CN106226286B - 一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法 - Google Patents

一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，所涉及的三种食用油脂均利用化学法和拉曼光谱两种方法同时进行检测，两种方法获得的三种油脂氧化程度的结果具有一致性，同时拉曼光谱法中样品不需要经过前处理，操作简单。测试过程不使用化学试剂，检测过程安全，鉴定结果准确可靠等优势，实现了食用油脂在生产，储藏，消费过程中快速检验的目的，大大降低了人力时间成本，具有较好的应用价值。

Description

一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法
技术领域
本发明属于食品分析领域，具体涉及一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法。
背景技术
油脂作为一种在食品工业中应用广泛的主要原料，其品质与抗氧化稳定性直接影响着食品的质量。油脂发生氧化反应后生成的醛、酮、酸等氧化产物，不仅会使之产生酸败的味道，而且会降低食品的营养品质。在这个过程中产生的氢过氧化物和自由基，更是可以导致机体衰老，引发心血管病、肿瘤等各种病症。
随着人类生活水平的不断提高与发展，人们对于食品的营养与健康越来越关注，食用油脂作为每天生活中的必须消费品，在制造、运输、储藏、消费每一个环节中，检测其氧化情况，确保食用油脂安全，保证消费者食用到放心油脂，是一个十分必要且对国民健康具有重要意义的。
目前，测定油脂氧化程度的方法主要有测定过氧化值(POV)的方法(包括碘量法、硫氰酸铁法、二甲酚橙法等)、气相色谱法、高效液相色谱法等。这些方法具有使用大量化学试剂、或样品前处理复杂，或需要高精复杂仪器和操作技术，或费用昂贵等弊端，造成检测成本极大的浪费，不易实现快速智能自动化的测试。因此开发一种不使用化学试剂，操作便捷，结果准确可靠，节省检测时间的新型检测方式是十分必要的。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有检测食用油脂氧化进程的方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种快速检测食用油脂氧化进程的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，包括，油脂加速氧化试验，将食用油脂密封，置于温度为50～60℃的环境下，定时取样测定；
拉曼光谱扫描，采用785nm波长的入射激光光源对待测油样进行扫描，获得含拉曼特征峰的拉曼光谱图，选择其中最显著的974cm-1和1265cm-1两个波段的特征峰特异表征油脂氧化程度，以特征峰1442cm-1作为内标，其比值为油脂的相对氧化强度，用拉曼光谱的相对氧化强度来分析油脂氧化的进程；所述对待测油样进行扫描，其中，选用光栅为500～700mm-1，积分时间为10～30s，扫描次数为1～3次，扫描范围设为200-2000cm-1。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述光栅为600mm-1锯齿形光栅。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述积分时间为10s。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述扫描次数为1次。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述对待测油样进行扫描，其是对待测油样进行多次取样扫描，并将各扫描曲线置于同一拉曼光谱图中，制得各样品曲线叠加后形成的所述待测油样的拉曼光谱图。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述入射激光光源，其激光能量为5.0mW，此时特征拉曼峰的强度不低于1000，分辨率高于2cm-1。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述食用油脂包括大豆原油及其成品油、菜籽原油、茶籽油、食用调和油、橄榄成品油、花生油、芝麻油、芥花籽成品油、棕榈原油、精炼棕榈油、葵花籽原油及其成品油、玉米原油及其成品油、精炼椰子油、米糠原油、棉籽原油、稻米成品油、精炼红花油、亚麻籽成品油、花椒成品油或鱼油中的一种或几种。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述食用油脂包括亚麻籽油，鱼油或山茶籽油中的一种或几种。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述拉曼特征峰的主要频段包括，865cm-1(—(CH2)n—伸缩振动)、974cm-1(反式双键δ(＝C-H)弯曲振动)、1082cm-1(—(CH2)n—伸缩振动)、1265cm-1(顺式双键δ(＝C-H)弯曲振动)、1303cm-1(同相亚甲基弯曲振动)、1442cm-1(甲基δ(CH2)剪切弯曲振动)、1658cm-1(顺式双键υ(C＝C)伸缩振动)和1745cm-1(酯υ(C＝0)伸缩振动)。
作为本发明所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法一种优选方案，其中：所述油脂加速氧化试验，其中，所述置于温度为50～60℃的环境下，其是置于55℃的烘箱内。
本发明具有的有益效果：
(1)通用性好，且样品不需要经过前处理，操作简单。
(2)测试过程不使用任何化学试剂，检测过程安全，无污染。
(3)鉴定迅速，积分时间短效率高，适合大批量快速检验。
(4)特异性强、拉曼特征信号强信噪比高，荧光背景小且鉴定结果准确可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例1中丙二醛标准曲线。
图2为实例2中不同储藏不同天数后三种油脂丙二醛含量的变化。
图3为实施例3共聚焦拉曼光谱检测三种食用油脂的共聚焦拉曼光谱图。
图4为实施例4中利用共聚焦拉曼光谱检测的亚麻油在储藏不同天数时共聚焦拉曼光谱氧化特征峰的变化进程。
图5为实施例4中利用共聚焦拉曼光谱检测的鱼油在储藏不同天数时共聚焦拉曼光谱氧化特征峰的变化进程。
图6为实施例4中利用共聚焦拉曼光谱检测的山茶籽油在储藏不同天数时共聚焦拉曼光谱氧化特征峰的变化进程。
图7为实施例4中三种食用油脂储存过程中以I974/I1442表示油脂氧化相对强度，表征三种油脂氧化进程中氧化强度的变化(反式脂肪酸的增加量)。
图8为实施例4中三种食用油脂储存过程中I1265/I1442值的变化，表示油脂相对氧化强度(顺式脂肪酸的减少量)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1(对比实施例)：采用丙二醛法对照测定待测油脂的氧化情况。
取0.0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6mL丙二醛标准溶液，置于25mL纳氏比色管中，加水至总体积为5mL，再分别加入5mL硫代巴比妥酸溶液，混匀。在90℃水浴锅中恒温30min，取出冷却；加入5mL三氯甲烷，摇匀，静置分层，吸取上清液于538nm处测定吸光度。
根据浓度与吸光度关系作出标准曲线如图1所示。
实施例2(对比实施例)：化学法----丙二醛法检测法食用油脂储藏过程中动态氧化进程。
准确称取9～10g样品于100mL有盖锥形瓶内，加入50mL三氯乙酸混合液，振摇0.5h，用滤纸过滤；准确移取5mL滤液于25mL比色管中。加入5mL硫代巴比妥酸溶液，混匀加塞，在90℃水浴锅中恒温30min，取出冷却；加入5mL三氯甲烷，摇匀，静置分层，吸取上清液于538nm处测定吸光度。从标准曲线上读出相应的丙二醛含量，在储藏过程中三种油脂中丙二醛的动态氧化如图2所示。
实施例3
选用785nm的激光光源，物镜使用5倍焦距镜头，找到视野后，再选择用50倍焦距的镜头，重新调整焦距直到再次出现清晰视野。
将10μL亚麻油、鱼油和山茶籽油分别滴在用锡箔纸包裹的载玻片上，将其置于载物台的物镜视野下并找到合适的位置，调整焦距至清晰可见。移开光源，打开激光进行扫描，选用光栅为锯齿形光栅600mm-1，积分时间为10s，扫描次数为1次，扫描范围为200～2000cm-1。其激光能量为5.0mW，此时特征拉曼峰的强度不低于1000，分辨率高于2cm-1。
测定三种油脂氧化情况的拉曼光谱如图3所示，图3显示油脂的特征峰明显。
实施例4：
选用785nm的激光光源，物镜使用5倍焦距镜头，找到视野后，再选择用50倍焦距的镜头，重新调整焦距直到再次出现清晰视野。
将10μL亚麻油、鱼油和山茶籽油分别滴在用锡箔纸包裹的载玻片上，将其置于载物台的物镜视野下并找到合适的位置，调整焦距至清晰可见。移开光源，打开激光进行扫描，选用光栅为锯齿形光栅600mm-1，积分时间为10s，扫描次数为1次，扫描范围为200～2000cm-1。其激光能量为5.0mW，此时特征拉曼峰的强度不低于1000，分辨率高于2cm-1。
按照上述步骤分别测定三种食用油脂第1、2、3、4、7、8、12、13天的油脂氧化情况，测定其动态氧化进程如图4、5、6所示，显示与化学丙二醛法测定的氧化进程(图2)显示出一致的趋势，说明使用拉曼光谱测定油脂的氧化进程具有可行性。
选择其中974cm-1(反式双键δ(＝C-H)弯曲振动)的特征峰表征油脂氧化程度，以δ(CH2)的特征峰1442cm-1作为内标，随着储藏天数的增加，油脂中反式脂肪酸增加，拉曼光谱测得的该特征峰强度逐渐增强，用拉曼光谱的相对强度来分析油脂氧化的进程，如图7所示，亚麻籽油在第0天至第11天的储藏过程中，相对氧化强度由0.45上升到0.58，鱼油的相对氧化强度由0.25上升到0.42，山茶籽油的相对氧化强度由0.09上升到0.18。
选择其中1265cm-1(顺式双键δ(＝C-H)弯曲振动)的特征峰表征油脂氧化程度，以δ(CH2)的特征峰1442cm-1作为内标，随着储藏天数的增加，顺式脂肪酸含量逐渐减少，用拉曼光谱的相对强度来分析油脂氧化的进程，如图8所示亚麻籽油在第0天至第11天的储藏过程中，相对氧化强度由0.96下降到0.90，鱼油的相对氧化强度由1.36下降到1.29，山茶籽油的相对氧化强度由0.678下降到0.658。
通过研究发现，扫描积分时间决定了CCD的曝光时间，为避免CCD在强度为50000个计数的时候饱和，需要校准这个积分时间，最大设定为120s。相同条件下，积分时间越长，拉曼峰强度越大。在基于拉曼光谱对食用油进行检测时，操作者为获得一较强的信号强度，积分时间通常会选用其最大值，即120s。但如果大批量检测时，120s的积分时间叠加起来就会使整体效率急剧下降，也就失去了利用拉曼光谱技术本身迅速高效的特点；但积分时间过短，信号强度不足，并且信噪比低，对检测十分不利。发明人在对食用油进行拉曼光谱检测的实验过程中尝试引入锯齿形光栅，发现锯齿形光栅在尖角处不论是钝角或锐角，都有增强拉曼信号强度的作用，并且尖角角度越尖其增强效果越好。这样一来，即使积分时间较短，也能够保证一定的拉曼信号强度，在这个基础上，经过大量实验优选，最终选用锯齿形光栅600mm-1，积分时间选为10～15s，扫描次数确定为一次。在此积分时间下，拉曼信号强度大，并且噪声小、基线平滑，信噪比较高。由此可见，本发明提供的一种快速快速检测食用油脂氧化进程的方法，所检测出的拉曼特征信号强、信噪比高，积分时间短效率高，适合大批量快速检验。
通过研究发现，在对食用油进行拉曼光谱检测时，会出现一个典型的倾斜宽背景，使基线偏离，信噪比下降，影响数据进一步分析处理，有时荧光物质会使拉曼光谱的特征峰淹没在较强的荧光背景里，致使定性分析失败。发明人在对食用油进行拉曼光谱检测的实验过程中尝试采用波长有785nm的入射光源，并调整激光能量为5.0mW，发现调整一定强度的激光能量大小，能够大大减小其荧光背景，提高信噪比；但激光光源功率过大，聚焦点微小，易造成样品局部升温，而样品的颜色会影响物质的吸光度。通过反复试验推究发现，这样的波长下可以避免背景太大，易于观察出峰情况以及有效确定成分结构；提高一定的激光能量能有效缩小积分时间同时不降低信号信噪比，提高检测效率及其准确性，实现对食用油氧化检测的快速、特异、高效。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：包括，
油脂加速氧化试验：将食用油脂密封，置于温度为50~60 ℃的环境下，定时取样测定；
拉曼光谱扫描：采用785nm 波长的入射激光光源对待测油样进行扫描，获得含拉曼特征峰的拉曼光谱图，选择其中最显著的974 cm-1和1265 cm-1两个波段的特征峰特异表征油脂氧化程度，以特征峰1442 cm-1作为内标，其比值为油脂的相对氧化强度，用拉曼光谱的相对氧化强度来分析油脂氧化的进程；
所述对待测油样进行扫描，其中，选用光栅为600 mm-1锯齿形光栅，积分时间为10~30 s，扫描次数为1~3次，扫描范围设为200-2000 cm-1。
2.根据权利要求1所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述对待测油样进行扫描，其是对待测油样进行多次取样扫描，并将各扫描曲线置于同一拉曼光谱图中，制得各样品曲线叠加后形成的所述待测油样的拉曼光谱图。
3.根据权利要求2所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述对待测油样进行扫描，其扫描次数为1次。
4.根据权利要求1、2、3中任一项所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述入射激光光源，其激光能量为5.0mW ，此时特征拉曼峰的强度不低于1000，分辨率高于2cm-1。
5.根据权利要求1所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述食用油脂包括大豆原油及其成品油、菜籽原油、茶籽油、食用调和油、橄榄成品油、花生油、芝麻油、芥花籽成品油、棕榈原油、精炼棕榈油、葵花籽原油及其成品油、玉米原油及其成品油、精炼椰子油、米糠原油、棉籽原油、稻米成品油、精炼红花油、亚麻籽成品油、花椒成品油或鱼油中的一种或几种。
6.根据权利要求1、2、3、5中任一项所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述拉曼特征峰，其主要频段包括，865 cm-1（—(CH2)n—伸缩振动）、974cm-1（反式双键δ(＝C-H)弯曲振动）、1082 cm-1（—(CH2)n—伸缩振动）、1265 cm-1（顺式双键δ(＝C-H)弯曲振动）、1303 cm-1（同相亚甲基弯曲振动）、1442 cm-1（甲基δ(CH2)剪切弯曲振动）、1658 cm-1（顺式双键υ(C＝C)伸缩振动）和1745 cm-1（酯υ(C＝0)伸缩振动）。
7.根据权利要求1所述基于拉曼光谱快速检测食用油脂氧化进程的方法，其特征在于：所述油脂加速氧化试验，其中，所述置于温度为50~60 ℃的环境下，其是置55℃的烘箱内。
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