温度外扰的二维相关荧光谱鉴别4种食用植物油的研究

陈 斌 张玉莹 陆道礼 于丽燕

(江苏大学食品与生物工程学院1，镇江 212013)(中国药科大学高职学院2，南京 210008)

温度外扰的二维相关荧光谱鉴别4种食用植物油的研究

陈 斌1张玉莹1陆道礼1于丽燕2

(江苏大学食品与生物工程学院1，镇江 212013)(中国药科大学高职学院2，南京 210008)

采用F97S荧光分光光度计结合温度扰动下的二维相关荧光光谱技术，对芝麻油、棕榈油、菜籽油和油茶籽油，进行了快速无损的识别方法的研究，并以市售4种植物油样品进行验证试验。结果表明，4种食用植物油样加热后的一维荧光发射光谱谱图在出峰数目、位置以及峰强度上都略有差别，而结合二维相关荧光光谱对其进行进一步的研究时，其谱图在自动峰和交叉峰的出峰数目、位置以及交叉峰正负情况上区别更为清晰直观。表明以温度为外扰，二维相关荧光光谱能够对食用植物油进行有效区分。

食用植物油 二维相关光谱 荧光发射光谱

食用植物油是维持人体正常代谢必不可少的成分之一，是提供必需脂肪酸的主要来源，它不仅可以提高食物的口感、色泽和香味，还是促进脂溶性维生素吸收的重要物质。常见食用植物油主要有菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油、油茶籽油、橄榄油等。由于其品质及价位之间的巨大差异，不法生产经营者为牟取暴利进行违法掺杂，因而对食用植物油进行种类识别及掺杂研究具有重要的理论和实际意义。

荧光光谱法在食用植物油定性分析方面具有灵敏度高、选择性强、试样量少等优势。但是荧光光谱的峰谷都较宽，重叠现象严重，并且其归属信息不如红外等其他分子光谱清晰。二维相关分析的基本概念最初由理查德·恩斯在30年前提出，当时仅应用于核磁共振(NMR)领域，直到Isao Noda[1]分别在1986年、1989年、1993年就二维相关理论提出改进，并最终形成了广义二维相关光谱的概念，外部微扰得以从正弦波形的低频扰动拓展到能导致光谱信号变化的任何形式，如：温度、压力、浓度、磁场等。目前，二维相关分析技术在荧光光谱领域的研究还相对较少，尤其是在食用植物油的鉴别掺杂研究方面的应用更是寥寥。二维相关光谱技术相对于传统的一维荧光光谱法有两大显著优势[2-3]：一是将光谱信号扩展到第二维上，大大提高了光谱分辨率：二是能通过给出不同信号峰之间的变化关系揭示各个基团之间的关系和变化顺序。因此，在田萍等[4]加热时间为外扰鉴别4种植物油的基础上，基于一维发射荧光光谱以及二维相关荧光光谱分析技术，以温度为外扰，对4种常见植物油进行种类的鉴别试验，证明各植物油二维相关谱图差异明显，也可用于鉴别食用植物油的种类。

1 材料与方法

1.1 试验设备

F97S荧光分光光度计(仪器外接光导纤维将激发光和发射光耦合到仪器上):上海棱光技术有限公司；温度范围为室温～240 ℃的自制加热附件。

1.2 试验材料

试验使用了4种采用相同热榨方式制取的未经脱臭等精炼处理的植物油，其制取过程中加热环节相同。芝麻油：河南农户自榨；棕榈油：宁波市出入境检验检疫局；菜籽油：江苏农户自榨；油茶籽油：江西山村油脂有限公司。验证试验油样选用市售4种植物油：江西野生油茶籽油、金龙鱼菜籽油、海皇牌棕榈油和恒顺芝麻香油。

1.3 试验方法

采用F97S荧光分光光度计，在相同条件下对4种食用植物油的发射荧光光谱进行测定和分析。测定参数：激发波长405 nm，发射波长范围405～800 nm，扫描速度1 000 nm/min、光电倍增管电压为650 V。

将所测油样加入自制加热附件中从室温开始加热，以10 ℃为加热间隔进行连续加热，每次到设定温度后稳定3 min，采集荧光光谱，至240 ℃结束加热。选取100 ℃至240 ℃油样进行光谱数据处理，获得连续加热温度为外扰的动态光谱。利用自主研发的NISAR4.3数据处理系统对所得动态光谱数据进行归一化处理后以matlab为平台，依据广义二维相关理论将动态光谱进行相应的二维相关计算，在绘制等高线图谱时选取等高线参数为32。

2 结果与分析

2.1 4种植物油加热后一维荧光发射光谱分析

图1是4种食用植物油加热后的一维荧光发射光谱。从图1a可以看出油茶籽油加热后荧光发射光谱的变化规律，随着加热温度的升高，油茶籽油位于444、471、672 nm处的特征荧光峰强度逐渐降低，509、720 nm处的谱峰逐渐消失，500 nm处出现了新的荧光谱峰；图1b反映了菜籽油加热后的荧光发射光谱变化规律，随加热温度的不断升高，其445、672 nm处的荧光谱峰强度逐渐降低，513、720 nm处的谱峰逐渐消失；图1c显示，随加热温度的升高，棕榈油位于465 nm处的荧光谱峰强度逐渐降低；由图1d可知，芝麻油位于480 nm处的特征荧光峰强度随加热温度的升高而逐渐降低，其位于666 nm处的荧光谱峰逐渐消失。这些差异表明这4种植物油中荧光物质的组成是不同的，利用一维发射荧光光谱来对其进行区分鉴别具有可行性。但是对于荧光光谱比较接近的油样，如芝麻油和棕榈油，油茶籽油和菜籽油，由于一维荧光发射光谱间差异并不大，谱图信息也较少，区分不够直观，因而选用二维相关分析以加强谱图信息量，加强植物油间的差异性，以便更直观、清晰的鉴别出食用植物油的种类。

表1 4种植物油未加热前荧光峰出峰信息表

图1 4种植物油加热后一维荧光发射光谱

2.2 4种植物油二维相关荧光光谱分析

广义二维相关分析是利用不同外界微扰，研究体系各组分有关集团振动行为的差异性而提高光谱分辨率，获得更多的信息。同步光谱关于主对角线对称，异步光谱关于对角线反对称，二维图谱中的峰统称为相关峰。其中位于主对角线上的称之为自动峰，只存在于同步图中，由动态信号自身相关得到，它的强度代表了体系对外扰的敏感程度。位于非主对角线位置处的峰则称之为交叉峰，其值可正可负，在所观察的外扰的变化区间内，若在不同波长处的2个峰同时增大或减小，则交叉峰为正值，反之则为负值。通过对其同步图的出峰位置、出峰数目以及自动峰强度、交叉峰正负情况的分析对它们加以区分和鉴别。

图2 4种植物油加热温度外扰下二维同步相关荧光光谱图

图2、图3分别表示的是4种植物油的二维同步相关荧光光谱图及自动峰曲线图。其中自动峰曲线图是二维同步相关三维谱图经平面x=y纵切获得的切面图。由图2、图3、表2、表3可看出，油茶籽油和菜籽油，棕榈油以及芝麻油在自动峰、交叉峰谱图出峰趋势上有一定的相似性，但在自动峰和交叉峰数目、自动峰强度上还是有一定区别的。

图3 4种植物油加热温度外扰下的自动峰强度谱

油茶籽油有2个自动峰(471 nm附近的弱峰和672 nm左右的强峰)和3个交叉峰2个较强的负交叉峰和位于的正交叉峰)。菜籽油只有一个自动峰(672 nm附近)，虽然与油茶籽油相比，二者自动峰出峰位置相同，但菜籽油的自动峰强度明显高于油茶籽油。另外，与油茶籽油相较，菜籽油有2个交叉峰。同时，与油茶籽油的2个交叉峰相比，其强度均高于油茶籽油。棕榈油有2个自动峰，而同步图中未显示出有交叉峰的存在。芝麻油存在3个自动峰和1个弱负交叉峰，与棕榈油相比，出峰数目和出峰位置都有较大差异。通过对4种植物油的二维同步相关荧光光谱的分析可知，它们在自动峰以及交叉峰的出峰位置、出峰数目和峰强度上都存在明显差异，说明4种植物油所含荧光物质基团对温度的敏感程度不同，从而进一步证明4种植物油所含的荧光物质基团具有差异性。与一维发射荧光光谱相比二维相关光谱间的差异更明显、直观，谱图信息量也有所增加。

表2 4种植物油加热温度外扰下自动峰出峰信息

表3 4种植物油加热温度外扰下二维同步图交叉峰出峰信息表

2.3 验证试验

选用4种市售植物油，按照1.3方法进行荧光光谱扫描和二维相关计算，获得的二维同步相关荧光光谱图如图4所示，由图4可以看出各植物油样品特定的出峰位置以及出峰数目等相关信息：图4a有3个自动峰，分别位于471、603和672 nm处，4个交叉峰[(471,672)、(672,720)、(471,603)3个较强的负交叉峰和位于(650,672)的正交叉峰],虽与2.2中图谱信息略有差异，可能是由不同厂家不同批次植物油间的差异导致的，但整体趋势是相同的，故确定为油茶籽油；图4b有一个位于672 nm处的自动峰，有2个交叉峰[(450,672)弱负交叉峰和(650,672)的弱负交叉峰]，与图2.2中菜籽油出峰信息相同，股确定b为菜籽油；图4c存在2个分别位于465和800 nm处的自动峰，无交叉峰存在，与图2.2中棕榈油出峰信息相同，因而确定其为棕榈油；图4d谱出峰信息与图2.2中芝麻油信息相比，两者自动峰出峰信息一致，d油样有3个交叉峰[(480,650)、(480，750)、(650,750)]，而芝麻油在(480,650)位置存在弱负交叉峰，故而确定其为芝麻油。所以温度为外扰的二维相关荧光光谱能够准确鉴别出这4种植物油品种。

图4 4种植物油加热温度外扰下二维同步相关荧光光谱图

3 结论

选用油茶籽油、菜籽油、芝麻油和棕榈油为试验材料，以连续加温为外扰，采用二维相关等荧光光谱法对4种植物油加以区分鉴别进行试验研究，结果表明：油茶籽油、菜籽油、芝麻油和棕榈油这4种食用植物油加热后其一维荧光光谱的出峰信息略有改变，各植物油荧光峰强度均有降低的趋势，并且除棕榈油外，其它3种植物油均有个别荧光峰随温度的升高而消失，同时又产生新荧光峰的现象。然而在它们的二维相关荧光光谱谱图中，其差异更明显直观，并且信息更丰富。具体表现在通过读取谱图信息，发现它们在自动峰及交叉峰的出峰位置、出峰数目和峰强度上存在明显差异。在通过选用市售4种植物油样品进行的验证试验表明该方法鉴别效果明显。

以连续加温为外扰，通过对植物油的荧光发射光谱和二维相关荧光光谱进行有效分析，可以更快速、直观的鉴别食用植物油。

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Four Edible Vegetable Oil with the Two-Dimensional Correlation Fluorescence of Temperature Disturbance

Chen Bin1ZhangYuying1Lu Daoli1Yu Liyan2

(College of Food and Biological Engineering, Jiangsu University1, Zhenjiang 212013)(Vocational and Technical College, China Pharmaceutical University2, Nanjing 10008)

Adopted F97S fluorospectro photometer with the two-dimensional correlation fluorescence under the temperature disturbance to conduct study of the quick and non-destructive identification method on sesame oil, palm oil, rapeseed oil and camellia seed oil Furthermore, use 4 kinds of commercially available vegetable oil samples for validation test. The results showed that, on the emission fluorescence spectra, the characteristic absorption peak of each vegetable oil varied in numbers, locations and intensities of peaks. Furthermore, when took the further study with the two-dimensional correlation fluorescence, the peak numbers, locations as well as the positive and negative situations of the cross-peaks of its atlas on auto-peaks and cross-peaks can be identified more clear and visualized. It showed that took the temperature as the disturbance, the edible vegetable oils can be effectively identified by the two-dimensional correlation fluorescence.

edible vegetable oil, two-dimensional correlation fluorescence, fluorescence emission spectrum

O657.39

A

1003-0174(2016)06-0153-05

国家自然科学基金(31271874)

2014-10-22

陈斌，男，1960年出生，教授，博士生导师，农产品快速无损检测新技术