氣相紅外聯用檢測玉米油中的脂肪酸

趙娟，劉金玉，降升平

（天津科技大學現代分析技術研究中心，天津 300457）

食用油產業是農業經濟活力的重要因素，但是市場上各種廉價食用油摻雜產品的泛濫不僅對地區經濟發展繁榮，而且對消費者健康與食品安全都有著極其不良的影響。另外，食用油的氧化穩定性是其品質和貨架期的一個重要指標，這取決于油品的成分與其保存的條件。通常油品暴露在空氣或氧氣中，在加熱、光照、催化劑等條件下，都會發生氧化作用。氧化條件的變化影響著油品降解過程的機制。雖然油品降解機制也有其他可能，但是大多歸根于自由基產生有機過氧化物——初級氧化產物。接著這類化合物依次降解為次級氧化產物：醛類，酮類，乳糖，醇類，酸類等。油品的氧化反應程度主要與初級氧化產物或次級氧化產物的濃度，以及反應過程中消耗的氧氣量有關。其中，表示有機過氧化物濃度的過氧化值（P.V.）是重要指標。

過去的二十多年隨著傅里葉變換紅外（FT-IR）光譜分析儀器的發展，這種技術在食品研究中廣泛應用，而且已經成為食用油脂科學的有力分析工具。FT-IR光譜是一種快速，對樣品無損的檢測技術。它定性檢測有機化合物，每個分子官能團的特征振動方式都會產生紅外特征峰，這個特征峰的峰位也受到周圍官能團的影響。而且，FT-IR光譜也是定量的出色工具，光譜中峰位的強度與官能團濃度成正比例（遵循朗伯-比爾定律）。因為隨著油品的成分變化，特征峰的最大吸收值與峰位有差異，中紅外光譜已經用來表征食用油脂^[1-7]。

紅外光譜在分析多組分官能團相同或相近的混合物時，很難判斷各組分間的相互轉化，以及生成的新物質。氣相紅外聯用儀（GC-IR）很好地解決了這一難題，氣相色譜將樣品中的相近組分分離，紅外光譜儀再進行掃描分析。本研究中，采用GC-IR檢測玉米油，也監測了玉米油的氧化過程。

1　實驗部分

1.1　儀器和試劑

儀器：Nicolet is 50 FT-IR/Trace 1300氣相紅外聯用儀（Thermo Scientific 公司），SCION TQ 456-GC（Bruker公司）。

1.2　樣品處理

100mg玉米油樣品，加入1ml質量分數為8%的KOH - CH₃OH 溶液，50℃水浴甲酯化1h，水浴中用轉子攪拌，冷卻后，加入1ml正己烷萃取，取正己烷層進行GC-IR分析，稀釋10 倍，進行GC-MS分析。

油脂加熱氧化：50ml玉米油放在金屬容器中用電爐加熱，玻璃棒手動攪拌。溫度計放于容器中監測樣品溫度。為了模仿煎炸過程中的氧化過程，樣品加熱溫度從130℃到275℃。加熱過程保持30min。

1.3　氣相質譜條件

VF-5ms，載氣為He，純度≥99.999%，流速為1ml/min。進樣口溫度和程序升溫：進樣口溫度280℃，初始溫度為60℃，以5℃/min升至240℃，保持30min，分流進樣，分流比20 : 1，進樣量1μl。質譜條件：電離方式EI+，離子源溫度230℃，電子能量70eV，四極桿溫度220℃，傳輸線溫度280℃，掃描范圍m/z 50～500，檢索譜庫 NIST 10。

1.4　氣相紅外條件

DB-WAX(30m × 0.25mm × 0.25μm)，載氣為N₂，純度≥99.999%，流速為1ml/min。進樣口溫度和程序升溫：進樣口溫度280℃，初始溫度為60℃，以5℃/min升至240℃，保持30min。不分流進樣，進樣量1μl。光管溫度250℃，傳輸線溫度250℃。掃描次數4，分辨率8cm^?1，數據間隔3.857cm^?1，背景掃描次數256。

2　結果與討論

2.1 GC-IR譜圖解析

玉米油經甲酯化處理，在GC-IR中被分離檢測出11個組分，紅外Gram-Schmidt重建圖，見圖1。圖中每個峰的峰形對稱而且沒有肩峰，說明當前的氣相色譜條件已經將樣品中的各組分完全分離，因此下面的實驗都采用此氣相色譜條件進行檢測。

紅外MCT檢測器檢測到了樣品中的全部組分而且各組分紅外譜圖的信噪比高，因此下面的實驗都采用同樣的掃描參數。我們分析各組分的紅外譜圖，發現每個組分的紅外譜圖一致，因此每個組分均為同一物質，不存在同分異構體。圖2依次列出了第1～11組分的紅外光譜圖，可見所得各組分紅外光譜圖信噪比高。

我們通過對各組分的紅外圖譜進行解析（見表1）來鑒別油脂中的每個組分。推斷各組分為碳的個數接近，碳鏈的連接方式各異，不飽和碳碳雙鍵的個數和位置不同，酯鍵的位置不同。可見玉米油中存在多種不飽和脂肪酸甘油酯和飽和脂肪酸甘油酯、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等。

2.2　油脂受熱的氧化反應

受熱油樣的氣相紅外光譜圖顯示3009cm^?1附近的譜帶有顯著差異，而這一譜帶歸屬于順式雙鍵（=CH）的C–H伸縮振動。高濃度的亞麻酸或亞麻酸酰基比高濃度的油脂酰基的響應值高。在氧化試驗中，玉米油在不同溫度加熱30min，用GC-IR進行檢測。研究C=O區（約1746cm^?1）的光譜變化規律，結果表明，加熱樣品在這個區的峰寬增加。隨著樣品加熱溫度的升高，2854cm^?1和2962cm^?1的峰的響應值增大，而2925cm^?1的響應值降低而峰寬增加。我們分析產生了飽和的醛類物質或者在1728cm^?1有紅外吸收的其他次級氧化產物。這個氧化產物在甘油三酯的酯基碳氧鍵1746cm^?1產生伸縮振動。初始的醛類和酮類化合物轉化成新的羧基化合物，1700cm^?1和1726cm^?1有強吸收，同時1743cm^?1的峰寬增加并向低波數移動。

2.3 IR和MS相互驗證鑒別組分

MS 通過分析分子離子峰和斷裂碎片提供分子結構信息，IR 提供分子的官能團信息，幫助我們分析油脂中多組分的結構。大多數組分的結構能夠確定，對于沒有確定結構的組分，紅外譜圖的官能團信息也為 MS 的解析結果縮小了范圍。

3　結論

紅外光譜廣泛應用于未知物的定性分析，特別是有機物的分析。但是在分析混合物時，只能看到一些基團的振動吸收峰，很難判斷混合物各組分間的相互轉化，以及生成的新物質，特別是對于多組分官能團相同或相近的混合物。氣相紅外聯用很好地解決了這一難題，氣相色譜儀將組分相近的樣品分離開，紅外光譜儀再進行掃描分析。

GC-MS由于其靈敏度高、譜庫容量大、譜圖掃描速度快等優勢，在油脂的定性分析中具有廣泛應用。但由于GC-MS的檢測局限性，其無法鑒定同分異構體以及對部分化合物的定性難。隨著氣相紅外聯用儀技術的成熟，使得這一研究盲區得以探索。氣相紅外聯用儀可對每一組分提供精確的結構信息、官能團的位置、取代類型、順反構型等，可以幫助我們區分同分異構體。因此GC-IR在分析多組分官能團相同或相近的混合物中，具有很大的發展前景。

參考文獻

[1] Guillen MD, Cabo N. Agric Food Chem, 47 (1999): 709.

[2] Guillen MD, Cabo N. Sci Food Agric, 80 (2000): 2028.

[3] Guillen MD, Cabo N. Food Chem, 77 (2002): 503.

[4] Goburdhun D, Jhaumeer Laulloo SB, Musruck R, et al. Food Sci Nutr, 2001, 52: 31.

[5] van de Voort FR. Food Res Int, 25 (1992): 397.

[6] van de Voort FR, Sedman J, Russin T, et al. Lipid Sci Technol, 2001, 103: 815.

[7] Guillen MD, Cabo N. Sci Food Agric, 75 (1997): 1.

作者簡介：趙娟，女，工程師，Tel：022-60912379，E-mail: zhaojuan@tust.edu.cn