籽油(实际情况下不影响米糠油掺棉籽油的判别)。17%～25%的掺伪量进行验证实验，发现20%以上的掺伪量能进行准确判别。该方法在应用时应结合米糠油掺其它油的判别结果进行综合分析，因为实际情况下，掺混某一种油是未知的，且有可能掺混一种以上的低价油，因此在对盲样进行分析时可采用同样的方法进行判别分析，将米糠油掺棕榈油、大豆油、菜籽油等的脂肪酸含量一起作为变量输入。

2.5 定量分析

图2 混合油脂与纯油的典型判别分布图Fig．2 Typical discriminant profile of mixed and pure oils

米糠油掺棉籽油后各掺伪比例下的脂肪酸含量见表 4，C14∶0、C16∶1 含量少，递增明显，C16∶0、C18∶2含量高，变化大，递增明显。以豆蔻酸做特征脂肪酸，计算出的误差最小，17%以上平均误差为4．54%。线性方程式为 YC14∶0=0．004X+0．3168(R2=0．9813)，式中Y为豆蔻酸的含量(%)，X为棉籽油的掺伪量(%)。棕榈酸为棕榈油的特征脂肪酸，以棕榈油酸做特征脂肪酸误差较大。以亚油酸做特征脂肪酸，＞40%掺伪量误差为4．74%，掺伪量较小时不适合，其 定 量 模 型 为 YC18∶2=-0．2082X+39．855(R2=0．9841)。指纹图谱相似度的计算采用向量夹角余弦法［12］，根据指纹图谱相似度与掺伪量的变化规律(表5)，建立掺伪量与指纹图谱相似度模型为 Y=-240．52X5+677．8X4-697．92X3+312．09X2-66．998X+99．97(R2=0．9993)，该模型适合于 17% 以上的掺混量。

3 结论

对纯米糠油和掺混菜籽油的米糠油进行聚类分析和判别分析，米糠油掺棉籽油5%以上，聚类分析能正确进行辨别，掺棉籽油20%以上，判别分析能进行正确辨别。米糠油掺棉籽油的定量分析，适宜选用C14∶0做特征脂肪酸，适于掺伪量大于17%，线性方程式为 YC14∶0=0．004X+0．3168(R2=0．9813)，掺混量与相似度计算模型为 Y=-240．52X5+677．8X4-697．92X3+312．09X2-66．998X+99．97(R2=0．9993)，该模型适合于17%以上的掺混量。本实验采用恒温气相色谱检测，相对于程序升温操作简单，归一法计算出的脂肪酸百分比可直接代入判别函数从而判断油脂种类，判别分析和聚类分析相结合大大增加了准确度，在掺伪油脂种类未知的情况下，可采用与本研究类似的方法引入棕榈油、大豆油、菜籽油等进行判断。米糠油中掺其他油脂的定量检测报道极少，本研究定量模型简单实用，误差小。采用本单位研发的“米糠油掺伪检测系统V1．0”可实现对米糠油中掺伪油脂快速定性定量。

表3 样品的判别结果Table 3 Discriminant result of all the samples

表4 掺不同比例棉籽油后米糠油脂肪酸的含量(%)Table 4 The FA composition of RBO mixed with different proportion cottonseed oil(%)

表5 米糠油掺棉籽油指纹图谱相似度与相对误差Table 5 The Similarity of Chromatographic Fingerprint(SCF)and the relative error

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