食用植物油掺假鉴别方法的探讨

张淑霞,宋丽亚,李秀秀,王向军,祝伟霞,张守杰

郑州海关技术中心 (郑州 450002)

植物油因含有丰富的脂肪酸、甾醇、脂溶性维生素等功能性成分,是食品工业的重要原料,也是人们每天餐桌上必不可少的部分,其品质、安全直接关系到我们每个人的切身利益。近年来,食用植物油市场出现了以假乱真、以次充好的掺伪问题,侵犯了消费者权益,扰乱了食用油生产加工与市场销售正常秩序,同时还带来食用油安全的隐患[1-3]。常见食用植物油掺假有以下几种情况[4],一是添加未精炼的毛油及变质油;二是高价植物油掺入低价植物油,如向商业价值较高的橄榄油、核桃油、南瓜籽油中掺兑低价位食用油,如菜籽油、大豆油等;三是食用油掺入非食用油,如地沟油、回收的煎炸残油和蓖麻油等;四是同种油不同质量等级的掺假,如特级初榨橄榄油中掺入果渣油。尽管大多数的掺假情况不一定会对人们健康带来巨大伤害,但是个别油料作物的过敏原蛋白还是会对敏感人群造成威胁,因此,为了维护消费者的利益和生产者的合法权益,对食用植物油真实属性鉴别检测的技术方法就显得极为重要。

目前文献报道的食用植物油掺假鉴别方法包括常规理化分析方法、色谱法、光谱法、同位素比值质谱法及感官仿生技术等其它方法[5-8]。有不少学者对食用植物油的检测技术进行了综述[9-12],但是围绕新近发展的新技术(如脂质组学技术和基于特征标记物的检测技术等)鉴别食用植物油真实属性方面的综述相对较少。在前期报道的文献基础上,结合近期食用植物油掺伪鉴别的最新相关国内外研究成果,本文简述了各种检测技术方法在植物油掺假检测中的应用现状,如光谱法、质谱法、稳定同位素法和基于特征标记物的检测技术等,并分析了各种鉴别检测方法的缺陷,同时对未来食用植物油掺假鉴别检测技术的研究趋势进行了展望,为食用植物油的掺杂掺假检测提供理论依据,为广大科研人员的检测工作提供参考。

1 光谱法

1.1 近红外光谱法

近红外光谱方法因具有无损、快速、高效的优点,在食品农产品领域中的应用越来越广泛。近红外光谱法主要测定不同分子中单个化学键(含氢基团)的基频振动的倍频和合频信息之间的差异,取得可靠的光谱信息,实现物质结构的分析,来有效区分复杂的混合物。

沈乐丞[13]等通过掺入不同植物油如大豆油、花生油、菜籽油等制备掺伪茶油,并对不同掺假比例的茶油进行赋值,利用近红外光谱采集了不同模拟掺伪茶油的光谱数据,比较二阶微分(SD)、均值中心化(MC)、一阶微分(FD)、多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)等预处理方法和主成分数,通过主成分分析(PCA)降维,简化模型,结合线性判别分析(LDA)和人工神经网络(ANN)构建了茶油掺假鉴别的线性和非线性模型,考察了纯茶油和掺伪茶油鉴别模型的准确率、灵敏度和特异性等指标,发现二阶微分联合线性判别分析(SD-LDA)模型和标准正态变量变换联合人工神经网络(SNV-ANN)模型为最优线性和非线性模型,两者对纯茶油的识别准确率分别为97.58%和98.99%,为茶油掺假鉴别提供一种快速无损的检测鉴别方法。

1.2 同步荧光光谱法

同步荧光光谱法是在同时扫描激发波长和发射波长下植物油中荧光物质(如生育酚、甾醇、叶绿素和抗氧化物质等)的荧光强度信号,从而构成荧光光谱图。不同食用植物油所含荧光物质的种类及含量不同会导致荧光图谱的不同,从而实现油脂的定性和定量分析,该方法具有灵敏度高、选择性强、前处理简单等优点。

胡珂青[14]等以杜仲籽油和一级菜籽油、三级菜籽油、花生油、大豆油、玉米油、棉籽油和葵花籽油等7种油为研究对象,使用荧光光度计采集了激发波长范围为250～700 nm,波长间隔为60 nm的同步荧光光谱,发现8种油脂的荧光特性具有显著性差异。采集掺入不同比例花生油的杜仲籽油的600～700 nm和300～500 nm的荧光光谱并进行主成分分析,利用峰面积数据与掺假比例建立定量模型,对26个掺假样品进行检测分析,结果发现两个波长范围内的拟合方程的斜率都接近1,预测掺假比例与实际掺假比例一致,表明两种模型均具有较好的鉴别能力,对杜仲籽油掺假鉴别准确率高达100%,该方法可用于杜仲籽油掺假鉴别分析。然而,荧光光谱检测对检测环境要求较高,且荧光光谱的峰谷较宽,重叠现象严重,其归属信息不如红外光谱清晰准确。

1.3 拉曼光谱法

拉曼光谱是以拉曼散射效应为基础的一种研究分子振动、转动的光谱技术,它基于特征光谱的相对强度与所测样品中化学键及官能团的浓度具有良好相关性,应用于分子结构研究,是一种灵敏、快速、无损的检测技术。拉曼光谱因对某些非极性基团存在强烈的反应,成为了食用植物油掺假鉴别的有力工具。

匡俊豪[15]等以山茶油为基础,掺入大豆油、玉米油和稻米油得到山茶油的二元掺假样品和三元掺假样品,采用拉曼光谱法和化学计量学法(主成分分析和线性判别)对四种植物油纯品和配制的山茶油掺假样品进行鉴别和表征,结果表明,4种植物油的拉曼光谱中特征峰的位置和谱峰的强度与植物油中不饱和脂肪酸的种类和比例相关,拉曼光谱法结合主成分分析可以有效区分四种纯植物油,拉曼光谱法结合主成分分析-线性判别分析可有效鉴别山茶油的二元掺假和三元掺假,同时能够预测未知样品的种类,其分类准确率分别为100%和98%。随技术发展,便携式拉曼光谱可用于食用植物油的现场鉴别检测,更为方便,但由于食用植物油组成复杂,拉曼光谱重叠峰较多,特征峰的分辨率低,对食用植物油掺伪鉴别分析不够精准。

1.4 二维相关谱技术

二维相关谱技术是将传统的一维光谱信号扩展到两维平面上,通过对同步和异步谱交叉峰正负或有无的仔细分析,不仅可判断复杂分析体系中各分子官能团吸收峰之间的关系,对其来源进行确认,也可判断出各基团相对于特定外扰的振动变化先后次序。相对于一维光谱技术,二维相关谱技术具有较高的分辨率、选择性和图谱解析能力,可以区分出在一维光谱上被覆盖的小峰和弱峰,其与化学计量学结合常被用于掺伪食品检测中[16]。

王哲[17]等利用傅里叶变换近红外光谱采集了大豆油、橄榄油、菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油等6种植物油的动态光谱(6 001～6 063 cm-1),对其进行二维相关分析,得到二维相关同步谱,发现不同种类植物油的同步谱形状差异较大,特征峰数量比直接吸收谱多,分辨率高,可将6种植物油进行准确区分。于迎涛[18]等选择降温为扰动因子,在+15 ℃～-20 ℃降温范围内,采集纯橄榄油和掺入5%、10%和20%大豆油的橄榄油在2 760～3 100 cm-1的拉曼光谱图,并基于Noda方法通过Matlab编程求算了同步二维拉曼相关谱,同时进行系统聚类分析,结果显示,掺入5%,10%和20%大豆油的橄榄油与纯橄榄油的拉曼光谱在-5 ℃～-20 ℃范围内,随温度逐渐降低,掺假橄榄油与纯橄榄油的拉曼光谱差异逐渐增大,当温度降至-20 ℃时,掺假5%与掺假10%的橄榄油拉曼光谱差异显著,纯橄榄油和掺假橄榄油均可得到准确辨识,该方法辨识度高,对打击食用油掺假具有重要意义。

二维相关谱技术以其独特的优势使其具有广阔的应用领域和发展前景。由于二维相关谱技术具有高光谱分辨率,容易受到噪声和虚假信息的干扰,因此研究直接对二维相关谱的多维数据预处理方法是其发展方向。

2 稳定同位素法

稳定同位素技术利用稳定同位素比质谱仪测定物质中碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等不同元素的同位素比值,具有灵敏度高、检测限低等优点,已应用于食用油真实性鉴定,在食用植物油是否掺假、是否有外源性成分添加等方面发挥着巨大的作用[19-23]。

王道兵[24]等采用高温裂解元素分析-稳定同位素比质谱法(TC/EA-IRMS)分析考察了大豆、花生和菜籽油的氢氧同位素比值的特征差异,建立了3种油脂的氢氧同位素特征二维分布图,通过对比三种油脂氢氧同位素比值的二维分布情况,能够清晰的评价和辨别花生油中是否掺入大豆油和菜籽油。马玉华[25]等人利用元素分析-稳定同位素比质谱仪(EA-IRMS)分别测定了橄榄油、花生油、玉米油、大豆油、葵花籽油、菜籽油和野山茶油等7种植物油的碳、氢稳定同位素,结果显示橄榄油与其他六种植物油的氢稳定同位素比值差异显著,与花生油、玉米油、大豆油和菜籽油的碳同位素比值也有显著差异,碳、氢稳定同位素比结合分析可有效判别出橄榄油中掺杂的10%玉米油或30%大豆油。

随着食品安全同位素数据库的建立,稳定同位素技术对食用植物油进行掺假鉴别工作越来越经济高效,但是不同的产地环境及生产加工过程对植物油稳定同位素的影响效应和机制研究仍然缺乏,导致稳定同位素技术在植物油掺假检测研究中缺乏系统的理论支撑,不宜推广。

3 基于脂质组学的质谱法

食用油的主要成分是各种高级脂肪酸的甘油酯,包括甘油三酯、甘油二酯等,通过分析甘油三酯、脂肪酸的成分和含量,可对不同物种的油脂进行鉴定和掺假鉴别。脂质组学技术作为代谢组学的重要分支已广泛应用于食品脂质的研究,不同物种的食用植物油的脂质谱不同,通过基于脂质组学的质谱方法检测,并结合化学计量学分析,对食用油中酯类物质定性和定量,筛选出差异甘油酯组成,从而可判定食用植物油样品中是否存在掺假问题。

张九凯[26]等利用高效液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱仪扫描样品溶液的一级质谱母离子和二级质谱碎片离子,分析发现,沙棘油、菜籽油、大豆油和葵花籽油之间基峰的峰形和出峰时间存在极大差异。同时根据二级图谱,结合脂质组学数据库,依据中性丢失质量进行计算,共检出甘油二酯(DAGs)及甘油三酯(TAGs)92种,4种植物油甘油酯分子组成有显著差异。同时根据经归一化处理的甘油酯图谱,结合主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)等化学计量学方法,建立模型发现样品聚类区分明显,且含1%、5%、10%、20%、40%对照油(葵花籽油、菜籽油和大豆油)的沙棘油的不同梯度之间均有明显区分,能够实现对掺假浓度进行推测鉴别。Guodong Cao[27]等利用气相色谱质谱法测定了2-单棕榈酸甘油、1-单棕榈酸甘油酯、2-油酰甘油、1-亚油酰-外消旋甘油、1-油酰基-外消旋甘油和1-硬脂酰基-外消旋甘油在食用油包括煎炸油和地沟油中的含量,发现单酰基甘油在食用油连续加热过程中的堆积行为,表明此六种单酰基甘油可作为食用油内源性标记物,以区分用过的食用油和新鲜食用油,且该方法具有良好的准确度、精密度和重现性,能够对掺有1%煎炸油的商业橄榄油进行鉴定。

随着质谱分析技术的飞速发展,脂质组学在食品安全领域应用越来越广,但是,由于脂质化合物的复杂性,在食品储存和加工过程中,食品中的脂质分子与其含有的其他营养成分可能相互作用而产生其它中间体产物,这些产物的产生极大影响了食用油中脂质化合物定性和定量检测的准确性。

4 基于特征标志物的检测方法

基于特征标志物的食用油掺伪鉴别方法具有确证性的优点,在一定程度上更容易实现掺伪油未知情况下的鉴别以及多元掺伪鉴别,是未来食用油掺伪鉴别技术的发展方向之一。目前已知的特征标志物相对较少,主要包括脱氧核糖核酸(DNA)特征序列和蛋白特征肽段。

4.1 脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)

以DNA为靶标的掺假植物油的鉴定主要采用聚合酶链式反应(PCR法)扩增各个油料作物的特定基因片段,然后采用凝胶电泳、毛细管电泳等对扩增产物进行检测,根据不同油料的指纹图谱不同,实现对植物油进行掺伪鉴别。近年来,DNA标志物应用于植物油掺假鉴别的相关报道有很多[28-29],其中葛文亮[30]等利用表面羧基修饰的Fe3O4磁珠富集了芝麻油、菜籽油、稻米油中的DNA,使用实时荧光PCR扩增了这些特异基因,同时通过琼脂糖凝胶电泳分析了芝麻油、菜籽油、稻米油中的内源性基因,结果表明,基于特征DNA的实时荧光PCR法可对以上3种植物油进行定性鉴定。

王德莲[31]等分别以5%、10%、20%、30%和50%的比例将大豆油或棕榈油掺入花生油中,采用Wizard Genomic DNA Purification Kit试剂盒提取油中的DNA,以大豆lectin基因和棕榈MT3-B基因为靶标,通过常规PCR扩增产物的电泳图和实时荧光PCR的扩增曲线检测掺伪现象,结果表明,常规PCR和实时荧光PCR均能有效检出花生油中掺入的10%大豆油或10%棕榈油,且两种PCR的测定结果无显著差异。

由于植物油的过滤、脱色、脱臭等精炼深加工过程严重影响了DNA的完整性和含量,且提取液中残留的蛋白质、磷脂、多糖和酚类化合物等不仅干扰检测,还会抑止DNA聚合酶的活性,导致扩增不稳定,影响检测结果。因此,发展更高效、灵敏的DNA富集纯化技术是该类方法的发展方向。

4.2 特征肽段

随着蛋白组学技术的发展,尤其近年来质谱技术快速发展并应用于蛋白质和多肽的分析,为食品中成分鉴定提供新的思路和方法,液相色谱质谱联用技术主要检测蛋白质或不同物种的特征多肽,稳定性强,灵敏度高,可以实现多物种的同时测定,并且能够避免复杂基质干扰及假阳性判别的问题,基于液相色谱串联质谱技术的物种特征肽段检测已逐渐成为食品掺假鉴别和外源性成分鉴定的主要方法。Klaudia[32]等采用预冷丙酮提取冷榨植物油中的蛋白质,利用SDS-PAGE电泳分析了椰子油、月见草油、亚麻籽油、汉麻油、奶蓟草油、黑种草油、南瓜籽油、油菜籽油、芝麻油和葵花籽油等10种冷榨植物油中的蛋白分布,结果显示出物种特异性,同时使用UHPLC-Q-TOF-MS/MS方法分析了丙酮提取的蛋白质的胰蛋白酶酶解产物,总共在样品中检测到380多种蛋白质和1 050种肽,同时数据经Spectrum Mill软件分析和NCBI蛋白数据库blast对比分析,总共找到以上10种冷榨植物油的42种蛋白质释放的92种物种特异性肽段,其中芝麻油、葵花籽油和南瓜油中的特征肽段较多,分别为21、18 和 17 种肽。该技术是一种稳定、灵敏、特异的追溯蛋白物种来源的新方法,为冷榨植物油成分鉴别提供理论依据,但由于植物油中蛋白质含量很低,需要发展高效的植物油中微量蛋白的提取富集技术。

5 结论与展望

目前常用的食用植物油掺伪鉴别方法有光谱法、稳定同位素质谱法、基于脂质组学的质谱法和基于特征标志物的检测方法,其中光谱法是基于光电信号的宏观组快速测定方法,优点是快速无损,但由于食用植物油组成复杂,光谱重叠峰较多,且检测精度受环境的影响,分析结果的准确性和可靠性较低;随着食品安全同位素数据库的建立,稳定同位素技术对食用植物油进行掺假鉴别工作越来越经济高效,但是不同的产地环境及生产加工过程对植物油稳定同位素的影响效应和机制研究仍然缺乏,导致稳定同位素技术在植物油掺假检测研究中缺乏系统的理论支撑,不宜推广;基于脂质组学的质谱分析方法的不足在于其鉴别结论基于模型预测结果,不具有确证性,一般仅适用于一元或二元掺伪,难以实现多元掺伪鉴别;基于特征标志物的检测方法中的标志物主要包括DNA特征序列和特征蛋白肽段,分子生物学方法和液质联用测定蛋白多肽技术优点很突出,是所有方法中最准确可靠的,但是成本较高,且由于植物油的精炼深加工过程影响DNA和蛋白的完整性和含量,其中PCR方法可能会出现非特异性扩增导致假阳性或假阴性结果,虽然加工过程中蛋白质的一级结构相对稳定,但由于植物油中蛋白质含量很低,因此,发展更高效、灵敏的DNA和蛋白富集纯化技术是该类方法的发展方向。

综上所述,随着食用植物油掺假技术的多样化、隐蔽化和复杂化,对其鉴别手段提出了更高的要求,可从以下几个方面逐步完善食用植物油掺假鉴别的方法:

(1)建立食用植物油数据库,包括理化指标、色谱图、光谱图、DNA图谱、蛋白特征肽段等,为食用植物油掺假检测提供参考。

(2)由于各光谱或色谱检测方法所得到的图谱都需要结合化学计量学方法进行数据处理和分析,因此开发先进有效的数据处理方法从大批复杂的数据中获得特征信息是一个重点研究方向。

(3)将多种掺伪鉴别技术并用,发挥各自的优势,形成一套掺假检测方法体系将是食用植物油掺伪检测的另一个发展方向。