用三维荧光光谱法测定 8种植物油脂的荧光信息

王 艳,范 璐,霍权恭,胡乐乾,江秀明,向国强,赵文杰,朱桃花,井银成

(河南工业大学化学化工学院,河南郑州 450001)

用三维荧光光谱法测定 8种植物油脂的荧光信息

王 艳,范 璐＊,霍权恭,胡乐乾,江秀明,向国强,赵文杰,朱桃花,井银成

(河南工业大学化学化工学院,河南郑州 450001)

选取花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、玉米油、葵花籽油、米糠油和棉籽油 8种植物油脂共 98个样品,采用 Gary Eclipse荧光光度计,在激发狭缝和发射狭缝宽度为 5 nm、激发波长在250～700 nm范围内以 10 nm为间隔、发射波长在 240～760 nm范围内的条件下扫描样品的发射光谱,获得每个样品的三维荧光光谱.用 Origin7.5软件绘制光谱数据的二维等高线图,用于研究各种油脂的荧光信息.结果显示,8种油脂的荧光信息有显著差别.

植物油脂;三维荧光光谱;等高线光谱图

0 前言

天然油脂中除含有主要成分甘三酯外,还含有其他微量物质,其含量因油脂种类、制备方式、加工方式和储存条件的不同而有很大差异.油脂中能发出荧光的物质主要有生育酚、生育三烯酚、叶绿素、脱镁叶绿素和霉菌毒素,荧光的发射受到许多因素的影响,如荧光物质的含量、介质种类、温度和猝灭物质会使所产生的荧光光谱发生位移或变形.油脂作为天然产物,有相对固定的组成,在一定条件下其荧光光谱具有相对稳定的特征.

目前,用于区分和识别油脂的方法主要有色谱法和光谱法等.色谱法费时、成本较高;光谱法选择性低;传统的荧光分析法多采用二维荧光光谱对物质进行定量和定性分析,但在某一激发波长或发射波长下,荧光强度并不能完整地描述物质的荧光特征.三维荧光光谱反映了荧光强度随激发波长和发射波长变化的情况,能提供比常规荧光光谱和同步荧光光谱更完整的光谱信息,具有较高的灵敏度和选择性,常作为一种有价值的光谱指纹技术在工业、农业、医药、卫生、司法鉴定等领域广泛应用[1].

由于荧光发射物质结构的特殊性,光谱指纹技术在食品科学特别是在油脂分析中的应用还是比较少的,仅有少量文献[2-5]进行过报道.笔者主要针对 8种油脂,特别是未经精加工的油脂,采用三维荧光光谱法研究其测定条件,绘制出各种植物油脂的三维荧光等高线图,探索不同植物油脂之间的异同点.

1 材料与方法

1.1 样品及制备

样品:花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油样品分别有 29种、28种、26种、3种,由实验室提取;玉米油、葵花籽油、米糠油、棉籽油各 3种,取自不同油脂公司.

制备方法:用粉碎机将花生、大豆、菜籽、芝麻样品磨碎成粉状;粉碎后的样品加入石油醚避光浸泡 24 h;提取;蒸馏除去溶剂;于恒温干燥箱中加热除去残余溶剂;将所得油脂样品过滤或静置2 d,置于干燥器中避光保存备用.

1.2 仪器与试剂

仪器:Gary Eclipse荧光光度计 (美国瓦里安公司);10 mm×10 mm×45 mm石英比色皿.

试剂:石油醚 (沸程:第 Ⅰ类 30～60℃天津市永大化学试剂有限公司),分析纯.

1.3 试验方法

1.3.1 荧光光谱采集方法

Gary Eclipse荧光光度计预热 30 min;选取 10 mm×10 mm×45 mm规格的石英样品池,样品池采用直角几何放置;在激发狭缝和发射狭缝宽度均为 5 nm、激发波长在 250～700 nm范围内以 10 nm为间隔、发射波长在 240～760 nm范围内的条件下测量样品的发射光谱,获得 csv格式的荧光数据即为样品的三维荧光光谱.

1.3.2 数据处理方法

从 Gary Eclipse荧光光度计导出数据,用 Origin7.5软件处理数据,绘制三维荧光光谱的等高线图.

2 结果与讨论

2.1 植物油脂的三维荧光等高线图

测量三维荧光光谱时,激发狭缝和发射狭缝宽度均设为 5 nm.若狭缝宽度偏小,由于某些植物油脂的荧光强度太低,就不能很好地表征植物油脂的荧光信息,会出现相同的等高线图;若狭缝宽度偏大,由于某些植物油脂的荧光强度太高甚至超过最大强度,这样就使个别油脂的荧光信息的差异变小.测量时,为了获得比较完整的三维荧光光谱等高线图,全面表征各个油脂的荧光信息,选择激发波长在 250～700 nm范围内以 10 nm为间隔和发射波长在 240～760 nm范围内进行扫描,得到 8种植物油脂的等高线图,如图 1所示.

从图 1可知,花生油、玉米油、葵花籽油、米糠油的等高线图均是一组单一的、有重叠的等高线,都在激发波长 350～450 nm和发射波长 350～600 nm范围内.相对而言,葵花籽油的等高线图中,发射波长要比米糠油、玉米油的要短,主要集中在 350～450 nm范围内;而花生油的发射波长比米糠油和玉米油的要长,主要集中在 410～600 nm范围内.芝麻油、棉籽油、大豆油、菜籽油的等高线图是由 2组以上的等高线组成的;其中,芝麻油、棉籽油、菜籽油的等高线有重叠,在激发波长350～450 nm和发射波长 650～700 nm范围内.

2.2 植物油脂中的荧光物质分析

据有关报道,在植物油脂中维生素 E的荧光位置是在激发波长 295 nm左右和发射波长 325 nm左右,而这 8种植物油脂的等高线图中几乎没有维生素 E的荧光位置.一方面,由于油脂的加工过程不同,导致维生素 E含量减少或通过氧化转化成其他物质;另一方面,油脂的种类不同,维生素 E的含量也不同.维生素 E是生育酚的混合物,生育酚有 8种结构体,各个结构体的含量不一样.例如大豆油中维生素 E含量最高,γ-生育酚含量最高;而花生油中维生素 E含量是最低的,γ-生育酚含量最高.研究油脂中维生素 E的荧光信息,要对各种结构体进行分析,还需要结合其他的方法进行进一步研究.另外,花生油和玉米油中的黄曲霉毒素对荧光的贡献也有待于研究.

这 8种植物油脂的等高线图,除了菜籽油之外,在激发波长 350～450 nm和发射波长 370～500 nm范围内,均有荧光信息.这可能是这些植物油脂中含有相似的荧光物质.目前,还不能确定这一部分荧光物质的组成.由于油脂成分的复杂性,特别是微量成分,除了维生素 E和色素能发荧光之外,还存在其他的荧光物质,这一部分荧光物质还需要进一步的研究.

有研究指出,在激发波长 405 nm左右和发射波长 670 nm左右,是油脂中的色素所发的荧光[6].油脂中的色素种类复杂,如叶绿素 a、叶绿素 b、脱镁叶绿素 a、脱镁叶绿素 b、一些类胡萝卜素和其他色素.这些色素对油脂荧光的影响,与油脂中色素的类型、结构以及溶剂的种类有很大关系,要确定是哪些色素引起的,还需要进一步的研究.

由图 1可知,各种油脂的等高线图是有差别的,这说明各种油脂中荧光物质含量不同,可能是由于油脂种类、制取方法和加工方式的不同造成的.提取方式的差异导致荧光物质可能在加工过程中发生结构变化,或者其自身存在的荧光物质也存在差异.因此,对油脂荧光光谱的研究,样品的来源是非常重要的.

从直观上看,花生油、玉米油、葵花籽油和米糠油的等高线图很相似,菜籽油和棉籽油的等高线图也很相似,而大豆油、芝麻油的等高线图明显不同于其他油脂.由于油脂中发荧光物质比较复杂,现在还不能确定是维生素 E、色素或者其他物质所引起的荧光.图 1的等高线图是由这些物质共同作用的结果,可以根据等高线图的走向和趋势区分植物油脂,这是一个可行的方法.

图1 8种植物油脂的三维荧光等高线

3 结论

选择合适的测定条件,得到了 8种植物油脂的三维荧光等高线图,为区分和识别各种油脂提供了一个可行的方法.

荧光光谱分析方法选择性强,易受到各种因素的影响.一方面,由于植物油脂的多样性,组成的相似性和复杂性,还需要增加植物油脂的品种以及结合化学计量学进行进一步研究;另一方面,现在是针对未做任何处理的纯油进行荧光分析,可能由于浓度过大,发生能量转移和碰撞猝灭,使荧光光谱的形状发生扭曲.利用荧光等高线图可确定荧光物质,因为荧光等高线特征谱包含了分子结构的有关信息,对其进行分析,可以得到有价值的化学信息,用以研究油脂种类.

[1] 许金钩,王尊本.荧光分析法 [M].北京:科学出版社,2006.

[2] Ewa Sikorska,Marek Sikorski.Classification of edible oils using synchronous scanning fluorescence spectroscopy[J].Food Chemistry,2005,89:217-225.

[3] Konstantina I Poulli, GeorgeA Mousdis,ConstantinosA Georgiou.Classification of edible and lampante virgin olive oil based on synchronous fluorescence and total luminescence spectroscopy[J].Analytica Chimica Acta,2005,542:151-156.

[4] Konstantina I Poulli, GeorgeA Mousdis,ConstantinosA Georgiou.Rapid synchronousfluorescence method for virgin olive oil adulteration assess ment[J]. Food Chemistry,2007,105:369-375.

[5] Anna Dankowska,Maria Malecka.Application of synchronous fluorescence spectroscopy for deter mination of extra virgin olive oil adulteration[J].Eur J Lipid Sci Technol,2009,111:1233-1239.

[6] Ewa Sikorska,Marek Sikorski.Characterization of edible oils using total luminescence spectroscopy[J]. Journal of Fluorescence,2004,14(1):25-35.

FLUORESCENCE INFORMATION OF 8 KINDS OF VEGETABLE O ILS BY 3D FLUORESCENCE SPECTROSCOPY

WANG Yan,FAN Lu,HUO Quan-gong,HU Le-qian,J IANG Xiu-ming,XIANG Guo-qiang,ZHAO Wen-jie,ZHU Tao-hua,J ING Yin-cheng
(School of Chem istry&Chem ical Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)

The paper determined the emission spectra and the 3D fluorescent spectra of 8 kinds of vegetable oils(98 samples),including peanut oil,soybean oil,rapeseed oil,sesame oil,corn oil,sunflower seed oil,rice bran oil and cottonseed oil,by using a Gary Eclipse fluorometer under the conditions of emission wavelength 240 nm to 760 nm,excitation wavelength 250 nm to 700 nm at an interval of 10 nm,excitation slit width 5 nm,and emission slitwidth 5 nm.We plotted the 2D contourmap of each vegetable oil byOrigin7.5 based on the fluorescent spectra data to study the fluorescence information of each vegetable oil.The results showed that the 8 kinds of vegetable oils had different fluorescence information.

vegetable oil;3D fluorescence spectrum;contour spectra map

TS207.3

B

1673-2383(2010)06-0036-04

2010-09-10

河南工业大学校科研基金重点项目 (09XZD005)

王艳(1982-),女,河南商丘人,硕士研究生,研究方向为粮油食品分析.

＊通信作者