黃 帥,王 強(qiáng),應(yīng)瑞峰,王耀松,胡飛杰,黃梅桂,,*

(1.南京林業(yè)大學(xué)輕工與食品學(xué)院,食品科學(xué)與工程系,江蘇南京 210037;2.重慶第二師范學(xué)院,脂質(zhì)資源與兒童日化品協(xié)同創(chuàng)新中心,重慶 400067;3.南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院,食品與食品添加劑國(guó)家中心,江蘇南京 210037)

初榨橄欖油是由初熟或成熟的油橄欖鮮果在采后24 h內(nèi)通過(guò)物理壓榨工藝提取的木本植物油,由于提取過(guò)程中不經(jīng)過(guò)任何熱及化學(xué)處理,橄欖油保留了其獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)成分與感官特性,因此受到廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。橄欖油的品質(zhì)分析及摻偽鑒別一直是國(guó)內(nèi)外研究的主題,目前市面上橄欖油的摻假主要分為兩類:一是優(yōu)質(zhì)橄欖油中摻入劣質(zhì)橄欖油、橄欖果渣油;二是在橄欖油中摻入其它種類的油。高效液相色譜、氣相色譜、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜、氣質(zhì)聯(lián)用等傳統(tǒng)方法被廣泛應(yīng)用于食用油的安全性分析,然而,由于樣品制備較為復(fù)雜且費(fèi)時(shí)費(fèi)力,這些方法難于應(yīng)用于橄欖油生產(chǎn)過(guò)程中的在線監(jiān)測(cè)。核磁共振(NMR)、近紅外光譜(NIR)、拉曼光譜(RS)等光譜技術(shù)由于樣品制備簡(jiǎn)單、分析速度快且靈敏度高,是橄欖油品質(zhì)鑒定的有力工具。與吸收峰較寬的紅外光譜不同,拉曼光譜的特征是一系列孤立的譜帶,并且對(duì)C=C的靈敏度較高,更適合分析食用油。本文介紹了拉曼光譜在橄欖油品質(zhì)分析及摻假鑒別中的研究現(xiàn)狀,為橄欖油品質(zhì)檢測(cè)提供了有用的信息,并對(duì)其在橄欖油安全分析中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 拉曼光譜概述

拉曼光譜是以1928年印度物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種研究分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的光譜技術(shù),它基于特征峰強(qiáng)度與含量具有良好相關(guān)性,且靈敏度高,是一種快速、無(wú)損、無(wú)污染的檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái),拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展非常迅速,隨著拉曼光譜儀和光纖探頭的發(fā)展,拉曼光譜被應(yīng)用到許多領(lǐng)域[1],食用植物油一直是拉曼光譜學(xué)研究的主題[2]。橄欖油是地中海飲食中脂肪的主要來(lái)源,是所有植物油中唯一以天然鮮果冷榨的食用植物油,并且與降低冠心病以及一些腫瘤的發(fā)病率有關(guān),因而受到廣泛關(guān)注。在過(guò)去的幾十年里,光譜技術(shù)已經(jīng)成為分析初榨橄欖油和其他類型植物油非常有利的工具,除紅外光譜和核磁共振外,拉曼光譜因其優(yōu)秀的指紋能力和操作的便捷性被運(yùn)用于食用植物油的分析[3-8]。

1.1 橄欖油檢測(cè)的研究現(xiàn)狀

橄欖油是由初熟或成熟的油橄欖鮮果通過(guò)物理壓榨工藝提取的天然果油,被認(rèn)為是迄今唯一一種以自然狀態(tài)形式供人類食用的木本植物油,其品質(zhì)在植物油中居于首位。油橄欖在地中海沿岸已有四千多年的栽培歷史,目前世界橄欖油主產(chǎn)國(guó)主要有西班牙、意大利、希臘等,我國(guó)于20世紀(jì)60年代開(kāi)始引種橄欖樹(shù),主要分布于云南、甘肅、四川等省份[9-11]。近年來(lái),隨著生活水平的提高,人們?cè)絹?lái)越重視飲食的營(yíng)養(yǎng)與健康,橄欖油也因其獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值獲得了消費(fèi)者的青睞。

目前對(duì)于橄欖油中成分及各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)方法主要有感官檢驗(yàn)、常規(guī)理化檢測(cè)、色譜檢測(cè)技術(shù)、光譜檢測(cè)技術(shù)等[12-14]。感官檢驗(yàn)的方法雖然直觀、快速,但是受感官分析平臺(tái)及專業(yè)感官評(píng)定員的限制。常規(guī)理化檢測(cè)主要包括過(guò)氧化值、酸值和碘值的測(cè)定。油脂的酸值主要反映了油脂中游離脂肪酸的含量,根據(jù)橄欖油、油橄欖果渣油標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 23347-2009)[15],橄欖油的酸值(以氫氧化鉀計(jì))一般要求小于4 mg/g,而特級(jí)初榨橄欖油的酸值要求小于1.6 mg/g。其次,油脂的過(guò)氧化值、碘值也表征橄欖油的腐敗程度。常規(guī)理化檢測(cè)雖然結(jié)果比較準(zhǔn)確,但是單一指標(biāo)的測(cè)量不夠客觀,多指標(biāo)的測(cè)量又比較復(fù)雜繁瑣,只能作為鑒別橄欖油品質(zhì)的有效輔助手段[16]。色譜檢測(cè)技術(shù)主要包含了氣相色譜、高效液相色譜等,氣相色譜可用于橄欖油中的脂肪酸組成、含量、橄欖油中的生育酚、甾醇及一些風(fēng)味物質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的檢測(cè)。高效液相色譜可用于檢測(cè)橄欖油中的多酚、黃酮類物質(zhì)。色譜技術(shù)檢測(cè)靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠,但是儀器較為昂貴、前處理復(fù)雜、耗時(shí)[17]。

光譜檢測(cè)技術(shù)是一種快速、簡(jiǎn)便且低碳環(huán)保的技術(shù),包括紫外-可見(jiàn)分光光度法、原子吸收法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。目前食用油的檢測(cè)應(yīng)用較多的是紅外光譜法和拉曼光譜法,紅外光譜是分子振動(dòng)過(guò)程中偶極矩變化引起的,而拉曼光譜是分子振動(dòng)過(guò)程中極化率的變化引起的。與紅外光譜相比,拉曼光譜的譜峰比較窄,指紋信息更加豐富,對(duì)C=C的檢測(cè)具有很高的靈敏度[18-19]。在分析分子的結(jié)構(gòu)時(shí),拉曼光譜與紅外光譜可以相互補(bǔ)充。一些紅外光譜無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的信息可以在拉曼光譜中檢測(cè)出來(lái)[20],C=O、N-H、O-H等極性基團(tuán)的紅外吸收較強(qiáng),而C=C、C-C等非極性基團(tuán)的拉曼譜帶強(qiáng)度大,因此拉曼光譜與紅外光譜配合使用可以更加全面地研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)[21-23]。

1.2 橄欖油的拉曼光譜特征信息

拉曼光譜是以拉曼散射效應(yīng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種分子振動(dòng)光譜,它的譜帶數(shù)目、頻率位移、譜帶強(qiáng)度都與分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)[24]。拉曼光譜研究的區(qū)域主要在800～1800和2750～3100 cm-1[25-26]。橄欖油的部分特征拉曼位移及特征峰所代表的官能團(tuán)信息如表1所示[16,18,27],其中3005 cm-1是=C-H的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰;2924 cm-1處是C-H的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰;2897和2850 cm-1是分別對(duì)應(yīng)于CH3和CH2的C-H對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰;1760 cm-1是C=O的伸縮振動(dòng)峰;不飽和脂肪酸的順式碳碳雙鍵[cis(C=C)]的基團(tuán)振動(dòng)峰位于1660 cm-1處;1525 cm-1處是C=C的伸縮振動(dòng)峰;1440和1300 cm-1是C-H彎曲振動(dòng)峰;1265 cm-1是=C-H彎曲振動(dòng)峰;1008 cm-1是CH3的彎曲振動(dòng)峰;1150、1082和868 cm-1是C-C的伸縮振動(dòng)峰;960 cm-1與反式碳碳雙鍵[trans(C=C)]的彎曲振動(dòng)相關(guān)。位移值為1265、1660和3005 cm-1處的拉曼峰與不飽和脂肪酸的碳碳雙鍵有關(guān)[16,18]。這些帶的強(qiáng)度主要反映了總不飽和度并且與油的碘值相關(guān)。大約在1008、1150和1525 cm-1處的三個(gè)帶與類胡蘿卜素有關(guān)[28-30],這是不同品牌橄欖油主要特性變化的原因之一。拉曼光譜是一種分辨結(jié)構(gòu)的有效手段,它可以在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量大量的樣品并且能夠顯示出良好的振動(dòng)躍遷帶。近年來(lái),拉曼光譜在食品分析中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別是在食用植物油的分析方面,如:評(píng)估油的總不飽和度、橄欖油的品質(zhì)的鑒定、檢測(cè)初榨橄欖油中的摻假、確定橄欖油中的微量成分及評(píng)估氧化穩(wěn)定性[26]。

表1 橄欖油中主要拉曼峰的歸屬[16,18,27]

2 應(yīng)用拉曼光譜法評(píng)估橄欖油的品質(zhì)及分類鑒定

2.1 拉曼光譜法可快速有效評(píng)價(jià)橄欖油的不飽和度

拉曼光譜最早用于食用油分析是用于測(cè)定油的不飽和度(DU),測(cè)量不飽和度的方法主要是碘值(IV)法,指100 g油所吸收的碘離子的量,通常用氣相色譜法和Wijs碘法等化學(xué)方法來(lái)進(jìn)行測(cè)定[26,31],然而這些傳統(tǒng)的化學(xué)方法較為復(fù)雜繁瑣,因此快速有效、操作簡(jiǎn)便的拉曼光譜法逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)[25,32-34]。由于不飽和度代表脂肪酸鏈中雙鍵的數(shù)目,評(píng)價(jià)不飽和度的方法可通過(guò)定量測(cè)量ν(C=C)譜帶強(qiáng)度及其與δ(CH2)剪切振動(dòng)相關(guān)的譜帶強(qiáng)度的關(guān)系,可通過(guò)1660和1440 cm-1附近譜帶高度的比率來(lái)測(cè)定油脂的不飽和度[34-38]。

Bailey等[39]發(fā)現(xiàn)不飽和度與1620～1690 cm-1[ν(C=C)]和1420～1480 cm-1[δ(CH2)]范圍內(nèi)的拉曼譜帶強(qiáng)度之間具有強(qiáng)相關(guān)性。El-Abassy等[40]使用1265和1300 cm-1處譜帶的相對(duì)強(qiáng)度比來(lái)確定不飽和度。Sadeghi-Jorabchi等[37]使用傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)(FT-RS)在約1650 cm-1[ν(C=C)]和1440 cm-1[δ(CH2)]以及3010 cm-1[ν(=C-H)]和1270 cm-1[γ(=C-H)或ν(C-C)]處觀察到的譜帶強(qiáng)度來(lái)確定油和人造黃油的碘值,發(fā)現(xiàn)五種油與人造黃油的ν(C=C)與δ(CH2)的峰高比與碘值具有很高的相關(guān)性,而人造黃油中ν(C=C)與δ(CH2)的峰面積比與碘值的相關(guān)性更高。Dyminska等[41]提出了一種方法,使用在1650 cm-1[ν(C=C)]和2850 cm-1[ν(CH2)]處觀察到的紅外和拉曼譜帶的強(qiáng)度比確定食用油的碘值。紅外光譜在1650和2850 cm-1處譜帶的強(qiáng)度比與碘值的相關(guān)系數(shù)為0.988,拉曼光譜在1650和2850 cm-1處譜帶的強(qiáng)度比與碘值的相關(guān)系數(shù)為0.976。這些結(jié)果可說(shuō)明碘值與不飽和度之間具有極好的相關(guān)性,由于不同食用油的拉曼光譜差異非常小,這些方法同樣可以用于橄欖油不飽和度以及碘值的測(cè)定。

3010 cm-1處的譜帶強(qiáng)度可用來(lái)估計(jì)總順式不飽和度[40]。Carmona等[25]使用拉曼光譜測(cè)定包括特級(jí)初榨橄欖油在內(nèi)的12種植物油在3009～3013 cm-1[ν(C=C-H)]處的信號(hào)強(qiáng)度,每種油的不飽和度通過(guò)氣相色譜法測(cè)定出的單不飽和酸的組合比例加上雙不飽和酸比例的兩倍和三不飽和酸的三倍計(jì)算,碘值通過(guò)Hanus方法實(shí)驗(yàn)確定。結(jié)果顯示不飽和度及碘值與拉曼信號(hào)相對(duì)強(qiáng)度的曲線是一條相關(guān)系數(shù)非常高的曲線(R2>0.98)。這些結(jié)果證實(shí)了拉曼光譜是一種準(zhǔn)確測(cè)定橄欖油不飽和度的工具。Barthus等[42]通過(guò)拉曼光譜所估計(jì)的碘值與AOCS認(rèn)證的滴定方法所得到的碘值非常接近。拉曼光譜檢測(cè)速度快且不需要使用其他試劑,可以作為一種快速有效檢測(cè)橄欖油不飽和度的方法。

2.2 拉曼光譜法在橄欖油氧化穩(wěn)定性方面的研究

油脂的氧化,不但會(huì)降低其品質(zhì),還會(huì)對(duì)食品安全和消費(fèi)者的健康產(chǎn)生不利影響。氧化酸敗是油脂敗壞的主要原因之一。不飽和脂肪酸由于含有雙鍵結(jié)構(gòu),容易被氧化,在氧化時(shí)可形成氫過(guò)氧化物(ROOH),氫過(guò)氧化物容易繼續(xù)轉(zhuǎn)化為共軛醛、酮、共軛二烯和三烯、飽和環(huán)氧化合物以及α,β-不飽和環(huán)氧化合物等物質(zhì),從而降低油的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量[43]。過(guò)氧化值是衡量油脂酸敗程度的指標(biāo)之一,確定油脂過(guò)氧化值的方法主要包含兩步,先將過(guò)氧化物與過(guò)量的碘離子反應(yīng),再使用硫代硫酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定得到的碘[26]。歐盟設(shè)定了特級(jí)初榨橄欖油最大耐受氧化程度的參數(shù)K232和K270,分別代表232和270 nm處的吸光度[26,43],232和270 nm處的吸光度值分別與共軛二烯和三烯的含量有關(guān)[44]。茴香胺值與油中醛、酮、醌等二級(jí)產(chǎn)物的含量密切相關(guān),也是評(píng)估油脂氧化程度的重要參數(shù)[45]。

表2 拉曼光譜用于評(píng)估橄欖油的品質(zhì)

由于振動(dòng)光譜中含有大量的分子結(jié)構(gòu)的信息,拉曼光譜可用于監(jiān)測(cè)脂質(zhì)氧化和評(píng)估橄欖油的氧化穩(wěn)定性[46-49]。油受熱分解后結(jié)構(gòu)發(fā)生改變因而會(huì)改變其特征拉曼譜帶。隨著加熱時(shí)間的增加,1640 cm-1處代表降解產(chǎn)物形成(主要是醛)的譜帶強(qiáng)度逐漸增加;不飽和度和碘值在逐漸降低,主要表現(xiàn)在1267和3015 cm-1處的峰強(qiáng)度逐漸下降[44,47]。初榨橄欖油在1525 cm-1處的譜帶是由類胡蘿卜素等高度共軛化合物的C=C的伸縮振動(dòng)引起的。類胡蘿卜素被認(rèn)為是初榨橄欖油中的特有成分,具有抗氧化的性質(zhì),隨著橄欖油精煉過(guò)程的加劇而逐漸被破壞。El-Abassy等[40]使用拉曼光譜監(jiān)測(cè)特級(jí)初榨橄欖油中類胡蘿卜素在微波加熱和傳統(tǒng)工藝加熱時(shí)的降解,結(jié)果顯示:使用拉曼光譜預(yù)測(cè)的類胡蘿卜素的含量與使用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量的實(shí)際值之間有完美的線性關(guān)系(R2=0.99),且加熱時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)橄欖油中的類胡蘿卜素的損害越大。Muik等[44]研究了包括初榨橄欖油在內(nèi)的六種食用油在160 ℃下加熱9 h后的化學(xué)變化,加熱90 min后類胡蘿卜素所在峰(1525 cm-1)消失,表明這段時(shí)間是初榨橄欖油的穩(wěn)定期。Muik等[44]發(fā)現(xiàn)拉曼光譜中1693 cm-1處的譜帶強(qiáng)度與茴香胺值之間存在很高的相關(guān)性(R2=0.96),K270和1635 cm-1處的譜帶強(qiáng)度之間也存在良好的相關(guān)性(R2=0.92),這也證明了1635 cm-1處的譜帶與共軛三烯有關(guān)。由于所研究的六種油的拉曼光譜之間的最大差異是在1620、1680和1655 cm-1出現(xiàn)的C=C伸縮振動(dòng)的差異,Muik等人使用1620和1680 cm-1之間的面積與1655 cm-1處譜帶強(qiáng)度的比值(A1620-1680/I1655)來(lái)監(jiān)測(cè)植物油的氧化,因?yàn)樗芊从吵鲇椭谘趸^(guò)程中含有共軛二烯和三烯以及異構(gòu)化的化合物的形成。Guzman等[43]使用低分辨率拉曼光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量法評(píng)估橄欖油的氧化穩(wěn)定性,結(jié)果表明:低分辨率拉曼光譜可以快速、無(wú)損、直接地確定橄欖油氧化狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)(如過(guò)氧化值、K232和K270),是評(píng)價(jià)橄欖油氧化狀態(tài)的一種有效方法。

2.3 拉曼光譜檢測(cè)橄欖油中其他成分并對(duì)其進(jìn)行分類和鑒定

植物油中不皂化物含量的高低,可以表征油脂的純度和摻雜情況,是鑒定油脂品質(zhì)的指標(biāo)之一。植物油的不皂化物含量約占0.2%～2%之間。目前,拉曼光譜已經(jīng)可以用于橄欖油中不皂化物(如碳?xì)浠衔?、甾醇、萜烯醇、多?的檢測(cè)。Baeten等[29]應(yīng)用拉曼光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)角鯊烯、甾醇和萜烯醇等各種組分進(jìn)行拉曼光譜鑒別。Paiva-Martins等[50]首先使用拉曼光譜結(jié)合密度泛函理論(DFT)對(duì)橄欖油中的羥基酪醇等酚類物質(zhì)進(jìn)行了表征和分析,證明了拉曼光譜是一種快速、無(wú)損鑒定酚類化合物的非常有前途的工具。

拉曼光譜還可用于測(cè)定橄欖油中的游離脂肪酸的含量[28,51]。El-Abassy等[28]使用拉曼光譜法結(jié)合多變量分析來(lái)確定特級(jí)初榨橄欖油中游離脂肪酸(FFA)的含量。對(duì)于不同的光譜區(qū)域建立了通過(guò)滴定獲得的實(shí)際FFA%與基于拉曼光譜的預(yù)測(cè)值的校準(zhǔn)曲線,在包含類胡蘿卜素的945～1600 cm-1區(qū)域建立的回歸曲線的斜率接近1,表明使用拉曼光譜的預(yù)測(cè)FFA值與使用滴定法的實(shí)際值之間的完美線性關(guān)系,同時(shí)也表明了FFA含量與類胡蘿卜素有很強(qiáng)的相關(guān)性。

表3 拉曼光譜技術(shù)用于橄欖油的分類和鑒定

油橄欖的品質(zhì)受到產(chǎn)地、品種和成熟度等多種因素的影響,橄欖油的感官和營(yíng)養(yǎng)也會(huì)受到這些因素的影響。不飽和度、碘值、過(guò)氧化值、游離酸度等參數(shù)是影響橄欖油品質(zhì)的重要因素,這些參數(shù)可以通過(guò)拉曼光譜進(jìn)行預(yù)測(cè)并對(duì)橄欖油進(jìn)行分類和鑒定。Gouvinhas等[19]利用短波長(zhǎng)拉曼光譜結(jié)合主成分分析(PCA)、判別分析(DA)、主成分回歸(PCR)和偏最小二乘回歸(PLS-R)對(duì)不同成熟階段的三個(gè)品種的橄欖所獲得的橄欖油進(jìn)行研究,評(píng)估和量化品種與其成熟度之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。結(jié)果顯示:所研究的模型呈現(xiàn)出高的相關(guān)系數(shù)(R2>0.9333)。對(duì)于過(guò)氧化值的測(cè)定,PLS-R導(dǎo)致的測(cè)定誤差低于PCR,而兩種方法所獲得的結(jié)果在游離酸度方面非常相似。拉曼光譜結(jié)合多元分析法可以用于監(jiān)測(cè)特級(jí)初榨橄欖油中的游離酸度和過(guò)氧化值,以及區(qū)分成熟油和非成熟油。Marinas等[52]利用拉曼光譜結(jié)合偏最小二乘法(PLS)和判別分析對(duì)橄欖油進(jìn)行定量和定性分析,PLS模型在收獲年份、橄欖品種、地理起源和PDO方面分別得到了94.3%、84.0%、89.0%和86.6%的正確分類。利用拉曼光譜預(yù)測(cè)的多不飽和脂肪酸(PUFA),單不飽和脂肪酸(MUFA)和飽和脂肪酸(SFA)含量與實(shí)測(cè)值的誤差都非常接近于0。

Muik等[51]利用傅里葉變換拉曼光譜結(jié)合PLS校準(zhǔn)模型對(duì)橄欖油和橄欖中的游離脂肪酸含量進(jìn)行預(yù)測(cè),橄欖油的預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP)為0.29%,橄欖果實(shí)的預(yù)測(cè)均方根誤差為0.28%。根據(jù)歐盟的規(guī)定,預(yù)測(cè)的游離脂肪酸含量用于不同類別的橄欖油和橄欖果實(shí)的分類。90%的油樣和80%的橄欖果實(shí)被正確分類。這種方法非常簡(jiǎn)單便捷,可用于在線監(jiān)測(cè)生產(chǎn)的橄欖油,并且這種方法可以在橄欖油加工前基于FFA含量對(duì)橄欖果實(shí)進(jìn)行分類。此外,Muik等人[45]還利用傅里葉變換拉曼光譜和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)橄欖果實(shí)的品質(zhì)進(jìn)行鑒別,這種測(cè)量方法能夠直接作用于橄欖果實(shí),因此可以根據(jù)橄欖果實(shí)的質(zhì)量對(duì)其進(jìn)行篩選,從而優(yōu)化優(yōu)質(zhì)橄欖油的生產(chǎn)。

3 拉曼光譜用于橄欖油的摻偽鑒別

橄欖油因其感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)特性受到了大多數(shù)消費(fèi)者的青睞,目前市面上橄欖油的摻假主要分為兩種:一是優(yōu)質(zhì)橄欖油中摻入劣質(zhì)橄欖油、橄欖果渣油;二是在橄欖油中摻入其它種類的油,如榛子油、玉米油、葵花籽油、地溝油等。拉曼光譜法具有快速、精確、靈敏度高的特點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于橄欖油的摻偽識(shí)別。通過(guò)拉曼光譜分析食用油中的成分及其含量可以定量或者定性鑒別劣質(zhì)食用油[16]。由于不同植物油之間的光譜差異非常小,通常會(huì)結(jié)合主成分分析、聚類分析、判別分析、偏最小二乘法等化學(xué)計(jì)量法來(lái)對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在這些方法中,主成分分析是通過(guò)少數(shù)幾個(gè)主成分來(lái)揭示多個(gè)變量間的內(nèi)部結(jié)構(gòu),即從原始變量中找出少數(shù)幾個(gè)主成分,使其盡可能多地保留原始變量的信息,是一種區(qū)分光譜非常有力的工具,Zhang等[53]使用拉曼光譜以及主成分分析法準(zhǔn)確地確定橄欖油中摻入5%或更多其他類型的油。通過(guò)拉曼光譜技術(shù)和化學(xué)計(jì)量法,可以實(shí)現(xiàn)初榨橄欖油與其他食用油的區(qū)分以及橄欖油的摻假檢測(cè)和定量分析[54-63]。周秀軍[24]提出了一種基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)的拉曼光譜快速鑒別法。這種方法能實(shí)現(xiàn)最低摻雜量為5%左右橄欖油摻雜其他植物油的鑒別。Yang等[64]比較了拉曼光譜與近紅外和中紅外光譜在檢測(cè)橄欖油和橄欖油混合物中的效率,雖然這三種技術(shù)都成功定量了特級(jí)初榨橄欖油中渣油的含量,但拉曼光譜的相關(guān)系數(shù)最高(R2=0.997),預(yù)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)誤差最低(1.72%)。這些結(jié)果進(jìn)一步證明了拉曼光譜在橄欖油摻雜鑒別中的潛力。類似的,Mendes等[61]通過(guò)近紅外(NIR)、中紅外(MIR)和拉曼光譜(Raman)技術(shù)分析橄欖油和大豆油的混合物以評(píng)估橄欖油的摻假,三種技術(shù)的均方根誤差分別為1.76%(NIR),4.89%(MIR)和1.57%(Raman),測(cè)定系數(shù)R2均大于0.98,這種方法對(duì)橄欖油中大豆油的摻假檢測(cè)是非常有效的,并且時(shí)間短,成本低,沒(méi)有復(fù)雜的前處理程序。

表4 拉曼光譜技術(shù)用于橄欖油摻偽鑒別

拉曼光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量法雖然能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)特級(jí)初榨橄欖油的摻偽鑒別,但是需要經(jīng)過(guò)繁瑣的數(shù)據(jù)處理并且需要專業(yè)的化學(xué)計(jì)量學(xué)知識(shí),所以拉曼光譜在橄欖油摻偽鑒別方面的技術(shù)仍然需要改進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)外已有直接通過(guò)拉曼譜圖對(duì)橄欖油進(jìn)行摻偽鑒別的研究,主要基于橄欖油的不飽和度和1525 cm-1處類胡蘿卜素的含量對(duì)橄欖油是否摻偽進(jìn)行研究。不飽和度可用于橄欖油的摻假檢驗(yàn),主要在2995～3050、1600～1700和1200～1400 cm-1這三個(gè)區(qū)域進(jìn)行判斷,如前所述,這三個(gè)區(qū)域的譜帶強(qiáng)度與不飽和度之間的相關(guān)系數(shù)特別高,理論上最適合檢測(cè)橄欖油的摻假。Carmona等[65]使用拉曼光譜所預(yù)測(cè)的不飽和度來(lái)區(qū)分澳洲堅(jiān)果油、山核桃油、玉米油和葵花籽油,發(fā)現(xiàn)2995～3050、1600～1700和1200～1400 cm-1處的譜帶強(qiáng)度與澳洲堅(jiān)果油中添加玉米油或葵花籽油的比例呈極顯著相關(guān)(R2>0.99),證明了拉曼光譜可以通過(guò)不飽和度對(duì)油脂的摻假進(jìn)行檢測(cè),由于橄欖油的不飽和度較高,這種方法同樣可以用于橄欖油的摻假鑒別。

橄欖油的拉曼光譜在1525 cm-1處的峰是由類胡蘿卜素等高度共軛化合物的C=C的伸縮振動(dòng)引起的。類胡蘿卜素會(huì)在精煉的過(guò)程中消失,所以它們只存在于初榨橄欖油中,因此類胡蘿卜素的含量可用于橄欖油的摻偽鑒別,摻入劣質(zhì)油或果渣油會(huì)使橄欖油中類胡蘿卜素的含量降低。張朝暉等[18]使用便攜式拉曼光譜對(duì)80余份橄欖油樣品和摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)果渣油的特級(jí)初榨橄欖油進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)75%的特級(jí)初榨橄欖油樣品在1265 cm-1處的拉曼光譜強(qiáng)度低于540,而高于540的橄欖油可能存在等級(jí)造假,在特級(jí)初榨橄欖油中摻入果渣油,會(huì)使1265和1650 cm-1處的拉曼峰強(qiáng)度增加,1525 cm-1處的峰變小直至消失。與使用化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法相比,譜圖更加直觀、方便且無(wú)需計(jì)算。Zou等[57]基于拉曼光譜振動(dòng)帶的強(qiáng)度比,特別是在1441 cm-1(-CH2-)處歸一化的順式=C-H和順式-C=C-的強(qiáng)度比來(lái)檢測(cè)橄欖油的摻偽,該方法能準(zhǔn)確區(qū)分純橄欖油與含有5%或更多其他食用油(如大豆油、菜籽油、玉米油等)的橄欖油。與傳統(tǒng)的PCA方法相比,該方法更直觀、精確、簡(jiǎn)單高效。

4 結(jié)論和展望

拉曼光譜基于特征峰強(qiáng)度與含量具有良好相關(guān)性且靈敏度高,通過(guò)拉曼光譜可預(yù)測(cè)橄欖油的不飽和度、碘值、過(guò)氧化值、游離酸度等參數(shù),可對(duì)橄欖油的品質(zhì)進(jìn)行一系列的分析。拉曼光譜還可用于橄欖油的摻假鑒別,由于不同植物油之間的差異非常小,通常需要結(jié)合化學(xué)計(jì)量法才能進(jìn)行判斷,雖然結(jié)果準(zhǔn)確,但卻需要經(jīng)過(guò)繁瑣的數(shù)據(jù)處理和專業(yè)的化學(xué)計(jì)量學(xué)知識(shí),基于橄欖油的不飽和度及類胡蘿卜素的含量直接對(duì)其進(jìn)行摻偽鑒別則更加簡(jiǎn)單、直觀。拉曼光譜方法無(wú)需樣品制備,僅在幾秒鐘內(nèi)即可完成,適合現(xiàn)場(chǎng)使用,尤其是質(zhì)量監(jiān)管部門以及企業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的質(zhì)量預(yù)測(cè)與控制。橄欖油的脂肪酸組成、特征風(fēng)味物質(zhì)及多酚類物質(zhì)的含量會(huì)隨著油橄欖的產(chǎn)地、生長(zhǎng)環(huán)境、品種及成熟度等因素的變化而變化,可使用大量的樣品建立光譜數(shù)據(jù)庫(kù),再結(jié)合化學(xué)計(jì)量法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而對(duì)橄欖油進(jìn)行分類鑒定。這些方法不僅可以用于橄欖油,還可用于橄欖果實(shí)的品質(zhì)鑒定,在生產(chǎn)前對(duì)橄欖果實(shí)進(jìn)行分類篩選,用以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)橄欖油。近幾年儀器的發(fā)展和檢測(cè)技術(shù)的提高解決了很多問(wèn)題,如:傅里葉變換拉曼光譜技術(shù)可以消除熒光背景;顯微拉曼光譜分析技術(shù)可以消除雜散光;便攜式拉曼光譜可用于橄欖油的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析,更為方便。隨著技術(shù)的發(fā)展,拉曼光譜在橄欖油中的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。