二维及三维荧光光谱对芝麻油的掺杂鉴别研究

于丽燕，陈　斌，田　萍，冉桂梅，孙荣梅

(1.中国药科大学工学院，江苏南京211198;2.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013)

二维及三维荧光光谱对芝麻油的掺杂鉴别研究

于丽燕1，陈斌2，田萍2，冉桂梅1，孙荣梅1

(1.中国药科大学工学院，江苏南京211198;2.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013)

摘要:目的不法商贩把地沟油或者一些相对廉价的植物油掺入合格的价值高的植物油中牟取暴利，损害了消费者的健康及利益，因此需要建立一种比较方便快速的检测方法，以适应市场需求。方法采用二维及三维荧光分析方法对芝麻油和菜籽油的掺杂进行鉴别，探索荧光光谱法在食用植物油种类和掺杂鉴别中的可行性。结果

通过比较二维相关图谱中的各特征相关峰，能够实现油样种类的判别。结论本实验为食用植物油掺杂鉴别提供一种新方法。

关键词:荧光分析;菜籽油;芝麻油;二维相关光谱

植物油是人们消费的主要油类，近年来，不法商贩将地沟油或者一些价格低廉的油品掺入合格的价值高的植物油中以牟取暴利的行为屡禁不止，损害了消费者的健康及利益。目前国内外检测食用油品质方法有色谱法［1～3］、光谱法［4～6］等常规化学分析方法，这些分析方法具有较高的准确度和可靠性，但需借助于昂贵的设备以及严格的实验室条件，样品处理复杂，且分析速度很慢，不能满足市场快速检测的需要。因此需要建立一种比较方便快速的检测方法，以适应市场需求。

荧光光谱分析方法具有高灵敏度、强选择性、定量准确、良好的重现性、取样量少等优点［7］，有广阔的发展前景。传统荧光光谱分析法在食用植物油定性分析方面具有独特的优势，并且国内外在这方面也已取得一定的研究成果，但食用植物油的一维荧光光谱峰有重叠缺陷，使很多荧光信息都隐含在主峰之中，加大了荧光光谱的解析难度。本文提出一个新的方法，即二维相关荧光光谱法［8，9］，将广义二维相关的概念引入荧光光谱分析，这样可使图谱中的重叠峰在第三维方向(外扰方向)上得到扩展，增大了各种植物油图谱间的差异性，实现了图谱的二维可视化。

1　试验部分

1.1样品和仪器

1.1.1样品选用两种食用植物油菜籽油和芝麻油为基础油，配置一组共7个掺杂体积分数依次为3%、5%、10%、20%、30%、40%、50%的两组分掺杂样本即芝麻－菜籽油。

1.1.2仪器F96S荧光分光光度计

1.2试验发射光谱扫描条件:激发光源波长为405 nm，发射波长范围是405～800 nm，扫描速度是600 nm·min－1;外扰条件:加热温度150℃;加热时间10 h;取样间隔0.5 h。

将样品装于光程为10 mm的石英比色皿中，以F96S荧光分光光度计进行发射荧光扫描，一个种类所有样品测完用正己烷清洗比色皿，然后再进行下个油样的测量。

2　结果和讨论

2.1数据预处理由于植物油种类较多，荧光性强弱差异较大，扫描过程中为保证所显示荧光强度适宜，无法统一扫描增益和狭缝宽度。因此在对各种植物油荧光光谱比较分析前需对原始光谱进行归一化处理，处理后结果采用1倍放大，所采用软件为自主研发NIRSA数据处理系统。

以Matlab为平台，依据二维相关理论将动态光谱进行二维相关计算，在绘制等高线图谱时选取等高线参数为32。

2.2纯芝麻油和菜籽油加热后二维相关图及三维图结果见图1、2。

从二维相关同步及三维图谱中可以非常直观的区别出菜籽油和芝麻油，通过二维图谱我们可以看到菜籽油和芝麻油都在666 nm附近有1强自动峰，说明此处对加热时间扰动最为灵敏。在(666，510)及其对角线对称处(510，666)处的正相关峰，则说明666 nm与510 nm处峰对加热时间扰动有协同响应，且两者变化趋势相同。但是通过二维图谱我们可以看出芝麻油的相关峰强度大于菜籽油，且结合三维图谱我们可以发现芝麻油的4个相关峰峰强相近，而菜籽油则由于666 nm自动峰峰强与其他3个相关峰相差较大，尤其是与499 nm处自动峰峰强相比，而使得外观上菜籽油只有3个相关峰较为明显。

图2为菜籽油和芝麻油在加热时间外扰下的二维异步相关图谱。菜籽油与芝麻油的三维图谱外观特征十分相似，最大的区别在于菜籽油在(666，672)处的尖锐交叉峰。从两者等高线图谱可以发现，菜籽油与芝麻油相比除了(666，672)处交叉峰的差异外，两者间峰型也存在一定的差异，菜籽油在405～600 nm内交叉峰更为狭长与底边相连呈不封闭环，在720～800 nm内则是2个单峰;而芝麻油在405～600 nm内交叉峰则呈圆弧状封闭环不与底边接触，在720～800 nm内的为双峰结构。

因此结合三维图谱和等高线图谱两种显示方式可以更加直观的进行种类鉴别，更好的进行各植物油间相似性和相异性分析。

图1　2种食用植物油加热时间扰动下的二维同步相关、三维荧光光谱图a，a1.菜籽油; b，b1.芝麻油

图2　2种食用植物油加热时间扰动下的二维异步相关、三维荧光光谱图a，a1.菜籽油; b，b1.芝麻油

2.3不同含量掺杂油的二维光谱同步图及三维图结果见图3。

图3　芝麻－菜籽两组分混合油加热时间扰动下的二维同步相关、三维荧光光谱图a，a'.3%; b，b'.10%; c，c'.30%; d，d'.50%

图3为所选4个不同菜籽油含量的芝麻掺杂油加热时间外扰下的二维同步相关图。从图中可以看出，由于菜籽油的加入，掺杂油各图谱峰强发生不一致改变，而使得各图谱内峰强间强度差不一致，最终导致图谱整体外观发生巨大变化。

从三维图谱来看，掺杂油与纯芝麻油图谱整体性差异明显。其中当菜籽油体积分数为3%时，与纯芝麻油具有较大相似性，但从整体相对强度看，其显著存在的4个相关峰间峰强差异巨大，无法形成如纯芝麻油般的鲜明的4峰鼎立之态，其相关峰与672 nm处自动峰间强度差所表现出的图谱外观更接近菜籽油。4种菜籽油含量的掺杂油，图谱与纯芝麻油相比，外观上除所有图谱均被分为4个区域和600～700 nm区间均有1强自动峰这两点共性外，差异非常突出。其中较为有规律的是在(498，658)及(658，498)附近随菜籽油含量增加，负相关峰愈加凸显。从4种芝麻掺杂油等高线图谱可以发现，当菜籽油含量仅为3%时，其整体外观特征与纯芝麻油极为相似。其差异性仅体现在出峰细节(如峰位、峰强、峰强差)上，因此仅通过等高线图谱无法直观鉴别芝麻油的掺入3%菜籽油。菜籽油为10%和30%的掺杂油等高线图谱出峰信息明显偏少。50%时虽然信息再次增多，但与纯芝麻油差异较大，其差异性主要体现交叉峰信息上。

2.4不同含量掺杂油的二维光谱异步图及三维图

结果见图4。图4为上述4种芝麻掺杂油加热时间外扰下的二维异步图。结合三维图和等高线图可以非常直观的看出菜籽油浓度不同的情况下，图谱特征的改变。当菜籽油含量为3%时，交叉峰正负情况与纯芝麻油峰相反。当菜籽油含量为10%时，三维图谱外观整体特征与纯芝麻油最为相似，但等高线图谱与纯芝麻油相比，405～600 nm内多了两对独立的弱交叉峰。而当菜籽油含量为30%、50%时，从三维图和等高线图上均可以看出位于(662，672)和(672，662)附近的尖锐交叉峰，图谱外观也开始更接近菜籽油。值得注意的是，不论菜籽油含量多少，只要掺入菜籽油，芝麻油位于405～600 nm内交叉峰峰型就会发生改变，不再是纯菜籽油时的圆弧状封闭交叉峰。

上述分析可知，利用加热时间扰动下二维相关图检测芝麻油中掺入菜籽油时更为直观快速，尤其在较低浓度(3%)，通过同步图和异步图均能很好的较快的区分出掺杂油与纯芝麻油的差异。

3　结论

本文在以芝麻油中掺菜籽油为主要对象，研究植物油掺杂鉴别，选用在150℃时的加热时间作为外扰方式，通过荧光光谱法和二维相关光谱分析方法的结合应用，对食用植物油的种类和掺杂进行鉴别分析。通过比较二维相关图谱中的各特征相关峰，实现油样种类的判别分析，并在此基础上进一步完成食用植物油的掺杂鉴别，为食用植物油掺杂鉴别提供一种新方法。

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图4　芝麻－菜籽两组分混合油加热时间扰动下的二维异步相关、三维荧光光谱图a，a'.3%; b，b'.10%; c，c'.30%; d，d'.50%

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Two－dimensional and three－dimensional fluorescence correlation spectroscopy study the doping sesame oil

YU Li-yan1，CHEN Bin2，TIAN Ping2，RAN Gui-mei1，SUN Rong-mei1
(1.Engineering Institute，China Pharmaceutical University，Nanjing 211198，China;2.School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)

Abstract:Objective Unscrupulous traders used the cooking oil or some cheap oil mixed in qualified high－value vegetable oil in order to obtain more profiteering，this action damaged the health and profit of consumers.So we need to establish a more convenient and rapid detection methods to adapt to the market demand.Methods Using two－dimensional and three－dimensional fluorescence analysis method to identify doped sesame oil，this study was to assess the feasibility of fluorescence spectroscopy in identification of adulterated edible oil.Results By comparing the two－dimensional correlation spectra characteristic of each correlation peak，we can distinguish the oil samples.ConclusionThis study can provide a new method in the identification of edible vegetable oil.

Key words:Fluorescence spectroscopy; Rapeseed oil; Sesame oil; Two－dimensional correlation spectroscopy

作者简介:于丽燕，女，博士研究生，副教授，研究方向:计算药物分析的研究，E－mail: yly_75@126.com

基金项目:国家自然科学基金项目(No.31271874)

中图分类号:TS207

文献标识码:A

文章编号:2095－5375(2015) 10－0564－004