4种植物油热氧化同步荧光光谱分析

李泳霖 谷宇欣 宫婷 王子健 潘政道 于修烛

摘要：以亚麻籽油、大豆油、菜籽油与葵花籽油为原料，在不同温度条件下氧化并测定其不同时间的同步荧光光谱，分析同步荧光光谱及荧光物质变化情况。结果表明，4种植物油不同温度下的同步荧光光谱峰变化主要集中在300～415 nm内，且随着加热时间的延长存在波动现象;在50 ℃和150 ℃加热氧化条件下，300，330，375，415 nm这4个峰都存在明显的波动现象;二维相关分析表明，这4个峰的荧光强度变化速率不同，不同油变化差异较大;同种油在不同温度下，4个峰的波动情况、相互关系、变化速率均有明显差异。这些峰的变化与油脂氧化过程中荧光物质和油脂氧化程度的变化有关，可以利用同步荧光光谱的变化特性作为监控油脂氧化的依据。

关键词：油脂;热氧化;同步荧光光谱;分析

中图分类号：TS221     文献标志码：A    doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.02.013

Analysis on 4 Kinds of Vegetable Oils by Synchronous Fluorescence Spectroscopy During Thermal Oxidation

LI Yonglin，GU Yuxin，GONG Ting，WANG Zijian，PAN Zhengdao，YU Xiuzhu

（College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）

Abstract：Four edible oils（linseed oil，soybean oil，rapeseed oil and sunflower oil）were chosen to heat at two different temperatures and collect synchronous fluorescence spectra，then the change of spectra and fluorescence substances were analysed. The results showed that the fluorescence peaks range was from 300 nm to 415 nm with all 4 kinds of oils at two temperatures，the intensity of peaks fluctuated with the heating time，peaks of 300，330，375，415 nm had a significant fluctuation under 50 ℃ and 150 ℃，two-dimensional correlation analysis showed that there were different changing rate of these 4 peaks，and it had differences in different oils，the fluctuation，relationship between peaks，changing rate of 4 peaks of one kind of oil was different at two temperatures. These changes of peaks were related to changes of fluorescence substances and oxidation process，these characters of fluorescence spectroscopy of oils can be a basis of analysing oil oxidation.

Key words：vegetable oils;thermal oxidation;synchronous fluorescence spectroscopy;analysis

0   引言

食用油在加熱过程中易发生氧化酸败，导致其品质下降。目前，检测食用油氧化变质的方法很多，包括传统化学指标、红外光谱、色谱分离等[1]，传统化学指标分析虽然可行，但检测指标较多时，检测过程费时费力。红外光谱可以记录分子吸收红外光辐射后发生振动与转动能级跃迁的信息，能较快速地检测油脂氧化程度，但存在样品前处理复杂、吸收强度较弱、灵敏度不高等缺点[2-3]。色谱分离可以具体检测到某一种物质的变化，但是同样存在操作复杂、耗时长的缺点[4]。食用油中生育酚、色素等物质会发出较强的荧光，油脂的氧化产物同样有荧光响应，这些荧光物质与油脂的氧化进程存在一定的关系[5]，而且荧光检测样品前处理简单、耗时短，因此荧光光谱可作为监测油脂氧化程度的判断依据[6-7]。为研究食用油在氧化过程中荧光物质的变化规律，选取4种植物油为原料，在50 ℃和150 ℃下氧化，扫描其同步荧光光谱，结合二维相关光谱分析阐明同步荧光光谱及荧光物质变化情况，为更准确、便捷地监控食用油的氧化程度提供参考。

1   材料与方法

1.1   材料

1.1.1   原料

亚麻籽油（一级）， 锡林郭勒盟红井源油脂有限公司提供;葵花籽油（一级），陕西粮农油脂集团有限公司提供;大豆油（一级）、菜籽油（一级），中粮福临门食品营销有限公司提供。

1.1.2   仪器与试剂

PerkinElmer LS 55型荧光分光光度计，珀金埃尔默仪器（上海）有限公司产品;正己烷（分析纯），广州市金华大化学试剂有限公司提供。

1.2   试验方法

1.2.1   热氧化分析

取200 mL植物油于250 mL烧杯中，置于50 ℃烘箱中氧化30 d，每48 h取一次样得到包括原油在内的16个样品，对样品进行编号，0号样品为原始油样，第一个48 h样品编为1号，以此类推。

将植物油加热至150 ℃，共加热8 h，每30 min取一次样，用冰盐浴迅速冷却至室温，其中亚麻籽油因煎炸至7 h时已发生严重变质，出现较多的氧化聚合物，故在7 h时停止加热，得到包括原油在内的15个样品，其余植物油得到包括原油在内的17个样品。0号样品为原始油样，第1个30 min样品编为 1号，以此类推。

1.2.2   检测方法

采用PerkinElmer LS 55型荧光分光光度计，1 cm石英荧光比色皿，光谱扫描条件为激发波长200～ 800 nm，波长差Δλ 20 nm，激发狭缝5 nm，发射狭缝10 nm，扫描速度1 000 nm/min，扫描间隔0.5 nm，为避免内滤效应，所有样品取40 μL溶于4 000 μL正己烷中测定，每个样品扫描3次取平均光谱[8]。

1.2.3   数据处理

使用Origin 9.0 进行数据处理，采用日本关西 学院大学Shigeaki Morita与Yukihiro Ozaki编写的  2D Shige 1.3进行二维相关分析。

2   结果与分析

2.1   50 ℃热氧化分析

2.1.1   同步荧光光谱分析

4种植物油50 ℃熱氧化的同步荧光光谱见图1。

由图1可知，每种油中大致有4个峰，它们分别在300，330，375，415 nm处。在原油中300 nm的峰为生育酚荧光峰，其余的峰为其他酚类与色素的峰[9-10]，α，β -不饱和脂肪酸甘油酯虽因其有共轭结构对荧光也有贡献，但是因酯基的吸电子效应与吸电子共轭效应，使其荧光强度较弱。4种油在50 ℃热氧化时的同步荧光光谱均具有较大幅度变化，随着加热时间的延长有一定的波动。

其中，亚麻籽油于330 nm处荧光峰，在第7个样品（即第14天）之前呈现明显的波动，原因是其中的酚类与色素被氧化同时生成新的荧光物质，即不饱和脂肪酸链降解生成的一级氧化产物与次级氧化产物[11];该峰在第14天后无明显变化。菜籽油在300，330，375 nm峰处均呈现明显波动，并且各峰同时达到最大值与最小值，在氧化过程中，300 nm所对应的生育酚，330 nm与375 nm所对应的酚类与色素被氧化，荧光强度明显下降，同时也表明有新的荧光氧化产物生成，导致峰强度整体呈现波动，各峰同时达到最大值与最小值可能是由于各峰所对应的荧光物质由同种一级氧化产物分解而来。大豆油在300 nm处的峰较尖锐，一开始呈下降趋势，即生育酚被氧化，自第6个样品（第12天）之后开始波动，可能是由于生成了新的荧光氧化产物;375 nm的峰也呈现波动，原因是该波长对应的酚类和色素的氧化降解与荧光氧化产物的生成和分解。葵花籽油于415 nm处的峰强度在第3个样（第6天）之后突然上升，可能有新的荧光氧化产物;300 nm的峰强度在第6天后有明显的下降，之后开始波动，原因是生育酚消耗与300 nm对应的荧光氧化产物生成和分解，在第6 天之后，300，330，375 nm峰处同时达到最大值与最小值，可能是由于各峰所对应的荧光物质由同种一级氧化产物分解而来。

比较4种油的荧光光谱，其中除亚麻籽油只有330 nm的峰之外，其他油基本上都有3个峰（300， 330，375 nm峰），其中菜籽油和葵花籽油还有415 nm弱的荧光峰，葵花籽油与菜籽油300，330，375 nm峰强度增强与减弱的趋势相同，表明葵花籽油与菜籽油在荧光表征下50 ℃时氧化过程的相似性。不同种植物油在热氧化时的同步荧光光谱各有差异，但是也有共性，即峰的位置大致相同且存在着波动，各峰之间的上升与下降有一定的联系。

2.1.2   二维相关分析

二维相关光谱是以某一变量作为微扰，揭示光谱中不同部分之间在微扰作用下的相互关系，从而揭示体系不同组分在微扰下的相互关系[12]，已被广泛应用于红外光谱分析等领域[13]。

二维相关光谱分为同步谱和异步谱，读谱需要同时分析2个谱峰的属性，图谱中左边为同步谱，右边为异步谱，红色的峰为正峰，蓝色的为负峰，颜色深浅代表峰的强弱。同步谱呈对角线对称，其对角线上的正峰是自相关峰，异步谱呈对角线反对称。根据Noda规则，横轴波长记为ν1，纵轴波长记为ν2，Φ表示同步谱的峰，Ψ表示异步谱的峰，若Φ（ν1，ν2）>0且Ψ（ν1，ν2）>0，则ν1处对应的峰较ν2处变化快，若Φ（ν1，ν2）>0且Ψ（ν1，ν2）<0，则ν1较ν2变化慢;若Φ（ν1，ν2）<0，则变化与上述刚好相反;若Φ（ν1，ν2）= 0，则2个峰关系不能确定;若Ψ（ν1，ν2）= 0，则2个峰变化同时发生[14]。

以热氧化时间为微扰绘制4种植物油50 ℃热氧化的二维相关光谱。

4种植物油50 ℃热氧化的二维相关光谱见图2。

由图2可知，亚麻籽油在50 ℃热氧化时的同步荧光光谱峰不明显，可能是由于亚麻籽油在50 ℃时生成的荧光物质种类较多，荧光峰很宽，导致其没有明显的峰;菜籽油同步荧光峰强度变化速率330 nm>375 nm>300 nm，即酚类与色素氧化及其对应峰的氧化产物生成分解速率大于生育酚氧化与300 nm对应的氧化产物生成分解速率;大豆油同步荧光峰强度变化速率300 nm>375 nm>330 nm，即生育酚氧化及其对应波长的氧化产物生成分解速率最快;葵花籽油同步荧光峰强度变化速率330 nm>415 nm，415 nm峰大致与300，375 nm峰的同步荧光强度变化速率相同，即这3个峰对应的荧光物质降解与氧化产物生成分解速率基本相同。

峰的变化速率相对快慢反映在氧化过程中各峰所对应的物质变化速率的差异，由于各种油中成分的差异，物质变化速率也会不同;大豆油于300 nm处峰所对应的生育酚氧化及氧化产物生成分解速率是最快的，而菜籽油与葵花籽油则是330 nm峰所对应的酚类与色素氧化及氧化产物生成分解速率最快。

比较4种油的二维相关光谱，菜籽油和葵花籽油中330 nm峰的同步荧光强度变化速率都最快，这也表明了菜籽油与葵花籽油50 ℃下氧化过程的相似性。从同步荧光光谱与二维相关光谱可以看出，除亚麻籽油外，各种油的峰位置大致一致，并且在氧化过程中，几乎所有的峰都有波动，且不同油的各峰变化规律与同步荧光强度变化速率快慢也不一样，这表明不同油中因其组成不同而造成在热氧化过程中荧光光谱表征的差异。

2.2   150 ℃热氧化分析

2.2.1   同步荧光光谱分析

4种植物油150 ℃热氧化的同步荧光光谱见图3。

由图3可知，在150 ℃热氧化下，所有的油都呈现出300，330，375 nm峰且各峰都有波动，但是同时部分油的光谱峰变宽且峰有一定位移;亚麻籽油还出现新的峰，可能是150 ℃下不饱和脂肪酸、生育酚与氢过氧化物更不稳定，50 ℃时对应的多种荧光物质分解产生新的荧光物质峰的波长范围较窄，使荧光峰突出。150 ℃氧化条件下，4种油光谱各峰变化均较明显，亚麻籽油在300 nm峰上升时，330 nm峰也呈上升趋势，其原因可能与50 ℃时相同，即各峰所对应的荧光物质可能来源于同种一级氧化产物;菜籽油的光谱在150 ℃下变宽，415 nm峰几乎被遮住，可能是由于150 ℃时生成了更多的荧光氧化产物，375 nm峰不明显，使峰整体变宽，掩盖掉了375 nm的峰;大豆油与菜籽油情况几乎相同;而葵花籽油在150 ℃熱氧化下峰依然明显，300 nm峰上升时，330 nm峰也上升即两峰所对应的荧光物质可能来源于同种一级氧化产物。

在亚麻籽油与葵花籽油中，300 nm与330 nm峰上升与下降趋势相同;菜籽油与大豆油峰都变宽，反映出150 ℃氧化时不同油之间氧化过程在荧光表征下的相似性。

150 ℃时峰的形状与相互关联性和50 ℃时的有明显差异，造成这种差异可能是在150 ℃条件下包括不饱和脂肪酸、生育酚、色素及氢过氧化物在内的物质变得比50 ℃时更易氧化分解，其自身的氧化分解与不饱和脂肪酸氧化产物的生成速率都与50 ℃下不同，150 ℃下会生成更多的荧光物质，反应速率也有较大变化，其中反应速率的差异在如下的二维相关光谱表征中尤为明显。

2.2.2   二维相关分析

4种植物油150 ℃热氧化的二维相关光谱见图4。

由图4可知，亚麻籽油同步荧光峰强度变化速率375 nm>300 nm>330 nm，即生育酚氧化速率和300 nm波长对应的荧光氧化产物生成分解速率比330 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率快，比375 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率慢;菜籽油同步荧光峰强度变化速率为300 nm>375 nm，即生育酚氧化速率及300 nm波长对应的荧光氧化产物生成分解速率是最快的，375 nm峰的同步荧光强度变化速率大致与330 nm和415 nm相同，即这3个峰所对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率基本一致;大豆油300 nm峰的同步荧光强度变化速率大致与375 nm峰变化相同且快于330 nm，即生育酚氧化速率及300 nm波长对应的荧光氧化产物生成分解速率与375 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率基本相同，比330 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率快;葵花籽油同步荧光峰强度变化速率为375 nm> 300 nm>330 nm，即生育酚氧化速率及300 nm波长对应的荧光氧化产物生成分解速率比330 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率快，比375 nm对应的酚类、色素氧化速率及荧光氧化产物生成分解速率慢。

4种植物油中亚麻籽油与葵花籽油的峰之间的同步荧光强度变化速率一致，菜籽油与大豆油300 nm峰的同步荧光强度变化速率都是最快的，与同步荧光光谱相对应，也反映出150 ℃下不同植物油之间在荧光表征下氧化过程的相似性。可以看出，菜籽油与葵花籽油中，150 ℃时300 nm峰同步荧光强度变化速率较50 ℃时有明显提升，大豆油与葵花籽油中，150 ℃时375 nm峰同步荧光强度变化速率较   50 ℃时有明显提升，原因是50 ℃与150 ℃时各种荧光物质对应的反应速率的差异。

3   讨论

4种植物油同步荧光峰变化存在一定波动且出现一个峰上升时其他峰同时上升，这是由于油脂在氧化过程中会发生一系列变化，包括生育酚、色素、酚类与不饱和脂肪酸被氧化。不饱和脂肪酸发生氧化时，首先生成氢过氧化物，接着氢过氧化物分解为醇、醛、酮、酸等化合物[15]。在荧光表征下，生育酚发生氧化时，其闭环共轭结构被破坏，且生成了吸电子基团羰基[16]，这些都使生育酚氧化产物荧光强度较生育酚低[17-18]，其他色素与酚类情况类似，其中叶绿素的峰在670 nm左右，其氧化速率比其他成分都快[19]，在加工或储存过程中可能被氧化或破坏。不饱和脂肪酸的情况要复杂一些，其本身有较弱的荧光，过氧化物分解产生的自由基对激发态分子有一定的影响，过氧化物的分解产物，如α，β -不饱和羰基化合物，这类物质因存在共轭结构会对荧光强度有较大贡献，而如果长链的化合物进一步在双键处断裂，产生的化合物的荧光峰还会发生移动。这些荧光物质的分解与生成造成了在荧光表征下峰的变化特点即峰存在波动，出现一个峰上升时其他峰同时上升的情况。

4   结论

结合二维相关分析技术，比较了在50 ℃与150 ℃热氧化下不同种植物油同步荧光光谱变化规律。结果表明，各光谱峰都集中在300～415 nm，其中300，330，375，415 nm峰都存在波动，部分峰在一个峰上升时其他峰同时上升，同种油不同温度下峰的波动情况、相互关系及相对变化速率均有明显差异，不同种类油之间变化既有相同之处，又有差异，可利用这4个荧光峰监控油脂氧化变化。通过研究油脂氧化过程中荧光物质和油脂氧化程度的变化规律，为使用同步荧光技术监控油脂氧化方法的构建奠定了理论基础。

参考文献：

韩玉莲. 油脂氧化常用检测方法及其评价[J]. 中国食品卫生杂志，1994（1）：57-59.

杨佳，武彦文，李冰宁，等. 傅里叶变换红外光谱技术在食用油脂分析领域的应用[J]. 中国油脂，2013，   38（3）：81-86.

宁宁，贾颖萍，尹静梅. 现代分析仪器检测油脂过氧化值的研究进展[J]. 食品工业，2017，38（6）：266-269.

李书国，薛文通，张惠. 食用油脂过氧化值分析检测方法研究进展[J]. 粮食与油脂，2007（7）：35-38.

方惠敏. 植物油的荧光光谱法研究[J]. 生物学杂志，2009，26（6）：83-85，91.

Ewa Sikorska，Igor Khmelinskii，Marek Sikorski. Analysis of olive oils by fluorescence spectroscopy：Methods and applications[G]// Olive Oil Constituents，Quality，Health Pr- operties and Bioconversions. Rijeka，Croatia：INTECH，2012：63-85.

Kongbonga Y M，Ghalila H，Majdi Y，et al. Investigation of heat-induced degradation of virgin olive oil using front fa- ce fluorescence spectroscopy and chemometric analysis[J]. Journal of the American Oil Chemists Society，2015（10）：1 399-1 404.

Poulli K I，Mousdis G A，Georgiou C A. Rapid synchronous fluorescence method for virgin olive oil adulteration assessment[J]. Food Chemistry，2007（1）：369-375.

Cheikhousman R，Zude M，Bouveresse J R，et al. Fluorescence spectroscopy for monitoring deterioration of extra virgin olive oil during heating[J]. Analytical & Bioanalytical Chemistry，2005（6）：1 438-1 443.

Papoti V T，Tsimidou M Z. Impact of sampling parameters on the radical scavenging potential of olive（Olea europaea L.）leaves[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009（9）：3 470-3 477.

Poulli K I，Mousdis G A，Georgiou C A . Monitoring olive oil oxidation under thermal and UV stress through synch-ronous fluorescence spectroscopy and classical assays[J]. Food Chemistry，2009（3）：499-503.

Noda I. Determination of two-dimensional correlation spectra using the hilbert transform[J]. Applied Spectroscopy，2000（7）：994-999.

吴强，王静. 二维相关分析光谱技术[J]. 化学通报，2000（8）：45-53.

Dowrey A E，Marcott C，Noda I. Recent developments in two-dimensional infrared（2D IR）correlation spectrosc-opy[J]. Applied Spectroscopy，1993（9）：1 317-1 323.

周华龙，张新申，陈家丽，等. 不饱和油脂氧化机理的研究与技术开发（Ⅱ）——油脂游离基的反应特点与技术开发[J]. 中国皮革，2003，32（13）：4-7.

周洋，杨文婧，操丽丽，等. 生育酚抑制油脂氧化机制研究进展[J]. 中国油脂，2018（8）：32-38.

许金钩，王尊本. 荧光分析法[M]. 第3版. 北京：科学出版社，2006：22-33.

赵德丰，高欣钦. 荧光与分子结构的关系[J]. 染料工业，1995（6）：1-5.

孙艳辉，蔡华珍，贾小丽，等. 菜籽油热氧化过程中荧光光谱特征的变化研究[J]. 分析化学，2013（9）：1 373-   1 377. ◇

收稿日期：2019-08-25

基金项目：2019年大学生创新创业训练计划省级项目（S201910712199）。

作者簡介：李泳霖（1998—   ），男，本科，研究方向为食品科学与工程。

通讯作者：于修烛（1974—   ），男，博士，教授，研究方向为脂质氧化及安全检测。