于迎濤, 王季鋒, 孫玉葉, 李福娟, 萬 超

1. 大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116026 2. 國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 青島 266033 3. 中華人民共和國大連海關(guān)檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，遼寧 大連 116001

引 言

食用油摻假侵害消費(fèi)者權(quán)益，危害公眾健康，相關(guān)鑒別研究具有重要意義。 隨著摻假手段不斷翻新，對(duì)鑒別辨識(shí)度提出更高要求，傳統(tǒng)方法面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 尤其是，當(dāng)摻假食用油中假冒組分比例降低時(shí)，摻假油與正品油非常相似。 目前，低量摻假食用油已成為打假鑒別的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

二維相關(guān)譜通過引入微擾因子，獲得比一維光譜更豐富的樣品特征信息，在聚合物[1-2]、液晶[3]、蛋白質(zhì)和多肽[4]、爆炸物[5]等研究中得到廣泛應(yīng)用。 有關(guān)中藥材(比如，半夏、金銀花[6]、貝母[7-8]、金盞菊、葛根[9])以及食品(比如，牛奶[10]、基酒)鑒定的二維相關(guān)譜研究也取得進(jìn)展。

橄欖油具有預(yù)防心腦血管疾病等多種天然保健功效。 采用光譜技術(shù)鑒別橄欖油的研究已受關(guān)注[11-12]。 本文選取降溫作為擾動(dòng)因子，采用同步二維拉曼相關(guān)譜，結(jié)合系統(tǒng)聚類分析，開展高辨識(shí)度的橄欖油低量摻假鑒別研究，相關(guān)結(jié)果對(duì)于其他油品鑒別也具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

選取一級(jí)大豆油作為假冒組分，按照摻假質(zhì)量比為5%，10%和20%的比例，分別摻入特級(jí)初榨純橄欖油，振蕩混勻，得到三種低量摻假橄欖油。 將純橄欖油與摻假橄欖油，分別封裝于硬質(zhì)玻璃毛細(xì)管中待測(cè)； 每種油樣分別制備標(biāo)樣和盲樣。

1.2 光譜采集與數(shù)據(jù)處理

采用Horiba Jobin Yvon XploRA顯微共焦拉曼光譜儀，配備自動(dòng)樣品臺(tái)及可控降溫樣品臺(tái)。 激發(fā)光波長532 nm，CCD檢測(cè)器溫度-70 ℃，物鏡10×，曝光時(shí)間5 s，累加60次，光柵2 400 T，采集范圍2 760～3 100 cm-1。 降溫范圍為+15～-20 ℃，間隔5 ℃，每個(gè)溫度恒定30 min。 使用NGSLabSpec 5.0軟件對(duì)采集的一維拉曼譜進(jìn)行基線扣除和數(shù)據(jù)歸一化； 然后，基于Noda方法通過Matlab編程求算同步二維拉曼相關(guān)譜，采用origin軟件繪制同步二維拉曼相關(guān)譜。 將同步二維拉曼相關(guān)譜轉(zhuǎn)化為一維向量，進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。 聚類方法為組間連接，度量依據(jù)為平方歐式距離。

2 結(jié)果與討論

2.1 降溫?cái)_動(dòng)效應(yīng)

圖1 純橄欖油及摻假橄欖油的拉曼光譜(15 ℃)Fig.1 Raman spectra of the pure and theadulterated olive oils at 15 ℃

圖2是不同溫度條件下的純橄欖油拉曼光譜。 如圖2所示，在+15～0 ℃范圍，純橄欖油的拉曼譜峰隨溫度變化不明顯，最強(qiáng)峰位于2850 cm-1附近。 相比而言，當(dāng)溫度低于0 ℃時(shí)(-5～-20 ℃)，純橄欖油的拉曼光譜出現(xiàn)顯著變化。 主要特征峰位于2 848，2 883，2 933，2 956和3 005 cm-1附近。 2 848 cm-1為亞甲基對(duì)稱伸縮振動(dòng)的特征峰(2 850 cm-1)隨溫度降低發(fā)生紅移所致，相對(duì)峰強(qiáng)呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。

圖2 純橄欖油在不同溫度條件下的拉曼光譜Fig.2 Raman spectra of the pure olive oilat different temperatures

與純橄欖油類似，摻假5%，10%和20%的橄欖油的拉曼光譜在+15～0 ℃范圍變化不大，純橄欖油與摻假橄欖油之間的差異不明顯(圖略)。 相比而言，在-5～-20 ℃范圍，摻假橄欖油的拉曼光譜隨著溫度降低發(fā)生明顯變化。 圖3(a)—(d)為-5，-10，-15，-20 ℃時(shí)，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼光譜對(duì)比圖。 如圖所示，溫度降至-5 ℃[圖3(a)]時(shí)，純橄欖油與摻假5%、10%的橄欖油略有差別，與摻假20%的橄欖油差異明顯。 降至-10 ℃[圖3(b)]以及-15 ℃[圖3(c)]時(shí)，純橄欖油與摻假橄欖油的差異增大； 摻假5%與摻假10%的橄欖油拉曼光譜較為相似，二者與摻假20%的橄欖油明顯不同。 溫度進(jìn)一步降至-20 ℃[圖3(d)]時(shí)，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼譜差異更為明顯，摻假5%與摻假10%的橄欖油拉曼光譜呈現(xiàn)出較顯著差異。

總體而言，大豆油摻混比例增加時(shí)，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼光譜差異增大。 當(dāng)溫度降至0 ℃以下時(shí)，隨著溫度降低，純橄欖油與摻假橄欖油的差異變得明顯。

2.2 二維拉曼相關(guān)光譜

圖4(a)—(d)分別為純橄欖油、摻假5%，10%和20%的橄欖油的同步二維拉曼相關(guān)譜，表征了以降溫為擾動(dòng)因子時(shí)，拉曼信號(hào)變化的協(xié)同程度。 圖中，紅色表示正相關(guān)，藍(lán)紫色表示負(fù)相關(guān)。 主對(duì)角線上的自相關(guān)峰，表征該波數(shù)處的拉曼信號(hào)在降溫過程中的變化程度； 主對(duì)角線兩側(cè)的交叉峰，反映與交叉峰對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波數(shù)處的特征信號(hào)隨溫度變化的相關(guān)性。

圖3 純橄欖油與摻假橄欖油在不同溫度時(shí)的拉曼光譜對(duì)比(a): -5 ℃； (b): -10 ℃; (c): -15 ℃; (d): -20 ℃Fig.3 Comparison of Raman spectra of the pure and the adulterated olive oils at different temperature(a): -5 ℃； (b): -10 ℃; (c): -15 ℃; (d): -20 ℃

如圖4所示，與摻假5%[圖4(b)]、10%[圖4(c)]、20%[圖4(d)]的橄欖油相比，純橄欖油[圖4(a)]在2 925 cm-1附近的自相關(guān)峰(紅色)強(qiáng)度最大。 自相關(guān)峰強(qiáng)度對(duì)比排序?yàn)椋?純橄欖>摻假5%橄欖油>摻假10%橄欖油>摻假20%橄欖油，表明隨著摻假組分(大豆油)比例增大，此自相關(guān)峰強(qiáng)度減弱。 對(duì)比(2 925和2 883 cm-1)處的負(fù)交叉峰，純橄欖油的負(fù)交叉峰強(qiáng)于摻假橄欖油，隨著摻假組分比例增大，此負(fù)交叉峰的強(qiáng)度相應(yīng)減弱。 這些結(jié)果顯示，采用降溫作為擾動(dòng)因子的同步二維拉曼相關(guān)譜，可明顯探測(cè)到純橄欖油與低量摻假橄欖油的差異。

2.3 系統(tǒng)聚類分析

采用降溫作為擾動(dòng)因子，分別測(cè)定及求算純橄欖油及摻假橄欖油的所有標(biāo)樣 (SS)及盲樣 (BS)的同步二維拉曼相關(guān)譜，然后進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。 在系統(tǒng)聚類過程中，不對(duì)分類數(shù)以及類的結(jié)構(gòu)進(jìn)行事先假定，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征求算出各樣品的親疏關(guān)系樹狀圖。

圖4 (a)純橄欖油及摻假(b)5%，(c)10%，(d)20%的橄欖油的同步二維拉曼相關(guān)光譜Fig.4 Synchronous two-dimensional Raman correlation spectra of (a) the pure andthe adulterated (b) 5%, (c) 10%, (d) 20% olive oils

如圖5所示，純橄欖油、摻假比例分別為5%，10%和20%的摻假橄欖油的盲樣及標(biāo)樣，分別各自聚成一類。 純橄欖油與摻假5%大豆油的橄欖油可明顯區(qū)分。 當(dāng)摻假比例增至10%和20%時(shí)，純橄欖油與摻假橄欖油的差異更加顯著。

圖5 同步二維拉曼相關(guān)譜的系統(tǒng)聚類分析樹狀圖

當(dāng)食用油摻假比例低于10%時(shí)，非法牟利空間已非常有限。 本研究采用的假冒組分為與橄欖油相似度較高、雜質(zhì)很少的一級(jí)大豆油。 結(jié)果表明，采用降溫作為擾動(dòng)因子的二維同步拉曼相關(guān)譜，可高辨識(shí)度地鑒別低量摻假橄欖油。 有理由預(yù)期，對(duì)于摻入其他假冒組分的摻假橄欖油以及其他種類的食用油鑒別，這種方法也應(yīng)具有良好的辨識(shí)能力，對(duì)于打擊食用油摻假、維護(hù)公眾健康具有重要意義。

3 結(jié) 論

采用降溫作為擾動(dòng)因子，在+15～-20 ℃溫度區(qū)間，對(duì)比了純橄欖油和摻入5%，10%，20%大豆油的摻假橄欖油的拉曼光譜以及同步二維拉曼相關(guān)譜。

在+15～0 ℃區(qū)間，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼光譜非常相似，譜峰隨溫度變化不明顯。 當(dāng)溫度降至0 ℃以下后，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼光譜發(fā)生顯著變化； 隨著溫度降低，純橄欖油與摻假橄欖油的拉曼光譜差異逐漸增大。

同步二維拉曼相關(guān)譜的對(duì)比結(jié)果顯示，隨著摻假比例增加，2 925 cm-1附近的自相關(guān)峰和2 925和2 883 cm-1處的負(fù)交叉峰強(qiáng)度出現(xiàn)明顯減弱。 系統(tǒng)聚類分析顯示，純橄欖油以及摻假橄欖油的盲樣，均可得到準(zhǔn)確辨識(shí)。 采用降溫作為擾動(dòng)因子的同步二維拉曼相關(guān)譜，對(duì)于橄欖油低量摻假具有很高的辨識(shí)能力，也可為其他油品鑒別提供理論和技術(shù)參考。