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食用油脂掺杂辨识指标的分析探讨

发布日期:2019-05-29 中国油脂网

 余盖文, 洪梦佳, 黄庆德,周 鑫,史训旺
(中国农业科学院 油料作物研究所,油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室,农业部油料加工重点实验室,
油料脂质化学与营养湖北省重点实验室,武汉 430062)
 
 
摘要:食用油脂掺杂是我国食品安全领域的重大问题之一,但是实现其快速准确检测仍是一个具有挑战性的任务。综述食用油脂掺杂检测技术体系分析指标,重点分析探讨了感官特征、物理化学特征以及谱学识别特征。此外,宏量化学组分(甘油三酯、脂肪酸)及其后生产物(反式脂肪酸、甘油三酯聚合物等)是决定油品多方面性质的核心指标,其存在具有必然性,且以光纤光谱仪为代表的便携化紫外光谱仪在近年来迅速发展和推广,也为此类技术用于生产、流通、销售和应用等各阶段的食用油脂掺杂防控提供了良好的应用基础。
关键词:油脂掺杂;检测技术体系;指标
中图分类号:TS227;TS207    文献标识码:A
文章编号:1003-7969(2019)04-0091-05
 
Discrimination characteristics of edible oil adulteration
YU Gaiwen, HONG Mengjia, HUANG Qingde, ZHOU Xin, SHI Xunwang
(Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, Key Laboratory of Oilseeds Processing, Ministry of
Agriculture, Oil Crops and Lipids Process Technology National & Local Joint Engineering, Oil Crops 
Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430062, China)
 
 
Abstract:Edible oil adulteration is one of the major problems in the field of food safety in China, but its rapid and accurate detection is still a challenging task. The characteristics of the adulteration detection technology system analysis indicators were reviewed, and the sensory characteristics, physicochemical characteristics and spectral recognition characteristics were emphatically discussed. In addition, macrochemical components (triglycerides, fatty acids) and their subsequent products (trans fatty acids, triglyceride polymers, etc.) were the core indicators for determining the multi-faceted nature of oils, and their existence was inevitable. The portable ultraviolet spectrometer represented by optical fiber spectrometer had been rapidly developed and popularized in recent years, and it also provided a good application basis for the adulteration prevention and control of such technologies in various stages of production, circulation, sales and application of edible oil.
Key words:oil adulteration; detection technology system; indicator

在高温条件下油脂会发生复杂的物理化学反应,同时生成多种有害物质,如反式脂肪酸、氢过氧化物、甘油三酯聚合物等,使油脂的感官品质、营养品质及加工品质均发生劣化\[1-2\]。此外,低价值油品仿冒或勾兑高价值油品可获得较高的经济收益且难以被普通消费者辨识。因此,对食用油脂掺杂检测技术体系的研究具有重要意义。
 
食用油脂掺杂都是将来源不同却具有高度化学相似性的甘油三酯分子混合,构成油品中的宏量成分并显示出较为一致的表观特征\[3\]。长期以来,人们对于常见油脂的品质鉴定认证、分析辨识技术进行了持续的开发和验证,试图破解不断升级和扩散的餐饮废油和异种油脂掺杂辨识问题\[3-4\]。本文探讨了目前基于油脂掺杂的快速检测指标特征,如感官特征、物理化学特征以及谱学特征,为读者了解更为全面的油脂品质分析及快速辨识技术手段提供参考。
 
1感官特征
 
感官特征不仅是衡量油脂品质的重要依据,也可作为油品辨识的简易标识,主要包括色泽、气味、滋味等。然而,影响油品色泽的因素繁杂,难以根据该特征判别油品优劣或来源。气味和滋味特征的描述在国家标准中虽然也有相关的特征描述,但易于受到评价者感官敏感度、辨识度及主观影响,并不能满足油品辨识要求\[5-7\]。
 
2物理特征
 
物理特征是根据油脂的物理特性所提取的特征指标,包括折光指数、凝固点等性质,这些性质可在一定程度上反映油脂的化学组成,其中不饱和脂肪酸含量影响较大。
 
油脂的折光指数,目前国家标准通过折光仪实施测定。油脂的折光指数与油脂的分子结构关系密切,油脂的折光指数随着脂肪酸组成不同而改变,脂肪酸的链长或者不饱和度增加,折光指数增加\[8\];通过折光仪测得,地沟油在22~32℃内的折光指数小于等于1.455,合格的食用油折光指数大于等于1.465,两油混合后折光指数介于两者之间\[8\]。然而,绝大多数油品的折光指数值非常接近,故而差异性和辨识度极低,以此作为依据不足以应对复杂的油脂掺杂鉴别问题。
 
凝固点,国家标准对动植物油脂凝固点测定已经作出明确的要求。高凝固点的特性可以被用来识别餐饮废油,这是由于餐饮废油的原料中往往混有大量动物脂肪,其中饱和脂肪含量高,在较低的温度下放置后会逐渐凝固,形成絮状的物质从液态油脂中析出\[9\]。
 
电导率是油脂重要的物理特征之一。食用油脂在加工过程中一般不会混有金属离子,通过电导率可实现对食用油脂掺杂地沟油进行检测。葛亮等\[10\]设计了一种食用油脂掺杂地沟油快速检测系统,系统测试实验证明,食用油脂中掺杂地沟油的体积分数与测得的电导率之间具有一定的线性关系。
 
3化学特征
 
根据油脂的化学特征目前学界较为认可的分析方法为仪器分析方法,尤其大型分析仪器,包括气相色谱和核磁共振法等。油脂化学特征可分为内源性化学组分和外源性化学组分。
 
3.1天然内源性化学组分
 
天然内源性指标物是指在油脂加工、使用和储藏过程中天然伴生物,其存在具有必然性。其中,主要是脂肪酸、甘油三酯等化学组分。
 
3.1.1脂肪酸
 
研究表明,不同油脂脂肪酸组成是存在显著性差异的,且是其难以改变的特性,科学研究者常采用气相色谱法对油脂脂肪酸组成进行直接分析,往往通过多油品比对某种脂肪酸的差异或者建立不同油脂指纹图谱数据库和掺杂辨识模型,后者不仅能够正确辨识油脂种类,还可以对油脂的营养价值进行评估\[11-12\]。许秀丽等[13]利用气相色谱内标法对多种植物油、餐饮废油、动物油脂中的脂肪酸含量进行测定,通过比对脂肪酸组成和含量的不同建立异种油脂的特征指纹谱库,借助该指纹谱库能够归属判定多种植物油脂。
 
3.1.2甘油三酯
 
植物油脂都具有各自独特的甘油三酯特性,分析其结构组成能够了解植物油脂性质及用途,也能够作为鉴别各种植物油脂特征的指纹信息\[14-15\]。目前甘油三酯的测定方法多基于高效液相色谱来完成,其分析获得的数据信息能够为甘油三酯结构研究和油脂掺杂鉴别提供较强的基础支持。张东等[14]利用高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱法探索了大豆油甘油三酯的组成特性,采用APCI电离源,分子碎片少且规律性较好,根据这些碎片信息可以推断脂肪酸类型,从而进一步推断甘油三酯类型,并采用面积归一化法测定了各甘油三酯的相对含量。
 
3.1.3蜡
 
油脂中的蜡是高级一元羧酸与高级一元醇形成的酯。不同类型的橄榄油的蜡含量是不同的,按照《橄榄油和油橄榄果渣油贸易标准》规定,特级初榨橄榄油和中级初榨橄榄油蜡含量小于等于250mg/kg,精炼橄榄油、混合橄榄油蜡含量小于等于350mg/kg,而油橄榄果渣油大于350mg/kg,从而使得其可以用作橄榄油纯度指示剂\[16\]。
 
3.1.4甾醇
 
甾醇是构成不皂化物的主要部分,用于认证橄榄油微量化合物的最重要部分\[17\]。因为4-去甲基甾醇的浓度范围能够真实反映食用油脂的特征,被广泛应用于检测橄榄油与其他油脂掺杂的指示物。菜籽油含有较高含量的菜油甾醇,而葵花籽油含有高水平的Δ7-豆甾烯醇,橄榄油具有高水平的β-谷甾醇和Δ5-α-甾烷醇,菜油甾醇和豆甾醇的含量低\[18\]。Grob等[19]利用液相色谱-气相色谱-火焰离子化检测器技术直接测定油脂中甾醇类物质的含量,以此检测菜籽油和大豆油掺杂橄榄油的情况。通过测定菜籽甾醇的含量能够鉴别出约2%菜籽油掺杂量;通过测定菜油甾醇和豆甾醇的含量能够鉴别出10%大豆油掺杂量。
 
3.1.5胆固醇
 
餐饮废油通常是不同来源的食用油脂混合而成的,含有动物油脂和植物油脂。植物油脂中很少含有或者不含胆固醇,而动物油脂含有大量胆固醇。所以通过检测植物油脂中胆固醇含量,来判断植物油脂中是否掺杂了餐饮废油\[20\]。
 
3.2后生内源性化学组分
 
在高温条件下,油脂会发生复杂的物理化学反应,生成多种后生内源性化学组分\[1-2\]。通过对多种后生内源性化学组分的测定,可反映食用油脂基础品质特征,也在一定程度上为食用油脂是否掺杂餐饮废油提供依据。
 
3.2.1游离脂肪酸
 
酸价是评价油脂质量以及精炼程度的重要参数。油脂在长期储存过程中,由于受微生物、酶和热的作用发生缓慢水解,产生游离脂肪酸\[21\]。油脂酸价越低,精制的质量及新鲜程度越好。食用油脂酸价高可能会导致人体胃肠道不适、腹泻和肝脏损害\[22\]。根据我国GB2716—2018《食品安全国家标准植物油》,酸价(KOH)大于3mg/g的食用植物油被认为是不合格的。
 
3.2.2反式脂肪酸
 
反式脂肪酸主要由以下3种方式产生:①反刍动物体内脂类代谢;②油脂氢化工艺;③油脂精炼加工\[23\]。反式脂肪酸含量通常用红外光谱或者气相色谱进行测定。GB28050—2011《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》规定了反式脂肪酸“0”界限值(每100g或者100mL)的标准为小于等于0.3g。
 
3.2.3聚氧化甘油三酯
 
聚氧化甘油三酯与食用油脂受热氧化程度密切相关,是深层次的氧化产物,即便通过精炼加工也不能去除,常被用作表征油脂经历氧化程度的首要判据\[24\]。目前国内外测定聚氧化甘油三酯的方法主要是联合硅胶色谱柱和高效体积排阻色谱完成,即先利用色谱柱分离食用油脂中的极性组分,然后通过高效体积排阻色谱技术对分离得到的各个极性组分进行定性和定量分析\[25\]。
 
3.2.4脂肪酸氢过氧化物
 
油脂在自然界中由于受氧气、光照、脂肪氧合酶等作用,会产生氢过氧化物\[26\]。我国《食品安全国家标准植物油》中明确提出,食用植物油和植物原油的过氧化值不得超过0.25g/100g。目前,测量食用油脂过氧化值的方法主要是滴定法、比色法等。
 
3.3外源性组分
 
3.3.1水分
 
水分测定是餐饮废油鉴别领域最基本最重要的办法之一,目前国家标准认定通过恒重法测定,近来也有试图利用溶剂萃取耦合FTIR技术测定的研究报道\[27\]。餐饮废油的水分含量高于1%,食用油脂的水分含量则少于0.2%,根据水分含量的不同,可以对食用油脂中是否含有餐饮废油进行鉴定,但是水分含量却不能作为深度煎炸油的鉴别指标。
 
3.3.2重金属
 
重金属超标是废弃油脂的重要特点之一。在工厂废弃油脂复炼加工过程中常常使用硫酸作为吸水剂使油水分离,由于浓硫酸等物质具有较强的腐蚀性,当其接触金属容器后会在废弃油脂中带入重金属,这将导致废弃油脂内锰、锌、铜等金属元素严重超标,因此可以通过测量重金属的方法来甄别正常油脂掺杂废弃油脂的现象\[28\]。
 
3.3.3核酸(动物基因片段)
 
由于废弃油脂中包含各种过期、腐败后的动物骨骼、器官等经过简单加工提炼而成的油脂,废弃油脂中就包含许多动物油脂,也就是说会有相应的动物基因片段。然而,目前市场上的食用油脂多为植物油,不应该含有动物基因片段,据此可以用来鉴别废弃油脂和正常食用油脂\[29\]。
 
3.3.4黄曲霉毒素
 
我国GB2761—2017《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》中规定大多数食用油脂黄曲霉毒素B1的最高限量为10μg/kg,花生油、玉米油则为20μg/kg。但是,黄曲霉毒素不能用来鉴别经过精炼加工的废弃油脂,因为废弃油脂碱炼时,在碱性条件下黄曲霉毒素结构会被破坏,形成溶于水的盐\[30\]。
 
3.3.5多环芳烃
 
多环芳烃是废弃油脂检测中敏感指标较为重要的一个,也是重要的食用油脂污染物之一。其中,较为突出的是苯并(a)芘,是强致癌物。GB2762—2017中规定食用油脂残留苯并(a)芘最高限量为10μg/kg。正常食用油脂中多环芳烃的含量是很低的,而一旦受热,其含量就会逐渐增多,且与加热时间和温度呈正相关,因此多环芳烃可以用来作为检测正常食用油脂和废弃油脂的指示物\[31\]。通常分离和测定多环芳烃的方法主要有荧光分光光度技术、GC-MS联用检测技术、高效液相色谱技术等\[32\]。
 
4谱学识别特征
 
依据上文所述,油脂品质分析主要是针对已知的目标组分分析辨识,而在未知检测目标组分的前提下常采用谱学特征辨识,主要有光谱分析、核磁共振、同位素分析和多维色谱,其中以光谱分析和低场核磁共振技术分析为主,且结合化学计量学方法以达到辨识的目的。
 
4.1红外光谱特征
 
红外光谱通常可以分为远红外区、中红外区和近红外区。其中,较为重要的是近红外区,其主要测量含氢基团振动的倍频和合频吸收。食用油脂中的宏观组分主要是脂肪酸甘油酯,其脂肪酸的差别主要表现在—CH2—以及—CC—的数量不同,而近红外光谱能显示出此类官能团的差别。
 
孙通等[33]采用可见/近红外光谱法以及无信息变量消除-遗传算法变量选择方法对掺入较低比例菜籽油(1%~10%)的山茶油和纯山茶油进行快速鉴别,同时利用线性判别分析的方法建立山茶油和掺杂山茶油的鉴别分类模型,实验结果良好。
 
近红外光谱图中含有大量的杂波和噪声信息,这对有效辨识信息的提取造成了很大的阻碍,因此目前通常需要借助化学计量学方法来实施信息精炼。而化学计量学方法所用数学模型通常不具备化学可释性,因此容易因建库数据不足而导致模型存在系统性偏差的问题。
 
4.2紫外光谱特征
 
紫外吸收光谱反映的是油脂对紫外光的吸收性质,这取决于油脂分子的未共享电子对的共轭情况和分子的双键数目,因此不同种类的油脂紫外吸收光谱也不同。
 
杨晨等[34]建立了一种针对花生油掺杂检验方法,依据花生油与其他植物油在280nm处特征吸收峰不同,确定花生油掺杂检验测量模型,并建立方程:y=46.72x-27.51,R2为0.9779。此外,盲样检验预估值和真实值具有极好的线性相关性。Zhang等[35]采用紫外可见分光光度法结合化学计量学法研究食用油脂的酸价,利用偏最小二乘回归(PLS)和主成分回归(PCR)建立针对各种油脂酸价的独特定量分析方法。
 
虽然紫外光谱法得出的光谱信息较少,但各波段信息的化学对应性明确,有利于实现较为完善的解析,而且紫外吸收信号与食用油脂热处理及氧化过程关系更为密切,因此试图利用紫外光谱信息结合化学计量学技术判断油脂品质是可行的\[36\]。
 
4.3低场核磁共振特征
 
在油脂煎炸过程中,甘油三酯被氧化、分解、聚合等形成甘油单酯、甘油二酯、小分子醛和酮,以及聚合物。样品的微观分子结构中氢质子的存在以及样品的物理和化学环境在一定程度上发生变化,当其处于恒定磁场中并且被外部施加的射频脉冲而发生共振时,低场核磁弛豫信号也相应地发生变化\[37\]。赵婷婷等[38]以猪油作为研究对象,研究薯条煎炸过程中猪油的低场核磁弛豫特性和理化指标的变化规律,并通过主成分回归分析建立了低场核磁弛豫特征预测物理和化学指标的相关模型,以有效监测煎炸油脂和食品的质量。
 
5结束语
 
食用油脂的掺杂问题日趋复杂,现有辨识技术在可靠性或通用性上尚存在一定局限。只有油脂本身的宏量化学组分(甘油三酯、脂肪酸)及其后生产物(反式脂肪酸、甘油三酯聚合物等)才是决定油品多方面性质的核心指标,而且其存在具有必然性,因此能够作为可靠且通用的辨识指标。
 
针对油脂宏量化学组分及其后生产物的信息采集或定量表征方法通常涉及液相色谱、气相色谱以及红外光谱等复杂分析仪器的使用,不仅设备成本高昂,而且操作复杂,因此难以推广应用于油品的临场化快速分析和评判。而以光纤光谱仪为代表的便携化紫外光谱仪在近年来迅速发展和推广,也为此类技术用于生产、流通、销售和应用等各阶段的食用油脂掺杂防控提供了良好的应用基础。

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