5类食用植物油标准指纹图谱的建立及其相似度分析

吴卫国 彭思敏 唐 芳 刘军鸽 田 梅

（食品科学与生物技术湖南省重点试验室湖南农业大学食品科技学院1，长沙 410128）

（湖南农业大学科技创新平台管理中心2，长沙 410128）

食用植物油因其脂肪酸的组成、产量以及营养价值等因素的影响，不同种类的食用植物油价格差异很大。一些不法生产经营者为了获取暴利，在售价高的植物油中掺入廉价植物油的现象时有发生，如茶油中加入棉籽油、菜籽油、花生油、大豆油等。为了维护食用植物油消费者和合法生产经营者的利益，国内外研究了多种判别食用油互掺掺假的定性以及定量鉴别方法：理化特性分析方法［1－3］，色谱与光谱等现代仪器分析方法［4－7］，以及化学计量法［8－9］等，但是运用理化特性分析以及色谱与光谱等方法进行油脂掺假分析，大多局限于一类油脂单一的样品分析，而没有系统考虑每类油脂不同产地和品种之间的差异，不具备普遍的适用性；而化学计量法是对所有植物油脂量化的理化特性进行分析，借助计算机系统地识别所有的植物油脂，但是，化学计量法需依靠大量的油脂样品建立数学模型及其验证。

标准指纹图谱是代表一批同类样品指纹图谱共同特征的图谱。建立标准指纹图谱所需同类样品数量较少，且具有普遍的适用性。在指纹图谱数据处理中，可以将标准指纹图谱作为参照图谱，将待测试图谱与标准指纹图谱匹配，从而进行相似度评价测试样品的质量。标准指纹图谱被广泛使用在中药质量控制和检测等方面，并且形成了中药标准指纹图谱的一系列体系。但是，目前没有关于基于脂肪酸标准指纹图谱的食用油掺假检测方法。本研究通过气质连用技术（GC－MS）技术并结合共有模式法与矢量平均法，构建了菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5类用植物油标准脂肪酸指纹图谱，以期为食用植物油脂的产品质量控制和掺假检测提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品

由国家油料改良中心湖分中心和湖南农业大学农学院提供下列具有代表性的油料样品：菜籽样品（NO.1～10）10个；茶籽样品（NO.1～12）12个；花生样品（NO.1～8）8个；大豆样品（NO.1～8）8个；棉籽样品（NO.1～7）7个。

1.2 材料与试剂

正己烷（色谱纯）、甲醇溶液（色谱纯）、无水硫酸钠（分析纯）、H2SO4（分析纯）、KOH（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.3 设备与仪器

GCMS－2010气质连用仪：日本岛津公司；SHZ－82水浴恒温振荡器、HH－8数显恒温水浴锅：上海浦东物理光学仪器厂；万分之一电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 纯油样品的提取

采用索氏抽提法，参照文献［10］。

1.4.2 油脂脂肪酸的甲酯化

采用酸碱结合法，参照文献［10］。

1.4.3 色谱条件

岛津（SHIMADZU）GCMS－2010、HB－88毛细管柱（100.0 m×0.32 mm×0.25μm）、He（纯度99.999%）、进样口温度：250℃、柱温：初始温度120℃，保持1 min，10℃／min升温至175℃，保持10 min、5℃／min升温至 210℃，保持 5 min、5℃／min升温至230℃，保持15 min、柱流速：1.04 mL／min分流比：10：0、离子源温度：200℃、接口温度：220℃、质核比扫描范围：50～700 m／z、进样量：1μL。

1.4.4 气质连用精密性试验及稳定性试验

选取一种茶油样品（NO.3）来考察气质连用条件的精密性和稳定性：吸取经甲酯化处理后的菜籽（NO.3）油脂样品溶液1μL，连续进样5次，在1.4.3色谱条件下获取脂肪酸图谱，记录每次测定中顺式油酸甲酯、顺式亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯等的峰面积及保留时间，对其稳定性以及仪器的精密性进行考察。

1.4.5 油脂脂肪酸图谱的获取

全部油脂样品经甲酯化处理后，在1.4.3色谱条件下分别获取每个油脂样品的脂肪酸图谱。

1.4.6 共有峰的确定与标准脂肪酸指纹图谱的确定。

设定所每类油脂样品中各峰（各脂肪酸）的共有率大于70%作为共有峰，计算每类油脂样品每一个共有峰的平均峰面积、平均保留时间以及对应平均强度信号值，采用EXCEL软件绘制每类油脂的脂肪酸标准指纹图谱。

1.4.7 相似度的计算

采用夹角余弦法计算每类油脂标准指纹图谱与同类中每个油脂样品脂肪酸图谱相似度，同时比较不同类油脂标准脂肪酸指纹图谱之间的相似度。相似度（夹角余弦）的计算公式如下：

式中：Xi为某样品组分i保留时间下对应的峰面积；Yi为标准指纹图谱组分i保留时间下对应的峰面积；n为某样品和标准指纹图谱中所有组分的数目，i为样品中的某一组分。

2 结果与讨论

2.1 气质连用（GC－MS）精密性试验及稳定性试验

分别吸取经甲酯化处理后的菜籽（NO.3）油脂样品溶液1μL，连续进样5次获取GC－MS脂肪酸图谱，记录每次测定中棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、顺式油酸甲酯、顺式亚油酸甲酯等的峰面积及保留时间，并计算其相对标准偏差（RSD）。结果见表1、表2。精密性试验及稳定性试验结果表明：菜籽油中顺式油酸甲酯、顺式亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯等的峰面积及保留时间的RSD均小于5%，符合建立指纹图谱的要求［11］。这表明选用的气质连用（GC－MS）测定条件精密度高，同时每个样品溶液进行GC－MS分析需要耗时1 h，这表明样品溶液至少在5 h内稳定。

表1 茶油精密度及稳定性试验结果（保留时间）

表2 茶油精密度及稳定性试验结果（峰面积）

2.2 不同种类植物油脂GC－MS标准指纹图谱的建立

2.2.1 菜籽油GC－MS标准指纹图谱的建立

按照1.4.6方法，建立菜籽油标准指纹图谱（见图1、表 3）。

图1 菜籽油标准指纹图谱

表3 菜籽油标准指纹图谱脂肪酸信息

2.2.2 大豆油GC－MS标准指纹图谱的建立

按照1.4.6方法，建立菜籽油标准指纹图谱（见图2、表4）。

图2 大豆油标准指纹图谱

表4 大豆油标准指纹图谱脂肪酸信息

2.2.3 花生油GC－MS标准指纹图谱的建立

按照1.4.6方法，建立花生油标准指纹图谱（见图3、表 5）。

图3 花生油标准指纹图谱

表5 花生油标准指纹图谱脂肪酸信息

2.2.4 棉籽油GC－MS标准指纹图谱的建立

按照1.4.6方法，建立棉籽油标准指纹图谱（见图4、表 6）。

表6 棉籽油标准指纹图谱脂肪酸信息

图4 棉籽油标准指纹图谱

2.2.5 茶籽油GC－MS标准指纹图谱的建立

按照1.4.6介绍的方法，建立茶籽油标准指纹图谱（见图5、表 7）。

图5 茶籽标准指纹图谱

表7 茶籽油标准指纹图谱脂肪酸信息

2.3 植物油脂标准指纹图谱的相似度分析

通过夹角余弦法计算所有的菜籽油、大豆油、花生油、棉籽油、茶籽油等样品与之建立的标准指纹图谱之间的相似度，见表8。从表8中可知：菜籽油（NO.1～10）脂肪酸甲酯与菜籽油标准指纹图谱的相似度大于0.998 0；大豆油（NO.1～7）脂肪酸甲酯与大豆油标准指纹图谱的相似度大于0.976 2；花生油（NO.1～8）脂肪酸甲酯与花生油标准指纹图谱的相似度大于0.997 6；棉籽油（NO.1～7）脂肪酸甲酯与棉籽油标准指纹图谱的相似度大于0.998 9；茶籽油（NO.1～13）脂肪酸甲酯与茶籽油标准指纹图谱的相似度大于0.996 1，这表明每种油脂的标准指纹图谱与其油脂样品的脂肪酸信息相近，能够有效地反映其油脂样品的整体性。

表8 每种油脂中所有样品与对应的油脂标准指纹图谱内的相似度

通过夹角余弦法计算菜籽油、大豆油、花生油、棉籽油、葵花籽油、棕榈油以及茶籽油等标准指纹图谱间的相似度（见表9）。从表9可知：每种油脂标准指纹图谱与其他油脂标准指纹图谱间的相似度值存在较明显的差异，基本上小于每种油脂所有样品与其标准指纹图谱内的相似度；棉籽油、大豆油相似度大于0.9，二者之间存在一定的整体相似性；菜籽油与茶籽油的相似度大于0.9，二者之间存在一定整体相似度。因此试验所建立的菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5类食用植物油标准脂肪酸指纹图谱能够反映同类油脂共同特性，同时也能反映不同类油脂之间的差异。研究结果可以为食用植物油脂的产品质量控制和掺假检测提供理论依据。

表9 各油脂标准指纹图谱间的相似度

3 结论

通过气质连用技术（GC－MS）技术并结合共有模式法与矢量平均法，建立了菜籽油、大豆油、茶籽油、棉籽油、花生油等5类食用植物油标准脂肪酸指纹图谱，研究结果可以为食用植物油脂的产品质量控制和掺假检测提供理论依据。本研究所介绍的技术可以进一步推广到棕榈油、葵花籽油、橄榄油、米糠油等植物油脂的标准脂肪酸指纹图谱的建立。

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