基于涂膜法FTIR光譜的地溝油摻偽定性分析

孫黛君 朱旭菲 董曉斌 于修燭 李清華

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，楊凌 712100)

我國是食用油生產(chǎn)和消費(fèi)大國，廢棄油脂的量逐年上升。一些不法商販在利益驅(qū)動(dòng)下，將地溝油經(jīng)簡單處理，摻偽后以正常食用油進(jìn)行銷售，牟取暴力，對食品安全造成極大的危害［1］。目前地溝油檢測方法主要有:常規(guī)理化指標(biāo)的測定［2－3］，熒光光譜法測定十二烷基苯磺酸鈉［4］，氣相色譜及質(zhì)譜法測定油脂中三酰甘油及其氧化產(chǎn)物的變化、脂肪酸組成譜和不飽和度及膽固醇、己醛等揮發(fā)性有害成分［5－9］，近紅外光譜法［10－12］等，由于檢測精度、設(shè)備價(jià)格、檢測費(fèi)用等原因尚未廣泛推廣應(yīng)用。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)可提供物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息而被廣泛應(yīng)用于定性和定量分析［13］，許多學(xué)者利用FTIR光譜技術(shù)測定油脂指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了快速、自動(dòng)化檢測［14－19］。在紅外檢測中，油樣在常溫下黏度高，難以裝進(jìn)狹窄流通池，即使將液體油裝入流通池，也難以清洗，易造成交叉污染，且清洗時(shí)需要消耗大量的有機(jī)溶劑，流通池裝卸過程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，流通池窗片極易損壞且價(jià)格昂貴。另外，使用衰減全反射(ATR)附件，由于ATR液池光程短(5～7 μm)，光譜信號(hào)弱，其檢測精度不高［20］。

本研究采用涂膜法，即將油樣均勻涂覆在透明PE膜上，掃描食用油紅外光譜，建立地溝油鑒別模型，實(shí)現(xiàn)地溝油摻偽定性分析，以期為地溝油摻偽快速檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

菜籽油、大豆油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油、苦杏仁油、調(diào)和油、花椒油、芝麻油、蘇籽油、黃芥籽油等共25個(gè)，來自不同品牌和等級(jí)食用油，基本涵蓋我國常見的食用油種類;煎炸老油、過期菜籽油、泔水油等8個(gè)地溝油，分別收集于吉林省通化市、山西省大同市、河南省鄭州市、四川省成都市、陜西省西安市、陜西省寶雞市、陜西省楊凌區(qū)?；钚园淄痢⒎犹?天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;硅酸鈉:天津市恒興化學(xué)試劑廠;試劑均為分析純。聚乙烯薄膜(PE膜):浙江超凡日用品有限公司。

1.2 地溝油預(yù)處理

將地溝油過濾、脫酸、脫色等處理得到精煉地溝油［21－22］，使其酸價(jià)和過氧化值等指標(biāo)符合 GB 2718—2005食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 地溝油樣品配制

取5種地溝油樣，將其按一定量添加到不同食用油中，摻偽質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、3%、5%、7%、9%、15%、30%，共得到摻偽油40個(gè)。

依據(jù)GB/T 5009.37—2003測定所有樣品的酸價(jià)和過氧化值。對食用油、精煉地溝油以及混合油的酸價(jià)和過氧化值進(jìn)行分析，其結(jié)果如表1所示。

表1 油樣酸價(jià)和過氧化值

1.4 儀器

布魯克FTIR光譜儀:檢測器為DGTS，德國布魯克公司。

1.5 光譜采集條件

光譜采集條件為:光譜范圍為6 000～400 cm－1，溫度設(shè)定為25℃，分辨率為4 cm－1，掃描次數(shù)為16次，樣品光譜掃描以PE膜為背景。

1.6 方法

1.6.1 涂膜法構(gòu)建

1.6.1.1 光程模型建立

取一定量的三苯基氧磷(TPPO)，研磨后過80目篩;稱取20 g苦杏仁油，精確到0.001 g，在油樣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的TPPO，精確到0.001 g，微波促進(jìn)溶解，靜置;取加入TPPO的油樣，將油樣裝入流通池中，其中流通池光程分別為:1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.025、0.015 mm，掃描紅外光譜。測定光譜中542/530 cm－1處、4 334/4 300 cm－1處峰高;通過二維相關(guān)光譜技術(shù)分別找出油膜光程與542/530 cm－1處峰高、4 334/4 300 cm－1處峰高與 542/530 cm－1處的峰高的關(guān)系。建立食用油流通池光程與光譜4 334/4 300 cm－1處校正高度變化值的關(guān)系。

1.6.1.2 模型驗(yàn)證

取不同光程的流通池5個(gè)，加入一定量的油樣，掃描光譜，應(yīng)用模型對不同流通池光程進(jìn)行測定，利用模型預(yù)測流通池光程與實(shí)際光程的關(guān)系，以確定光程模型的可靠性。

1.6.2 地溝油定性分析

1.6.2.1 地溝油鑒別模型建立

將25個(gè)食用油、8個(gè)地溝油和40個(gè)摻偽油樣品溶于異辛烷中，配制成食用油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。取等量溶液(500 μL)涂抹于等面積大小(1 cm2)的PE薄膜上，揮干溶劑形成油膜。掃描油膜光譜，得到食用油、地溝油和摻偽油的紅外光譜，為了便于分析利用光程模型將所有光譜光程統(tǒng)一為0.1 mm。

1.6.2.2 地溝油模型驗(yàn)證

將未參與模型建立的33個(gè)樣品，其中地溝油樣3個(gè)、食用油樣8個(gè)、摻偽油樣12個(gè)，利用模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1.6.3 數(shù)據(jù)處理

用二維相關(guān)振動(dòng)光譜技術(shù)(2－D correlation spectroscopy technique)來尋找光譜中特征吸收峰的相關(guān)吸收峰［14］。采用判別分析建立定性分析模型。模型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為樣品的識(shí)別率。

2 結(jié)果與分析

2.1 涂膜法構(gòu)建

2.1.1 光程模型建立

于修燭等［17］利用三苯磷(TPP)與氫過氧化物生成三苯氧磷(TPPO)，TPPO本身化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在542 cm－1處有特征吸收峰，且不易受其他吸收的影響。TPPO在紅外光譜中542 cm－1有特征吸收作為標(biāo)記吸收峰，建立食用油所用流通池光程與紅外光譜542/530 cm－1處峰高的關(guān)系，其結(jié)果見圖1。

圖1 542/530 cm－1處峰高與流通池光程關(guān)系

由圖1可知，542 cm－1吸收值與流通池光程呈高度線性相關(guān)，R2為0.994 9。表明食用油可以通過添加內(nèi)標(biāo)物來測定流通池光程長度。在實(shí)際應(yīng)用中存在較大局限性，每次測定前均需要添加內(nèi)標(biāo)物，操作繁瑣。試圖尋找食用油本身特征吸收替代內(nèi)標(biāo)物特征吸收峰。

通過二維相關(guān)光譜技術(shù)表明在4 334/4 300 cm－1處峰高 542/530 cm－1處的峰高有一定相關(guān)性［14］，其結(jié)果如圖2 所示。

圖2 542/530 cm－1處峰高與4 334/4 300 cm－1處峰高的關(guān)系

由圖2可以看出，4 334 cm－1處吸收值與542 cm－1吸收值呈線性相關(guān)，可以通過4 334 cm－1特征吸收值建立流通池的光程模型，結(jié)果見圖3。

圖3 542/530 cm－1處峰高與食用油油膜光程關(guān)系

由圖3可知，油膜光程與4 334/4 300 cm－1處峰高線性關(guān)系良好，R2為0.999 7，所建模型高度線性相關(guān)，模型y=0.898 2x+0.002 9(y為食用油涂膜光程，x為4 334/4 300 cm－1處峰高)可用于食用油油膜光程分析。

2.1.2 模型驗(yàn)證

取不同光程的流通池5個(gè)，加入一定量的油樣，用紅外光譜儀掃描光譜，應(yīng)用模型(y=0.898 2x+0.002 9)對流通池光程進(jìn)行測定，其結(jié)果見圖4。可以看出，流通池光程實(shí)際值與預(yù)測值的回歸關(guān)系斜率為0.941接近于1，R2接近于1，說明實(shí)測值與預(yù)測值十分接近，模型可用于預(yù)測油膜光程。

圖4 模型驗(yàn)證

2.2 地溝油鑒別分析

2.2.1 光譜分析

以空氣為背景，掃描PE紅外光譜，PE紅外光譜見圖5。由圖5可知，PE在紅外光譜中3 000～2 800 cm－1有吸收峰，即為碳?xì)滏I的伸縮振動(dòng)區(qū)域，其他區(qū)域吸收峰較少，對食用油分析影響不大。

以PE為背景，掃描食用油、地溝油和摻偽油光譜，其光譜見圖6。

圖5 PE薄膜的紅外光譜(以空氣為背景)

由圖6可知，以PE為背景掃描的食用油紅外光譜，食用油、摻偽油和地溝油光譜平滑，特征吸收峰比較明顯，光譜質(zhì)量達(dá)到分析檢測要求。另外，比較食用油紅外光譜指紋區(qū)域光譜［18］，地溝油、食用油和摻偽油的紅外光譜在1 550～650 cm－1區(qū)域有明顯不同，該區(qū)域包括1 464 cm－1附近的—CH2基團(tuán)的彎曲振動(dòng)峰，1 377 cm－1是甲基(—CH3)的剪式振動(dòng)峰，1 160、1 118、1 095、1 030 cm－1等是酯鍵中碳氧單鍵(C—O)的伸縮振動(dòng)峰，960 cm－1處則為反式脂肪酸的特征變角振動(dòng)峰，722 cm－1附近的長鏈烷基的面內(nèi)搖擺振動(dòng)吸收峰(—CH2—)等區(qū)域可作為地溝油摻偽的鑒定分析［10］。

圖6 食用油、地溝油和摻偽油光譜(以PE為背景)

2.2.2 模型建立

從食用油、摻偽油和地溝油共73個(gè)樣品中，隨機(jī)取40個(gè)樣品數(shù)作為校正集樣品，其余33個(gè)為驗(yàn)證集樣品。利用油脂光譜區(qū)域1 550～650 cm－1結(jié)合判別分析建立定性分析模型，其結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯觯? 500～650 cm－1波數(shù)范圍內(nèi)，采用原始光譜結(jié)合判別分析建立定性分析模型，其識(shí)別率達(dá)到100%。

圖7 判別分析模式建立定性分析模型

2.3 模型驗(yàn)證

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)所建模型的可靠性，將未參建模的33個(gè)樣品(其中地溝油樣3個(gè)、食用油樣8個(gè)、摻偽油樣22個(gè))，利用模型進(jìn)行判別分析，其結(jié)果見表2。光譜范圍在1 550～650 cm－1，原始光譜利用判別分析，其識(shí)別率可達(dá)100%，表明基于涂膜法FTIR地溝油摻偽定性分析是可行的。

表2 地溝油鑒別模型驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)論

利用傅里葉紅外光譜結(jié)合涂膜食用油紅外透射光譜采集方法實(shí)現(xiàn)的對地溝油的定性分析。建立油膜光程模型為:y=0.898 2x+0.002 9(y為食用油油膜光程，x為4 334/4 300 cm－1處峰高)。利用模型統(tǒng)一所采集光譜的光程，可用于定性分析?；谕磕しㄊ秤糜虵TIR光譜地溝油摻偽研究果表明:在光譜范圍1 500～650 cm－1，采用原始光譜結(jié)合判別分析建立定性分析模型，在摻偽比例為1%時(shí)，模型識(shí)別率可達(dá)100%。

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