CN105445246B - 一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法。运用统计学方法建立油样的同步荧光峰响应与理化指标的相关性模型，该相关性模型中，中心发射波长与羰基价之间、中心发射波长与极性物质含量之间、荧光强度与羰基价之间、荧光强度与极性物质含量之间，均呈高度的正相关关系。按照与建立相关性模型中同步荧光光谱测定相同的方法，对待测煎炸油样品进行同步荧光光谱的测定，将同步荧光光谱谱图的中心发射波长、荧光强度的大小与所述相关性模型进行对比，分析煎炸油中的羰基价和极性物质含量，进而判断煎炸油的品质。相比常规方法，本发明技术简单，易于操作，油样取样后可直接上机扫描，无需进行预处理，一个样品的检测时间只需几秒钟。

Description

一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法

技术领域

本发明属于食品安全技术领域，特别涉及一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法。

背景技术

油脂煎炸过程中伴随着一系列复杂的化学变化，使油脂的感官性质、营养价值、组成成分发生改变，进而影响煎炸油的安全性，危害人体健康，因此必须对煎炸油的品质进行评价。根据油脂在煎炸过程中氧化、分解和聚合的机理，可以通过感官评价、测定反应中间产物和最终产物来评价煎炸油的质量，评价其是否已达到使用期限。对于煎炸油品质的快速检测评价的方法有很多研究。快速便捷的光谱技术近年来广泛用于油脂质量的评价中，特别是对油脂氧化分解产物可以方便快捷得到定性和定量结果。其中，荧光光谱对多荧光基团物质的分析具有很强的灵敏性，在用于煎炸油品质评价方面具有很大的潜力。不同的荧光基团由于分子结构和能量分布的差异，会显示出不同荧光光谱特性。

同步荧光法技术是由Lloyd首先提出的，它与常用的荧光测定方法最大的区别是同时扫描激发和发射两个单色器波长。由测得的荧光强度信号与对应的激发波长(或发射波长)构成光谱图。同步荧光光谱法可以提高荧光光谱的分析能力，同步扫描荧光光谱是解决多组分荧光物质同时测定分析的良好方法之一，因同时扫描激发单色仪和发射单色仪，荧光强度是激发波长和发射波长的共同函数，可获得更多的光谱信息。

油脂在未经煎炸时主要成分是甘油三酯，还有一部分维生素A、D、E和类胡萝卜素等。虽然新油中含有大量不饱和脂肪酸双键，但多为一烯酸(油酸)、二烯酸(亚油酸)、三烯酸(亚麻酸)和多烯酸的非共轭，并不产生荧光效应。所以，未经煎炸的新油中荧光发光中心主要集中在维生素E、类胡萝卜素。但在长时间的高温煎炸过程中，由于发生强烈的氧化和聚合反应，维生素E等物质会大量分解减少，同时会生成大量的杂环类化合物和含有共轭结构(C＝C和C＝O)等能发生强荧光的平面分子结构，正由于油脂在煎炸过程中产生含有大量不同的荧光基团的多组分物质，他们受激发时会形成带有不同特征峰的荧光光谱。因此这一特性决定了同步扫描荧光光谱测量法对煎炸油的劣变具有很好的鉴别性。

常规理化检测时需要对多种指标分别进行测定分析，目前，对煎炸油品质的评价方法主要是煎炸过程中油脂的理化指标变化和极性物质检测，但耗时较长，且试剂多有毒性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法。

一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法，运用统计学方法建立油样的同步荧光峰响应与理化指标的相关性模型，利用该模型分析煎炸油的品质，模型的建立包括以下步骤：

(1)油样的同步荧光光谱测定

对经过不同煎炸时间的油样进行同步荧光光谱的扫描，激发狭缝宽度为1～2nm，发射狭缝宽度为2～10nm；扫描范围为波长250～700nm，即EX：250～700nm，EM：260～700nm；积分时间为1s；扫描速率为1200nm/min；光谱采集的波长间隔为1nm；选择10mm×10nm×45nm规格的石英样品池；

(2)油样的极性组分含量及羰基价测定

极性组分含量的测定采用GB/T 5009.202-2003法：洗脱液按照石油醚：乙醚为87:13的比例配置，先将油样中非极性物质洗脱下来，再用差减法计算极性物质的含量；

羰基价的测定采用GB/T 5009.37-2003法：2,4-二硝基苯肼显色，于紫外分光光度计下进行吸光值的测定，计算羰基价；

(3)同步荧光峰响应与理化指标的相关性分析

运用统计学方法对步骤(1)中的油样同步荧光峰响应与步骤(2)中油样理化指标的检测结果进行相关性分析，分别计算中心发射波长与羰基价的相关性系数、中心发射波长与极性物质含量的相关性系数、荧光强度与羰基价的相关性系数、荧光强度与极性物质含量的相关性系数，建立相关性模型；相关性系数计算公式为：

其中，r表示相关性系数，x_i表示一组变量的相关性分析中其中一个变量的第i个值，表示n个该变量的平均值；y_i表示一组变量的相关性分析中另一个变量的第i个值，表示n个该变量的平均值。

同步荧光光谱的扫描，激发和发射狭缝宽度会影响光谱信号的接受，针对不同样品需要对激发和发射狭缝宽度进行优化，优选地，在狭缝优化时采用三维荧光扫描，以便更好地比较光谱信息。

按照与建立相关性模型中同步荧光光谱测定相同的方法，对待测煎炸油样品进行同步荧光光谱的测定，将同步荧光光谱谱图的中心发射波长、荧光强度的大小与所述相关性模型进行对比，进而判断煎炸油的品质。

待测煎炸油样品直接进行同步荧光光谱测定，无需进行预处理。

本发明的有益效果为：本发明的方法可以对煎炸用油进行快速检测，相比常规的测定方法，技术简单，易于操作，油样取样后可直接上机扫描，无需进行预处理，扫描速率为1200nm/min，一个样品的检测时间只需几秒钟。同步荧光光谱是建立在与理化指标相关性的基础上，样品的谱图可以直接反映出油样的羰基价、极性物质含量等理化指标。对实际煎炸食品生产线上油脂的品质控制提供了非常便利省时的方法，有利于监测油炸生产线上煎炸油的品质变化，有利于食品安全的提高。

附图说明

图1为不同煎炸时间的煎炸大豆油的荧光扫描谱图；

图2为工厂实际生产线上同种来源的煎炸油的荧光扫描谱图；

图3为三个批次油样的荧光中心发射波长和荧光强度的平均值；

图4(1)为油样羰基价与同步荧光峰响应的相关性曲线；

图4(2)为油样极性物质含量与同步荧光峰响应的相关性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

所用实验材料及仪器设备：

材料：大豆油、硅胶、其他试剂，所述其他试剂均为分析纯；

仪器：TU-1901型双光束紫外可见光分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)；F-7000型荧光分光光度计(日本日立公司)。

模型的建立

1、油样的制备

将油箱控制在180±5℃进行油条的煎炸，每8个小时取一次样，共取9～10次样。在每次取样之后进行补油。油样取出后放置在冰箱内，8℃条件下储存。

2、同步荧光光谱测定

对步骤1中的同一组油样进行同步荧光光谱扫描。

狭缝宽度会影响荧光强度，狭缝宽度越大，荧光强度越强，但过大狭缝宽度会使分辨率低。如果需要观察两个距离较近的峰，可以选择把狭缝宽度调小，增大分辨率，对于含有复杂荧光物质从而需要观测多种目标峰的情况，狭缝要选择合适的宽度。为了更好地消除杂散光和更大地接收信号光，需要对激发狭缝和发射狭缝宽度进行优化。首先固定激发狭缝宽度为2nm，选择2nm、5nm、10nm三种发射狭缝宽度；再固定发射狭缝，对激发狭缝宽度进行优化，选择1nm、2nm两种激发狭缝宽度。其他参数设定为：扫描范围是在波长250～700nm，即EX：250～700nm，EM：260～700nm；积分时间为1s；扫描速率为1200nm/min；光谱采集的波长间隔为1nm；选择10mm×10nm×45nm规格的石英样品池。

3、理化指标测定

(1)羰基价的测定

准确称取0.025～0.5g(精确到0.0001g)试样，置于25mL容量瓶中，加苯溶解试样并稀释至刻度。吸取5.0mL置于25mL具塞试管中，加3mL三氯乙酸溶液及5mL 2,4-二硝基苯肼溶液，仔细振摇混匀，在60℃水浴中加热30min，冷却后，沿试管壁慢慢加入10mL氢氧化钾-乙醇溶液，使成为二液层，塞好试管塞，剧烈振摇混匀，放置10min。以1cm比色杯，用试剂空白调节零点，于波长440nm处测吸光度，计算羰基价。

(2)极性组分含量的测定

用一小烧杯精密称取油样2.5g(精确至0.01g)，定量转移至50mL容量瓶中，用洗脱液定容后备用。在柱的底部放少许玻璃棉后，把30mL洗脱液加入柱中，如有气泡用玻璃棒搅拌赶跑气泡。在100mL烧杯中称取35g硅胶，加入80mL洗脱液，用玻璃棒不停搅拌，尽量使硅胶浮起来，缓缓倒入垂直层析柱中，使均匀沉降，用少许洗脱液清洗漏斗和柱壁，沉降后放出洗脱液至硅胶面10cm处，轻轻振摇，铺平硅胶，随后通过漏斗把4g海沙加到柱内，再放出洗脱液使其与海沙表面平齐。准确吸取制备油样20mL，沿柱壁缓缓移到层析柱上。打开旋塞使油样液面与海沙面平齐。把在103±2℃的烘箱中干燥过的400mL烧杯置于干燥器内冷却至室温并平衡30min，在分析天平上称量其质量m₁，置柱下，加250mL洗脱液。洗脱液流速约为2mL/min，洗至液面与海沙面平齐，然后用少量洗脱液清洗旋塞以下的外壁，收集在质量为m₁的烧杯中，为非极性组分。再用差量法计算出极性组分的含量。

4、相关性分析

运用统计学原理对经过不同油炸时间后生成的同步荧光峰响应与理化指标建立相关性模型。当模型的相关系数在0.9以上时表示两个指标之间有高度的相关性，可用一种指标对另一种指标进行预警指示。该模型分析显示中心发射波长与羰基价的相关性系数、中心发射波长与极性物质含量的相关性系数、荧光强度与羰基价的相关性系数、荧光强度与极性物质含量的相关性系数，四种相关性系数均在0.90以上，说明中心发射波长与羰基价之间、中心发射波长与极性物质含量之间、荧光强度与羰基价之间、荧光强度与极性物质含量之间，均呈高度的正相关关系。

实施例1

煎炸油为大豆油，煎炸物料为油条，具体的实施过程如下：

(1)煎炸油同步荧光峰响应与常用理化指标相关性模型的建立

实验室中，油箱控制在180±5℃进行油条的煎炸，煎炸16个小时，每4个小时取一个样，同步荧光扫描谱图如图1所示。

由图1可见，煎炸过程中360～370nm附近的峰逐渐减少，在煎炸12个小时后完全消失；同时在430～440nm附近出现新的荧光峰，并在煎炸16个小时后发生红移。说明在煎炸过程中，新鲜油中的一些具有荧光响应的物质逐渐减少，而具有新的荧光基团的物质正在生成。研究表明，发射波长360nm的峰主要是煎炸所用的大豆油中的维生素E产生的。维生素E在煎炸过程中会随着煎炸时间的延长发生氧化分解，荧光强度降低；而新的荧光峰出现可能是由于油脂在高温煎炸时发生氧化聚合反应，生成产物中含有未键合的价电子物质，产生荧光。相关研究对不同种油(包括地沟油和煎炸老油)的荧光谱图进行分析时，发现油中共轭结构的物质或含有C＝O基团的单环二聚酸、双环二聚酸以及一些杂环类化合物的生成都会在不同程度上导致谱图中新荧光峰的出现。

测定实验室模拟煎炸油样的常规理化指标羰基价和极性物质含量，结果如表1所示，运用统计学原理对煎炸8小时后生成的同步荧光峰响应与理化指标建立相关性模型分析。中心发射波长与羰基价的相关性系数为r＝0.9567，中心发射波长与极性物质含量的相关性系数为r＝0.9962；荧光强度与羰基价的相关性系数r＝0.9327，荧光强度与极性物质含量的相关性系数为r＝0.8380。可初步得出中心发射波长与极性物质含量变化之间的相关性最好，但需要工厂实际生产线上的不同批次样品对模型进行验证。

表1

(2)工厂实际生产中煎炸油品质检测

图2是工厂实际生产线上煎炸油的同步荧光谱图，与实验室建立模型的谱图变化一致：新鲜油脂在360～370nm附近有强烈的荧光响应，但随着煎炸的进行，在8小时之后维生素E氧化分解，荧光峰消失；同时在440nm附近出现新的荧光峰，并随着煎炸时间的延长，荧光峰位置发生移动，在煎炸72小时之后中心发射波长在500nm附近，移动了60nm，且荧光强度也在不断变化，总体呈增强的趋势，说明在煎炸过程中油脂发生氧化聚合反应不断生成含有新荧光基团的物质。

图3是工厂实际生产线上三个批次油样的同步荧光响应变化趋势的平均值，煎炸8小时后，三批样品都在444nm处出现新的荧光峰，且随着煎炸时间的延长，强度均不断加大，呈上升趋势，批次间在同一取样时间点上的测量偏差在10％的范围内。而同步荧光峰的中心发射波长变化在三批样品间有很好的平行性，一方面都随着煎炸时间向右移动，另一方面在同一时间间隔上移动距离相近，偏差在4％的范围内。荧光强度反映了煎炸油体系中具有荧光效应物质的含量，而通过批次间荧光峰中心发射波长的位置能进一步判断体系中正在生成具有不同结构的荧光基团。

同步荧光光谱快速检测煎炸油的方法建立在荧光响应与常规理化指标之间的相关性分析基础上。表2得出油脂在煎炸过程中，荧光峰中心发射波长的位置变化与响应强度和油脂常规理化指标之间存在显著的正相关(|r|≥0.95)，也就是说在煎炸过程中，油脂的荧光响应与C＝O基团的增加和极性物质含量的升高存在一定的关联，而羰基价和极性物质含量又是评价油脂劣变程度比较灵敏的理化指标，因此可通过分析不同煎炸时间点上荧光谱图的变化来推测油脂氧化聚合的劣变程度。

表2

比较图4(1)-(2)的两个相关性曲线的变化趋势，发现煎炸油荧光中心发射波长和极性物质含量变化的相关性曲线在三批油样重复性实验中有很好的平行性，同时批次间波长的变化在同一取样时间间隔上的偏差也很小，说明用同步荧光光谱中荧光峰的位移变化来代表极性物质含量变化具有更好的稳定性。

Claims (1)

1.一种基于同步荧光法快速检测煎炸油品质的方法，其特征在于，运用统计学方法建立油样的同步荧光峰响应与理化指标的相关性模型，利用该模型分析煎炸油的品质，模型的建立包括以下步骤：

(1)油样的同步荧光光谱测定

对经过不同煎炸时间的油样进行同步荧光光谱的扫描，激发狭缝宽度为1～2nm，发射狭缝宽度为2～10nm；扫描范围为波长250～700nm，即EX：250～700nm，EM：260～700nm；积分时间为1s；扫描速率为1200nm/min；光谱采集的波长间隔为1nm；选择10mm×10nm×45nm规格的石英样品池；

其中油样的制备具体为：将油箱控制在180±5℃进行油条的煎炸，每8个小时取一次样，共取9～10次样；

(2)油样的极性组分含量及羰基价测定

极性组分含量的测定采用GB/T 5009.202-2003法；羰基价的测定采用GB/T5009.37-2003法；

(3)同步荧光峰响应与理化指标的相关性分析

运用统计学方法对步骤(1)中的油样同步荧光峰响应与步骤(2)中油样理化指标的检测结果进行相关性分析，分别计算中心发射波长与羰基价的相关性系数、中心发射波长与极性物质含量的相关性系数、荧光强度与羰基价的相关性系数、荧光强度与极性物质含量的相关性系数，建立相关性模型；相关性系数计算公式为：

其中，r表示相关性系数，x_i表示一组变量的相关性分析中其中一个变量的第i个值，表示n个该变量的平均值；y_i表示一组变量的相关性分析中另一个变量的第i个值，表示n个该变量的平均值；所述四种相关性系数均在0.90以上；

所述相关性模型经工厂实际生产线上的3种批次样品进行了验证，得出油脂在煎炸过程中，荧光峰中心发射波长的位置变化与响应强度和油脂常规理化指标之间相关系数|r|均≥0.95；其中3种批次样品煎炸时间取样点为8、16、24、32、40、48、56、64、72h；

按照与建立相关性模型中同步荧光光谱测定相同的方法，对待测煎炸油样品进行同步荧光光谱的测定，将同步荧光光谱谱图的中心发射波长、荧光强度的大小与所述相关性模型进行对比，进而判断煎炸油的品质，其中待测煎炸油样品直接进行同步荧光光谱测定，无需进行预处理；

所述同步荧光光谱的扫描，激发和发射狭缝宽度会影响光谱信号的接受，针对不同样品需要对激发和发射狭缝宽度进行优化，优选地，狭缝优化时采用三维荧光扫描。