周志琴 陳 斌 顏 輝

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

二維相關(guān)近紅外光譜快速鑒別食用植物油種類

周志琴 陳 斌 顏 輝

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

由于食用植物油中各種脂肪酸的組成基本相同或相近，僅存在含量分布的差異，因此食用植物油的一維近紅外光譜圖的峰位、峰形、峰強沒有明顯區(qū)別。利用傅里葉變換近紅外光譜(FT－NIR)結(jié)合二維相關(guān)分析技術(shù)，分析鑒別了幾種不同種類的食用植物油。對花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、油茶籽油和橄欖油，在溫度撓動(50～160℃)狀態(tài)下的動態(tài)光譜進行二維相關(guān)分析，試驗證明6種食用植物油隨著溫度升高，在5 500～6 000 cm－1波段范圍內(nèi)建立的二維相關(guān)近紅外譜圖差異比較明顯，憑借二維相關(guān)譜圖上的自動峰和交叉峰可直觀地鑒別不同種類的食用植物油，從而證明了利用二維相關(guān)近紅外光譜分析技術(shù)可快速準確鑒別食用植物油的種類。

二維近紅外相關(guān)光譜 食用植物油 種類

近紅外光譜分析技術(shù)具有快速、高效、同時適合定性和定量分析的特點，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、石油和食品等行業(yè)都得到了廣泛的重視和應(yīng)用［1－4］。廣義二維相關(guān)光譜技術(shù)是將一定形式的微擾作用在樣品體系上使樣品響應(yīng)，通過測定一系列的動態(tài)光譜，利用數(shù)學(xué)相關(guān)分析方法得到二維相關(guān)光譜圖［5－6］。該方法將光譜信號擴展到第二維上，提高了光譜分辨率，可以區(qū)分有些在一維光譜上被覆蓋的小峰和弱峰;簡化含有許多重疊峰的復(fù)雜光譜［7－12］。該方法現(xiàn)已得到越來越廣泛的應(yīng)用，如二維相關(guān)紅外光譜的紅外光譜宏觀指紋鑒定法對中藥的真?zhèn)蝺?yōu)劣進行快速鑒別研究等。

目前為止，近紅外光譜結(jié)合二維相關(guān)光譜技術(shù)的應(yīng)用非常少，在食品與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析方面更是屈指可數(shù)。采用二維相關(guān)近紅外光譜分析技術(shù)，研究了6種食用植物油在5 500～6 000 cm－1波段二維同步、異步譜圖的差異，旨在為食用植物油的鑒別提供一種新的快速、便捷的方法。

1 材料與方法

1．1 試驗儀器

WQF－400N傅里葉變換近紅外光譜儀:北京瑞利分析儀器公司，波長范圍11 000～3 500 cm－1，波長分辨率4 cm－1，掃描次數(shù)為16次，光源10 W/6V鹵鎢燈，硫化鉛(PbS)探測器，漫透反射附件。

1．2 試驗樣品

樣品由福州國家加工食品檢測中心提供，主要來源于山東、福建、浙江、江蘇等地，共有不同品牌的30種食用植物油，包括花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、油茶籽油和橄欖油等。

1．3 光譜采集

光譜采集過程中設(shè)定環(huán)境溫度為20℃，濕度30%RH，開機后預(yù)熱45 min。將油樣裝入透反射液體樣品池附件，控溫附件控制升溫，從50℃到160℃每隔10℃采集一次光譜，得到動態(tài)光譜集。每個樣品進行3次平行試驗，以保證試驗結(jié)果的重復(fù)性。

1．4 數(shù)據(jù)處理

將動態(tài)譜進行15點1階微分處理，根據(jù)Noda的廣義二維相關(guān)光譜原理在Matlab軟件上編程，對所得動態(tài)譜進行相關(guān)分析獲取二維相關(guān)近紅外譜圖。

2 結(jié)果與討論

2．1 6種食用植物油的一維近紅外光譜

6種食用植物油的近紅外光譜如圖1所示，由圖1可以看出食用植物油在近紅外區(qū)共有5個吸收區(qū)域，且不同種類食用植物油的近紅外光譜沒有與結(jié)構(gòu)特征相對應(yīng)的特征吸收峰，是嚴重重疊的帶狀峰，在11 000～3 000 cm－1范圍內(nèi)各種植物油的一維譜圖較為相似，峰形、峰位差別很小，無法直接鑒別不同種類的食用植物油。

圖1 6種食用植物油一維近紅外光譜

2．2 5 500～6 000 cm－1波段上的二維相關(guān)光譜

近紅外光譜分析技術(shù)主要是檢測含有特定官能團的物質(zhì)，比如脂肪酸、醇類及胺類等，因為它們的官能團之間存在特定的相互作用［13］。溫度外擾過程中不同種類食用植物油中的某些基團相對于溫度變化的運動次序不同，在二維相關(guān)譜圖中可以比較形象直觀地體現(xiàn)出不同的變化特征。

不同種類植物油的二維相關(guān)近紅外光譜差異較大，可選擇含有較多信息的波段進行同步相關(guān)和異步相關(guān)分析。在5 500～6 000 cm－1波段內(nèi)6種植物油的二維相關(guān)近紅外光譜圖如圖2所示。

圖2 5 500～6 000 cm－1波段上6種食用植物油的二維相關(guān)近紅外譜圖

圖2中白色等高線為正峰，黑色等高線為負峰。該波長范圍內(nèi)的吸收峰主要是由油脂中的—CH2，—CH3，—C=H—官能團的—C—H伸縮振動的第1合頻產(chǎn)生的。從圖2中可以看出，該波段二維相關(guān)譜圖出峰較多，由于食用植物油成分復(fù)雜，難以對各個交叉峰實現(xiàn)精確歸屬，但仍可根據(jù)峰型和出峰位置實現(xiàn)6種食用植物油的種類鑒別。在同步二維相關(guān)譜圖中，對角線上的自動峰代表吸收峰對微擾的敏感程度，強度越大表明該吸收峰隨溫度變化越明顯。所有油均在5 750 cm－1處有最強自動峰，說明不同種類食用植物油隨溫度升高有明顯變化的吸收峰所對應(yīng)的基團相同。不同種類的油在5 800、5 850 cm－1處的自動峰顯示出差異，如表1所示，相關(guān)強度為0表示不出峰。油茶籽油、橄欖油在5 800 cm－1處的自動峰較強，而其他油自動峰強度較弱;芝麻油在5 850 cm－1附近的有一較弱自動峰，花生油、大豆油、菜籽油、油茶籽油則在5 870 cm－1附近出現(xiàn)較弱自動峰，相差了20個波數(shù)，橄欖油在此處不出峰。

表1 不同品種食用植物油自動峰相關(guān)強度

6種植物油在5 500～6 000 cm－1波段的異步相關(guān)圖差異較為明顯，位于非主對角線上的相關(guān)交叉峰說明在官能團之間可能存在著分子內(nèi)或分子間的相互作用。大豆油在(5 890，5 870 cm－1)、(5 860，5 770 cm－1)、(5 820，5 750 cm－1)，橄欖油在(5 800，5 750 cm－1)、(5 670，5 740 cm－1)、(5 740，5 670 cm－1)附近各自有清晰特征交叉峰，可作為鑒別的依據(jù);菜籽油異步相關(guān)圖中出峰情形較為簡單，僅在(5 870，5 800 cm－1)、(5 870，5 750 cm－1)、(5 800，5 750 cm－1)有較強交叉峰，說明在此波長段菜籽油對溫度敏感程度相對較少;花生油與芝麻油異步相關(guān)圖較為相似，但各個交叉峰形狀與菜籽油、大豆油有明顯區(qū)別，包含許多強度較弱的峰。油茶籽油中富含單不飽和脂肪酸，其脂肪酸組成與橄欖油非常相近，僅存在含量分布的差異。橄欖油在(5 870，5 750 cm－1)處的交叉峰為負，而油茶籽油在此處的交叉峰為正，油茶籽油在(5 850，5 750 cm－1)處有一正交叉峰，而橄欖油在此處未見出峰。說明對于兩種脂肪酸組成相近的食用植物油，即使它們之間差異很小，也會通過二維相關(guān)分析反映在譜圖中。結(jié)合同步與異步相關(guān)圖，可實現(xiàn)6種食用植物油的種類鑒別。

3 結(jié)論

以溫度為微擾在5 500～6 000 cm－1波段進行了花生油、大豆油、菜籽油、芝麻油、油茶籽油和橄欖油的二維相關(guān)近紅外光譜分析，研究了升溫過程中近紅外光譜變化的規(guī)律。試驗結(jié)果表明，利用二維相關(guān)近紅外光譜分析技術(shù)可以很好地鑒別不同種類的食用植物油，提高了譜圖的分辨率，而且結(jié)果更加直觀、準確。因此，二維相關(guān)近紅外光譜分析技術(shù)為食用植物油的快速鑒別提供了一種新的手段與方法。

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Identification of Edible Vegetable Oil by Two Dimensional Correlation Near－infrared Spectroscopy

Zhou Zhiqin Chen Bin Yan Hui

(College of Food ＆ Biology Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013)

Various fatty acids of edible vegetable oil are basically the same or similar，but their concentration distributions are different．The absorption peaks，absorption figures and absorption intensity of one － dimensional near infrared spectra of edible vegetable oils were similar to each other．Several kinds of edible vegetable oils，peanut oil，bean oil，rapeseed oil，sesame oil，oil－ tea camellia seed oil and olive oil，were analyzed by two － dimensional correlation near－infrared spectroscopy(2D －NIR)．The NIR spectra were measured over a temperature range of 50～160℃，with the rise of temperature，the difference was evident in the map of 2D near－infrared correlation spectroscopy in region 5 500 ～6 000 cm－1．Thus，different kinds of edible vegetable oils could be distinguished directly by autopeaks and crosspeaks．The results proved that the combination of 2D correlation analysis and near－ infrared spectroscopy allowed a fast and accurate approach for distinguishing edible vegetable oils．

Two － dimensional near infrared correlation spectroscopy，edible vegetable oils，kind

O657．33

A

1003－0174(2011)09－0115－04

2010－11－05

周志琴，女，1985年出生，碩士，近紅外無損檢測

陳斌，男，1960年出生，教授，博士生導(dǎo)師，近紅外無損檢測