快速鑒別摻偽橄欖油的拉曼光譜

快速鑒別摻偽橄欖油的拉"譜-聚類分析方法鄧平建;耿藝介;梁裕;楊冬燕;李浩;楊永存【摘要】Ramanspectrum-clusteranalysismethodwasdevelopedforrapiddiscerningofadulteratedol-iveoilusingmultiplebatchesofoliveoil,soybeanoil,cornoil,rapeseedoil,palmoil,cottonseedoilandrefinedswill-cookeddirtyoilwithvariousoriginsandbrandsassamples.Ramanspectrumpatternsofoliveoil,low-priceediblevegetableoilandrefinedswill-cookeddirtyoilwerestudiedundertheconditionsof780nmand532nmlasersourceswithcommongratingsand532nmlasersourcewithextend-edgrating.Thentheadulteratedoliveoilwasdiscernedbyclusteranalysismethod.Theresultsindicatedthattheextendedandfirst-orderderivativeRamanspectrashowedabundantinformationandsignificantlydifferentspectrumpatternsamongoliveoil,low-priceediblevegetableoilandrefinedswill-cookeddirtyoilin532nmlasersource.Theclusteranalysismodelestablishedonfull-rangespectruminforma-tioncoulddiscernoliveoilaswellaskindsofadulteratedoliveoils.Thediscriminantrateswere100%for30oliveoils,105low-priceediblevegetableoils,38refinedswill-cookeddirtyoilsand75oliveoilsmixedwithatleast5%refinedswill-cookeddirtyoil.Besides,thediscriminantrateswereabove94%and88%respectivelyfor180oliveoilsmixedwithatleast5%low-priceediblevegetableoiland72vegetableoilsmixedwithatleast5%refinedswill-cookeddirtyoil.Themeasurementprocessrequirednosamplepreparationorchemicalreagentconsumption,andthetimecostwas5minforeachsample,thereforethediscerningofadulteratedol-iveoilwasrapid,non-destructiveandaccurate.%以不同產(chǎn)地、不同品牌的多批次橄欖油、大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棕櫚油、棉籽油及精煉地溝油為樣品，探索建立快速鑒別摻偽橄欖油的拉曼光譜-聚類分析方法。在780、532nm激光光源普通光柵、532nm激光光源擴(kuò)展光柵條件下，研究了橄欖油、低價(jià)食用植物油與精煉地溝油的拉曼光譜形態(tài)；并采用聚類分析法鑒別摻偽橄欖油。結(jié)果表明：在532nm激光光源下，橄欖油與低價(jià)食用植物油及精煉地溝油擴(kuò)展及其一階導(dǎo)數(shù)拉曼光譜的信息量極為豐富，而且各類樣品間的光譜形態(tài)差異顯著。基于全波段光譜信息和形態(tài)建立的聚類分析模型既可準(zhǔn)確鑒定橄欖油，還可準(zhǔn)確鑒定各種類型的摻偽橄欖油。對(duì)30份不同橄欖油、105份不同低價(jià)食用植物油和38份不同精煉地溝油的判別正確率均為100%，對(duì)180份5%及以上的摻假橄欖油的判別正確率達(dá)94%以上，對(duì)75份5%及以上的摻雜橄欖油的判別正確率為100%，對(duì)72份5%及以上的摻雜植物油的判別正確率達(dá)88%以上。樣品測(cè)量時(shí)無需制備樣品及消耗化學(xué)試劑，測(cè)量和分析1份樣品僅耗時(shí)5min左右，可實(shí)現(xiàn)對(duì)摻偽橄欖油的快速、無損和準(zhǔn)確鑒別?！酒诳Q】《中國油脂》【年(卷)，期】2015(000)002【總頁數(shù)】6頁(P50-55)【關(guān)鍵詞】摻偽橄欖油;拉曼光譜;聚類分析;快速鑒別【作者】鄧平建;耿藝介;梁裕;楊冬燕;李浩;楊永存【作者單位】深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055;深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055;深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055；深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055;深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055;深圳市疾病預(yù)防控制中心分子生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，廣東深圳518055【正文語種】中文【中圖分類】TS201.6;TQ646nosamplepreparationorchemicalreagentconsumption,andthetimecostwas5minforeachsample,thereforethediscerningofadulteratedoliveoilwasrapid,non-destructiveandaccurate.Keywords:adulteratedoliveoil;Ramanspectrum;clusteranalysis;rapiddiscerning橄欖油具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分、極佳的天然保健功效和理想的烹調(diào)用途，還是世界上唯一以自然狀態(tài)的形式供人類食用的木本植物油，在國內(nèi)夕卜市場(chǎng)上備受推崇和青睞，享有〃液體黃金”的美譽(yù)。受到巨大利益的驅(qū)動(dòng)，橄欖油摻偽成為國內(nèi)夕卜普遍存在的違法現(xiàn)象。如利用低價(jià)食用植物油或非食用油脂偽造橄欖油，或者在橄欖油中摻入低價(jià)食用植物油，甚至摻入廢棄食用油脂（地溝油）等。出于打擊和遏制橄欖油造假行為的需要，國際上對(duì)摻偽橄欖油鑒別方法的研究一直十分活躍［1］。目前，摻偽橄欖油的鑒別技術(shù)面臨著更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：由于橄欖油及摻偽所用植物油的品種及來源在不斷增加，尤其是地溝油等非食用油脂的加入，使摻偽鑒別技術(shù)需要考慮和處理的因素及體系變得更加多元和復(fù)雜。因此，采用色譜、質(zhì)譜、波譜等儀器分析手段全面采集樣品的多元信息，利用主成分分析、聚類分析、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和鑒別模型，成為摻偽橄欖油鑒別技術(shù)研究的主攻方向［2-4］，出現(xiàn)了一批兩種手段緊密結(jié)合的摻偽橄欖油鑒別方法［5-10］。其中，拉曼光譜技術(shù)以無需制備樣品、無需消耗化學(xué)試劑及無損、快速等優(yōu)勢(shì)，逐步成為研究人員建立橄欖油等主要油種摻偽快速鑒別方法的優(yōu)選技術(shù)［11-12］。然而，現(xiàn)有的研究還極少涉及地溝油摻雜橄欖油的鑒別方法。這一現(xiàn)狀對(duì)于摻偽橄欖油鑒別技術(shù)的完整性和實(shí)用性都是一個(gè)不容忽視的缺陷。地溝油作為一種非食用油脂，其來源和組成都具有極大的不確定性，是一種極不標(biāo)準(zhǔn)的研究對(duì)象［13］。因此，地溝油摻雜橄欖油不僅危害性遠(yuǎn)高于低價(jià)食用植物油摻假橄欖油，而且前者的鑒別難度也遠(yuǎn)高于后者。本研究以不同產(chǎn)地、不同品牌的多批次橄欖油、大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棉籽油、棕櫚油等成品食用植物油及精煉地溝油為樣品，基于拉曼光譜和聚類分析探討建立摻偽橄欖油的快速鑒別方法。1.1實(shí)驗(yàn)樣品不同產(chǎn)地、不同品牌、不同批次的橄欖油30份、大豆油16份、玉米油16份、菜籽油27份、葵花籽油10份、棕櫚油26份、棉籽油10份，分別由南海油脂工業(yè)（赤灣）有限公司提供或從深圳市各大超市購買。在6份橄欖油中分別摻入低價(jià)食用植物油（大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棕櫚油、棉籽油各6份），配成含低價(jià)食用植物油5%、10%、20%、30%、50%的摻假橄欖油樣品各36份。以不同來源和批次的餐廚廢棄油脂為原料，按蒸餾脫臭、堿煉脫酸和吸附脫色的步驟和方法［14］制備精煉地溝油樣品38份。在5份橄欖油中分別摻入精煉地溝油（5份），配成含地溝油5%、10%、20%的摻雜橄欖油樣品各25份。在低價(jià)食用植物油（大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棕櫚油、棉籽油各2份）中分別摻入精煉地溝油（2份），配成含地溝油5%、10%、20%的摻雜植物油樣品各24份。1.2儀器與參數(shù)顯微拉曼光譜儀DXRRamanMicroscope，美國ThermoFisherScientific公司。顯微拉曼光譜的測(cè)量參數(shù)見表1。1.3光譜采集及處理取油脂樣品10^L于墊有錫箔的載玻片中央，將載玻片置于顯微拉曼光譜儀器的顯微鏡載物平臺(tái)上，移動(dòng)載物平臺(tái)將入射光聚焦于樣品微滴中心，關(guān)閉顯微鏡載物臺(tái)上蓋。分別在780、532nm激光光源下，按對(duì)應(yīng)的分光光柵、掃描范圍及參數(shù)采集樣品的拉曼光譜。測(cè)量1份樣品耗時(shí)3min左右。對(duì)532nm激光光源擴(kuò)展光譜求一階導(dǎo)數(shù)(Norrisderivative,Segmentlength=51,Gapbetweensegments=5),獲得各樣品的一階導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜。1.4聚類分析模型的構(gòu)建采用TQAnalyst8.0分析軟件構(gòu)建4個(gè)聚類分析模塊。各模塊的建模參數(shù)及功能見表2。2.1橄欖油、低價(jià)食用植物油及精煉地溝油的拉曼光譜形態(tài)分析根據(jù)食用植物油的價(jià)格與來源及利用地溝油制售食用油的成本效益分析[15],違法分子制售摻偽橄欖油最有可能采用的摻假油種為大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棕櫚油、棉籽油等低價(jià)食用植物油，而最有可能采用的摻雜油種為精煉地溝油。橄欖油、低價(jià)食用植物油和精煉地溝油的780nm激光光源普通光譜圖、532nm激光光源普通光譜圖、532nm激光光源擴(kuò)展光譜圖與一階導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜圖(532nm激光光源)分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。由圖1可知，在780nm激光光源普通光譜中，橄欖油與低價(jià)食用植物油及精煉地溝油的拉曼光譜呈現(xiàn)相似的形態(tài)。一是它們光譜的整體輪廓基本相似；二是它們拉曼峰的數(shù)目及位置亦基本相同。由圖2可知，在532nm激光光源普通光譜中，橄欖油與低價(jià)食用植物油及精煉地溝油拉曼光譜的形態(tài)呈現(xiàn)出明顯的差異。一方面，精煉地溝油與橄欖油及低價(jià)食用植物油拉曼光譜的整體輪廓完全不同。在精煉地溝油的拉曼光譜中只見1個(gè)平滑包狀譜帶，已不見油脂各類成分所對(duì)應(yīng)的拉曼譜帶；另一方面，在2800-1500cm-1波段橄欖油與低價(jià)食用植物油的拉曼光譜輪廓呈現(xiàn)顯著差異。由圖3可知，在532nm激光光源擴(kuò)展光譜的4500-3000cm-1波段中，橄欖油、大豆油、菜籽油和棉籽油的拉曼峰部分重疊，而棕櫚油、玉米油、葵花籽油及精煉地溝油在上述波段沒有出現(xiàn)同類的拉曼峰。由圖4可知，在一階導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜中，橄欖油與低價(jià)食用植物油原本重疊的拉曼峰得到了有效的分離，并且橄欖油與低價(jià)食用植物油，特別是與精煉地溝油的光譜形態(tài)差異更為顯著?；谌庾V建立的聚類分析模型對(duì)樣品類別的鑒別能力取決于各類樣品的光譜信息量及光譜形態(tài)差異。各類樣品的光譜信息量越豐富，各類樣品間的光譜形態(tài)差異越顯著，則聚類分析模型的鑒別能力越強(qiáng)。對(duì)上述光譜進(jìn)行綜合比較表明，各類樣品在532nm激光光源擴(kuò)展光譜中所提供的信息量最大，形態(tài)差異最顯著。但各類樣品的拉曼峰仍然存在重疊現(xiàn)象，可能對(duì)摻偽樣品的鑒別帶來困難。但在對(duì)應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)擴(kuò)展光譜中，各類樣品的拉曼峰則得到了有效的分離。2.2鑒別摻偽橄欖油的聚類分析模型從嚴(yán)厲和精確打擊橄欖油摻偽違法活動(dòng)的需要考慮，摻偽橄欖油鑒別方法不僅要能夠檢出標(biāo)稱為橄欖油的樣品是橄欖油還是摻偽橄欖油，還要能夠鑒別摻偽橄欖油樣品是摻入低價(jià)食用植物油的摻假橄欖油還是摻入地溝油的摻雜橄欖油。在摻假橄欖油樣品中，可能有不同的低價(jià)食用植物油或按不同比例摻入不同低價(jià)食用植物油的摻假橄欖油；而在摻雜橄欖油中，可能有地溝油、在橄欖油或在低價(jià)食用植物油中摻入地溝油的摻雜橄欖油。由于涉及多個(gè)油種及不同油種間的相互摻兌，使聚類分析模型需要判別極為復(fù)雜的因素及關(guān)系，難以通過一步聚類分析就能鑒別上述各類樣品。本文基于4個(gè)獨(dú)立而又相互銜接的模塊，采用多步聚類分析的方式，化繁為簡(jiǎn)和逐步逼近，達(dá)到鑒別各類摻偽橄欖油的目的。鑒別摻偽橄欖油和聚類分析圖見圖5。由圖5可知，從4個(gè)模塊對(duì)相應(yīng)類別樣品的聚類分析效果可見，異類樣品間的馬氏距離均大于同類樣品間的馬氏距離，保證了同類樣品的聚集和異類樣品的分離，符合TQAnalyst8.0分析軟件基于馬氏距離判別不同類別樣品的要求。2.3聚類分析模型鑒別摻偽橄欖油的驗(yàn)證按圖6所示的聚類分析程序?qū)︱?yàn)證樣品進(jìn)行鑒別，結(jié)果見表3。由表3可知，采用聚類分析模型既可準(zhǔn)確鑒定橄欖油（正確率100%），還可準(zhǔn)確鑒定各種類型的摻偽橄欖油，包括低價(jià)食用植物油（正確率100%）、精煉地溝油（正確率100%）、5%及以上的摻假橄欖油（正確率94%以上）、5%及以上的摻雜橄欖油（正確率100%）、5%及以上的摻雜植物油（正確率88%以上）。在532nm激光光源下，橄欖油與低價(jià)食用植物油（大豆油、玉米油、菜籽油、葵花籽油、棕櫚油、棉籽油）及精煉地溝油擴(kuò)展及其一階導(dǎo)數(shù)拉曼光譜的信息量極為豐富，而且各類樣品間的形態(tài)差異顯著?；谌ǘ喂庾V信息和形態(tài)建立的多步聚類分析模型既可準(zhǔn)確鑒定橄欖油，還可準(zhǔn)確鑒定各種類型的摻偽橄欖油。對(duì)30份不同橄欖油、105份不同低價(jià)食用植物油和38份不同精煉地溝油的判別正確率均為100%，對(duì)180份5%及以上的摻假橄欖油的判別正確率達(dá)94%以上，對(duì)75份5%及以上的摻雜橄欖油的判別正確率為100%，對(duì)72份5%及以上的摻雜植物油的判別正確率達(dá)88%以上。樣品測(cè)量時(shí)無需制備樣品及消耗化學(xué)試劑，測(cè)量和分析1份樣品僅耗時(shí)5min左右，可實(shí)現(xiàn)對(duì)摻偽橄欖油的快速、無損和準(zhǔn)確鑒別?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】張欣，于瑞祥,方曉明，等.橄欖油摻假檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國油脂，2013,38（3）:67-71.王江蓉，周建平,張令夫，等.植物油摻偽檢測(cè)方法的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].中國油脂，2007,32（6）:78-81.唐佳妮,劉東紅.食用植物油摻假鑒別方法研究進(jìn)展[J].中國糧油學(xué)報(bào)，2009,24(11):158-162.姚云平，李昌模,劉慧琳，等.指紋圖譜技術(shù)在植物油鑒定和摻假中的應(yīng)用[J].中國油脂，2012,37(7):51-54.翁欣欣,陸峰,王傳現(xiàn)，等.近紅外光譜-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-PLS法用于橄欖油摻雜分析[J].光