基于指紋圖譜相似度的米糠油摻偽檢測方法研究

喻鳳香 林親錄 黃中培

(湖南生物機電職業技術學院1，長沙 410127)

(中南林業科技大學2，長沙 410004)

米糠油又稱稻米油，近年來被稱為“油中真黃金”，與玉米胚芽油、橄欖油同為世界衛生組織(WHO)推薦的三大健康油。米糠油是稻谷加工過程中產生的米糠經過壓榨或浸提制取的油脂［1］，富含 γ －谷維素［2－3］、維生素 E、植物甾醇［4］。其營養價值極高，且具有預防心腦血管疾病、降血脂、促進新陳代謝等生理功能［5－8］。植物油由于種類、營養價值不同而價格差異很大。國內北大荒集團、銀河藥業、中糧集團、萬和園油脂等都有米糠油生產和銷售，比較各品牌米糠油與其他食用油的價格，米糠油價格與壓榨花生油類似，低于橄欖油、油茶籽油，稍高于玉米胚芽油、葵花籽油，明顯高于大豆油、棉籽油、菜籽油、棕櫚油。當前植物油購銷市場全面放開，生產經營人員為了利益常用價廉的油脂摻入高級油品中，以節約成本，謀取暴利。

目前對于米糠油的研究偏重于其制備工藝，對摻偽檢測的專題研究鮮見報道。相似度作為指紋圖譜的一個參數，已被國家藥典委員會確定為指紋圖譜標準中的一項重要評價指標。單個譜圖涉及的色譜峰可能上百，進行峰匹配工作非常繁瑣。王龍星等［9］利用VB6.0編制程序，進行自動匹配，可計算相似度。本研究采用指紋圖譜相似度判別米糠油中廉價油脂的摻偽量。植物油的主要脂肪酸組成大部分有相同之處，但是主要脂肪酸的含量是不同的，根據主要脂肪酸的組成與含量，即可鑒別油品種類，一種植物油中摻混有其他油脂后，必然會改變其脂肪酸的組成與含量，與其對應的純品油脂肪酸進行比較，即可以鑒別出摻偽油種及含量。

1 材料與方法

1.1 材料

米糠油、菜籽油、大豆油:自制;棕櫚油:市售，馬來西亞進口;棉籽油:市售。

1.2 油脂的甲酯化與色譜分析［10］

取油脂3～5滴于10 mL容量瓶中，稱重，加入1 mL乙醚，1 mL石油醚，搖勻，加入2 mL KOH－甲醇液，振搖，靜置8 min，用蒸餾水定容。靜置分層，上層液為氣相色譜待測液。載氣為純度99.999%氮氣，柱后流速1.8 mL/min;進樣口溫度240℃;檢測器溫度240℃;柱室220℃;分流比28∶1;進樣量1 μL;空氣流速280 mL/min;氫氣流速30 mL/min;量程1。

1.3 模擬摻偽

米糠油中摻入各種油脂，進行氣相色譜分析。摻偽量為0%～100%的遞增濃度，實際摻偽量見表1，將5種油脂按表中比例摻入到米糠油中，共計50個樣品。

表1 油脂摻偽量

1.4 指紋圖譜相似度的計算

每個色譜指紋圖譜都可以看做一組對應保留時間下的峰高(或峰面積)的數值，可將這組數值看做多維空間中的向量，使兩個指紋圖譜間相似性的問題轉化為多維空間的2個向量的相似性問題。如果存在2個向量X、Y，則X、Y之間的向量夾角余弦可利用式(1)計算。

1.5 數據分析

數據分析采用 Mathematica、Spss17.0、Excel軟件。

2 結果與分析

2.1 各類植物油主要脂肪酸的種類

將各樣品的色譜流出曲線導入中國藥典委員會推薦的指紋圖譜相似度評價軟件2004A版可進行直觀分析和相似度分析，圖1是各類純植物油的脂肪酸色譜圖，與脂肪酸標樣譜圖對照可知米糠油的主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。棉籽油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸。棕櫚油主要脂肪酸為癸酸、豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。菜籽油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸、芥酸。大豆油主要脂肪酸為豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸。各油脂脂肪酸含量與比例不同，米糠油模擬摻偽后相應的脂肪酸含量和比例也會發生規則性的變化，但一種或幾種脂肪酸含量變化規律往往不能完全代表油脂的摻偽量，因此本研究以指紋圖譜相似度來研究摻偽量。

圖1 各類油脂的氣相色譜圖

2.2 米糠油中摻棕櫚油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例棕櫚油的米糠油、純棕櫚油共計 10 份樣品的 C10∶0、C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量輸入excel，通過直觀分析和特征脂肪酸分析，上述10個脂肪酸含量均呈線性變化，因此計算夾角余弦選取該10個脂肪酸含量作為向量，權重均等。利用式(1)計算各摻偽米糠油對純米糠油的相似度(見表2)，結果表明摻偽量越多，指紋圖譜相似度越小，兩者呈線性遞減曲線，見圖2。其線性方程式見式(2)。通過線性方程式計算摻偽量，與實際摻偽量進行比較，計算相對誤差，相對誤差平均值為2.22%。分別摻偽1%、2%、3%、4%、5%進行進行驗證試驗，相對誤差分別為 9.22%、5.92%、6.00%、5.71%、5.40%，因此這個模型可以快速準確的檢驗米糠油摻偽棕櫚油的量，任意摻偽量范圍內檢測相對誤差均＜10%。摻偽量越大誤差越小，摻偽量＞2%時，相對誤差 ＜7%，平均值為3.31%。摻偽量大于20%，相對誤差＜±2.6%，平均值為1.16%。

圖2 指紋圖譜相似度與摻偽量模型

式中:y為指紋圖譜相似度/%;x為棕櫚油摻偽比例。

表2 米糠油摻棕櫚油指紋圖譜相似度與相對誤差

2.3 米糠油中摻菜籽油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例菜籽油的米糠油、純菜籽油共計 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶1含量輸入excel，通過直觀分析和特征脂肪酸分析，其中 C14∶0、C16∶0、C18∶2、C18∶3、C20∶1、C22∶1呈線性變化，因此計算夾角余弦選取該6個脂肪酸含量作為向量，權重均等。計算各摻偽米糠油對純米糠油的相似度(表2)，結果表明摻偽量與指紋圖譜呈線性遞減曲線，見圖3。其線性方程式見式(3)。試驗條件下相對誤差均小于10%，平均相對誤差為2.58%。摻偽量11.44%的試驗組相對誤差最大，為10.69%。設計11% ＜摻偽量＜24%的驗證試驗，分別摻偽14%、18%、22%進行同樣色譜分析和相似度計算，相對誤差分別為 7.35%、4.38%、2.25%，因此這個模型在摻偽量＞14%時可以快速準確的檢驗米糠油摻偽菜籽油的量，14%以上誤差小于10%，基本準確。當摻偽量＞24%，相對誤差大部分在1%以下，平均值為1.56。

式中:y為指紋圖譜相似度/%;x為大豆油的摻偽量。

圖3 指紋圖譜相似度與菜籽油摻偽量模型

2.4 米糠油中摻棉籽油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例棉籽油的米糠油、純棉籽油共計 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1 含量輸入excel，通過直觀分析和特征脂肪酸分析，C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3 呈線性變化，因此計算夾角余弦選取該7個脂肪酸含量作為向量，權重均等。計算各摻偽米糠油對純米糠油的相似度(表2)，摻偽量與指紋圖譜相似度呈線性遞減曲線，見圖4。其線性方程式見式(4)。通過線性方程式計算摻偽量，與實際摻偽量進行比較，計算相對誤差，相對誤差平均值為4.24%。摻偽量12% ～25%的試驗組誤差最大，為10%左右，摻偽量42%以上相對誤差＜3%，平均值為0.98%。因此該模型在摻偽量＞42%時，檢測結果可以認為完全準確，摻偽量＞17%基本準確。

式中:y為指紋圖譜相似度/%，x為大豆油的摻偽量。

圖4 指紋圖譜相似度與棉籽油摻偽量模型

2.5 米糠油中摻大豆油的指紋圖譜相似度分析

將純米糠油、8份摻不同比例大豆油的米糠油、純大豆油共計 10 份樣品的 C14∶0、C16∶0、C16∶1、C17∶0、C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3、C20∶0、C20∶1、C22∶0含量輸入Excel，通過直觀分析和特征脂肪酸分析，所有的脂肪酸均呈線性變化，因此計算夾角余弦選取該11個脂肪酸含量作為向量，權重均等。計算各摻偽米糠油對純米糠油的相似度(見表5)，結果表明摻偽量越多，指紋圖譜相似度越小，2者呈線性遞減曲線，見圖5。其線性方程式見式(5)。計算相對誤差，相對誤差平均值為2.81%。試驗條件下摻偽量為14%的樣品相對誤差最大，為11.58%。摻偽量24%以上的試驗組平均相對誤差為1.72%。對14%～24%之間的摻偽量進行驗證試驗，分別摻偽16%、18%、20%、22%，其相對誤差分別為 9.68%、6.45%、3.02%、2.11%，因此該模型在摻偽量16%以上能基本準確進行定量判斷，摻偽量24%以上完全準確。

式中:y為指紋圖譜相似度/%，x為大豆油的摻偽量。

圖5 指紋圖譜相似度與大豆油摻偽量模型

3 結論

利用向量夾角余弦法計算摻偽米糠油與純米糠油的指紋圖譜相似度，結果表明，摻混量增加，相似度呈線性下降。米糠油摻混棕櫚油，相似度與摻偽量計算模型為 y=5.802 3x3－17.469x2－0.269 2x+99.99(R2=0.999 6)，該模型誤差小，適用于 2% 以上的摻偽量。米糠油摻混菜籽油，摻混量與相似度的計算模型為 y= －23.62x3－8.380 6x2－6.138 3x+100.12(R2=0.999 4)，該模型適合于 14% 以上的摻混量。米糠油摻混棉籽油，摻混量與相似度計算模型為 y= －240.52x5+677.8x4－697.92x3+312.09x2－66.998x+99.97(R2=0.999 3)，該模型適合于17%以上的摻混量。米糠油摻混大豆油，摻混量與相似度計算模型為 y=12.33x3－ 26.047x2－ 2.685 5x+100.05(R2=0.999 1)，該模型適合于 16% 以上的摻混量。

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