气相红外联用检测玉米油中的脂肪酸

赵娟，刘金玉，降升平

（天津科技大学现代分析技术研究中心，天津 300457）

食用油产业是农业经济活力的重要因素，但是市场上各种廉价食用油掺杂产品的泛滥不仅对地区经济发展繁荣，而且对消费者健康与食品安全都有着极其不良的影响。另外，食用油的氧化稳定性是其品质和货架期的一个重要指标，这取决于油品的成分与其保存的条件。通常油品暴露在空气或氧气中，在加热、光照、催化剂等条件下，都会发生氧化作用。氧化条件的变化影响着油品降解过程的机制。虽然油品降解机制也有其他可能，但是大多归根于自由基产生有机过氧化物——初级氧化产物。接着这类化合物依次降解为次级氧化产物：醛类，酮类，乳糖，醇类，酸类等。油品的氧化反应程度主要与初级氧化产物或次级氧化产物的浓度，以及反应过程中消耗的氧气量有关。其中，表示有机过氧化物浓度的过氧化值（P.V.）是重要指标。

过去的二十多年随着傅里叶变换红外（FT-IR）光谱分析仪器的发展，这种技术在食品研究中广泛应用，而且已经成为食用油脂科学的有力分析工具。FT-IR光谱是一种快速，对样品无损的检测技术。它定性检测有机化合物，每个分子官能团的特征振动方式都会产生红外特征峰，这个特征峰的峰位也受到周围官能团的影响。而且，FT-IR光谱也是定量的出色工具，光谱中峰位的强度与官能团浓度成正比例（遵循朗伯-比尔定律）。因为随着油品的成分变化，特征峰的最大吸收值与峰位有差异，中红外光谱已经用来表征食用油脂^[1-7]。

红外光谱在分析多组分官能团相同或相近的混合物时，很难判断各组分间的相互转化，以及生成的新物质。气相红外联用仪（GC-IR）很好地解决了这一难题，气相色谱将样品中的相近组分分离，红外光谱仪再进行扫描分析。本研究中，采用GC-IR检测玉米油，也监测了玉米油的氧化过程。

1　实验部分

1.1　仪器和试剂

仪器：Nicolet is 50 FT-IR/Trace 1300气相红外联用仪（Thermo Scientific 公司），SCION TQ 456-GC（Bruker公司）。

1.2　样品处理

100mg玉米油样品，加入1ml质量分数为8%的KOH - CH₃OH 溶液，50℃水浴甲酯化1h，水浴中用转子搅拌，冷却后，加入1ml正己烷萃取，取正己烷层进行GC-IR分析，稀释10 倍，进行GC-MS分析。

油脂加热氧化：50ml玉米油放在金属容器中用电炉加热，玻璃棒手动搅拌。温度计放于容器中监测样品温度。为了模仿煎炸过程中的氧化过程，样品加热温度从130℃到275℃。加热过程保持30min。

1.3　气相质谱条件

VF-5ms，载气为He，纯度≥99.999%，流速为1ml/min。进样口温度和程序升温：进样口温度280℃，初始温度为60℃，以5℃/min升至240℃，保持30min，分流进样，分流比20 : 1，进样量1μl。质谱条件：电离方式EI+，离子源温度230℃，电子能量70eV，四极杆温度220℃，传输线温度280℃，扫描范围m/z 50～500，检索谱库 NIST 10。

1.4　气相红外条件

DB-WAX(30m × 0.25mm × 0.25μm)，载气为N₂，纯度≥99.999%，流速为1ml/min。进样口温度和程序升温：进样口温度280℃，初始温度为60℃，以5℃/min升至240℃，保持30min。不分流进样，进样量1μl。光管温度250℃，传输线温度250℃。扫描次数4，分辨率8cm⁻¹，数据间隔3.857cm⁻¹，背景扫描次数256。

2　结果与讨论

2.1 GC-IR谱图解析

玉米油经甲酯化处理，在GC-IR中被分离检测出11个组分，红外Gram-Schmidt重建图，见图1。图中每个峰的峰形对称而且没有肩峰，说明当前的气相色谱条件已经将样品中的各组分完全分离，因此下面的实验都采用此气相色谱条件进行检测。

红外MCT检测器检测到了样品中的全部组分而且各组分红外谱图的信噪比高，因此下面的实验都采用同样的扫描参数。我们分析各组分的红外谱图，发现每个组分的红外谱图一致，因此每个组分均为同一物质，不存在同分异构体。图2依次列出了第1～11组分的红外光谱图，可见所得各组分红外光谱图信噪比高。

我们通过对各组分的红外图谱进行解析（见表1）来鉴别油脂中的每个组分。推断各组分为碳的个数接近，碳链的连接方式各异，不饱和碳碳双键的个数和位置不同，酯键的位置不同。可见玉米油中存在多种不饱和脂肪酸甘油酯和饱和脂肪酸甘油酯、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等。

2.2　油脂受热的氧化反应

受热油样的气相红外光谱图显示3009cm⁻¹附近的谱带有显著差异，而这一谱带归属于顺式双键（=CH）的C–H伸缩振动。高浓度的亚麻酸或亚麻酸酰基比高浓度的油脂酰基的响应值高。在氧化试验中，玉米油在不同温度加热30min，用GC-IR进行检测。研究C=O区（约1746cm⁻¹）的光谱变化规律，结果表明，加热样品在这个区的峰宽增加。随着样品加热温度的升高，2854cm⁻¹和2962cm⁻¹的峰的响应值增大，而2925cm⁻¹的响应值降低而峰宽增加。我们分析产生了饱和的醛类物质或者在1728cm⁻¹有红外吸收的其他次级氧化产物。这个氧化产物在甘油三酯的酯基碳氧键1746cm⁻¹产生伸缩振动。初始的醛类和酮类化合物转化成新的羧基化合物，1700cm⁻¹和1726cm⁻¹有强吸收，同时1743cm⁻¹的峰宽增加并向低波数移动。

2.3 IR和MS相互验证鉴别组分

MS 通过分析分子离子峰和断裂碎片提供分子结构信息，IR 提供分子的官能团信息，帮助我们分析油脂中多组分的结构。大多数组分的结构能够确定，对于没有确定结构的组分，红外谱图的官能团信息也为 MS 的解析结果缩小了范围。

3　结论

红外光谱广泛应用于未知物的定性分析，特别是有机物的分析。但是在分析混合物时，只能看到一些基团的振动吸收峰，很难判断混合物各组分间的相互转化，以及生成的新物质，特别是对于多组分官能团相同或相近的混合物。气相红外联用很好地解决了这一难题，气相色谱仪将组分相近的样品分离开，红外光谱仪再进行扫描分析。

GC-MS由于其灵敏度高、谱库容量大、谱图扫描速度快等优势，在油脂的定性分析中具有广泛应用。但由于GC-MS的检测局限性，其无法鉴定同分异构体以及对部分化合物的定性难。随着气相红外联用仪技术的成熟，使得这一研究盲区得以探索。气相红外联用仪可对每一组分提供精确的结构信息、官能团的位置、取代类型、顺反构型等，可以帮助我们区分同分异构体。因此GC-IR在分析多组分官能团相同或相近的混合物中，具有很大的发展前景。

参考文献

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作者简介：赵娟，女，工程师，Tel：022-60912379，E-mail: zhaojuan@tust.edu.cn