食用油脂摻雜辨識指標的分析探討

余蓋文, 洪夢佳, 黃慶德，周 鑫，史訓(xùn)旺

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料作物研究所，油料油脂加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，農(nóng)業(yè)部油料加工重點實驗室，油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點實驗室，武漢 430062)

在高溫條件下油脂會發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，同時生成多種有害物質(zhì)，如反式脂肪酸、氫過氧化物、甘油三酯聚合物等，使油脂的感官品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及加工品質(zhì)均發(fā)生劣化[1-2]。此外，低價值油品仿冒或勾兌高價值油品可獲得較高的經(jīng)濟收益且難以被普通消費者辨識。因此，對食用油脂摻雜檢測技術(shù)體系的研究具有重要意義。

食用油脂摻雜都是將來源不同卻具有高度化學(xué)相似性的甘油三酯分子混合，構(gòu)成油品中的宏量成分并顯示出較為一致的表觀特征[3]。長期以來，人們對于常見油脂的品質(zhì)鑒定認證、分析辨識技術(shù)進行了持續(xù)的開發(fā)和驗證，試圖破解不斷升級和擴散的餐飲廢油和異種油脂摻雜辨識問題[3-4]。本文探討了目前基于油脂摻雜的快速檢測指標特征，如感官特征、物理化學(xué)特征以及譜學(xué)特征，為讀者了解更為全面的油脂品質(zhì)分析及快速辨識技術(shù)手段提供參考。

1 感官特征

感官特征不僅是衡量油脂品質(zhì)的重要依據(jù)，也可作為油品辨識的簡易標識，主要包括色澤、氣味、滋味等。然而，影響油品色澤的因素繁雜，難以根據(jù)該特征判別油品優(yōu)劣或來源。氣味和滋味特征的描述在國家標準中雖然也有相關(guān)的特征描述，但易于受到評價者感官敏感度、辨識度及主觀影響，并不能滿足油品辨識要求[5-7]。

2 物理特征

物理特征是根據(jù)油脂的物理特性所提取的特征指標，包括折光指數(shù)、凝固點等性質(zhì)，這些性質(zhì)可在一定程度上反映油脂的化學(xué)組成，其中不飽和脂肪酸含量影響較大。

油脂的折光指數(shù)，目前國家標準通過折光儀實施測定。油脂的折光指數(shù)與油脂的分子結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，油脂的折光指數(shù)隨著脂肪酸組成不同而改變，脂肪酸的鏈長或者不飽和度增加，折光指數(shù)增加[8]；通過折光儀測得，地溝油在22～32℃內(nèi)的折光指數(shù)小于等于1.455，合格的食用油折光指數(shù)大于等于1.465，兩油混合后折光指數(shù)介于兩者之間[8]。然而，絕大多數(shù)油品的折光指數(shù)值非常接近，故而差異性和辨識度極低，以此作為依據(jù)不足以應(yīng)對復(fù)雜的油脂摻雜鑒別問題。

凝固點，國家標準對動植物油脂凝固點測定已經(jīng)作出明確的要求。高凝固點的特性可以被用來識別餐飲廢油，這是由于餐飲廢油的原料中往往混有大量動物脂肪，其中飽和脂肪含量高，在較低的溫度下放置后會逐漸凝固，形成絮狀的物質(zhì)從液態(tài)油脂中析出[9]。

電導(dǎo)率是油脂重要的物理特征之一。食用油脂在加工過程中一般不會混有金屬離子，通過電導(dǎo)率可實現(xiàn)對食用油脂摻雜地溝油進行檢測。葛亮等[10]設(shè)計了一種食用油脂摻雜地溝油快速檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)測試實驗證明，食用油脂中摻雜地溝油的體積分數(shù)與測得的電導(dǎo)率之間具有一定的線性關(guān)系。

3 化學(xué)特征

根據(jù)油脂的化學(xué)特征目前學(xué)界較為認可的分析方法為儀器分析方法，尤其大型分析儀器，包括氣相色譜和核磁共振法等。油脂化學(xué)特征可分為內(nèi)源性化學(xué)組分和外源性化學(xué)組分。

3.1 天然內(nèi)源性化學(xué)組分

天然內(nèi)源性指標物是指在油脂加工、使用和儲藏過程中天然伴生物，其存在具有必然性。其中，主要是脂肪酸、甘油三酯等化學(xué)組分。

3.1.1 脂肪酸

研究表明，不同油脂脂肪酸組成是存在顯著性差異的，且是其難以改變的特性，科學(xué)研究者常采用氣相色譜法對油脂脂肪酸組成進行直接分析，往往通過多油品比對某種脂肪酸的差異或者建立不同油脂指紋圖譜數(shù)據(jù)庫和摻雜辨識模型，后者不僅能夠正確辨識油脂種類，還可以對油脂的營養(yǎng)價值進行評估[11-12]。許秀麗等[13]利用氣相色譜內(nèi)標法對多種植物油、餐飲廢油、動物油脂中的脂肪酸含量進行測定，通過比對脂肪酸組成和含量的不同建立異種油脂的特征指紋譜庫，借助該指紋譜庫能夠歸屬判定多種植物油脂。

3.1.2 甘油三酯

植物油脂都具有各自獨特的甘油三酯特性，分析其結(jié)構(gòu)組成能夠了解植物油脂性質(zhì)及用途，也能夠作為鑒別各種植物油脂特征的指紋信息[14-15]。目前甘油三酯的測定方法多基于高效液相色譜來完成，其分析獲得的數(shù)據(jù)信息能夠為甘油三酯結(jié)構(gòu)研究和油脂摻雜鑒別提供較強的基礎(chǔ)支持。張東等[14]利用高效液相色譜-串聯(lián)四極桿飛行時間質(zhì)譜法探索了大豆油甘油三酯的組成特性，采用APCI電離源，分子碎片少且規(guī)律性較好，根據(jù)這些碎片信息可以推斷脂肪酸類型，從而進一步推斷甘油三酯類型，并采用面積歸一化法測定了各甘油三酯的相對含量。

3.1.3 蠟

油脂中的蠟是高級一元羧酸與高級一元醇形成的酯。不同類型的橄欖油的蠟含量是不同的，按照《橄欖油和油橄欖果渣油貿(mào)易標準》規(guī)定，特級初榨橄欖油和中級初榨橄欖油蠟含量小于等于250 mg/kg，精煉橄欖油、混合橄欖油蠟含量小于等于350 mg/kg，而油橄欖果渣油大于350 mg/kg，從而使得其可以用作橄欖油純度指示劑[16]。

3.1.4 甾醇

甾醇是構(gòu)成不皂化物的主要部分，用于認證橄欖油微量化合物的最重要部分[17]。因為4-去甲基甾醇的濃度范圍能夠真實反映食用油脂的特征，被廣泛應(yīng)用于檢測橄欖油與其他油脂摻雜的指示物。菜籽油含有較高含量的菜油甾醇，而葵花籽油含有高水平的Δ7-豆甾烯醇，橄欖油具有高水平的β-谷甾醇和Δ5-α-甾烷醇，菜油甾醇和豆甾醇的含量低[18]。Grob等[19]利用液相色譜-氣相色譜-火焰離子化檢測器技術(shù)直接測定油脂中甾醇類物質(zhì)的含量，以此檢測菜籽油和大豆油摻雜橄欖油的情況。通過測定菜籽甾醇的含量能夠鑒別出約2%菜籽油摻雜量；通過測定菜油甾醇和豆甾醇的含量能夠鑒別出10%大豆油摻雜量。

3.1.5 膽固醇

餐飲廢油通常是不同來源的食用油脂混合而成的，含有動物油脂和植物油脂。植物油脂中很少含有或者不含膽固醇，而動物油脂含有大量膽固醇。所以通過檢測植物油脂中膽固醇含量，來判斷植物油脂中是否摻雜了餐飲廢油[20]。

3.2 后生內(nèi)源性化學(xué)組分

在高溫條件下，油脂會發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，生成多種后生內(nèi)源性化學(xué)組分[1-2]。通過對多種后生內(nèi)源性化學(xué)組分的測定，可反映食用油脂基礎(chǔ)品質(zhì)特征，也在一定程度上為食用油脂是否摻雜餐飲廢油提供依據(jù)。

3.2.1 游離脂肪酸

酸價是評價油脂質(zhì)量以及精煉程度的重要參數(shù)。油脂在長期儲存過程中，由于受微生物、酶和熱的作用發(fā)生緩慢水解，產(chǎn)生游離脂肪酸[21]。油脂酸價越低，精制的質(zhì)量及新鮮程度越好。食用油脂酸價高可能會導(dǎo)致人體胃腸道不適、腹瀉和肝臟損害[22]。根據(jù)我國GB 2716—2018《食品安全國家標準 植物油》，酸價(KOH)大于3 mg/g的食用植物油被認為是不合格的。

3.2.2 反式脂肪酸

反式脂肪酸主要由以下3種方式產(chǎn)生：①反芻動物體內(nèi)脂類代謝；②油脂氫化工藝；③油脂精煉加工[23]。反式脂肪酸含量通常用紅外光譜或者氣相色譜進行測定。GB 28050—2011《食品安全國家標準 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標簽通則》規(guī)定了反式脂肪酸“0”界限值(每100 g或者100 mL)的標準為小于等于0.3 g。

3.2.3 聚氧化甘油三酯

聚氧化甘油三酯與食用油脂受熱氧化程度密切相關(guān)，是深層次的氧化產(chǎn)物，即便通過精煉加工也不能去除，常被用作表征油脂經(jīng)歷氧化程度的首要判據(jù)[24]。目前國內(nèi)外測定聚氧化甘油三酯的方法主要是聯(lián)合硅膠色譜柱和高效體積排阻色譜完成，即先利用色譜柱分離食用油脂中的極性組分，然后通過高效體積排阻色譜技術(shù)對分離得到的各個極性組分進行定性和定量分析[25]。

3.2.4 脂肪酸氫過氧化物

油脂在自然界中由于受氧氣、光照、脂肪氧合酶等作用，會產(chǎn)生氫過氧化物[26]。我國《食品安全國家標準 植物油》中明確提出，食用植物油和植物原油的過氧化值不得超過0.25 g/100 g。目前，測量食用油脂過氧化值的方法主要是滴定法、比色法等。

3.3 外源性組分

3.3.1 水分

水分測定是餐飲廢油鑒別領(lǐng)域最基本最重要的辦法之一，目前國家標準認定通過恒重法測定，近來也有試圖利用溶劑萃取耦合FTIR技術(shù)測定的研究報道[27]。餐飲廢油的水分含量高于1%，食用油脂的水分含量則少于0.2%，根據(jù)水分含量的不同，可以對食用油脂中是否含有餐飲廢油進行鑒定，但是水分含量卻不能作為深度煎炸油的鑒別指標。

3.3.2 重金屬

重金屬超標是廢棄油脂的重要特點之一。在工廠廢棄油脂復(fù)煉加工過程中常常使用硫酸作為吸水劑使油水分離，由于濃硫酸等物質(zhì)具有較強的腐蝕性，當其接觸金屬容器后會在廢棄油脂中帶入重金屬，這將導(dǎo)致廢棄油脂內(nèi)錳、鋅、銅等金屬元素嚴重超標，因此可以通過測量重金屬的方法來甄別正常油脂摻雜廢棄油脂的現(xiàn)象[28]。

3.3.3 核酸(動物基因片段)

由于廢棄油脂中包含各種過期、腐敗后的動物骨骼、器官等經(jīng)過簡單加工提煉而成的油脂，廢棄油脂中就包含許多動物油脂，也就是說會有相應(yīng)的動物基因片段。然而，目前市場上的食用油脂多為植物油，不應(yīng)該含有動物基因片段，據(jù)此可以用來鑒別廢棄油脂和正常食用油脂[29]。

3.3.4 黃曲霉毒素

我國GB 2761—2017《食品安全國家標準 食品中真菌毒素限量》中規(guī)定大多數(shù)食用油脂黃曲霉毒素B1的最高限量為10 μg/kg，花生油、玉米油則為20 μg/kg。但是，黃曲霉毒素不能用來鑒別經(jīng)過精煉加工的廢棄油脂，因為廢棄油脂堿煉時，在堿性條件下黃曲霉毒素結(jié)構(gòu)會被破壞，形成溶于水的鹽[30]。

3.3.5 多環(huán)芳烴

多環(huán)芳烴是廢棄油脂檢測中敏感指標較為重要的一個，也是重要的食用油脂污染物之一。其中，較為突出的是苯并(a)芘，是強致癌物。GB 2762—2017中規(guī)定食用油脂殘留苯并(a)芘最高限量為10 μg/kg。正常食用油脂中多環(huán)芳烴的含量是很低的，而一旦受熱，其含量就會逐漸增多，且與加熱時間和溫度呈正相關(guān)，因此多環(huán)芳烴可以用來作為檢測正常食用油脂和廢棄油脂的指示物[31]。通常分離和測定多環(huán)芳烴的方法主要有熒光分光光度技術(shù)、GC-MS聯(lián)用檢測技術(shù)、高效液相色譜技術(shù)等[32]。

4 譜學(xué)識別特征

依據(jù)上文所述，油脂品質(zhì)分析主要是針對已知的目標組分分析辨識，而在未知檢測目標組分的前提下常采用譜學(xué)特征辨識，主要有光譜分析、核磁共振、同位素分析和多維色譜，其中以光譜分析和低場核磁共振技術(shù)分析為主，且結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法以達到辨識的目的。

4.1 紅外光譜特征

孫通等[33]采用可見/近紅外光譜法以及無信息變量消除-遺傳算法變量選擇方法對摻入較低比例菜籽油(1%～10%)的山茶油和純山茶油進行快速鑒別，同時利用線性判別分析的方法建立山茶油和摻雜山茶油的鑒別分類模型，實驗結(jié)果良好。

近紅外光譜圖中含有大量的雜波和噪聲信息，這對有效辨識信息的提取造成了很大的阻礙，因此目前通常需要借助化學(xué)計量學(xué)方法來實施信息精煉。而化學(xué)計量學(xué)方法所用數(shù)學(xué)模型通常不具備化學(xué)可釋性，因此容易因建庫數(shù)據(jù)不足而導(dǎo)致模型存在系統(tǒng)性偏差的問題。

4.2 紫外光譜特征

紫外吸收光譜反映的是油脂對紫外光的吸收性質(zhì)，這取決于油脂分子的未共享電子對的共軛情況和分子的雙鍵數(shù)目，因此不同種類的油脂紫外吸收光譜也不同。

楊晨等[34]建立了一種針對花生油摻雜檢驗方法，依據(jù)花生油與其他植物油在280 nm處特征吸收峰不同，確定花生油摻雜檢驗測量模型，并建立方程：y=46.72x-27.51，R2為0.977 9。此外，盲樣檢驗預(yù)估值和真實值具有極好的線性相關(guān)性。Zhang等[35]采用紫外可見分光光度法結(jié)合化學(xué)計量學(xué)法研究食用油脂的酸價，利用偏最小二乘回歸(PLS)和主成分回歸(PCR)建立針對各種油脂酸價的獨特定量分析方法。

雖然紫外光譜法得出的光譜信息較少，但各波段信息的化學(xué)對應(yīng)性明確，有利于實現(xiàn)較為完善的解析，而且紫外吸收信號與食用油脂熱處理及氧化過程關(guān)系更為密切，因此試圖利用紫外光譜信息結(jié)合化學(xué)計量學(xué)技術(shù)判斷油脂品質(zhì)是可行的[36]。

4.3 低場核磁共振特征

在油脂煎炸過程中，甘油三酯被氧化、分解、聚合等形成甘油單酯、甘油二酯、小分子醛和酮，以及聚合物。樣品的微觀分子結(jié)構(gòu)中氫質(zhì)子的存在以及樣品的物理和化學(xué)環(huán)境在一定程度上發(fā)生變化，當其處于恒定磁場中并且被外部施加的射頻脈沖而發(fā)生共振時，低場核磁弛豫信號也相應(yīng)地發(fā)生變化[37]。趙婷婷等[38]以豬油作為研究對象，研究薯條煎炸過程中豬油的低場核磁弛豫特性和理化指標的變化規(guī)律，并通過主成分回歸分析建立了低場核磁弛豫特征預(yù)測物理和化學(xué)指標的相關(guān)模型，以有效監(jiān)測煎炸油脂和食品的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

食用油脂的摻雜問題日趨復(fù)雜，現(xiàn)有辨識技術(shù)在可靠性或通用性上尚存在一定局限。只有油脂本身的宏量化學(xué)組分(甘油三酯、脂肪酸)及其后生產(chǎn)物(反式脂肪酸、甘油三酯聚合物等)才是決定油品多方面性質(zhì)的核心指標，而且其存在具有必然性，因此能夠作為可靠且通用的辨識指標。

針對油脂宏量化學(xué)組分及其后生產(chǎn)物的信息采集或定量表征方法通常涉及液相色譜、氣相色譜以及紅外光譜等復(fù)雜分析儀器的使用，不僅設(shè)備成本高昂，而且操作復(fù)雜，因此難以推廣應(yīng)用于油品的臨場化快速分析和評判。而以光纖光譜儀為代表的便攜化紫外光譜儀在近年來迅速發(fā)展和推廣，也為此類技術(shù)用于生產(chǎn)、流通、銷售和應(yīng)用等各階段的食用油脂摻雜防控提供了良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。