鄧平建 梁 裕 楊冬燕 李 浩 楊永存 耿藝介

(深圳市疾病預(yù)防控制中心，深圳 518055)

基于拉曼光譜-聚類分析快速鑒別摻偽油茶籽油

鄧平建 梁 裕 楊冬燕 李 浩 楊永存 耿藝介

(深圳市疾病預(yù)防控制中心，深圳 518055)

在532 nm激光光源的擴(kuò)展拉曼光譜及一階導(dǎo)數(shù)光譜中，油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油光譜形態(tài)的差異顯著，譜峰得到有效分離?；谌ǘ喂庾V信息和形態(tài)建立的多步聚類分析模型既可準(zhǔn)確鑒定油茶籽油，還可準(zhǔn)確鑒定各種類型的摻偽油茶籽油。對26份不同油茶籽油、105份不同低價(jià)植物油、75份5%及以上的摻雜油茶籽油和38份不同精煉地溝油的判別正確率均為100%，對5%及以上的180份摻假油茶籽油和72份摻雜植物油的判別正確率達(dá)92%以上。樣品測量時(shí)無需制備樣品及消耗化學(xué)試劑，測量和分析1份樣品僅耗時(shí)5 min左右，可實(shí)現(xiàn)對摻偽油茶籽油的快速、無損和準(zhǔn)確鑒別。

拉曼光譜 聚類分析 快速 鑒別 摻偽油茶籽油

油茶籽油(又名茶籽油)是我國重要的木本油脂。從20世紀(jì)90年代起，國內(nèi)研究人員[1-3]開始對油茶籽油的功能及成分展開系統(tǒng)的研究。大量的研究結(jié)果表明，油茶籽油的營養(yǎng)成分及保健功能可與世界上公認(rèn)為最好的橄欖油相媲美，使傳統(tǒng)的油茶籽油躋身于我國和世界糧農(nóng)組織首推的健康食用植物油的行列，油茶籽油在國內(nèi)外市場上的價(jià)格已經(jīng)接近甚至超過了橄欖油[4-5]。但是，受利益驅(qū)使的油茶籽油摻偽現(xiàn)象屢禁不止，給油茶籽油產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來了不良影響。

油茶籽油摻偽包括利用低價(jià)食用植物油或非食用油脂偽造油茶籽油，或者在油茶籽油中摻入低價(jià)食用植物油，甚至摻入廢棄食用油脂(地溝油)等。近年來出現(xiàn)的鑒別摻偽油茶籽油的方法主要集中在電子鼻法[6]、紅外光譜法[7-8]、介電譜法[9]、電導(dǎo)率法[10]等。由于摻偽植物油的品種及來源在不斷增加，尤其是地溝油等非食用油脂的加入，使摻偽鑒別技術(shù)需要考慮和處理的因素及體系變得更加多元和復(fù)雜。因此，采用色譜、質(zhì)譜、波譜等儀器分析手段全面采集樣品的多元信息，利用聚類分析、主成分分析、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和鑒別模型，成為摻偽植物油鑒別技術(shù)研究的主攻方向，出現(xiàn)了一批2種手段緊密結(jié)合的摻偽植物油鑒別方法[11-13]。其中，拉曼光譜技術(shù)以無需制備樣品、無需消耗化學(xué)試劑及無損、快速等優(yōu)勢，逐步成為研究人員建立摻偽植物油快速鑒別方法的優(yōu)選技術(shù)[14-16]。本研究以不同產(chǎn)地、不同品牌的多批次油茶籽油、大豆油、玉米油、菜籽油、精煉棉籽油、精煉棕櫚油等成品植物油及精煉地溝油為樣品，基于拉曼光譜和聚類分析探討建立摻偽油茶籽油的快速鑒別方法。

1 材料和方法

1.1 樣品

不同產(chǎn)地、不同品牌、不同批次的油茶籽油26份、大豆成品油16份、玉米成品油16份、菜籽成品油27份、精煉棕櫚油26份、精煉棉籽油10份：南海油脂工業(yè)(赤灣)有限公司或市售。

在6份油茶籽油中分別摻入低價(jià)植物油(大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、精煉棕櫚油、精煉棉籽油各6份)，配成含低價(jià)植物油5%、10%、20%、30%、50%(V/V)的摻假油茶籽油樣品各36份。

以不同來源和批次的餐廚廢棄油脂為原料，按蒸餾脫臭、堿煉脫酸和吸附脫色的步驟和方法制備精煉地溝油樣品38批[17]。

在5份油茶籽油中分別摻入精煉地溝油(5份)，配成含地溝油5%、10%、20%(V/V)的摻雜油茶籽油樣品各25份。

在低價(jià)植物油(大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、精煉棕櫚油、精煉棉籽油各2份)中分別摻入精煉地溝油(2份)，配成含地溝油5%、10%、20%(V/V)的摻雜植物油樣品各24份。

1.2 儀器與參數(shù)

顯微拉曼光譜儀 DXR Raman Microscope(美國Thermo Fisher Scientific 公司)。各項(xiàng)參數(shù)列于表1。

表1 顯微拉曼光譜的測量參數(shù)

1.3 光譜采集及處理

取油脂樣品50 μL于墊有錫箔的載玻片中央，將載玻片置于儀器的顯微鏡載物平臺(tái)上，移動(dòng)載物平臺(tái)將入射光聚焦于樣品微滴中心，關(guān)閉顯微鏡載物臺(tái)上蓋。分別在780 nm激光光源和532 nm激光光源下，按對應(yīng)的分光光柵、掃描范圍及參數(shù)采集樣品的拉曼光譜(見圖1)。測量1份樣品耗時(shí)3 min左右。

圖1 油茶籽油、低價(jià)食用植物油和精煉地溝油的拉曼光譜

對532 nm激光光源擴(kuò)展光譜求一階導(dǎo)數(shù)(Norris derivative,Segment length=51,Gap between segments=5)，獲得各樣品的導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜(圖2)。

圖2 油茶籽油、低價(jià)植物油和精煉地溝油的一階導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展拉曼光譜(532 nm 激光光源)

2 結(jié)果與討論

2.1 油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油拉曼光譜形態(tài)分析

基于全光譜建立的聚類分析模型對樣品類別的鑒別能力取決于各類樣品的光譜信息量及光譜形態(tài)差異。各類樣品的光譜信息越豐富，各類樣品間的光譜形態(tài)差異越顯著，則聚類分析模型的鑒別能力越強(qiáng)。在780 nm激光光源下，油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油拉曼光譜的整體輪廓基本相似，拉曼峰的數(shù)目及位置亦基本相同(圖1a)。在532 nm激光光源下，精煉地溝油與油茶籽油及其他植物油光譜的整體輪廓完全不同(圖1b)。在精煉地溝油的光譜中只見一個(gè)平滑包狀譜帶，已不見油脂各類成分所對應(yīng)的拉曼譜帶。但油茶籽油與低價(jià)植物油光譜形態(tài)的差異并不顯著。在532 nm激光光源的擴(kuò)展光譜中，油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油光譜的信息極為豐富，樣品間光譜形態(tài)的差異也極為顯著。但是樣品間譜峰的重疊現(xiàn)象十分明顯(圖1c)，可能對摻偽樣品的鑒別帶來困難。在對應(yīng)的導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜中，樣品間原本重疊的譜峰得到了有效的分離(圖2)。

拉曼光譜形態(tài)的比較結(jié)果表明，在用于建模的各類植物油及地溝油樣品中，同類的各樣品均具有相似光譜形態(tài)，并且同類樣品間光譜形態(tài)的相似度遠(yuǎn)高于各類樣品間光譜形態(tài)的相似度。提示雖然建模樣品的產(chǎn)地、品牌、批次各不相同，但就拉曼光譜形態(tài)而言，同類樣品仍具有較好的聚集性，而異類樣品也具有較好的分離度。

2.2 鑒別摻偽油茶籽油的聚類分析模型

按多步聚類分析的方式，采用TQ Analyst 8.0分析軟件(美國Thermo Fisher Scientific 公司)分別建立4個(gè)獨(dú)立而又相互銜接的模塊。各模塊的建模參數(shù)及功能列于表2，各模塊聚類分析的效果見圖3。

表2 假油茶籽油鑒別聚類分析模型的參數(shù)

圖3 聚類分析圖

從4個(gè)模塊對相應(yīng)類別樣品的聚類分析效果(圖3)可見，異類樣品間的馬氏距離均大于同類樣品間的馬氏距離，保證了同類樣品的聚集和異類樣品的分離，符合TQ Analyst 8.0分析軟件基于馬氏距離判別不同類別樣品的要求。

2.3 摻偽油茶籽油鑒別方法的驗(yàn)證結(jié)果

按圖4所示的聚類分析程序?qū)︱?yàn)證樣品進(jìn)行鑒別，結(jié)果列于表3。

圖4 聚類分析程序

樣品信息樣品總數(shù)判為油茶籽油數(shù)判為棕 櫚油數(shù) 判為摻假油茶籽油數(shù)判為地溝油類數(shù)正確率/%油茶籽成品油2626000100大豆成品油1600160100玉米成品油1600160100菜籽成品油2700270100葵花籽油1000100100精煉棕櫚油2602600100精煉棉籽油10001001005%摻假油茶籽油36303309210%摻假油茶籽油360036010020%摻假油茶籽油360036010030%摻假油茶籽油360036010050%摻假油茶籽油3600360100精煉地溝油38000381005%摻雜油茶籽油250002510010%摻雜油茶籽油250002510020%摻雜油茶籽油25000251005%摻雜植物油24002229210%摻雜植物油240002410020%摻雜植物油2400024100

注：摻假油茶籽油為油茶籽油+低價(jià)植物油；地溝油類為精煉地溝油、油茶籽油+精煉地溝油或低價(jià)植物油+精煉地溝油。

由表3結(jié)果可見，采用聚類分析模型既可準(zhǔn)確鑒定油茶籽油(正確率100%)，還可準(zhǔn)確鑒定各種類型的摻偽油茶籽油，包括低價(jià)植物油(正確率100%)、精煉地溝油(正確率100%)、5%及以上的摻假油茶籽油(正確率92%以上)、5%及以上的摻雜油茶籽油(正確率100%)、5%及以上的摻雜植物油(正確率92%以上)。

3 結(jié)論

基于油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油拉曼光譜整體形態(tài)的差異，可建立鑒別摻偽油茶籽油的聚類分析方法。在532 nm激光光源的擴(kuò)展光譜中，油茶籽油與低價(jià)植物油及精煉地溝油光譜的信息極為豐富，樣品間光譜形態(tài)的差異也極為顯著。但樣品間譜峰的重疊現(xiàn)象十分明顯。在對應(yīng)的導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜中，樣品間原本重疊的譜峰得到了有效的分離。

通過構(gòu)建油茶籽油與非油茶籽油、油茶籽油與棕櫚油、油茶籽油與摻偽油茶籽油、地溝油與摻假油茶籽油等4個(gè)獨(dú)立而又相互銜接的聚類分析模塊，采用多步聚類分析的方式，可準(zhǔn)確鑒別油茶籽油、精煉地溝油、低價(jià)植物油、5%及以上的摻假油茶籽油和摻雜油茶籽油。

[1]鄧平建,張永慧,黃俊新,等. 茶油對正常成人血脂影響的研究[J].營養(yǎng)學(xué)報(bào)，1993,15(3):289-292

[2]李麗,吳雪輝,寇巧花.茶油的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J]. 中國油脂，2010,35(3):10-13

[3]張東生,金青哲,薛雅琳,等. 油茶籽油的營養(yǎng)價(jià)值及摻偽鑒定研究進(jìn)展[J]. 中國油脂，2013,38(8):47-50

[4]趙松子.世界油茶籽油市場格局及其對我國油茶產(chǎn)業(yè)的潛在影響[J]. 中國油脂，2012,37(10):1-5

[5]湯富彬,沈丹玉,劉毅華,等. 油茶籽油和橄欖油中主要化學(xué)成分分析[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2013, 28(7): 108- 113

[6]海錚,王俊.基于電子鼻山茶油芝麻油摻假的檢測研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2006, 21(3): 192-196

[7]原姣姣,王成章,陳虹霞. 近紅外透射光譜分析油茶籽油摻入豆油的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2012, 27(3):110-114

[8]張菊華,朱向榮,尚雪波,等. 近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法用于純茶油中摻雜菜籽油和大豆油的定量分析[J].食品工業(yè)科技，2012, 33(3): 334-336

[9]張冰,章穎強(qiáng),魏佳莉,等. 基于介電譜法的油油茶籽油摻偽檢測方法研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2012, 27(12):111-115

[10]崔之益,易立颯,李文鋒,等.基于電導(dǎo)率變化的油茶籽油摻假鑒別方法探討[J]. 中國油脂， 2014,39(4):67-70

[11]王江蓉,周建平,張令夫,等.植物油摻偽檢測方法的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]. 中國油脂，2007,32(6):78-81

[12]唐佳妮, 劉東紅.食用植物油摻假鑒別方法研究進(jìn)展[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2009,24(11):158-162

[13]姚云平,李昌模,劉慧琳,等.指紋圖譜技術(shù)在植物油鑒定和摻假中的應(yīng)用[J]，中國油脂. 2012,37(7):51-54

[14]劉燕德,萬常斕,蔡麗金. 共焦顯微拉曼光譜法快速檢測食用油摻假的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012,9: 199- 202

[15]張菊華,朱向榮,尚雪波,等.近紅外光譜、中紅外光譜、拉曼光譜無損檢測技術(shù)在食用油脂分析中的研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技，2010,31(10):421-424

[16]劉燕德,劉濤,孫旭東,等.拉曼光譜技術(shù)在食品質(zhì)量安全檢測中的應(yīng)用[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2010,30(11):3007-3012

[17]李浩,鄧平建,楊冬燕,等. 地溝油標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)候選物研制[J].中國公共衛(wèi)生, 2014,30(3):361-363

[18]鄧平建, 李浩,楊冬燕,等. 利用地溝油制售食用油的成本效益分析[J].中國公共衛(wèi)生, 2014,30(增刊):15-19.

Rapid Detection of Adulterated Oil-Tea Camellia Seed Oil by Raman Spectrum-Cluster Analysis

Deng Pingjian Liang Yu Yang Dongyan Li Hao Yang Yongcun Geng Yijie

(Shenzhen Center for Disease Control and Prevention, Shenzhen 518055)

Under the excitation of 532 nm laser, the extended and first-derivative Raman spectrum showed the largest spectral information and significantly different patterns among oil-tea camellia seed oil, low-price vegetable oil and bio-waste oil. The cluster analysis model established on full-range spectrum would identify oil-tea camellia

seed oil as well as kinds of adulterated oil-tea camellia seed oil. The discriminant rate was 100% for 26 oil-tea camellia seed oils, 105 low-price vegetable oils and 38 refined bio-waste oils. The discriminant rates were more than 92%, for 180 oil-tea camellia seed oils mixed with at least 5% low-price vegetable oil, and 72 vegetable oils mixed with at least 5% bio-waste oil. The measurement process required no sample preparation or chemical reagent consumption, and the time cost was 5 min for each sample, therefore the detection for adulterated oil-tea camellia seed oil was rapid, non-destructive and accurate.

raman spectrum， cluster analysis， rapid， detection， adulterated oil-tea camellia seed oil

O657.3;TS227

A

1003-0174(2016)04-0072-05

深圳市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)(JSGG20120615085 737935)

2014-07-08

鄧平建，男，1956年出生，主任技師，碩士，食品安全風(fēng)險(xiǎn)因素的檢測