气相色谱-离子迁移谱应用于橄榄油的掺假鉴别

李淑静，赵婷，葛含光，张敏，俞子萱

（天津出入境检验检疫局动植物与食品检测中心，天津300461）

传统的橄榄油鉴别方法是感官评定，通过观察颜色、闻香味、品尝口感来判断橄榄油是否掺杂，但感官评定检测结果受主观因素影响较大，不适合大批量样本的检测。而通过对橄榄油的成分进行掺假鉴别是能够量化的、可用于大批量检测的主要手段：常规理化法主要是通过检测橄榄油中固有物质或掺入物质的理化指标来鉴别是否掺假的，主要包括水分含量、紫外线吸收值、溶剂残留量、过氧化值、酸值、碘值、杂质含量、金属含量等。特异指标如：脂肪酸成分、甾醇含量等。GB 23347-2009《橄榄油、油橄榄果渣油》中规定了不同级别橄榄油中脂肪酸组成、反式脂肪酸含量、不皂化物含量、甾醇和三萜烯二醇组成及含量、蜡含量、酸值、过氧化值等技术质量指标及其检验方法；色谱法主要为气相色谱法、液相色谱法，主要以橄榄油的化学成分作为其掺假判别的主要依据。Flores等[1]结合固相微萃取和多维气相色谱分析法对橄榄油中掺榛子油含量进行检测，最低检测含量为7%。Dionisi等[2]采用反相高效液相色谱-电化学对植物油样品进行分析，结果显示生育三烯酚在棕榈油和葡萄籽油中含量较高，在橄榄油、榛子油、葵花油和大豆油中均未检测出。Zabaras等[3]采用反相高效液相色谱法分析橄榄油中的极性成分，判断橄榄油中是否掺有榛子油，其榛子油最低检测线为5%时，准确率达90%；Jafari等[4]通过用核磁共振仪检测橄榄油中亚麻酸的含量来判断橄榄油中是否掺有大豆油和葵花籽油。但是这些检测方法有其相应的不足之处：常规理化方法和色谱方法分析过程复杂、繁冗、耗时长，对样本具有破坏性。光谱法虽然可以完成样品的无损检测，但是光谱具有一定的不稳定性，有时会干扰分析结果。

离子迁移谱（ion mobility spectrometry，IMS）是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行标识的一项分析技术，是一种快速便捷且成本低的分析手段。气体分子在离子化区域转化成带电荷的离子，然后进入漂移管，依据气相离子在电场中的迁移速度不同进行鉴别分析。离子迁移谱已经广泛应用于爆炸物检测[5]、非法药物检测[6]、过程质量控制、环境检测[7]等多个领域。随着离子迁移谱的民用化发展，其在食品领域的应用也逐渐发展起来。IMS的高灵敏度、选择性使其成为适合于食品质量和安全控制，包括储藏、加工过程中的质量控制的一种分析方法[8]。高选择气相色谱（gas chromatography，GC）与高灵敏度的离子迁移谱结合可以将两种分析方法的优势相结合，通过两维保留时间对化合物进行定性分析，是一种强有力的分析手段，具有检测限低（可低至ppb级）、分析时间短（只需几分钟）、简单易用、低维护费用、低成本等特点，同时与传统分析方法相比二维谱图可以更好的展示检测结果。Garrido-Delgado等利用GC-IMS检测到西班牙橄榄油中的26种代谢产物，并对特级初榨橄榄油、橄榄油和果渣油进行了区分[9-11]，并且测定了不同包装材料对橄榄油货架期的影响[12]。

基于此，本研究利用橄榄油特有的香气，直接顶空进样，样品经快速色谱分离后，进入电离反应区被电离，再进入迁移管与逆向漂移气碰撞后漂移到检测器，获得相对迁移时间，形成指纹图谱。并以各国进口初榨橄榄油为主要研究对象，借助于化学统计方式对橄榄油掺假进行鉴别分析。

1 材料与方法

1.1 样品

收集30个进口橄榄油及混合橄榄油、亚麻籽油、葵花籽油样品进行分析，其中有16个样品为特级初榨橄榄油、9个果渣油，5个样品为其他油类，常温保存，样品信息见表1。样品均平行两次分析共60个样本。

表1 收集的样品信息Table 1 Information of samples

续表1 收集的样品信息Continue table 1 Information of samples

1.2 试剂与仪器

Flavour Spec气相-离子迁移谱（配备全自动顶空进样器）、OV-5 MCC（multi capillary column）色谱柱：德国GAS公司；20 mL顶空进样瓶：Thermo。

1.3 样品前处理

准确称取样品（2.00±0.01）g于20mL顶空进样瓶中，压盖封口，放入顶空进样器的相应瓶位上，准备进样。

1.4 气相-离子迁移谱条件

1.4.1 顶空进样器检测条件

顶空炉孵化温度60℃，平衡时间10 min，样品进样体积100 μL，震动速度500 r/min，进样针温度60℃，填充速度 200 μL/s，进样速度 150 μL/s。

1.4.2 离子迁移谱检测条件

离子源：正离子模式；载气为高纯氮气，进样口温度80℃，离子传输管温度60℃，色谱柱温度35℃，离子传输管载气流速350 mL/min，色谱柱载气流速30 mL/min。

1.5 数据分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）分析采用分析软件实验室分析浏览器（laboratory analytical viewer，LAV）自带的PCA分析程序（init dynamic PCA）进行分析。

多元线性回归分析之前，所有的离子迁移谱数据需要进行保留时间校准，将反应离子峰作为基峰，保留时间设定为1，其他化合物峰以基峰作为参照。将测得所有化合物依据保留时间进行标定，选出用于主成分分析的化合物如图1，化合物的相关信息见表2，采用内置PCA程序进行分析。

图1 不同保留时间下的离子迁移谱图Fig.1 Topographic plot at different retention time

表2 化合物信息Table 2 Information of compound

2 结果与讨论

本研究采用直接顶空进样，气相-离子迁移谱进行分析，因此主要涉及的试验条件有孵化温度、孵化时间、离子迁移管载气流速（漂流气EPC1）、色谱柱流速（载气 EPC2）、离子迁移管温度（T1）、色谱柱温度（T2）、进样口温度（T3）。

在进行试验条件优化时，选取原瓶进口特级初榨橄榄油样品，并按照1.3进行样品的处理，进行某一条件的优化时，设定其他参数相同。

2.1 试验条件优化

2.1.1 EPC1的优化

首先优化EPC1，分别设置EPC1为 100、250、350 mL/min，考察5个主要目标物的响应值变化，见表3。

表3 不同EPC1流速下主要目标物峰面积（响应值）比较Table 3 Comparison of main target compounds at different EPC1

由表3可以看出这5个色谱峰的响应值差别不明显，但当350 mL/min时，各目标物的响应值较高，同时考虑为保持迁移管的清洁度，易选择高的迁移管载气速率，因此EPC1设置为350 mL/min。

2.1.2 EPC2的优化

EPC2为载气流速，主要影响化合物在气相上的保留时间，根据气相色谱的原理载气流速越大化合物在一维气相的保留时间就越短。本研究考察了EPC2分别为30，40，50，60 mL/min时的分辩率，从图2中可以看出当EPC2为30 mL/min时可以获得较好的分辨率，因此本研究采用EPC2为30 mL/min。

图2 不同EPC2条件下的离子迁移谱图Fig.2 Topographic plot at different EPC2

2.1.3 迁移管温度T1和气相色谱柱温度T2的优化

T1和T2分别影响离子迁移速率和气相保留时间，T2越小离子在气相色谱的分离越好，有利于化合物的分离，但是受制于仪器对温度的敏感度的制约，温度设置太低会导致仪器难以达到，因此本研究设置T2为35℃。

T1值越高，离子越活跃，因此迁移时间也越短，本论文研究了 T1=40、50、60、70、80 ℃下的分离效率，如图3所示，从图3可以看出，当T1=60℃时可以获得较好的分离效率且检测到的化合物较多。因此，本研究采用T1=60℃。

图3 不同T1条件下的离子迁移谱图Fig.3 Topographic plot at different T1

2.1.4 孵化温度的优化

化合物的蒸汽压与温度有关，温度越高化合物的挥发性越好，顶空中含有的目标物浓度就越高，但是温度太高可能会使一些热不稳定的化合物分解，因此孵化温度不宜太高，本研究比较了孵化温度为40、50、60℃下检测到的峰个数和部分共有峰的峰面积，不同孵化温度条件下的离子迁移谱图见图4。从图4和表4的数据可以看出，当孵化温度为60℃时，峰个数最多和峰面积最大，因此本研究选取孵化温度为60℃。

图4 不同孵化温度条件下的离子迁移谱图Fig.4 Topographic plot at different incubation temperature

2.2 统计分析

2.2.1 特级初榨橄榄油（extra virgin olive oil）、果渣油（pomace olive oil）和其他植物油的鉴别分析

选取橄榄油中主要的组分13种作为变量，进行主成分分析，分析结果如图5所示。

主成分1的贡献率为73%，通过主成分1就可以很明显的将特级初榨橄榄油和果渣油及其他植物油进行很好的区分。

表4 不同孵化温度下主要目标物的峰面积（响应值）比较Table 4 Comparison of main target compounds at different incubation temperature

图5 主成分分析Fig.5 PCA analysis

2.2.2 掺假果渣油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的果渣油（50%、20%、10%、5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取12个（不包括P15，因为果渣油样品中不包含P15）变量进行PCA分析，分析结果见图6。

图6 掺假鉴别PCA分析Fig.6 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with pomace oil

从图6可以明显看出掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近。但是当掺假率降低到10%时，掺假样品在PC-1上与真实样品的区别变得不明显，需要从PC-2进行区分，主要是因为果渣油是橄榄果经过所有的压榨提取过程后的剩余部分再经过化学溶解处理而得到的，与橄榄油的相似度很高。因此需要结合PC-1和PC-2对人为的掺假样品进行区分，掺假鉴别率可以达到5%。

通过主成分分析选择合适的变量可以对特级初榨橄榄油中掺入果渣油进行鉴别，并可以估算掺假率。

2.2.3 掺假玉米胚芽油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的玉米胚芽油（50%，20%，10%，5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取13个变量进行PCA分析，分析结果见图7。

PC-1的贡献率可以达到85%。掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近，与果渣油掺假不同的是即便掺假率低至5%，通过第一主成分也可以很好的将掺假样品鉴别出来，可见玉米胚芽在离子迁移谱上的行为与特级初榨橄榄油的差别比较明显。

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，掺假鉴别率低于5%。

2.2.4 掺精炼棕榈油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的精炼棕榈油（50%、20%、10%、5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取13个变量进行PCA分析，分析结果见图8。

图8 掺假鉴别PCA分析Fig.8 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with refined palm oil

从图8可以明显看出掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近。特级初榨橄榄油中掺入精炼棕榈油的PCA分析结果与掺入玉米胚芽油相似。

通过主成分分析掺假鉴别率可以低于5%，并可以估算掺假率。

2.2.5 掺假葵花籽油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的假葵花籽油油（50%、20%、10%、5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取13个变量进行PCA分析，分析结果见图9。

图9 掺假鉴别PCA分析Fig.9 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with sunflower oil

从图9可以明显看出掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近。因此通过PC-1可以对人为的掺假样品进行区分，并且掺假鉴别率可以低于5%。

通过主成分分析选择合适的变量可以对特级初榨橄榄油中掺入葵花籽油进行鉴别，并可以估算掺假率。

2.2.6 掺假花生油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的假花生油（50%、20%、10%、5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取13个变量进行PCA分析，分析结果见图10。

图10 掺假鉴别PCA分析Fig.10 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with peanut oil

从图10可以明显看出掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近。因此通过PC-1可以对人为的掺假样品进行区分，并且掺假鉴别率可以达到5%。特级初榨橄榄油中掺入花生油的PCA分析结果与掺入葵花籽油的分析结果类似。

通过主成分分析选择合适的变量可以对特级初榨橄榄油中掺入花生油进行鉴别，并可以估算掺假率。

2.2.7 掺假大豆油的PCA分析

分析样本选取：选取突尼斯进口的阿尔加兹拉牌特级初榨橄榄油样品，平行取10个样本作为分析样本。人为掺假样品：向该特级初榨橄榄油样品中掺入不同浓度的假大豆油（50%、20%、10%、5%）分别取两个平行样进行测定，将人为掺假样品作为盲样，同时制备2个特级初榨橄榄油样品作为质控样，选取13个变量进行PCA分析，分析结果见图11。

从图11可以明显看出掺假样品在PC-1上可以得到很好的分离，并且掺假率越低，与参考样本越接近。因此通过PC-1可以对人为的掺假样品进行区分，并且掺假鉴别率可以达到5%。

通过主成分分析选择合适的变量可以对特级初榨橄榄油中掺入大豆油进行鉴别，并可以估算掺假率。

图11 掺假鉴别PCA分析Fig.11 PCA analysis for adulteration of extra virgin olive oil with soybean oil

3 结论

气相-离子迁移谱可以对橄榄油中的可挥发组分进行分离测定，并且可以不用进行定性、定量分析。依据获得的挥发物的综合指标利用PCA统计分析对橄榄油的品质进行鉴别分析并将特级初榨橄榄油与果渣油及其他植物油进行区分。

从果渣油、玉米胚芽油、葵花籽油、精炼棕榈油、花生油和大豆油的掺假判别分析可以看出，利用离子迁移谱获取的数据经过PCA分析后可以很好的将不同掺假率的特级初榨橄榄油进行区分，掺假鉴别率可以低至5%。但是果渣油相比其他油类性质更接近特级初榨橄榄油，因此，果渣油掺假的判别分析需要通过一个以上的主成分进行判别分析。