地沟油，学名废弃食用油脂，是通过分离回收及精炼加工从餐厨垃圾、废弃油脂、各类肉及肉制品加工废弃物中所获得的废弃油脂的统称。还包括上述油脂与植物油掺兑而成的掺杂植物油^[1]。

地沟油的来源及种类不仅具有多样性，而且还具有极大的不确定性。如何找到鉴别地沟油与植物油通用和适用的标志物，是攻克地沟油检测技术难题的关键^[2,3]。本研究以多种类型的地沟油和食用植物油为样品，采集各样品的拉曼光谱和导数光谱，对不同样品拉曼谱带的形态进行比对分析，寻找鉴别地沟油与食用植物油适用和通用的特征拉曼谱带。

食用植物油有大豆油、玉米油、花生油、芝麻油、橄榄油、茶籽油、棉籽油、葵花籽油、菜籽油、棕榈油，分别由南海油脂工业(赤湾)有限公司提供或从深圳市各大超市购买。从深圳市政府指定的从事餐厨垃圾集中处置的深圳市腾浪再生资源发展有限公司和深圳瑞赛尔环保股份有限公司采集餐厨废弃油脂。从深圳市餐饮店采集煎炸废弃油脂。由南海油脂工业(赤湾)有限公司提供动物油脂。按蒸馏脱臭、碱炼脱酸和吸附脱色的步骤和方法^[1]制备或由国家食品安全风险评估中心提供精炼地沟油。按5%、10%、20%(v/v)的比例将精炼地沟油掺入各种食用植物油配制成掺杂植物油。

显微拉曼光谱仪 DXR Raman Microscope(美国Thermo Fisher Scientific 公司)。各项参数列于表 1。

表 1

表 1 显微拉曼光谱的测量参数 参数名称 参数值 激光光源波长(nm) 780 532 532 物镜倍数 10X 10X 10X 激光能量(mw) 24.0 2.0 2.0 分光光栅 普通光栅 普通光栅 扩展光栅 出光狭缝(μm) 5 0(线型) 25(线型) 25(针孔) 曝光时间(s) 3 0.1 1.0 测量曝光次数 20 50 200 背景曝光次数 500 500 500 光谱扫描范围(/cm) 4 000~50 4 000~50 6 500~100

表 1 显微拉曼光谱的测量参数

开启光源和拉曼光谱仪，待仪器完成自检后开始样品测量。取油脂样品10 μL于垫有锡箔的载玻片中央，将载玻片置于仪器的显微镜载物平台上，移动载物平台将入射光聚焦于样品微滴中心，关闭显微镜载物台上盖。按选定的范围和参数测定样品的拉曼光谱。对样品的拉曼光谱求一阶导数(Norris derivative,segment length=51,gap between segments=5)，获得各样品的导数扩展光谱。

在780nm激光光源的普通拉曼光谱中，精炼地沟油除光谱基线普遍高于食用植物油外，两者的光谱形态基本相似，所出现的对应于羰基基团(3 100/cm)、碳氢键(3 100-2 700/cm)、顺式C=C双键(3 009/cm)、亚甲基(2 923/cm和2 835/cm)、酯键羰基基团(2 500-1 600/cm)、-CH₂ 基团(1 464/cm)、-CH₃ 基团(1 377/cm)、酯键中碳氧单键(1 160/cm、1 118/cm、1 095/cm、1 030/cm)、反式脂肪酸(960/cm)、长链烷基(722/cm)等基团的拉曼峰的数目及位置也基本相同(见图 1A)。在532 nm激光光源的普通拉曼光谱中，两者的光谱形态却具有显著差异。精炼地沟油的光谱中只见一个平滑包状谱带，已不见上述油脂成分所对应的拉曼峰。各食用植物油虽光谱形态各异，但在光谱中均可见上述油脂成分所对应的拉曼峰(见图 1B)。

图 1

注：A:780 nm激光光源； B:532 nm激光光源。 图 1 食用植物油与精炼地沟油的普通拉曼光谱

在532 nm激光光源的的扩展光谱中，精炼地沟油与食用植物油光谱形态的差异更为显著。除在普通光谱区段(3 500~50/cm)所观察到的光谱形态差异外，还可在扩展光谱区段(6 500~3 500/cm)观察到两者光谱形态出现的差异。精炼地沟油呈现一个覆盖整个扫描波段(6 500~100/cm)的平滑包状谱带，各种食用植物油无一具有这一形态的拉曼谱带。不同批次制备的精炼地沟油均具有这一形态的平滑包状谱带。餐厨废弃油脂、煎炸废弃油脂、动物废弃油脂、不同来源的地沟油，以及掺入精炼地沟油(≤20%)的掺杂植物油，亦具有形态与之相似的谱带。

图 2

图 2 食用植物油与精炼地沟油的扩展拉曼光谱

图 3

注：A：38批精炼地沟油；B：4类地沟油；C：不同来源的地沟油；D： 掺杂花生油 图 3 地沟油及掺杂花生油的扩展拉曼光谱

在导数扩展光谱中，地沟油与植物油样品间原本重叠的谱带得到了有效的分离。而在导数普通光谱中，各种油脂样品都出现峰位置完全相同的一个反峰(2 944/cm)和一个正峰(2 841/cm)。所有食用植物油的导数反峰的强度为负值，导数正峰的强度为正值(图 5A)。而精炼地沟油的导数反峰与正峰的强度均为负值(图 5B)。图 5C显示了在花生油中掺入精炼地沟油导致的导数反峰与正峰强度的改变。随着精炼地沟油掺入比例的提高，掺杂花生油导数反峰强度(绝对值)增加，而导数正峰强度减少。

图 4

图 4 食用植物油与精炼地沟油的一阶导数扩展拉曼光谱

图 5

注：A：食用植物油；B：精炼地沟油；C：掺杂花生油 图 5 食用植物油与精炼地沟油及掺杂花生油的一阶导数普通拉曼光谱

计算各掺杂植物油样品导数光谱反峰(2 944/cm)和正峰(2 841/cm)强度的比值(绝对值)。由表 2可见，各种掺杂植物油的反峰与正峰强度比值(绝对值)与精炼地沟油的掺入比例成正比。

表 2

表 2 掺杂植物油导数反峰与正峰强度的比值 食用植 物油 精炼地沟 油掺入 比例(%) 反峰与正 峰强度比 值(绝对值) 食用植 物油 精炼地沟 油掺入 比例(%) 反峰与正 峰强度比 值(绝对值) 花生油 0 1.49 大豆油 0 0.66 5 1.73 5 1.43 10 4.98 10 1.59 20 11.58 20 2.75 玉米油 0 0.92 调和油 0 0.67 5 1.82 5 1.33 10 2.47 10 1.69 20 5.58 20 2.23 橄榄油 0 0.49 葵花籽油 0 0.89 5 0.67 5 1.73 10 1.04 10 2.82 20 2.52 20 4.19 菜籽油 0 0.16 茶籽油 0 0.89 5 2.05 5 1.55 10 3.40 10 2.29 20 6.52 20 4.03 芥花籽油 0 0.89 棕榈油 0 1.09 5 1.66 5 1.83 10 1.92 10 3.09 20 2.88 20 6.07

表 2 掺杂植物油导数反峰与正峰强度的比值

拉曼光谱技术以其无损、无需制备样品、无需消耗化学试剂等优势，成为建立食品质量安全快速鉴别和检验方法的优选技术^[4]，包括利用拉曼光谱检验地沟油和鉴定掺假食用油^[5,6]。然而，由于上述研究仅涉及个别的地沟油和植物油样品，所获得的数据还不足以评价所找到的拉曼谱带对鉴别地沟油与食用植物油是否适用和通用。

精炼地沟油与食用植物油拉曼光谱在780 nm激光光源下整体形态并无显著差异。但在532 nm激光光源下，两者拉曼光谱整体形态的差异极为显著。精炼地沟油呈现一个覆盖整个扫描波段(6 500~100/cm)的平滑包状谱带。各种类型的地沟油，包括不同批次制备的精炼地沟油、餐厨废弃油脂、煎炸废弃油脂、动物废弃油脂、不同来源的地沟油，以及掺入精炼地沟油(≤20%)的掺杂植物油，均具有整体形态相同或者相似的拉曼谱带。而各种食用植物油无一具有整体形态类似的拉曼谱带。可见平滑包状谱带是地沟油特有的拉曼指纹图谱。地沟油与植物油样品在532 nm激光光源的扩展拉曼光谱中存在着严重的谱带重叠现象。但在对应的导数扩展光谱中，两者原本重叠的谱带得到了有效的分离。可利用这一光谱特征消除光谱重叠对鉴别地沟油与植物油的干扰。在532 nm激光光源的导数普通光谱中，虽然地沟油与植物油的反峰和正峰的峰位置完全相同，分别位于2 944/cm和2 841/cm处。但两者反峰和正峰强度的赋值方向截然不同。精炼地沟油的反峰与正峰的强度均为负值。而食用植物油的导数反峰的强度为负值，导数正峰的强度为正值。当在植物油中掺入精炼地沟油时，精炼地沟油将在使掺杂油样品反峰强度(绝对值)增加的同时，使之正峰强度减少，从而必然导致其两峰比值(绝对值)的显著提高。实验结果表明，各种掺杂植物油的反峰与正峰强度比值(绝对值)与精炼地沟油的掺入比例成正比。地沟油掺入比例越高，该比值越大。无论在何种食用植物油中掺入地沟油，当样品中地沟油的掺入量达到10%时，其两峰比值(绝对值)显著高于对应的食用植物油的本底值。利用这一特征可以测量和描述掺杂植物油中地沟油的掺入量。

综上所述，平滑包状拉曼谱带是普遍见于地沟油的指纹图谱。该指纹图谱在扩展光谱、导数扩展光谱及导数普通光谱中的表现可为鉴别地沟油与植物油、消除样品间谱带重叠干扰，以及检测植物油样品中地沟油的掺入量提供丰富的信息及适用的标志。