油料油脂的分子光谱分析

随着全球产业经济与科学技术的飞速发展，油料油脂的分析检验技术也在不断升级迭代。近十几年来，分子光谱技术，特别是近红外光谱凭借其快速、便捷、无损、环保等优势，在油料分析领域取得了令人瞩目的成绩。

随着分子光谱仪器设备，特别是采样附件的快速发展，红外光谱、拉曼光谱等在油脂分析领域发展也非常迅速，涌现出许多极具应用前景的研究与应用成果。

近红外、红外和拉曼光谱与化学计量学的结合越来越紧密，许多方法模型在油脂油料分析领域得到广泛应用，发挥出很好的经济效益。

本书汇集了紫外-可见光谱、近红外光谱、红外光谱、拉曼光谱和分子荧光等五种分子光谱技术在油料油脂分析领域的典型应用与研究案例。

 

 

油料油脂分析包括油料、饼粕和食用油脂品质与组分的检验。随着我国饲料饼粕和食用油脂需求的不断增长，迫切需要借助简便、快速的分析技术监测油料油脂的收储、加工和消费环节。分子光谱技术主要包括紫外可见、近红外、中红外、拉曼光谱和分子荧光，其分析方法具有快捷方便、适合多物态以及信息丰富等优点。近年来，随着光学仪器制造技术的进步和化学计量学方法的成熟，油料油脂的分子光谱分析技术和方法迅速发展，特别是近红外光谱作为一种过程分析技术，已经得到广泛应用。

《油料油脂的分子光谱分析》系统地介绍了油料油脂领域的分析需求，分子光谱技术的原理、方法和仪器组成，以及紫外可见、近红外、中红外、拉曼光谱和荧光光谱在油料油脂分析领域的应用与研究情况。本书注重理论知识的实际应用，通过引用、剖析和总结研究与应用实例，让读者全面了解分子光谱在油料油脂分析领域的*研究动态和发展趋势。本书内容丰富、资料详实、文字简练、通俗易懂，适用于从事油料油脂生产和检验领域的科研、实验人员，以及高等院校相关专业的师生参考，也可作为分子光谱生产、销售和应用人员的参考书。

 

武彦文，北京市理化测试中心，研究员，室主任，清华大学化学系博士后，长期从事食品安全及分析化学检测技术研究。曾出版《反式脂肪酸》（化学工业出版社，2015年）。

基础篇

第1章油料油脂及其分析检验2

1.1油料及其组成与加工2

1.1.1油料的定义与分类2

1.1.2油料的化学组成3

1.1.3油料的加工5

1.2油料的分析检验7

1.2.1油料和饼粕的化学检验8

1.2.2特殊油料和饼粕的化学检验9

1.2.3油料中的有害残留物分析10

1.3油脂的组成、精炼与氧化11

1.3.1油脂的定义与分类11

1.3.2油脂的主要成分——甘油三酯12

1.3.3油脂的组成与精炼16

1.3.4油脂的氧化与煎炸24

1.4油脂的理化性质及分析检验26

1.4.1油脂的物理性质26

1.4.2油脂的化学性质27

1.4.3油脂的脂肪酸组成分析27

1.4.4油脂的氧化产物与抗氧化剂分析28

1.4.5油脂的脂类伴随物分析29

参考文献32

第2章分子光谱分析技术33

2.1分子光谱的理论基础34

2.1.1分子光谱的产生34

2.1.2朗伯-比尔定律35

2.1.3漫反射理论36

2.1.4衰减全反射理论37

2.2紫外-可见吸收光谱40

2.2.1基本原理40

2.2.2仪器构成43

2.2.3实验技术49

2.3中红外光谱50

2.3.1基本原理51

2.3.2仪器构成54

2.3.3实验技术62

2.3.4谱图处理63

2.3.5二维相关光谱67

2.4近红外光谱70

2.4.1基本原理71

2.4.2仪器构成72

2.4.3实验技术79

2.5拉曼光谱79

2.5.1基本原理80

2.5.2仪器构成84

2.5.3实验技术88

2.5.4实际应用89

2.6分子荧光90

2.6.1基本原理91

2.6.2仪器构成93

2.6.3实验技术97

参考文献99

第3章化学计量学方法101

3.1化学计量学及其研究内容101

3.1.1化学计量学101

3.1.2化学计量学的研究内容101

3.2分子光谱结合化学计量学的分析方法102

3.2.1样本收集102

3.2.2光谱测定103

3.2.3参考数据的获得104

3.2.4模型的建立104

3.2.5模型的验证与评价105

3.2.6模型的适用性考察105

3.2.7预测分析与模型的更新106

3.3样本选择方法106

3.3.1样本集应满足的条件106

3.3.2Kennard-Stone方法107

3.3.3SPXY方法与其他方法108

3.4界外样本的识别方法108

3.4.1校正集界外样本识别108

3.4.2验证集界外样本识别109

3.5光谱预处理方法111

3.5.1基线校正111

3.5.2平滑112

3.5.3求导113

3.5.4均值中心化、标准化与归一化114

3.5.5标准正态变量变换与去趋势算法114

3.5.6多元散射校正114

3.5.7傅里叶变换与小波变换115

3.6光谱波长范围选择方法116

3.6.1相关系数法和方差分析法116

3.6.2无信息变量消除方法117

3.6.3蒙特卡罗方法和竞争性自适应权重取样法117

3.6.4连续投影算法117

3.6.5间隔与移动窗口PLS法117

3.6.6随机优化方法与遗传算法118

3.7定性模式识别方法118

3.7.1无监督模式识别119

3.7.2有监督模式识别122

3.7.3模式识别性能的评价124

3.8定量校正方法127

3.8.1线性校正方法127

3.8.2非线性校正方法129

3.8.3多元校正模型的性能评价131

3.9模型传递方法135

3.10化学计量学软件135

参考文献136

应用篇

第4章近红外光谱分析油料与饼粕139

4.1油料和饼粕的分析检验139

4.2大豆和大豆饼粕的组成分析与判别140

4.2.1脂肪、蛋白质、碳水化合物、水分和灰分的含量分析141

4.2.2脂肪酸组成分析147

4.2.3氨基酸组成分析152

4.2.4膳食纤维与蔗糖分析156

4.2.5转基因大豆的判别158

4.2.6病菌感染判别163

4.2.7非法添加物的判定165

4.3花生的组成分析与判别166

4.3.1脂肪与脂肪酸组成分析166

4.3.2蛋白质与氨基酸组成分析168

4.3.3水分含量分析170

4.3.4霉变花生的判别171

4.3.5酸败花生的判别172

4.4油菜籽与菜籽饼粕的组成分析与判别173

4.4.1脂肪、蛋白质和水分含量分析174

4.4.2氨基酸组成分析177

4.4.3硫苷和芥酸的含量分析179

4.5棉籽180

4.5.1脂肪、蛋白质等常规组分分析180

4.5.2脂肪酸组成分析182

4.5.3氨基酸组成分析183

4.5.4棉酚含量的测定185

4.6玉米种子186

4.6.1脂肪、蛋白质、水分等组分测定186

4.6.2霉变玉米的判别189

4.6.3玉米种子纯度的鉴别190

4.7其他油料192

4.7.1芝麻192

4.7.2核桃仁194

4.7.3稻谷米糠与米糠饼粕195

4.7.4油茶籽及其饼粕196

4.7.5橄榄198

参考文献203

第5章分子光谱用于食用油脂的定性鉴别与掺伪分析206

5.1食用油脂的真实性检验206

5.1.1食用油脂的定性鉴别与掺伪分析206

5.1.2初榨橄榄油的真实性检验207

5.2紫外-可见光谱用于食用油脂鉴别与掺伪分析208

5.2.1食用油脂的紫外吸光度测定209

5.2.2紫外光谱用于初榨橄榄油的鉴别210

5.2.3紫外光谱用于橄榄油的产地鉴别211

5.2.4紫外-可见光谱用于食用油脂的掺伪分析213

5.3中红外光谱用于食用油脂鉴别与掺伪分析215

5.3.1食用油脂的中红外光谱图215

5.3.2中红外光谱用于橄榄油鉴别与掺伪分析217

5.3.3红外光谱用于其他油脂鉴别与掺伪分析234

5.3.4红外光谱用于餐厨废油或地沟油的鉴别与掺伪分析242

5.4近红外光谱用于食用油脂鉴别与掺伪分析246

5.5拉曼光谱用于食用油脂的鉴别与掺伪分析252

5.6荧光光谱用于食用油脂的鉴别与掺伪分析259

参考文献267

第6章分子光谱用于食用油脂的组成分析270

6.1概述270

6.1.1油脂中的脂肪酸组成270

6.1.2橄榄油中的微量成分271

6.2中红外光谱用于食用油脂的组成分析272

6.3近红外光谱用于食用油脂的组成分析281

6.4拉曼光谱用于食用油脂的组成分析288

参考文献293

第7章分子光谱用于食用油脂的质量参数分析294

7.1概述294

7.1.1碘值294

7.1.2过氧化值295

7.1.3酸值295

7.2紫外光谱用于食用油脂的质量参数分析296

7.3中红外光谱用于食用油脂的质量参数分析301

7.4近红外光谱用于食用油脂的质量参数分析304

7.5拉曼光谱用于食用油脂的质量参数分析309

7.6荧光光谱用于食用油脂的质量参数分析311

参考文献314

第8章分子光谱用于食用油脂的氧化分析315

8.1概述315

8.1.1食用油脂的氧化315

8.1.2检测油脂氧化的方法或指标316

8.1.3分子光谱法检测油脂氧化317

8.2紫外光谱用于食用油脂的氧化分析317

8.3中红外光谱用于食用油脂的氧化分析319

8.4近红外光谱用于食用油脂的氧化分析336

8.5拉曼光谱用于食用油脂的氧化分析340

8.6荧光光谱用于食用油脂的氧化分析342

参考文献350

 

随着全球产业经济与科学技术的飞速发展，油料油脂的分析检验技术也在不断升级迭代。近十几年来，分子光谱技术，特别是近红外光谱凭借其快速、便捷、无损、环保等优势，在油料分析领域取得了令人瞩目的成绩。同时，随着分子光谱仪器设备，特别是采样附件的快速发展，红外光谱、拉曼光谱等在油脂分析领域发展也非常迅速，涌现出许多极具应用前景的研究与应用成果。因此，本书讨论的重点不在于传统的光谱分析方法，即油料油脂样品通过预处理，从中提取、分离得到目标物（有的分离方法与检测技术联用，如高效液相色谱法）；有些目标物还需要通过生色反应呈现光谱特性，最后采用分子光谱技术，如红外光谱仪、紫外-可见或荧光分光光度计检测；而是重点观察分子光谱作为间接方法实现快速检测的过程，即通过一定数量的代表性样品建立待测目标的光谱模型，该模型经过验证合格后即可进行实际样品的快速、无损检测。因此，基于分子光谱与通过直接方法获得的参考数据，建立油料油脂的模式识别模型（定性判别）和校正模型（定量测定）是本书阐述的主要内容。

建立分子光谱识别与校正模型往往需要结合化学计量学方法。对于复杂的油料油脂分析体系，它们的分子光谱通常是多种组分信息叠加的结果，特别是近红外光谱图，其谱峰很难归属到某一类或某一个组分。因此，无法直接采用谱图差异判别或者应用朗伯比尔定律定量，而是需要通过化学计量学方法提取、甄别谱图中蕴藏的有效信息，找到样品谱图与其组分的一一对应关系，建立相应的定性判别或定量校正模型。倘若模型得当，则未知样品的识别与检测，只需扫描光谱，即可通过模型直接读取相关信息。近年来，随着化学计量学的发展和成熟，近红外、红外和拉曼光谱与化学计量学的结合越来越紧密，许多方法模型在油料油脂分析领域得到广泛应用，发挥出很好的经济效益。本书不仅介绍了分子光谱与化学计量学方法的基础知识，而且总结了大量的油料油脂分析应用案例与最新研究成果。

本书汇集了紫外-可见光谱、近红外光谱、红外光谱、拉曼光谱和分子荧光等五种分子光谱技术在油料油脂分析领域的典型应用与研究案例，内容涉及基础篇（前三章）和应用篇（后五章）两部分。第1章概述了油料油脂的常规分析检验方法；第2章介绍了分子光谱的基础知识和实验技术；第3章重点阐述了化学计量学方法，包括光谱预处理、模式识别方法和校正模型的建立、验证和评价等；第4章讨论了近红外光谱在油料与饼粕组分测定及品质判别方面的应用；第5～8章分别介绍了分子光谱在油脂的真伪鉴别、掺伪分析、组分含量、质量参数测定和氧化监测等方面的应用与研究。

本书的编写目的是让读者熟悉分子光谱技术结合化学计量学的分析方法，了解油料油脂分析领域需要解决的问题，把握国内外分子光谱技术在油料油脂分析领域的最新应用和发展趋势，使读者能够结合实际情况，熟练、灵活地运用分子光谱解决实际和分析检验中遇到的问题，并为新的分析方法开发提供借鉴和参考。

本书的编著者从事了多年分子光谱研究与油脂分析检验工作，积累了较为丰富的应用经验和研究心得。然而，由于本书涉及学科较广，编著者的知识与能力有限，书中难免有不妥之处，望读者批评指正。

本书的编写得到了诸多同仁和同学的支持，书中涉及的多项研究成果凝结了研究团队的多年心血。本书共分8章。武彦文负责全书内容的编著，李冰宁帮助收集和整理了部分荧光光谱和化学计量学方法的基础知识，刘玲玲收集和整理了部分近红外光谱的基础知识，祖文川和汪雨收集了紫外-可见与拉曼光谱的部分研究资料。同时，北京林业大学的欧阳杰、姜树、李倩、阚黎娜、赵瑾凯等老师和同学帮助查阅了大量的文献和案例。此外，本书参考了部分国内外文献与书籍中的图表和研究数据，以及互联网与分析仪器公司的资料和图片。在本书编著过程中得到了中国仪器仪表学会的燕泽程研究员、中国仪器仪表学会近红外光谱分会的刘慧颖高级工程师、中国农业大学的韩东海教授、北京化工大学的袁洪福教授和中国石油科学研究院的褚小立研究员的热情鼓励，出版过程中得到了“北京市科学技术研究院创新团队计划”项目资助以及北京美正生物科技有限公司的鼎力支持，在此一并表示感谢！

武彦文

2019年3月