CN113702540A - 一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，包括如下步骤：(1)取纯灵芝孢子油，作为参考样品，进行气相色谱和离子迁移谱分析；(2)取待检测样品，进行气相色谱和离子迁移谱分析；(3)将步骤(1)(2)获得的检测数据对应成矩阵，以灵芝孢子油为参考矩阵，待测样品为分析矩阵，分析矩阵数据并扣除灵芝孢子油中的信号峰，得到二者的差异差谱伪检测数据，根据差谱伪检测数据分析待检测样品与参考样品成分差异；本发明灵芝孢子油样品检测前无需进行预处理，操作简便，检测结果仅需将待检测样品与参考样品进行比对即可判断灵芝孢子油是否掺假，并可判断掺假油种类，结果准确可靠。

Description

一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法

技术领域

本发明属于食品检测技术及分析化学领域，具体涉及基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法。

背景技术

灵芝孢子是灵芝在生长成熟时期从菌盖弹射出来的极为细小的颗粒，是灵芝的生殖细胞。通过超临界二氧化碳流体萃取技术从破壁的灵芝孢子中提取得到的脂质物质为灵芝孢子油，主要含三萜类灵芝酸、油酸、亚油酸和微量元素等活性成分，具有抗肿瘤、降血脂、增强免疫力、减轻化学性肝损伤等多种药理作用。

随着人们生活水平以及健康意识的提高，食品的安全性越来越受到重视。在一系列食品安全事件接连暴露之后，对于食品的安全检测已经成为一个必须面临的挑战和亟待解决的重要问题。灵芝孢子油在药理上因其特殊的生理功效，成为高档保健品中的珍品，价格非常昂贵。个别不法分子为了谋求利益蓄意掺假，在灵芝孢子油中加入植物油，以图高价出售，这种掺假行为不仅扰乱了市场秩序，而且严重损害了消费者利益。但因植物油外观与灵芝孢子油相似，仅从外观无法辨识，由于掺假的物质众多手段隐蔽，利用传统建立掺假模型往往以偏盖全，如何快速、准确的对灵芝孢子油的成分进行分析以及掺假检测具有一定实际应用价值和重要现实意义。

气相色谱－离子迁移谱(Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry，GC-IMS)是利用气相离子的电场迁移速率差异进而对离子进行分析鉴定，气相离子在经过气相色谱的初步分离后，在离子迁移谱中实现了进一步的分离，而后进行定性及定量分析，同时获得样品挥发性成分组成及品质判别信息，具有高分离度和离子迁移谱高分辨、高灵敏等优点，特别适用于固态或液态样品中挥发性有机化合物的痕量检测。此外，还具有仪器体积小便于携带、常压工作后期维护成本低等多重优势，因此，气相离子迁移谱技术在食品挥发性物质的检测、食品质量把控等领域具有广泛的应用。

灵芝孢子油成分组成复杂，且易被氧化，高温高压会破坏其有效成分，现有的分离与检测技术存在着各种各样的限制，无法有效的对灵芝孢子油进行定性和定量分析，而GC-IMS技术对样品处理及分析的温度更低，更利于热稳定性较差的挥发性化合物的检出。

基于此，本研究采用GC-IMS联用技术对灵芝孢子油中的挥发性成分进行分析研究，在对灵芝孢子油的成分分析以及掺假检测方面具有较好的应用前景。

发明内容

本发明公开了基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，包括如下步骤：

(1)取纯灵芝孢子油，作为对照，进行气相色谱和离子迁移谱分析；

(2)取待检测样品，进行气相色谱和离子迁移谱分析；

(3)将步骤(1)(2)获得的检测数据对应成矩阵，以灵芝孢子油为参考矩阵，待测样品为分析矩阵，分析矩阵数据并扣除灵芝孢子油中的信号峰，得到二者的差谱伪检测数据，根据差谱伪检测数据分析待检测样品与参考样品成分差异。

优选地，还包括步骤(4)：

对参考样品与待测样品挥发性物质绘制气相色谱和离子迁移指纹检测数据，并对待检测样品与参考样品在气相色谱和离子迁移谱分析结果中挥发性物质组成信息进行主成分分析和最邻近分析，再根据气相色谱和离子迁移指纹检测数据、主成分分析和最邻近分析结果判断待检测样品是否为纯灵芝孢子油。

优选地，步骤(1)中，参考样品还可设置掺假的灵芝孢子油；

所述掺假的灵芝孢子油包括掺有橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油或棕榈油的灵芝孢子油；所述掺假用油包括橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油或棕榈油。

优选地，橄榄油挥发性特征物质包括Methyl acetate、Limonene、Myrcene、1-Penten-3-ol和alpha-Pinene，灵芝孢子油中掺入橄榄油后所述橄榄油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

优选地，大豆油挥发性特征物质包括pentanal和Propanoic acid，灵芝孢子油中掺入大豆油后所述大豆油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

优选地，玉米油挥发性特征物质包括2-Methylbutanal和3-Methylbutanal，灵芝孢子油中掺入玉米油后所述玉米油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

优选地，葵花籽油挥发性特征物质包括Propanoic acid，灵芝孢子油中掺入葵花籽油后所述葵花籽油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

优选地，棕榈油挥发性特征物质包括Propyl acetate、Ethyl 2-methylbutanoate、1-Propanol、2-Hexanol，2-Butanone、2-Pentanone、和Butanal，灵芝孢子油中掺入棕榈油后所述棕榈油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

综上所述，本发明灵芝孢子油样品检测前无需进行预处理，操作简便，检测结果仅需将待检测样品与参考样品进行比对即可判断灵芝孢子油是否掺假，并可判断掺假油种类，结果准确可靠。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

实施例中所用灵芝孢子油、棕榈油、橄榄油、玉米油、大豆油和葵花籽油样品均为市售产品，具体样品信息如表1所示。

表1样品信息表

实施例1

以LZBZ-1为参考样品，GL、DD、YM、KH和ZL为待检测样品，使用风味分析仪进行检测分析，各样品设置3组平行实验。

样品各取2g置于20mL顶空瓶中，60℃孵育10分钟后进样,GC-IMS条件如表2、3所示。

表2分析条件

表3气相色谱条件

采用仪器配套的分析软件进行数据处理。VOCal插件：对挥发性样品进行定性和定量分析，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析；

Reporter插件：直接对比样品之间的检测数据差异；Gallery Plot插件：进行指纹检测数据对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；Dynamic PCA插件：动态主成分分析，用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类；“最近邻”分析：根据所选评估区域中化合物的强度对样本进行快速比较。

在灵芝孢子油与其它市售油挥发性有机物的差谱伪检测数据中，仪器生成的数据是：保留时间，迁移时间和峰强度，但是由于观察不便，因此取俯视检测数据进行差异对比。一个样本的GC-IMS检测数据对应于一个矩阵，以灵芝孢子油为参考矩阵，橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油为分析矩阵，分析矩阵检测数据并扣除灵芝孢子油中的信号峰，得到二者的差谱伪检测数据，可直观地观察到样品的差异，其中检测数据的纵坐标代表气相色谱的保留时间(s)，横坐标代表离子迁移时间(归一化处理)，蓝色区域表示该物质浓度在待测样品中较参考样品低，蓝色越深，表示浓度越低；样品中的红色区域表示该物质浓度在待测样品中高于参考样品，红色越深，表示浓度越高。通过观察检测数据可发现，以灵芝孢子油为参照矩阵，LZBZ-2为灵芝孢子油的平行组，在LZBZ-2矩阵没有出现明显的蓝色斑点和红色斑点，显示其与灵芝孢子油没有明显差异。通过观察检测数据可发现，在橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油的矩阵中，出现大量蓝色斑点，且颜色较深，说明灵芝孢子油中的挥发性物质远远多于橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油。在橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油的矩阵中，出现红色斑点，且颜色较深，说明该挥发性物质在橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油中较灵芝孢子油多。由此说明，灵芝孢子油与其它市售油中含有的挥发性物质种类存在显著性差异。表4为化合物物质信息。

表4中化合物定性分析

在灵芝孢子油与其它市售油挥发性物质形成的指纹检测数据中，数据的每一行代表一个样品中选取的全部信号峰；每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰，颜色代表物质的浓度，颜色越深表示浓度越大。部分物质后面有_M、_D，是同一个物质的单体(Monomer)与二聚体(Dimer)，数字编号的是未鉴定出的峰；从检测数据中可以看出每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。以LZBZ-1灵芝孢子油为参照，因为灵芝孢子油平行样取的是不同颗粒，因此可知不同颗粒灵芝孢子油间相似度在90％以上。通过观察检测数据可发现，灵芝孢子油与在橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油的挥发性物质存在明显差异，以灵芝孢子油为例，位于检测数据A区域所示的信号峰颜色的分布可以得出，十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、糠醛、己醛、丙醛、2-甲基戊醛、(E,E)-2,4-辛二烯醛、对伞花烃、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、2-乙酰基噻唑、2-甲基丁酸、2-乙酰基吡嗪、丙酸丁酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、2-甲基-2-丙烯醛、1-戊醇、1-丁醇、2-丁醇等物质在灵芝孢子油对应区域的信号峰颜色较深，说明这些物质在灵芝孢子油中的含量较高，而在其它市售油中大都不存在。在橄榄油中，乙酸乙酯、乙酸、壬醛、E-2-己烯醛、E-2-戊烯醛、3-甲基-2-丁烯醛、乙醇、乙酸甲酯、异戊醇、1-己醇、1-戊烯-3-醇、柠檬烯、月桂烯、α-蒎烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、乙酸丁酯、己酸乙酯等物质的含量较高，如B区域所示；在大豆油中，戊醛等物质含量较高；在玉米油中，2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等物质的含量较高；在葵花籽油中，丙酸等物质含量较高；在棕榈油中，苯甲醛、辛醛、庚醛、丁醛、甲基丙醛、2-辛酮、2-庚酮、2-己酮、2-戊酮、2-丁酮、丙酮、异丁醇、2-己醇、1-丙醇、2-乙基己醇、2-甲基丙酸、2,6-二甲基吡嗪、γ-丁内酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丙酯等物质的含量较高。由此说明，灵芝孢子油与其它市售油中含有的挥发性物质种类存在显著性差异，可根据每种样品的特征挥发性物质的种类不同来作为区分的依据。

选取灵芝孢子油与其它市售油所有挥发性物质的信号峰进行PCA分析，以检测样品间挥发性物质是否有显著性差异，以挥发性物质组成信息进行主成分分析将得到的主成分数按累计贡献率的大小从高到低进行排序，取前两个主成分的得分数进行可视化分析，贡献率越大，说明主成分可以更好地反映原来多指标的信息。

例如，现观察一组检测数据，其中PC-1的贡献率为48％，PC-2贡献率为31％，二者累计贡献率高达79％，这说明通过主成分分析能够获取表征样品挥发性成分中的大部分信息。通过分析主成分分析检测结果的数据分布情况，可以看出不同标记的数据点属于不同类型的油样品。一个矩阵占据的空间越小，不同矩阵之间的距离越大，识别越容易，分类结果越清晰。由此观察到的检测结果可知，所有样品的单个重复性较好，可以直观看出样品之间的特征差异。灵芝孢子油与橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油的距离相对较远，在PC-1上可以得到很好的分离，说明灵芝孢子油与其它市售油的特征差异比较明显。大豆油和玉米油相距较近，但仍然可以区分。这与指纹检测数据的分析结果一致，这间接说明气相色谱－离子迁移谱技术在灵芝孢子油掺假、质量鉴别等方面具有很好的应用潜力。

选取灵芝孢子油与其它市售油所有挥发性物质的信号峰进行最邻近分析，根据分析检测结果，在最近邻-欧氏距离的数据中，样品间距离的越近，相似度越高。由此观察到的检测结果可知，所有样品的单个重复性较好，相同样品的相似度在95％以上，不同样品的相似度较低。灵芝孢子油与橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油的距离相对较远，相似度较低，相似度分析结果与PCA结果类似。

实施例2：不同橄榄油掺假比例灵芝孢子油的鉴别分析

以LZBZ-1和LZBZ-2为参考样品，LZGL5-1、LZGL5-2、LZGL10-1、LZGL10-2、LZGL20-1、LZGL20-2、LZGL50-1和LZGL50-2为待检测样品，使用风味分析仪进行检测分析。检测条件及分析方法同实施例1。

灵芝孢子油与不同橄榄油掺假比例灵芝孢子油挥发性有机物的差谱伪检测数据为例，以纯灵芝孢子油样的本检测数据，来作为差谱伪检测数据的参照，由此观察到的检测结果可知，随着掺入橄榄油比例的增加，检测数据中蓝色斑点颜色逐渐相对应的加深，且在灵芝孢子油中掺入50％橄榄油的灵芝孢子油检测数据中，蓝色斑点颜色相对最深，说明这些挥发性物质在灵芝孢子油中远远多于橄榄油。这是因为随着橄榄油的掺入，灵芝孢子油中的相关物质被稀释浓度略微下降。另外，掺入少量橄榄油后的检测数据中同时还出现了少量红色斑点，这些红色斑点特别是在掺入5％橄榄油的灵芝孢子油的检测数据中强度更大，说明该挥发性物质在橄榄油中的含量高于灵芝孢子油。根据灵芝孢子油与不同橄榄油掺假比例中可知，在灵芝孢子油挥发性有机物的差谱伪检测数据中，挥发性物质斑点强度和颜色的变化对比，可以直观的对灵芝孢子油的质量进行鉴别。

灵芝孢子油与其它市售油挥发性物质形成的指纹检测数据为例，位于检测数据A区域的物质是灵芝孢子油的特征风味物质，灵芝孢子油中掺入橄榄油后混合油中这些物质含量会随着橄榄油掺假比例的增加而降低，A区域中的十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、糠醛、己醛、丙醛、2-甲基戊醛、(E,E)-2,4-辛二烯醛、对伞花烃、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、2-乙酰基噻唑、2-甲基丁酸、2-乙酰基吡嗪、丙酸丁酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、2-甲基-2-丙烯醛、1-戊醇、1-丁醇、2-丁醇等物质等物质在灵芝孢子油中含量较高，在橄榄油中大都不存在，因此掺入橄榄油后混合油中这些物质会被稀释浓度略微降低。B区域的乙酸乙酯、乙酸、壬醛、E-2-己烯醛、E-2-戊烯醛、3-甲基-2-丁烯醛、乙醇、乙酸甲酯、异戊醇、1-己醇、1-戊烯-3-醇、柠檬烯、月桂烯、α-蒎烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、乙酸丁酯、己酸乙酯等物质在橄榄油中含量较高，是橄榄油的特征风味物质，灵芝孢子油中掺入橄榄油后混合油中这些物质含量会随着橄榄油掺假比例的增加而增加，可作为灵芝孢子油中橄榄油掺假鉴定的重要指标。

选取灵芝孢子油与不同橄榄油掺假比例灵芝孢子油所有挥发性物质的信号峰进行PCA分析，以检测样品间挥发性物质是否有显著性差异，以挥发性物质组成信息进行主成分分析将得到的主成分数按累计贡献率的大小从高到低进行排序，取前两个主成分的得分数进行可视化分析。例如，现观察一组检测数据，其中PC-1的贡献率为85％，PC-2贡献率为9％，二者累计贡献率高达94％，这说明通过主成分分析能够获取表征样品挥发性成分中的大部分信息。根据该检测数据中主成分分析检测结果的数据分布情况可知，灵芝孢子油与掺入5％、10％、20％和50％的橄榄油差异明显，在PC-1上可以得到很好的分离。在灵芝孢子油样品中，橄榄油的掺入率越高，与灵芝孢子油相距越远，相似性越低。即便掺假率低至5％，通过第一主成分也可以很好的将掺假样品鉴别出来。因此，可通过主成分分析可以对人为的掺假样品进行区分，并可以估算掺假率，最邻近分析结果与PCA结果类似。

综合以上数据，可以看出按照本发基于气相色谱和离子迁移谱对灵芝孢子油的成分分析和掺假鉴别具有较好的应用前景。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取纯灵芝孢子油，作为参考样品，进行气相色谱和离子迁移谱分析；

(2)取待检测样品，进行气相色谱-离子迁移谱分析；

(3)将步骤(1)(2)获得的检测数据对应成矩阵，以灵芝孢子油为参考矩阵，待测样品为分析矩阵，分析矩阵数据并扣除灵芝孢子油中的信号峰，得到二者的差谱伪检测数据，根据差谱伪检测数据分析待检测样品与参考样品成分差异。

2.根据权利要求1所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，还包括步骤(4)：

对参考样品与待测样品挥发性物质绘制气相色谱和离子迁移指纹检测数据，并对待检测样品与参考样品在气相色谱-离子迁移谱分析结果中挥发性物质组成信息进行主成分分析和最邻近分析，再根据气相色谱-离子迁移指纹检测数据、主成分分析和最邻近分析结果判断待检测样品是否为纯灵芝孢子油。

3.根据权利要求1所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，步骤(1)中，待测样品还可设置掺假的灵芝孢子油；所述掺假的灵芝孢子油包括掺有橄榄油、大豆油、玉米油、葵花籽油和棕榈油。

4.根据权利要求3所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，橄榄油挥发性特征物质包括Methylacetate、Limonene、Myrcene、1-Penten-3-ol和alpha-Pinene，灵芝孢子油中掺入橄榄油后所述橄榄油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

5.根据权利要求3所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，大豆油挥发性特征物质包括pentanal和Propanoicacid，灵芝孢子油中掺入大豆油后所述大豆油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

6.根据权利要求3所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，玉米油挥发性特征物质包括2-Methylbutanal和3-Methylbutanal，灵芝孢子油中掺入玉米油后所述玉米油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

7.根据权利要求3所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，葵花籽油挥发性特征物质包括Propanoicacid，灵芝孢子油中掺入葵花籽油后所述葵花籽油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。

8.根据权利要求3所述的一种基于气相色谱和离子迁移谱的灵芝孢子油掺假鉴别方法，其特征在于，棕榈油挥发性特征物质包括Propylacetate、Ethyl2-methylbutanoate、1-Propanol、2-Hexanol，2-Butanone、2-Pentanone、和Butanal，灵芝孢子油中掺入棕榈油后所述棕榈油挥发性特征物质含量会随掺入量增加逐渐增多。