18 ( 3 5 2 2 6 ) - GC-MS -GC-IRMS -EA-IRMS 18 50% 1673-9078(2014)5-292-296 Discrimination of the Adulteration of Commercial Vegetable Oils by Stable Carbon Isotope Analysis GUO Lian-xian 1, LIANG Fu-rui 2, LIANG Yi 1, WANG Jiang-hai 2 (1.School of Public Health, Guangdong Medical College, Dongguan 523808, China) (2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Marine Resources and Coastal Engineering, School of Marine Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China) Abstract: This paper aims to develop a new discrimination method for the adulteration of commercial edible vegetable oils from Guangzhou market by previously-established markers of fatty acid composition and stable carbon isotope ratios. 18 vegetable oils, including camellia oil, peanut oil, sunflower oil, maize oil and olive oil were purchased from the supermarket in Guangzhou. Then, their fatty acid compositions were determined by chromatography mass spectrometry (GC-MS); the stable carbon isotope ratios ( 13 C) of bulk oil samples and their individual major fatty acids were determined by elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry (EA-IRMS) and gas chromatography-isotope ratio mass spectrometry (GC-IRMS). The measured data were compared with previously-reported discrimination markers. The results indicated that the quality of the commercial vegetable oils from market was overall high, but the adulteration still occurred in 50% of the samples. Obviously, the adulteration of vegetable oils may be sensitively discriminated by the markers of stable carbon isotope ratios and fatty acid composition. Key words: vegetable oil; stable carbon isotope tracing; fatty acid composition 市售的植物油种类繁多, 其价格因种类 等级 制取工艺和油料来源等不同而相差迥异 由于茶籽油 橄榄油和花生油等食用植物油的价格较高, 故一些不 法商家会在此类价格较高的食用植物油中掺入价格较低 品质较次, 甚至含有害物质的植物油而牟取暴利 我国虽已建立一些鉴别食用植物油掺杂的现代检测方法, 如气相色谱法 [1] [2] 折光率法 红外光谱方法和紫外分光光度法等 [3], 然而, 将稳定同位素示踪技术用于食用植物油的掺杂鉴别在我国尚处于起步阶段 [4~5] 稳定碳同位素示踪技术是鉴别植物油掺杂的强有力工具 最早将此技术用于食物掺杂鉴别可追溯到 Doner&White [6], 他们提出可采用 13 C 值来判识蜂蜜的 292
掺杂 此后, 该方法得到迅猛发展并推广至食用植物油的掺杂鉴别 采用气相色谱 - 同位素比值质谱 (GC-IRMS) 和元素分析 - 同位素比值质谱 (EA-IRMS) 技术测定待检植物油全油及其脂肪酸的稳定碳同位素比值 ( 13 C), 再比较待检植物油与典型同类植物油 13 C 值之间的差异, 就能确定待检植物油是否存在掺杂 [7~8] 如 Woodbury 等研究了 150 种植物油的稳定碳同位素组成, 建立了判识植物油掺杂的稳定碳同位素指标, 并能从 C3 植物商品油中检出掺杂量低至 5% 的玉米油 Kelly [9] 和 Angerasa [10] 分别建立了产自欧洲的常见植物油和产自地中海沿岸的橄榄油稳定碳同位素的判识标准 然而, 因食用植物油的 13 C 值与其原产地密切相关, 故不能简单地将国外的稳定碳同位素判识标准直接用于中国食用油的掺杂鉴别 [11] 本研究团队已对中国大陆灵芝孢子油和 12 种植 物油的脂肪酸和稳定碳同位素比值做了系统的研究, 并已建立判别这些油的脂肪酸组成和稳定碳同位素判识标准 为验证这套判识标准的可行性, 作者以广州市售植物油为例, 运用此套判识标准对其进行了掺杂判别, 取得了较好的判识效果 1.1 商品植物油购于广州某大型超市 产自中国的有茶籽油 3 种 ( 编号 :Cam 1 Cam 2 和 Cam 3); 葵花籽油 2 种 ( 编号 :Sun 1 和 Sun 2); 花生油 5 种 ( 编号 : Pea 1 Pea 2 Pea 3 Pea 4 和 Pea 5); 玉米油 2( 编号 : Maize 1 和 Maize 2); 产自西班牙的橄榄油 6 种 (Olive 1 Olive 2 Olive 3 Olive 4 Olive 5 和 Olive 6) 1.3 称取约 50 mg 样品, 将其溶解于 0.8 ml 石油醚中 ; 加入 0.5 ml 四氢呋喃助溶剂, 混溶 ; 加入 1.5 ml 甲醇钠, 待反应液变清且冷却后, 加入 0.6 ml 5% 乙酸, 震荡 ; 待静止分层后, 取上层油相, 用蒸馏水洗 3 遍 ; 吹干溶剂后即得油状透明产物并称重 1.4 1.4.1 将制备的脂肪酸甲酯用石油醚稀释至约 50 g/g, 进样 1 L; 载气为氦气, 流速为 1 ml/min 升温程序如下 : 起始温度为 120, 持续 1 min; 然后以 5 /min 速率上升至 240, 在 240 保持 20 min, 最后以 5 /min 速率上升至 280, 在 280 保持 15 min 外标为浓度分别是 10 50 100 400 1000 g/g 的 37 种脂肪酸混标 ( 美国色谱科公司 ) 根据质谱检测结果和外标的保留时间确定所测样品中脂肪酸甲酯的种类及其含量 1.4.2 13 C 单个脂肪酸的 13 C 值用 GC-IRMS 进行检测 ; 其 GC 的色谱条件与上述相同 脂肪酸甲酯的 13 C 值由 [13] GC-IRMS 自动检测, 并用如下公式换算出单个脂肪酸的 13 C 值 : 13 C FA = [(n +1) 13 C FAME - 13 C Methyl group ]/n (1) 1 FA FAME Methyl group n 1.4.3 13 C 用锡舟包裹约 2 mg 待测样品, 将样品放入进样器中 ; 样品在 960 高温下完全燃烧转化成 CO 2, 用 1.2 气相色谱 - 质谱仪 (GC-MS)( 型号为 VARIAN GC 3800-MASS 2000; 装配有 50 m 0.25 mm 的 SE-54 毛细管色谱柱 ) 元素分析- 同位素比值质谱仪 (EA-IRMS) (EA 的型号为 CE EA1112 C/N/S;IRMS 的型号为 DELTA plus XL ) 和气相色谱 - 同位素比值质谱 (GC-IRMS)(GC 的型号为 HP 6890,IRMS 的型号为 GV IsoPrime) 石油醚 四氢呋喃 二氯甲烷 硫酸 醋酸 乙酸乙酯和无水硫酸钠均为分析纯 采用钠法去除石油醚 四氢呋喃和甲醇中的水 0.6 mol/l 甲醇钠的制备方法 : 称取 1.38 g 金属钠, 将其置于 100 ml 无水甲醇 ( 其 13 C 值为 -47.1 ) 中, 待金属钠完全反应后即得该浓度的甲醇钠 EA-IRMS 自动检测样品的 13 C 值, 并根据参考气 CO 2 的 13 C 值换算出样品的 13 C 值 本研究所用标样的 13 C 测定值为 -36.9 2.1 采用 GC-MS 对 18 种植物油商品的脂肪酸组成进行了测定, 其归一化的分析结果列于表 1 从表 1 看出, 棕榈酸 (C 16:0 ) 硬脂酸(C 18:0 ) 油酸(C 18:1 ) 和亚油酸 (C 18:2 ) 为这些植物油商品的主要脂肪酸 ;Cam Pea Sun 和 Maize 是本研究团队获得的原产地为中国的纯植物油脂肪酸组成的数据 ;Olive 是 Spangenberg [14] 报导的西班牙橄榄油的脂肪酸组成数 293
据 油和大豆油 ) 的少量掺入 2.2 13 2.3.2 C 从表 1 可见,Pea 1 Pea 2 Pea 3 和 Pea 4 的脂肪 采用 GC-IRMS 和 EA-IRMS 对商品植物油的全油及 酸种类及其含量与纯花生油相近, 而 Pea 5 的脂肪酸种 其主要脂肪酸进行了 13 C 值测定, 其结果列于表 2 除 类及其含量和 C 18:1 /C 18:2 比值 (1.47) 与纯花生油 (1.19) 玉米油的 13 C 值在 -18.8 至 -15.1 范围内之外, 其它 差异较大, 故可能掺入了 C 16:0 和 C 18:2 含量比花生油低 全油的 13 C 值都分布在 -27.0 至 -33.7 的区间内 表 1 的植物油 从表 2 可见,Pea 3 的全油及其主脂肪酸的 中 Cam Pea Sun 和 Maize 的数据是本研究团队获得 13 C 值比纯花生油高, 故可能有玉米油的掺入, 但纯 的原产地为中国的纯植物油的稳定碳同位素比值的数 玉米油的 C 18:1 /C 18:2 比值为 0.51(Pea 3 为 1.21 纯花生 据 ;Olive 是 Spangenberg [14] 报导的西班牙橄榄油的稳定 油为 1.19), 故 Pea 3 可能同时掺入玉米油和其它具有 碳同位素比值数据 较高 C 18:1 /C 18:2 比值的植物油 Pea 5 的全油及其主脂肪 2.3 酸的 13 C 值比纯花生油低, 故可初步判定在 Pea 5 中可能有 C 16:0 和 C 18:2 含量及全油 13 C 值比纯花生油低的植 稳定碳同位素指标能高效地检出 C4 植物油与 C3 植 物油的掺入 物油之间的掺杂, 因为,C3 植物油的 13 C 值在 2.3.3-24.6 ~-32.7 范围, 而 C4 植物油的 13 C 值则在 从表 1 可见,Sun 1 和 Sun 2 的脂肪酸含量和 -12.4 ~-16.3 范围, 两者差异非常明显 故若在 C3 C 18:1 /C 18:2 比值 ( 均为 0.49) 与纯葵花籽油 (0.36) 之间 植物油中存在 C4 植物油的掺入或 C4 植物油中有 C3 植 差别较大, 初步判断在两者中可能掺入 C 18:1 含量较高 物油的掺入, 则其 13 C 值与该品种植物油相比会显著升 的植物油 从表 2 看出,Sun 2 与纯葵花子油的 13 C 相 高或降低 当待检的样品为珍贵植物油 ( 如茶籽油 近, 而 Sun 1 的全油和 C 16:0 的 13 C 值比纯葵花子油低 橄榄油 ) 商品时, 若其 13 C 值明显升高, 则很可能有诸 综合考虑上述分析结果, 作者认为 Sun 1 可能掺杂了大 如玉米油的掺入 然而,C3 植物油之间的掺杂是最普 豆油, 而 Sun 2 则可能掺杂了 13 C 值与葵花子油相 遍的植物油掺杂形式, 因为绝大多数植物油为 C3 植物 似但 C 18:1 含量较高 品质较次的花生油 油 若将低品质 C3 植物油掺杂到高品质的 C3 植物油中, 2.3.4 且掺杂物无法根据物理特征及通过简单的化学反应进 从表 1 看出,Maize 1 和 Maize 2 的脂肪酸含量和 行判识, 则需将稳定碳同位素数据与脂肪酸含量结合 C 18:1 /C 18:2 比值 ( 分别为 0.63 和 0.74) 与纯玉米油 (0.51) 起来进行综合评估方能进行有效判识 略有差异, 初步判断 Maize 1 可能掺入 C 16:0 含量与玉 2.3.1 米油类似 C 18:1 含量比玉米油高的植物油 ;Maize 2 可 由表 1 看出, 所有商品茶籽油与纯茶籽油的每种脂 能掺入 C 16:0 和 C 18:1 含量比玉米油高的植物油 从表 2 肪酸的含量差异不大, 故仅从脂肪酸含量角度无法判 看出,Maize 1 和 Maize 2 的全油和 C 16:0 的 13 C 值均小 断是否存在掺杂 然而, 从表 2 看出,Cam 3 中 C 16:0 于纯玉米油的 13 C 值 由于玉米油为 C4 植物, 其 13 C 和全油的 13 C 值都小于纯茶籽油 1 以上 故可初步判 值显著高于 C3 植物, 故 Maize 1 和 Maize 2 可能掺入 断 Cam 3 可能有 13 C 值比茶籽油小的植物油 ( 如菜籽 少量的 C3 植物油 Table 1 Types of fatty acids and their relative abundances in the commercial edible vegetable oils purchased from the market 294 C 14:0 C 15:0 C 16:1 C 16:0 C 17:1 C 17:0 C 18:2 C 18:3 C 18:1 C 18:0 C 20:1 C 20:0 C 22:1 C 22:0 C 18:1 /C 18:2 Cam 0.06 0.01 0.43 8.17 0.09 0.10 8.67 0.06 79.50 2.11 0.76 0.02 0.03 ND 9.17 Cam 1 0.01 ND 0.17 9.00 0.03 0.10 9.10 0.01 79.20 2.27 0.10 0.03 ND ND 8.70 Cam 2 0.03 ND 0.14 8.30 0.04 0.05 9.20 0.01 79.00 2.75 0.48 0.02 ND ND 8.59 Cam 3 0.03 ND 0.12 9.20 ND 0.14 9.20 ND 79.20 2.00 0.08 0.01 ND ND 8.61 Pea 0.04 0.01 0.07 10.90 0.04 0.13 35.60 ND 42.20 6.08 0.83 2.05 0.15 1.92 1.19 Pea 1 0.06 ND 0.04 12.80 ND 0.15 35.60 ND 44.90 4.13 0.31 0.47 ND 1.63 1.26 Pea 2 0.02 ND 0.05 11.20 0.01 0.04 36.80 ND 44.30 4.27 0.32 0.64 ND 2.37 1.20 Pea 3 0.03 0.01 0.04 11.40 ND 0.03 36.30 ND 43.80 3.55 0.79 1.28 ND 2.71 1.21
Pea 4 0.06 ND ND 11.20 ND 0.01 36.50 ND 45.20 4.10 0.33 1.03 ND 1.51 1.24 Pea 5 0.13 ND ND 9.90 0.02 0.23 32.90 ND 48.30 4.71 0.61 0.60 ND 2.57 1.47 Sun 0.09 0.02 0.16 6.53 0.07 0.08 62.10 ND 22.30 6.78 0.24 0.46 ND 1.06 0.36 Sun 1 0.07 0.01 0.06 6.80 0.01 0.05 59.50 ND 29.10 4.25 0.02 0.07 ND 0.03 0.49 Sun 2 0.07 0.01 0.01 6.20 0.01 0.14 58.50 ND 28.90 6.00 0.01 0.06 ND 0.14 0.49 Maize 0.01 0.01 0.06 12.10 ND ND 55.60 ND 28.60 2.73 0.15 0.58 ND 0.15 0.51 Maize 1 0.05 ND 0.04 11.90 ND ND 52.30 ND 32.90 2.70 0.03 0.03 ND ND 0.63 Maize 2 0.03 ND ND 13.40 0.10 0.12 48.70 ND 35.80 1.70 0.03 0.06 ND ND 0.74 Olive [14] ND ND 0.50 14.90 ND ND 6.60 0.50 74.70 2.80 ND ND ND ND 11.32 Olive 1 0.02 0.01 1.16 12.20 0.12 0.01 10.50 0.12 72.30 3.37 0.08 0.12 0.01 0.01 6.89 Olive 2 0.03 0.01 0.58 10.80 0.03 0.06 28.10 2.43 54.20 3.61 0.05 0.10 ND 0.06 1.93 Olive 3 0.04 0.01 0.90 11.00 0.11 0.11 10.90 0.11 74.20 2.40 0.05 0.10 ND ND 6.81 Olive 4 0.04 0.01 1.21 10.90 0.12 0.13 6.50 0.66 74.60 4.60 0.50 0.68 ND 0.05 11.48 Olive 5 0.02 0.01 0.51 9.10 0.42 0.34 5.60 0.07 79.90 3.52 0.34 0.11 ND 0.09 14.27 Olive 6 0.01 ND 0.79 10.90 0.06 0.02 4.95 0.49 77.80 3.90 0.40 0.60 ND ND 15.72 3 3 SD 0.30% ND- Table 2 13 C values ( ) of bulk oils and their individual major fatty acids in the commercial edible vegetable oils purchased from the market C 16:0 C 18:2 C 18:1 C 18:0 Cam -28.8-29.4-28.2-28.7-28.6 Cam 1-29.4-28.1-27.8-30.2-28.5 Cam 2-29.7-27.2-28.8-30.0-28.6 Cam 3-30.1-28.5-29.1-29.7-29.6 Pea -28.4-29.1-27.5-27.3-28.1 Pea 1-28.8-29.0-27.7-27.7-28.3 Pea 2-28.2-28.8-27.8-28.1-28.6 Pea 3-26.7-24.9-27.0-29.7-27.0 Pea 4-28.5-28.9-27.9-28.6-28.6 Pea 5-31.0-29.1-30.1-31.2-29.5 Sun -29.2-29.5-28.7-28.5-28.4 Sun 1-30.2-28.6-30.2-30.7-29.3 Sun 2-29.7-27.6-29.9-29.6-28.7 Maize -15.3-16.2-15.1-15.0-14.1 Maize 1-16.9-15.5-16.4-18.8-15.1 Maize 2-16.6-15.5-17.3-18.7-15.3 Olive [14] -31.5 ND -31.1 ND -29.6 Olive 1-31.1-28.7-30.1-32.5-29.3 Olive 2-31.0-29.4-30.8-32.3-29.7 Olive 3-32.4-30.7-31.4-33.3-30.8 Olive 4-29.9-28.0-29.6-33.5-29.0 Olive 5-30.1-28.6-29.6-31.6-28.8 3 3 0.25 2.3.5 由表 1 可知,Olive 1 Olive 2 和 Olive 3 的 C 18:1 /C 18:2 比值分别为 6.89 1.93 和 6.81, 与纯橄榄油的 C 18:1 /C 18:2 比值 (11.32) 存在明显的差异, 故可初步判定在 Olive 1 Olive 2 和 Olive 3 中掺有 C 18:2 含量比橄榄油高的植物油 从表 2 看出,Olive 3 的全油 13 C 值与纯橄榄油的全油 13 C 值差异最大, 故判断 Olive 3 可能有 13 C 值低于橄榄油的植物油掺入 从这批购置于广州市某大超市的植物油商品的检验结果看出, 这批植物油商品的总体品质较高, 但编号为 Cam 3 Pea 5 Sun 1 Sun 2 Maize 1 Maize 2 Olive 1 Olive 2 和 Olive 3 的植物油商品存在少量的掺杂 ; 同时也表明, 将植物油的脂肪酸组成数据与植物油的全油及其主要脂肪酸的稳定碳同位素比值数据相结合, 可综合判识市售植物油商品中是否存在掺杂, 甚至可以确定其掺杂量 [1] 王江蓉, 周建平, 刘荣, 等. 毛细管气相色谱法测定植物油脂肪酸组成初探 [J]. 现代食品科技,2007,23(9):84-87 WANG Jiang-rong, ZHOU Jian-ping, LIU Rong, et al. Preliminary research on the measurement of fatty acid composition of the vegetable oil by capillary column chromatography [J]. Modern Food Science and Technology, 2007, 23(9): 84-87 295
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