基于指纹图谱相似度的米糠油掺伪检测方法研究

喻凤香 林亲录 黄中培

(湖南生物机电职业技术学院1，长沙 410127)

(中南林业科技大学2，长沙 410004)

米糠油又称稻米油，近年来被称为“油中真黄金”，与玉米胚芽油、橄榄油同为世界卫生组织(WHO)推荐的三大健康油。米糠油是稻谷加工过程中产生的米糠经过压榨或浸提制取的油脂［1］，富含 γ －谷维素［2－3］、维生素 E、植物甾醇［4］。其营养价值极高，且具有预防心脑血管疾病、降血脂、促进新陈代谢等生理功能［5－8］。植物油由于种类、营养价值不同而价格差异很大。国内北大荒集团、银河药业、中粮集团、万和园油脂等都有米糠油生产和销售，比较各品牌米糠油与其他食用油的价格，米糠油价格与压榨花生油类似，低于橄榄油、油茶籽油，稍高于玉米胚芽油、葵花籽油，明显高于大豆油、棉籽油、菜籽油、棕榈油。当前植物油购销市场全面放开，生产经营人员为了利益常用价廉的油脂掺入高级油品中，以节约成本，谋取暴利。

目前对于米糠油的研究偏重于其制备工艺，对掺伪检测的专题研究鲜见报道。相似度作为指纹图谱的一个参数，已被国家药典委员会确定为指纹图谱标准中的一项重要评价指标。单个谱图涉及的色谱峰可能上百，进行峰匹配工作非常繁琐。王龙星等［9］利用VB6.0编制程序，进行自动匹配，可计算相似度。本研究采用指纹图谱相似度判别米糠油中廉价油脂的掺伪量。植物油的主要脂肪酸组成大部分有相同之处，但是主要脂肪酸的含量是不同的，根据主要脂肪酸的组成与含量，即可鉴别油品种类，一种植物油中掺混有其他油脂后，必然会改变其脂肪酸的组成与含量，与其对应的纯品油脂肪酸进行比较，即可以鉴别出掺伪油种及含量。

1 材料与方法

1.1 材料

米糠油、菜籽油、大豆油:自制;棕榈油:市售，马来西亚进口;棉籽油:市售。

1.2 油脂的甲酯化与色谱分析［10］

取油脂3～5滴于10 mL容量瓶中，称重，加入1 mL乙醚，1 mL石油醚，摇匀，加入2 mL KOH－甲醇液，振摇，静置8 min，用蒸馏水定容。静置分层，上层液为气相色谱待测液。载气为纯度99.999%氮气，柱后流速1.8 mL/min;进样口温度240℃;检测器温度240℃;柱室220℃;分流比28∶1;进样量1 μL;空气流速280 mL/min;氢气流速30 mL/min;量程1。

1.3 模拟掺伪

米糠油中掺入各种油脂，进行气相色谱分析。掺伪量为0%～100%的递增浓度，实际掺伪量见表1，将5种油脂按表中比例掺入到米糠油中，共计50个样品。

表1 油脂掺伪量

1.4 指纹图谱相似度的计算

每个色谱指纹图谱都可以看做一组对应保留时间下的峰高(或峰面积)的数值，可将这组数值看做多维空间中的向量，使两个指纹图谱间相似性的问题转化为多维空间的2个向量的相似性问题。如果存在2个向量X、Y，则X、Y之间的向量夹角余弦可利用式(1)计算。

1.5 数据分析

数据分析采用 Mathematica、Spss17.0、Excel软件。

2 结果与分析

2.1 各类植物油主要脂肪酸的种类

将各样品的色谱流出曲线导入中国药典委员会推荐的指纹图谱相似度评价软件2004A版可进行直观分析和相似度分析，图1是各类纯植物油的脂肪酸色谱图，与脂肪酸标样谱图对照可知米糠油的主要脂肪酸为豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸。棉籽油主要脂肪酸为豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸。棕榈油主要脂肪酸为癸酸、豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸。菜籽油主要脂肪酸为豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸、芥酸。大豆油主要脂肪酸为豆蔻酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸。各油脂脂肪酸含量与比例不同，米糠油模拟掺伪后相应的脂肪酸含量和比例也会发生规则性的变化，但一种或几种脂肪酸含量变化规律往往不能完全代表油脂的掺伪量，因此本研究以指纹图谱相似度来研究掺伪量。

图1 各类油脂的气相色谱图

2.2 米糠油中掺棕榈油的指纹图谱相似度分析

将纯米糠油、8份掺不同比例棕榈油的米糠油、纯棕榈油共计 10 份样品的 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量输入excel，通过直观分析和特征脂肪酸分析，上述10个脂肪酸含量均呈线性变化，因此计算夹角余弦选取该10个脂肪酸含量作为向量，权重均等。利用式(1)计算各掺伪米糠油对纯米糠油的相似度(见表2)，结果表明掺伪量越多，指纹图谱相似度越小，两者呈线性递减曲线，见图2。其线性方程式见式(2)。通过线性方程式计算掺伪量，与实际掺伪量进行比较，计算相对误差，相对误差平均值为2.22%。分别掺伪1%、2%、3%、4%、5%进行进行验证试验，相对误差分别为 9.22%、5.92%、6.00%、5.71%、5.40%，因此这个模型可以快速准确的检验米糠油掺伪棕榈油的量，任意掺伪量范围内检测相对误差均＜10%。掺伪量越大误差越小，掺伪量＞2%时，相对误差 ＜7%，平均值为3.31%。掺伪量大于20%，相对误差＜±2.6%，平均值为1.16%。

图2 指纹图谱相似度与掺伪量模型

式中:y为指纹图谱相似度/%;x为棕榈油掺伪比例。

表2 米糠油掺棕榈油指纹图谱相似度与相对误差

2.3 米糠油中掺菜籽油的指纹图谱相似度分析

将纯米糠油、8份掺不同比例菜籽油的米糠油、纯菜籽油共计 10 份样品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1含量输入excel，通过直观分析和特征脂肪酸分析，其中 C14∶0、C16∶0、C18∶2、C18∶3、C20∶1、C22∶1呈线性变化，因此计算夹角余弦选取该6个脂肪酸含量作为向量，权重均等。计算各掺伪米糠油对纯米糠油的相似度(表2)，结果表明掺伪量与指纹图谱呈线性递减曲线，见图3。其线性方程式见式(3)。试验条件下相对误差均小于10%，平均相对误差为2.58%。掺伪量11.44%的试验组相对误差最大，为10.69%。设计11% ＜掺伪量＜24%的验证试验，分别掺伪14%、18%、22%进行同样色谱分析和相似度计算，相对误差分别为 7.35%、4.38%、2.25%，因此这个模型在掺伪量＞14%时可以快速准确的检验米糠油掺伪菜籽油的量，14%以上误差小于10%，基本准确。当掺伪量＞24%，相对误差大部分在1%以下，平均值为1.56。

式中:y为指纹图谱相似度/%;x为大豆油的掺伪量。

图3 指纹图谱相似度与菜籽油掺伪量模型

2.4 米糠油中掺棉籽油的指纹图谱相似度分析

将纯米糠油、8份掺不同比例棉籽油的米糠油、纯棉籽油共计 10 份样品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量输入excel，通过直观分析和特征脂肪酸分析，C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3 呈线性变化，因此计算夹角余弦选取该7个脂肪酸含量作为向量，权重均等。计算各掺伪米糠油对纯米糠油的相似度(表2)，掺伪量与指纹图谱相似度呈线性递减曲线，见图4。其线性方程式见式(4)。通过线性方程式计算掺伪量，与实际掺伪量进行比较，计算相对误差，相对误差平均值为4.24%。掺伪量12% ～25%的试验组误差最大，为10%左右，掺伪量42%以上相对误差＜3%，平均值为0.98%。因此该模型在掺伪量＞42%时，检测结果可以认为完全准确，掺伪量＞17%基本准确。

式中:y为指纹图谱相似度/%，x为大豆油的掺伪量。

图4 指纹图谱相似度与棉籽油掺伪量模型

2.5 米糠油中掺大豆油的指纹图谱相似度分析

将纯米糠油、8份掺不同比例大豆油的米糠油、纯大豆油共计 10 份样品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶0含量输入Excel，通过直观分析和特征脂肪酸分析，所有的脂肪酸均呈线性变化，因此计算夹角余弦选取该11个脂肪酸含量作为向量，权重均等。计算各掺伪米糠油对纯米糠油的相似度(见表5)，结果表明掺伪量越多，指纹图谱相似度越小，2者呈线性递减曲线，见图5。其线性方程式见式(5)。计算相对误差，相对误差平均值为2.81%。试验条件下掺伪量为14%的样品相对误差最大，为11.58%。掺伪量24%以上的试验组平均相对误差为1.72%。对14%～24%之间的掺伪量进行验证试验，分别掺伪16%、18%、20%、22%，其相对误差分别为 9.68%、6.45%、3.02%、2.11%，因此该模型在掺伪量16%以上能基本准确进行定量判断，掺伪量24%以上完全准确。

式中:y为指纹图谱相似度/%，x为大豆油的掺伪量。

图5 指纹图谱相似度与大豆油掺伪量模型

3 结论

利用向量夹角余弦法计算掺伪米糠油与纯米糠油的指纹图谱相似度，结果表明，掺混量增加，相似度呈线性下降。米糠油掺混棕榈油，相似度与掺伪量计算模型为 y=5.802 3x3－17.469x2－0.269 2x+99.99(R2=0.999 6)，该模型误差小，适用于 2% 以上的掺伪量。米糠油掺混菜籽油，掺混量与相似度的计算模型为 y= －23.62x3－8.380 6x2－6.138 3x+100.12(R2=0.999 4)，该模型适合于 14% 以上的掺混量。米糠油掺混棉籽油，掺混量与相似度计算模型为 y= －240.52x5+677.8x4－697.92x3+312.09x2－66.998x+99.97(R2=0.999 3)，该模型适合于17%以上的掺混量。米糠油掺混大豆油，掺混量与相似度计算模型为 y=12.33x3－ 26.047x2－ 2.685 5x+100.05(R2=0.999 1)，该模型适合于 16% 以上的掺混量。

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