菜籽油熱氧化過程中熒光光譜特征的變化研究

摘 要：為探討菜籽油熱氧化過程中熒光光譜特征的變化規律，采用平行因子分析方法結合二維相關技術解析菜籽油的三維同步熒光光譜，并與油脂氧化化學指標進行相關分析。結果表明：菜籽油具有葉綠素a的熒光特征（Δλ=10 nm， λex=674 nm）和葉綠素b的熒光特征（Δλ= 60 nm， λex=620 nm）；熱氧化過程中，產生了（Δλ=60 nm， λex=448 nm）的特征同步熒光峰。雙因子的平行因子分析表明：Δλ為10和60 nm的同步熒光光譜分別為第一、第二主要成分，分別對應葉綠素a和油脂氧化產物的熒光特征；隨著熱氧化時間的延長，葉綠素a的同步熒光強度降低，而油脂氧化產物的同步熒光強度逐漸升高。二維相關分析表明，葉綠素a熱氧化速度、葉綠素b熱氧化速度、油脂氧化產物生成速度依次降低。代表葉綠素氧化程度的SFI674和代表油脂氧化產物產量的SFI448與油脂氧化化學指標具有良好的相關性。因此，同步熒光光譜可作為衡量食用油熱氧化劣變的指標。

關鍵詞：平行因子分析； 二維相關技術； 熱氧化； 三維同步熒光光譜； 菜籽油

1 引 言

食用油含有的生育酚、葉綠素、黃酮類物質以及污染物黃曲霉毒素、多環芳烴類物質具有熒光特性，這些物質的存在使得采用熒光光譜法檢測食用油成為可能^[1]。同步熒光分析具有譜圖簡化、靈敏度高、方法簡單等特點，已初步應用于橄欖油產地判別和煎炸油質量分析等方面^[2～5]。這些研究多采用單一波長差（Δλ）的同步熒光光譜，不能完整表征食用油熒光物質，并且對其熒光物質變化規律有待深入研究。

三維同步熒光光譜是通過在不同Δλ下掃描激發光譜得到的三維圖譜，三個維度分別是激發波長、Δλ和熒光強度，可提供待測樣品的全波長熒光圖譜及特征熒光峰。平行因子分析方法對其進行數學分解，可實現未知干擾共存下多個性質相似物質響應信號的同時分辨，解析得到具有物理意義的相應特征成分，從而實現目標組分的同時定性分析和定量測定^[6～8]。

二維相關光譜技術具有簡化復雜光譜的作用，考察外界微擾作用下體系內部各種組成成分或微觀結構單元相應的變化情況，以及這些變化之間的相互聯系^[9]，已經在紅外、熒光等方面得到研究^{[10，11]}。

因此，為研究加熱過程中菜籽油熒光成分的變化規律，本實驗首先掃描菜籽油的三維同步熒光光譜，然后結合平行因子分析方法得到熱氧化過程中的主要成分，并利用二維相關技術對主要成分的相互作用進行分析，最后對菜籽油的過氧化值、酸價、茴香胺、CD值等指標進行相關性分析，為食用油品質檢測提供理論依據。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

采用Cary Eclipse熒光分光光度計，1 cm石英比色池（VARIAN有限責任公司）。三維同步熒光光譜掃描條件為：激發波長260～700 nm，波長差Δλ為10～100 nm，激發狹縫10 nm，發射狹縫10 nm，掃描速度1200 nm/min，間隔2 nm。

菜籽油購自滁州蘇果超市。取3 L菜籽油，置于干凈的不銹鋼鍋中，插入溫度計。利用電磁爐加熱，使油樣溫度迅速升至180 ℃并開始計時，在（180±5）℃溫度下，按下列時間取樣：0.5， 1.0， 1.5， 2.0， 2.5， 3.0， 3.5， 4.0， 4.5， 5.0， 5.5和6.0 h；并冷卻至室溫，共得到包含原油在內的14個樣品。隨機抽取樣本直接掃描，每份樣本分別掃描3次，取平均光譜作為分析光譜。

酸價、過氧化值的測定參照GB/T 5009.37-2003《食用植物油衛生標準的分析方法》；茴香胺值的測定參照GB/T 24304-2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》；CD值測定參照AOCS Ti 1a-64的方法。

3.2 平行因子分析方法分析菜籽油煎炸過程

對菜籽油及熱氧化菜籽油共14個樣品的三維同步熒光光譜數據進行平行因子分析，如圖2所示。平行因子分析方法對預估計的因子數非常敏感^[12]。本實驗采用核一致診斷算法和變量解釋率來確定確定因子數，結果如圖2a所示。核一致診斷算法由Bro等提出，通過計算平行因子分析模型中超對角陣T和最小二乘擬合陣G之間的相似程度即核一致值來估計組分數。當因子數的核一致值大于60%時，就達到了擬合三維數據合適的因子數^[13]。變量解釋率是指因子的方差占總變量方差的比例，變量解釋率60%以上，說明選定的因子能代表總變量。從圖2a可見，當因子數為2時，核一致性為100%，變量解釋率為93.63%；當因子數為3時，核一致性為9%，變量解釋率為96.42%，可認為嚴重偏離三線性，出現過擬合現象。所以，實驗采用雙因子模型對菜籽油14個樣品的三維同步熒光光譜進行平行因子分析。

未受熱菜籽油的同步熒光光譜在670 nm處為葉綠素a的峰，比Δλ為10 nm的674 nm藍移了4 nm，這是Δλ增大所致。隨著熱氧化時間的延長，葉綠素a峰強逐漸降低并且峰位置由670 nm藍移到660 nm，這可能是葉綠素a逐漸氧化生成10-羥基葉綠素所致^[14]。葉綠素b峰強逐漸降低并且峰位置由620 nm藍移到612 nm，這可能是葉綠素b結構發生破壞產生10-甲氧基葉綠素所致^[14]。同時，448 nm處產生了熒光峰，并逐漸升高，說明熱氧化產生了新熒光物質，并且其濃度逐漸升高，與文獻[5]一致。

為研究菜籽油熱氧化過程中更多的熒光物質變化規律，以熱氧化時間為外界微擾，對14個樣品Δλ為60 nm的同步熒光光譜進行二維相關分析，得到如圖4所示的二維相關圖。

二維相關圖中對角線上出現的強度峰為自相關峰，位于對角線以外的稱為交叉峰，另外填充紅色相關強度區域為正峰，填充紫色相關強度區域為負峰。同步譜中，正相關峰代表了以熱氧化時間為變量的同步熒光光譜中的基團振動峰變化方向一致的行為；負相關峰代表了以熱氧化時間為變量的同步熒光光譜中的基團振動峰取向變化相反的行為^[15]。根據Noda法則，異步譜中在（ν1，ν2）位置為正峰則意味著在ν1的光強變化早于ν2； 如果在（ν1，ν2）位置為負峰則意味著光強變化ν1晚于ν2。但當（ν1，ν2）處于同步譜中負值區域時，上述光強變化順序正好相反^[15]。

3.4 熱氧化過程中菜籽油的同步熒光強度與化學指標的相關性

菜籽油化學指標測定結果表明，隨熱氧化時間的延長，代表共軛雙烯含量的CD逐漸升高，代表醛類化合物含量的茴香胺值逐漸升高，表示甘油三酯水解程度的酸價逐漸升高，代表過氧化物含量的過氧化值總體升高，這說明菜籽油氧化劣變程度逐漸加深。

分別對菜籽油熱氧化過程中第一主要成分（10 nm，674 nm）的同步熒光強度（SFI674）、第二主要成分的（60 nm，448 nm）同步熒光強度（SFI448）與油脂氧化的化學指標進行Pearson相關分析，結果顯示，SFI674與各化學指標成負相關，并且相關系數的絕對值均在0.91以上；SFI448與各化學指標成正相關，相關系數均在0.89以上，說明采用代表葉綠素氧化程度的SFI674或代表二級氧化產物產量的SFI448作為衡量油脂熱氧化劣變指標是可行的。因此，同步熒光光譜可作為衡量油脂熱氧化劣變、判別二次油的有力工具。