基于稳定氢氧同位素技术的花生油掺假检测技术研究

王道兵 岳红卫 高冠勇 李国辉 宋立里王一路 费晓伟 贾召鹏 钟其顶 张柏林

(金胜粮油集团有限公司1，临沂 276600)(中轻食品检验认证有限公司2，北京 100015)(中国食品发酵工业研究院3，北京 100015)(北京林业大学4，北京 100083)

花生油由于浓郁的香气、丰富的营养成分被誉为“东方第一油”，其在中国被认为是一种高端烹调用油。花生油中含有甾醇、麦胚酚、磷脂、维生素E、胆碱等多种对人体有益的物质，有研究表明经常食用花生油可以防止皮肤皱裂老化，保护血管壁，防止血栓形成，有助于预防动脉硬化和冠心病[1,2]，因此深受消费者喜爱。

我国是世界最大的花生油消费国[3]，2015年美国农业部发布的《油料:世界市场与贸易》报告中显示2016/2017年度全球花生油产量预估为560万t，其中中国产量290万t，占全球产量的52%。但由于我国花生种植面积和产量的限制，近年来花生油的消费需求不断上升，花生油价格不断上涨，虽然中国产量排名全球第一，但中国每年仍然要从国际市场进口15万吨左右的花生油，大约占到全球花生油贸易量的60%。在此背景下，一些不法商贩用廉价油脂甚至非食用油脂添加香精香料冒充花生油，有报道显示，假花生油产品的掺假程度最高达70%。花生油与棕榈油、大豆油、菜籽油之间的大幅价差令这些企业铤而走险[4]。

稳定同位素技术是鉴别食品掺假掺杂的有效方法，已在蜂蜜、葡萄酒、果汁等产品中得到应用[5-8]，而采用稳定同位素鉴别油脂真假也是当前研究的热点，在橄榄油[9-13]、茶油[14]等产品中已有报道。国内金青哲等[15]研究了花生油与玉米油的碳同位素分布特征，发现二者存在很大差异，应用碳同位素技术可鉴别玉米油中是否混入了花生油。郭莲仙等[16,17]利用GC-IRMS和EA-IRMS对市场上包括花生油、菜籽油和橄榄油等的18种植物油进行分析，通过对其和脂肪酸的稳定同位素δ13C值，可实现对动物油与植物油的有效区分，并检查出50%的植物油存在掺假情况。陈珊珊等[18]建立了气相色谱-燃烧-稳定同位素比值质谱(GC-C-IRMS)法结合酯交换技术测定植物油中甘油的稳定碳同位素组成的方法，利用甘油碳检测玉米胚芽油中大豆油的掺假或花生油的混入。然而，利用碳同位素技术能辨别出花生油中是否含有玉米油，由于价格差异较小，市场上用玉米油冒充花生油的情况较少，但碳同位素技术却无法检测花生油中是否含有其他C3植物来源油脂，如大豆油、菜籽油等。吴玉銮等[19]以市售植物油为研究对象分析了玉米油、大豆油和花生油的碳氢特征，虽然油脂间存在显著差异但也存在特征范围重叠的问题。

稳定同位素特征研究需以真实样品为基础，本研究以油料作物原料(花生、大豆和油菜籽)为研究对象，为得到准确、真实数据而规避了市售样品本身存在的造假嫌疑；建立了油脂中稳定氢氧同位素比值的测定方法并对39个油脂样品进行分析，最终通过对比考察了花生油与大豆油和菜籽油的特征差异和二维分布，为花生油的掺假鉴别提供了研究基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

TC/EA高温裂解元素分析仪，Delta V Advantage稳定同位素比值质谱仪， SL2002N电子天平，5 mm×3.5 mm 银囊，ZYJ-9018家用小型榨油机，DHG-9075A电热干燥箱。

1.2 样品及前处理

8个花生样品、5个大豆样品和6个油菜籽样品分别为实验室人员老家中于2018年收获的农产品，13个花生样品收集自某企业花生油生产车间；另外7个花生样品于2017～2019年度购自电商平台、北京某大型农贸市场和某大型连锁超市。将这些样品在103 ℃电热干燥箱中烘至恒重后，使用榨油机进行榨油处理，收集各样品的油脂，待测。

从电商平台上随机购买花生油产品4份，大豆油产品2份，菜籽油产品1份，样品在103 ℃电热干燥箱中烘至恒重后待测。

1.3 全油样品的δ2H值和δ18O值测定

采用TC/EA-IRMS分别测定参考物质NBS-22 (δ2H=-120±1.0)‰和IAEA-601 (δ18O=23.3±0.3)‰的δ2H值和δ18O值，确定仪器处于稳定状态后测定油脂样品。用银囊包裹约0.15mg待测样品，样品在1420℃条件下转化为氢气(H2)和一氧化碳(CO)后，用稳定同位素比值质谱仪(IRMS)测定稳定氢氧同位素比值(δ2H值和δ18O值)。

1.4 应用实验

将花生油分别与大豆油、菜籽油按不同比例(1∶3、3∶1和3∶1)进行掺和，得到混合油的模拟样品，并按照1.3的方法测定δ2H值和δ18O值。

2 结果与讨论

2.1 方法稳定性分析

影响TC/EA-IRMS测定氢氧同位素比值准确性的最大干扰因素是空气中水分和氮气，为研究方法的稳定性，以花生油为研究对象，连续5次测定(重复性实验)及在5 d内不同时间测定(再现性实验)的结果见表1。

表1 油脂δ2H和δ18O测定方法的重复性和再现性

由表1可知，油脂δ2H和δ18O测定方法的重复性标准偏差分别满足3‰和0.15‰的要求，并且在5 d的测试时间段内方法的再现性良好，能够保证数据具有可比性。

2.2 油脂δ2H和δ18O分布特征

采用TC/EA-IRMS技术对39个油脂样品进行稳定氢、氧同位素比值测定，结果列于表2。花生油、大豆油和菜籽油δ2H的平均值分别为-222.77‰、-175.58‰和-183.69‰；而δ18O平均值分别为15.24‰、20.37‰和25.55‰，但三种油脂的δ2H和δ18O均存在波动范围，这与前人研究结果表明氢氧稳定同位素特征受外界环境影响的结论一致[20]：首先，不同产地的灌溉用水和降雨中氢氧同位素特征不同；其次，油脂的δ2H值均低于水，而δ18O值均高于水，这是由于氢氧同位素在植物体内发生了同位素分馏的缘故，尤其是植物合成有机物过程中的生化反应还会受到温度、湿度等影响，因此同位素分馏情况在不同产地的植物中也有所不同。

表2 不同类型油脂的稳定氢、氧同位素比值分布

对比三种油的分布范围可知，大豆油与菜籽油的δ2H值存在重叠范围，但δ18O有一定的差异，而花生油的δ2H和δ18O范围均不同于另两种油脂。对三种油脂进行统计分析，结果(表3)表明花生油与大豆油和菜籽油在δ2H和δ18O两个指标上均具有显著差异，而菜籽油与大豆油在δ2H特征上差异显著但在δ18O的特征方面差异不显著。

表3 三种油脂的t检验结果

将3种油脂的氢、氧同位素比值绘制成二维分布图(图1)以观察各油脂之间的差别，从图1中可以看出，三种植物油存在差异性分布，并且与表3中t检验结果相对应的是，花生油与菜籽油和大豆油之前存在明显的差异化特征。尤其是对比表2和图1，将三种油脂分为花生油和“非花生油”两类，非花生油的δ18O值都远大于花生油3‰以上，δ2H值的差异在21‰以上，由此可知花生油与菜籽油、大豆油在δ2H特征上的差异更大。原因可能是植物具有光合作用、蒸腾作用和呼吸作用，其中，蒸腾作用使得植物组织内的水比地下水富集δ2H和18O，但由于植物呼吸作用消耗O2、呼出CO2的过程中也会涉及到氧同位素交换，因而有机物的δ18O值更偏正，但由于吸收O2的原因使得δ18O值的波动范围较小；而氢同位素则不同，由于水是植物体内氢元素的唯一来源，因此其体现的是光合作用与蒸腾作用的结果，显然，光合作用过程使得有机物中亏损δ2H[21]，但花生油更偏负，我们认为是由于花生属于根茎地下植物，其蒸腾作用弱于地上植物使得δ2H和δ18O的富集程度较弱，而光合作用在此基础上再影响氢同位素分馏，最终导致花生油的和δ18O值均低于其他油脂，而δ2H差异程度更大。

图1 花生油、大豆油和菜籽油的氢、氧同位素比值二维分布图

2.3 不同比例混合油中δ2H和δ18O变化规律

分别向花生油中混入不同比例的大豆油和菜籽油，测定各模拟样品的δ18O值和δ2H，结果见表4。

表4 花生油中混入其他油脂后稳定同位素比值变化数据模型

从表4可以看出，掺入菜籽油或大豆油后，混合油的δ18O值呈现变大的趋势，并且与非花生油的掺入量呈显著正相关关系，按照花生油δ18O分布范围14.06‰～16.77‰的特点，分别取菜籽油和大豆油分布范围的最小值，可知当花生油中掺入27%菜籽油或45%大豆油后油脂δ18O会超过花生油分布范围的最大值；而混合油的δ2H值呈现变大的趋势，且与掺入量呈显著正相关关系，对比可知δ2H的变化特征更明显。按照花生油δ18O分布范围-231.50‰～-213.69‰的特点，分别取菜籽油和大豆油分布范围的最小值，可知当花生油中掺入45%菜籽油或40%大豆油后油脂δ2H会超过花生油分布范围的最大值。因此，通过油脂的氢氧同位素特征检测花生油掺假情况是可行的。

2.4 市售油脂样品稳定同位素特征分析

研究市售花生油、大豆油和菜籽油的问题同位素特征，按照1.2和1.3中的方法处理后测定δ2H和δ18O值 ，每个样品重复测定3次，测定结果如表5所示。

表5 市售油脂样品的稳定氢氧同位素比值测定结果(‰)

其中，市售大豆油和菜籽油样品均符合表3中相应产品的分布范围。4个市售花生油样品中，大部分均符合表3中的分布范围，然而花生油3号样品的δ2H和δ18O值均相对偏高。按照表3的分布范围，可以怀疑花生油3号样品中混入了非花生类油脂，但也有可能由于表3分布范围未涵盖全国或全球的花生样品，其特征属于自然波动。

3 结论

本研究建立了高温裂解元素分析-稳定同位素比值质谱联用技术分析植物油脂的氢氧同位素比值的方法并应用于花生、大豆和菜籽的自榨油脂。通过研究三种油脂的稳定同位素特征和模拟掺假实验，结果表明利用稳定氢、氧同位素比值的差异性能够检测掺有大豆油或菜籽油的花生油样品，并以此建立了油脂的氢氧同位素特征二维分布图，可以清晰的评价和辨别花生油及掺假掺杂情况，可为市售花生油的掺假鉴别提供技术借鉴。