山茶油掺入四种植物油的快速鉴别

黄更生，阮 媚，陈兴发，卜 丹，穆洪涛

（1.广东第二师范学院，a.生物与食品工程学院；b.数学学院，广州 510303；2.广州华侨医院，广州 510630）

山茶油可以增强机体免疫力、预防心脑血管疾病、清除自由基，有“东方橄榄油”“长寿油”的美称［1］，含有大量不饱和脂肪酸油酸以及丰富的维生素E、β-胡萝卜素以及磷脂等，不饱和脂肪酸油酸含量高达83%～95%，为各种食用植物油之冠，其中油酸74%～87%，亚油酸7%～14%，亚麻酸0.2%～0.8%［2，3］。山茶油还含有角鲨烯、甾醇、山茶甙、茶皂甙等多种生理活性物质［4］，是人们公认的健康食用油。但限于产量，其价格一直居高不下，一些商家在山茶油中掺入其他廉价的植物油，导致市场上山茶油质量存在较大差异。山茶油掺假较多的油类主要是玉米油、葵花子油等。用理化方法检测山茶油品质，主要是通过添加相应的化学试剂观察其变色反应，对掺假进行定性检测［5］，但是理化方法具有污染性，还要对样品进行较为繁琐的预处理；利用气相色谱法（GC-MS）［6］、高效液相色谱法（High performance liquid chromatography，HPLC）［7］、同步荧光光谱法［8］、红外光谱法［9］等可以对山茶油进行定量检测。其中气相色谱法和高效液相色谱法具有回收率、精密度高，能准确鉴别出茶油中掺入的其他食用油的优点，优于其他方法，但其样品油前期处理繁琐、耗时长，且需要较昂贵的分析仪器，检测过程复杂，对检测技术的要求较高，因此难以在山茶油掺假鉴别上广泛应用。

本研究利用前表面荧光技术结合主成分分析、Fisher判别分析等化学计量学方法，对掺入4种植物油的山茶油进行判定及建立掺假模型，以期为山茶油的掺假快速检测提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料山茶油、花生油、调和油、葵花子油、玉米油品牌纯油，均购于广州某大型超市；正己烷，北京伊诺凯科技有限公司。

1.1.2 试验仪器RF-5301PC型岛津荧光分光光度计（杭州英斯特科技有限公司），FA1004B型电子分析天平（上海平轩科学仪器有限公司），赛洛捷克Scilogex MX-F型旋涡混合器（上海伟进生物科技有限公司），TGL-18MC型高速冷冻离心机（浙江聚同有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 山茶油掺假样品油的配制选取正己烷为溶剂，在山茶油中分别掺入玉米油，掺入体积比为5%、10%、20%、30%和40%，5个梯度，6次重复。每组各取5 mL，加入10 mL离心管，用正己烷溶解，振荡2 min，充分混匀，12 600 r∕min离心30 min，得到30组山茶油掺玉米油样品油。

山茶油掺花生油样品油、山茶油掺调和油样品油、山茶油掺葵花子油样品油的配制方法同“山茶油掺玉米油样品油”制备方法，每种油各配置30组样品油。

1.2.2 山茶油掺假样品油三维荧光谱数据的采集取各样品油4 mL分别置于标准石英比色皿中，放入样品池进行检测。每种纯油样品分别于固定激发波长250～380 nm，发射波长260～550 nm，狭缝5 nm条件下进行扫描。应用三维透射荧光扫描法测定掺假油样品最佳激发波长和最大发射波长范围，扫描条件相同的纯油样品，对三维荧光光谱进行荧光峰分析。

1.2.3 数据处理前表面荧光扫描得到原始数据，数据处理后采用Origin 8.5 Pro软件、SPSS statistics 17软件和Matlab 2018a软件进行作图和分析。

2 结果与分析

2.1 山茶油与其他4种植物油的前表面荧光光谱分析

利用Origin 8.5 Pro软件把前表面荧光扫描得到的二维荧光光谱绘制成三维荧光图谱（图1）。山茶油的三维荧光光谱（图1a），出现了1个特殊的荧光特征峰，该峰激发光（λex）=295 nm，发射光（λem）=350 nm；花生油的三维荧光图谱（图1b），出现了1个特殊的荧光特征峰，该峰λex=290 nm，λem=340 nm；调和油的三维荧光图谱（图1c），出现了1个特殊的荧光特征峰，该峰λex=290 nm，λem=345 nm；葵花子油的三维荧光图谱（图1d），出现了1个特殊的荧光特征峰，该峰λex=290 nm，λem=340 nm；玉米油的三维荧光图谱（图1e），出现了1个特殊的荧光特征峰，该峰λex=295 nm，λem=345 nm。这与吴希军等［10］运用荧光光谱及平行因子分析法在植物油鉴别中的应用中的各植物油的荧光峰位、峰强、峰数等因子有差异。荧光光谱法结果容易受到浓度、分子环境和光学散射的影响［11］。浓度与荧光强度相关，分子环境如溶剂的极性、荧光猝灭温度、pH、荧光的内滤效应和自吸现象等会对荧光信息的表达产生影响［12］。由于植物油中的多酚分子易受温度和溶剂，以及植物油中的脂肪酸甘油三脂、维生素和类胡萝卜素等微量组分的影响，所以试验中食用油的多酚化合物的荧光特征峰位置可能发生了红移现象［13］，其位置位于290～300 nm，340～350 nm处。由此可见，不同种类的植物油，其荧光峰位、峰强并不相同。通过建立植物油的三维荧光光谱数据库，利用荧光峰位、峰强等特征可以实现不同种类植物油的区分。

图1 山茶油、花生油、调和油、葵花子油、玉米油的前表面三维荧光光谱

山茶油与其他4种植物油的前表面荧光光谱见图2。由图2可知，在波长260～550 nm处，山茶油与其他4种植物油的荧光光谱特性较为相似，都随着发射波长的增大其荧光强度也增大。5种油在300～400 nm波长范围内有强荧光吸收峰，该处峰主要由生育酚和酚类化合物组成［14］，5种油的荧光特征峰出现的位置及荧光峰强度有明显差异，这可能是因为不同食用油中的生育酚、甾醇等微量组分不尽相同。因此，根据样品油前表面荧光光谱的差异可以进行山茶油掺假的定性和定量分析。

图2 山茶油、花生油、调和油、葵花子油、玉米油的前表面二维荧光光谱

2.2 山茶油与其他4种植物油光谱数据包分析

样品油的光谱数据包含大量的数据点，本研究利用PCA对样品油进行数据的降维，并利用关键的主成分得分（图3）来表征样品内部特征和聚类信息［15］。得到4个主成分：PC1（42.60%）、PC2（29.89%）、PC3（13.80%）、PC4（5.02%），总贡献率为91.31%，大于85.00%，认为PC1、PC2、PC3、PC4能够代表所有样品的特征。随着PC1、PC2、PC3、PC4所代表的荧光信息的化合物的增加，山茶油与其他4种植物油大部分可以区分，但是有部分样品的区分不是很明显。

图3 山茶油与其他4种植物油主成分分析

2.3 山茶油与其他4种植物油光谱分析及判别

利用关键的主成分得分来表征样品内部特征和聚类信息，运用Fisher判别分析进一步建立掺假鉴别模型。由表1可以看出，选取前4个主成分为特征值进行判别，可以将山茶油与其他4种植物油完全区分开。

表1 各植物油主成分-Fisher判别模型判别分析

2.3.1 山茶油与其他4种植物油前表面荧光光谱分析对各样品油进行荧光扫描，并对数据进行处理，得到不同种类样品油的前表面三维荧光光谱，其中，山茶油中掺葵花子油、玉米油的前表面三维荧光光谱见图4。由图5可知，随着掺入玉米油比例的增加，前表面荧光光谱在波长300～400 nm的荧光强度逐渐增强，与山茶油中掺入其他3种植物油前表面荧光光谱得到的规律相同，表明掺假比例与荧光强度相关。

图4 山茶油中掺葵花子油、玉米油的前表面三维荧光光谱

图5 山茶油中掺入不同比例玉米油样品油在波长260～550 nm处的前表面荧光光谱

2.3.2 根据荧光数据对山茶油与其他4种植物油进行判别分析采集样品油、纯山茶油及其他4种植物纯油的前表面荧光数据，对数据进行主成分分析（图6）。由图6可知，前3个主成分得分79.74%，不能充分解释前表面光谱数据变量，不能把掺假后的山茶油充分和其他植物油样区分开，因此需要进一步结合其他化学计量学分析。由图7可知，按照掺入比例5%、10%、20%、30%和40%得到4个主成分，总贡献率分别为94.71%、94.44%、93.55%、94.26%和92.80%，对掺后的各样品总贡献率均大于85%，随着PC1、PC2、PC3、PC4所代表的荧光信息的化合物的增加，可以简单区分山茶油与其他4种植物油，对进一步定量测定掺入浓度具有借鉴作用。掺假山茶油主成分-Fisher判别模型见表2，结果表明，实际测得结果与预测完全一致，说明该判别方法准确可靠。

图6 纯山茶油、花生油、调和油、葵花子油、玉米油样品油的主成分分析

图7 山茶油掺入不同比例花生油、调和油、葵花子油、玉米油的主成分分析

表2 掺假山茶油主成分-Fisher判别模型判别分析

3 小结

本研究对比分析了山茶油、花生油、调和油、葵花子油、玉米油的前表面三维荧光光谱特性，建立了山茶油掺入比例超出5%的判别分析模型。由于山茶油富含不饱和脂肪酸、甾醇等，组分含量不同，山茶油与花生油、调和油等的荧光特性具有显著差异。以不同掺入比例的山茶油为研究对象，采集激发波长250～380 nm，发射波长260～550 nm的前表面荧光数据，结合主成分分析和Fisher判别分析建立判别模型，实现山茶油的掺假鉴别。结果表明，其对山茶油中掺入其他4种植物油的掺假识别率高达100%，所以此模型可以较好地判断山茶油是否掺假，对市场质量监控有很好的应用价值。