張鳳娟，黃敏，劉振方

(1.無錫科技職業(yè)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214028;2.江南大學(xué)輕工業(yè)過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實驗室，江蘇 無錫 214122)

1 引言

牛油果油又稱鱷梨油，是采用高科技技術(shù)從非洲植物果實牛油果中提煉出來的天然油脂[1]。特級初榨牛油果油含有豐富的維生素、肉桂酸、植物甾醇、抗氧化物以及大量的不飽和脂肪酸等物質(zhì)[2-3]，不僅是理想的烹飪油脂，而且還具有極佳的美容功效、天然保健功效[4-6]，在西方被譽(yù)為"植物油皇后"稱號。目前，在中國牛油果油也逐漸成為現(xiàn)代人的健康食用油的新油寵。由于牛油果油價格是普通食用油價格的幾倍甚至幾十倍，在商業(yè)利益的驅(qū)使下，近幾年市場上銷售的牛油果油存在嚴(yán)重的摻假行為，影響了消費(fèi)者的切身利益，因而找到一種快速有效檢驗牛油果油品質(zhì)優(yōu)劣的方法是目前牛油果油市場亟待解決的問題。

現(xiàn)階段，對食用油品質(zhì)進(jìn)行檢測的最傳統(tǒng)方法主要有質(zhì)譜法、氣相色譜法、液相色譜法等常規(guī)理化方法[7-9]，這些方法由于具有操作過程繁瑣、速度慢、耗時長且所需儀器昂貴等缺點(diǎn)，故無法對食用油進(jìn)行快速有效的現(xiàn)場檢測。目前，光譜檢測方法在食用油品質(zhì)檢測中越來越受到人們的青睞，如近紅外光譜法、中紅外光譜法、紫外光譜法及拉曼光譜法等[10-12]。在這幾種光譜檢測方法中，由于拉曼光譜具有優(yōu)秀的指紋識別能力，能夠檢測出物質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，因此在食用植物油種類識別及品質(zhì)快速檢測方面得到越來越廣泛的關(guān)注和研究[13-15]。王利軍等[16]應(yīng)用激光拉曼光譜快速鑒別花生油摻雜棕櫚油，郭鵬程等[17]利用激光拉曼光譜快速檢測靈芝孢子油。

目前，采用激光拉曼光譜對牛油果油進(jìn)行種類識別及真?zhèn)舞b別的文獻(xiàn)還尚未見報道。本論文采用便攜式激光拉曼光譜儀，對牛油果油等6種油脂進(jìn)行拉曼光譜測定和光譜處理，發(fā)現(xiàn)了牛油果油獨(dú)有的兩個激光拉曼峰以及優(yōu)越的不飽和度參數(shù)，建立了牛油果油摻假判別的定性分析方法，對21份牛油果樣品油拉曼光譜與原油進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了1個疑似摻假油樣品,并利用脂肪酸分析法得到了進(jìn)一步的確認(rèn)。

2 實驗測量

2.1 樣品來源

100%牛油果油(avocado oil)由江蘇某大型油料公司提供，是新西蘭進(jìn)口上等品質(zhì)的牛油果通過高速離心機(jī)冷榨而成；某品牌的棕櫚油(palm oil)、玉米油(corn oil)、芥花籽油(canola oil)、核桃油(walnut oil)、亞麻籽油(flax seed oil)均從當(dāng)?shù)馗鞔笮统匈徣搿木挼?、泰國、新西蘭、墨西哥四個國家進(jìn)口的21份待測牛油果油，部分購買于當(dāng)?shù)馗鞔笮陀推穼Ｙu店，部分購買于網(wǎng)絡(luò)，樣品信息如表1所示。

表1 待測牛油果油樣品信息表Table.1 Information of olive oil to be tested samples

2.2 儀器和試劑

儀器1：便攜式拉曼光譜儀(ProTF-EZ RamanAg)，穩(wěn)頻激光光源：波長為785 nm，激光功率：0～500 mW之間連續(xù)可調(diào)；掃描范圍：250～2500 cm-1;光譜分辨率：6 cm-1;積分時間：10 s;積分次數(shù)：5次。

儀器2：氣相色譜儀(GC-2014，日本)：配FID-2014氫焰離子化檢測器，AT.SE-30毛細(xì)管色譜柱(25 m×0.20 mm×0.25 μm)37種脂肪酸組成標(biāo)準(zhǔn)品，美國NU-CHEK;分析純：甲醇、氯化鈉、無水硫酸鈉、正己烷、95%乙醇等。

2.3 樣品拉曼光譜測定

油樣品拉曼光譜測定與數(shù)據(jù)分析：將規(guī)格為3 mL的空樣品瓶放入檢測池中進(jìn)行檢測掃描，得到的光譜譜圖如圖1所示?？鄢諛悠菲勘尘?，吸取2 mL待測油樣品放入樣品瓶中，將裝有待測樣品的樣品瓶放入激光拉曼光譜儀的樣品室進(jìn)行檢測(儀器檢測條件見2.2)，獲得待測油脂拉曼光譜圖。采用Matlab2019a分析軟件對獲得的拉曼光譜圖進(jìn)行基線校正、平滑濾波、歸一化等處理，讀出每種待測樣品拉曼譜峰所對的強(qiáng)度值，找出牛油果油所獨(dú)有的拉曼特征峰及各樣品的不飽和度參數(shù)。

圖1 空樣品瓶的拉曼光譜譜圖Fig.1 Raman spectra of empty sample bottle

2.4 樣品脂肪酸組成分析測定

樣品甲酯化處理與分析測定：吸取油樣0.3 mL,加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液5mL，水浴鍋加熱至油滴消失，加入三氟化硼甲醇溶液5 mL煮沸，再加入3 mL正己烷萃取，取上清溶液2 mL冷藏，GC-FID分析，測其響應(yīng)值。根據(jù)保留時間定性，用峰面積歸一化分析定量。計算出各組分脂肪酸含量，從而對飽和脂肪酸(SFA)、單不飽和脂肪酸(MUFA)、多不飽和脂肪酸(PUFA)、進(jìn)行統(tǒng)計分析。

色譜柱工作條件：載氣為純度99.99%氮?dú)猓籉IT檢測溫度為250 ℃；進(jìn)樣口溫度為230 ℃，分流進(jìn)樣，分流比為35∶1，進(jìn)樣量1 μL；程序升溫方式從70 ℃初溫以6 ℃/min的速度升到145 ℃，保持2 min,以2 ℃/min升至175 ℃，保持5 min，再以3 ℃/min升至225 ℃。

3 結(jié)果與分析

3.1 牛油果油原油與棕櫚油等5種油樣品原始拉曼光譜圖分析

對包括牛油果油等6種油樣品進(jìn)行光譜掃描，得原始拉曼光譜圖如圖2所示。

圖2 牛油果油等6種油樣品的原始拉曼光譜譜圖注：由上至下依次為:亞麻籽油、棕櫚油、牛油果油、核桃油、玉米油、芥花籽油Fig.2 The original Raman spectra of 6 oil samples such as avocado oilFrom top to bottom is flax seed oil,palm oil,avocado oil,walnut oil,corn oil,canola oil

從圖2可以看出，這6種食用油樣品的原始拉曼光譜比較相似，在800 cm-1～2000 cm-1拉曼位移范圍內(nèi)有八個共同拉曼峰，它們分別是868、968、1072、1260、1296、1436、1654和1743 cm-1。位移值為868 cm-1和1082 cm-1的拉曼光譜峰來自于-(CH2)n-基團(tuán)的C-C鍵伸縮振動特征峰；位移值為960 cm-1的拉曼光譜峰來自于反式RHC-CHR基團(tuán)中的C=C鍵彎曲振動特征峰；位移值為1296 cm-1和1436 cm-1的拉曼光譜峰是-CH2基團(tuán)中的C-H鍵彎曲振動特征峰，代表飽和官能團(tuán)；位移值為1260 cm-1和1654 cm-1的拉曼光譜峰分別是來自于順式RHC-CHR基團(tuán)中的=C-H鍵彎曲振動、C=C鍵伸縮振動特征峰，代表不飽和官能團(tuán)；位移值1760cm-1的拉曼光譜峰是RC=OOR基團(tuán)中的C=O鍵伸縮振動特征峰。從圖2發(fā)現(xiàn)，雖然六種油的拉曼光譜大體相似，但是這些拉曼峰在細(xì)微處存在一定差別，特別是牛油果油的拉曼光譜與其它5種拉曼光譜相比有兩處獨(dú)有的較弱特征拉曼峰(箭頭指示位置)，由于原始拉曼峰的清晰度受基線影響較大，為了更清晰得比較牛油果油拉曼光譜與其它5種拉曼光譜之間的區(qū)別，把幾種油光譜進(jìn)行進(jìn)一步處理。

3.2 牛油果油原油與棕櫚油等5種油樣品歸一化拉曼光譜圖分析

圖3是把6種油光譜利用matlab2019a軟件進(jìn)行基線去除、平滑濾波、歸一化等處理之后的圖形。

經(jīng)過歸一化等處理后的光譜圖與原始譜圖比較有了很大改善，各種物質(zhì)的特征峰變得清晰且易于鑒別。從圖3的6種油樣光譜圖發(fā)現(xiàn)，6種油除了共有的8個拉曼位移峰之外，每種油都呈現(xiàn)出有別于其他油的獨(dú)特的細(xì)微結(jié)構(gòu)，有差別的微小拉曼峰共有6個，它們的位移值分別為917、1012、1115、1365、1523和1850 cm-1，各峰歸屬及歸一化后的信號強(qiáng)度見表2。

從表2可以看出，其中1115 cm-1和1523 cm-1拉曼峰為牛油果油所特有，這兩個拉曼峰與類胡蘿卜素有關(guān),是由類胡蘿卜素等高度共軛化合物的C=C的伸縮振動引起的，類胡蘿卜素被認(rèn)為是牛油果油所含的特有成分，具有抗氧化的性質(zhì)。所以，牛油果油與其它幾種油相比，含有特有的微量成分，可作為牛油果油的特征峰，用來快速鑒別牛油果油。從圖3中的6種油樣光譜圖還發(fā)現(xiàn)，雖然光譜圖大體相似，各拉曼峰的相對強(qiáng)度有一定差別，特別是代表不飽和官能團(tuán)的1260 cm-1拉曼位移處的峰值相對強(qiáng)度各油樣差距較大，將油脂在1296 cm-1(-CH2基團(tuán)中的C-H鍵彎曲振動)和1260 cm-1(順式RHC-CHR基團(tuán)中的=C-H鍵彎曲振動)的特征峰強(qiáng)度比值I1296/I1260,做為衡量油脂不飽和度大小的參數(shù)。I1296/I1260,比值越大，說明油脂中不飽和鍵含量越高，不飽和程度越高；反之，油脂不飽和程度越低。圖4給出了6種油樣的I1296/I1260比值。

圖3 經(jīng)過處理后的6種油樣光譜圖。(a)牛油果油；(b)棕櫚油；(c)玉米油；(d)芥花籽油；(e)核桃油；(f)亞麻籽油Fig.3 Spectrogram of six oil samples after treatment (a)avocado oil;(b)palm oil;(c) corn oil;(d) canola oil;(e) walnut oil;(f) flax seed oil

圖4 不飽和度參數(shù)I1296/I1260比值Fig.4 Unsaturation parameter I1296/I1260

表2 有差別的6個拉曼峰相對強(qiáng)度Table.2 The relative intensities and attribution of the six Raman peaks

可以看出，各種油品的不飽和度參數(shù)I1296/I1260都不一樣，且比值差異明顯，牛油果油不飽和度參數(shù)最大，說明牛油果油含不飽和鍵最多，不飽和程度最大，因而通過I1296/I126也可以很好的用來快速檢測出牛油果油。

3.3 實際樣品測試

利用拉曼光譜對泰國、緬甸、新西蘭、墨西哥進(jìn)口的21份牛油果油進(jìn)行檢測，讀取牛油果油所獨(dú)有的特征峰1115 cm-1和1523 cm-1的拉曼相對強(qiáng)度值以及代表油脂不飽和度比值參數(shù)I1296/I1260，結(jié)果見表3。

表3 牛油果油測試樣品在1115 cm-1和1523cm-1處的拉曼相對強(qiáng)度以及I1296/I1260Table.3 Avocado oil test samples at 1115 cm-1 and 1523cm-1 for Raman relative strength and I1296/I1260

測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)21份牛油果油測試樣品中除了7號樣品，其他20份牛油果樣品的拉曼光譜圖的特征峰相對強(qiáng)度以及不飽和度參數(shù)與牛油果原油非常接近，包括原油在內(nèi)的這21個樣品中，位移值為1115 cm-1處特征峰相對強(qiáng)度最大值是0.175，最小值是0.159，平均值是0.168；位移值為1523 cm-1處特征峰相對強(qiáng)度最大值為0.161，最小值是0.148，平均值是0.155；不飽和度參數(shù)I1296/I1260的范圍在1.68～1.49之間。對于樣品7，1115 cm-1處特征峰相對強(qiáng)度較小，1523 cm-1處特征峰相對強(qiáng)度幾乎為零。而且樣品7的不飽和度參數(shù)I1296/I1260與平均值相比差距較大。7號樣品與牛油果原油的去除基線后的拉曼光譜對照圖如圖5所示，這些光譜特征表明，7號樣品可能混入了其他廉價油的成分，下一步通過脂肪酸組成測試進(jìn)一步驗證并確定可疑樣品。

圖5 牛油果原油(a)與樣品7(b)拉曼光譜圖的比較Fig.5 Comparison of the Raman spectra of avocado crude oil (a) with samples 7(b)

3.4 脂肪酸組成測試驗證可疑樣品

為了進(jìn)一步驗證可疑樣品，參照GB/T17376-2008利用氣相色譜法對包括原油在內(nèi)的22個油樣品進(jìn)行脂肪酸組成定量分析，經(jīng)面積歸一化法計算各組分的含量，22個牛油果油的脂肪酸主要組成成分及含量見表4。

表4 牛油果油樣品的主要脂肪酸含量比較Table.4 Comparison of main fatty acid content in avocado oil samples

由表4可知，棕櫚酸、棕櫚-稀酸、油酸和亞油酸這4種脂肪酸占牛油果油脂肪酸總含量的96%以上。除了這4種脂肪酸，分析發(fā)現(xiàn)牛油果油所含有的其他脂肪酸成分為：硬脂酸、亞麻酸、花生酸、花生-稀酸、木膠油酸、二十四碳-稀酸等(表中未列出)。根據(jù)各脂肪酸含量比例計算出每份油樣的不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的含量比值，發(fā)現(xiàn)：除了樣品7之外，不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比值最大為6.54∶1，最小值為4.63∶1，平均值為5.48∶1。而樣品7的不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比值是2.18∶1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于牛油果油的平均水平，這與前面的拉曼光譜分析結(jié)果完全吻合，由此進(jìn)一步確認(rèn)了7號牛油果油為可疑樣品。

4 結(jié)論

采用便攜式激光拉曼光譜儀，分析比較了牛油果油與棕櫚油、玉米油、芥花籽油、核桃油及亞麻籽油拉曼光譜的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)：與其他5種油相比，牛油果油具有位于1115 cm-1和1523 cm-1處峰強(qiáng)較弱且獨(dú)有的兩個特征拉曼峰，而且牛油果的不飽和度參數(shù)值I1296/I1260比其他5種油高出很多。利用牛油果油拉曼光譜的這兩個特點(diǎn)，足以快速檢測出牛油果油。同時利用拉曼光譜對21種牛油果油實際樣品進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有1個樣品拉曼光譜與牛油果原油拉曼光譜差別較大，可能存在摻假行為，疑似摻假樣品通過脂肪酸檢測方法得到了進(jìn)一步的確認(rèn)。便攜式激光拉曼光譜儀可以對牛油果的真?zhèn)芜M(jìn)行無損、快速、現(xiàn)場檢測。