頂空-氣質聯用法測定潲水油中的揮發性有機化合物

李 殷，畢承路，馮華剛，高蕙文，徐 霞，盛 華，劉旭東

(1.常州產品質量監督檢驗所,江蘇 常州 213001； 2.江蘇技術師范學院化學與環境工程學院，江蘇 常州 213000)

2012-07-04；

2012-08-29

李 殷(1977～)，女(漢族)，上海人，博士研究生，從事產品質量監督檢驗研究。E-mail: lyin@czzjs.com

劉旭東(1966～)，男(漢族)，江蘇常州人，從事產品質量監督檢驗研究。E-mail: lxdong@czzjs.com

頂空-氣質聯用法測定潲水油中的揮發性有機化合物

李 殷1，畢承路2，馮華剛1，高蕙文1，徐 霞1，盛 華1，劉旭東1

(1.常州產品質量監督檢驗所,江蘇 常州 213001； 2.江蘇技術師范學院化學與環境工程學院，江蘇 常州 213000)

為了尋找煎炸油、潲水油和正常食用植物油的成分差別，采用靜態頂空與氣質聯用法分析潲水油樣品和食用植物油樣品中的揮發性成分。結果表明，食用植物油氧化變質的二級產物為醛類物質，脂肪酸小分子是由植物油二級氧化產物進一步氧化而得；潲水油中已存在大量的氧化產物脂肪酸小分子，說明潲水油已過度氧化。采用頂空-氣質聯用法找到了潲水油與正常食用植物油主要差別成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一種、兩種或者多種。其中丁酸是最重要的特征性指標，在丁酸檢出而其他脂肪酸未檢出的情況下也可以判定待測油樣為地溝油。

頂空-氣質聯用(Hs/GC-MS)；潲水油；氧化機理；丁酸

潲水油又叫泔水油、地溝油，是廢棄食用油脂的一種。即將下水道中的油膩漂浮物(狹義地溝油)或者將賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱泔水)經過簡單加工、提煉出的油脂[1]。

目前，對潲水油及煎炸老油的鑒別檢驗研究主要集中在以下幾方面：常規理化指標檢測[2-6]、碘值的檢測[7]、電導率的檢測[8]、膽固醇及脂肪酸組成分析[9-10 ]、外來污染物的檢測(十二烷基苯磺酸鈉、黃曲霉毒素)[11-12]，以及致突變性的研究[13]等。另外，還有研究者用靜態頂空方法對潲水油揮發性成分進行GC/MS分析[14-15]。李紅[16]等采用頂空固相微萃取與氣質聯用法分析了潲水油樣品中的揮發性成分，通過大量潲水油和正常食用植物油做對比，找出了潲水油和正常食用植物油的成分差別：茴香腦、丁香酚及二氫大茴香腦。雖然對潲水油的鑒別方法眾多，但迄今為止還沒有一個方便、易推廣并且準確、高效的方法。

油脂氧化過程主要是從相對于雙鍵的α-位

H原子分裂出來的均裂原子團開始的[17]，形成的碳原子團與氧反應生成過氧化原子團，然后過氧化原子團進入鏈反應形成一級產物有機過氧化物，過氧化物作為脂類自動氧化的主要初期產物是不太穩定的，易分解成醛、酮、醇、環氧化物等，最終形成酸。本工作采用靜態頂空氣相色譜-質譜聯用法對地溝油進行檢測，希望建立一種分析方法，便于對生產過程實行即時監督，確保食品的安全和品質。

1 實驗部分

1.1儀器、原料和試劑

Agilent 7890GC/5975MSD氣相色譜-質譜聯用儀、Agilent 7694E頂空進樣器：美國Agilent公司產品；20 mL專用頂空瓶。

活性白土，正己烷，無水硫酸鈉，丙酮等。

某品牌食用調和油，某品牌大豆油，橄欖油，潲水油，公安部查獲的37個盲樣，共19個樣品來源列于表1。

表1 19個盲樣樣品來源

注：表中列出的地溝油樣品為公安部查獲的地溝油盲樣

1.2實驗方法

地溝油過濾、干燥后經白土吸附脫色(白土量為5%，150 ℃活化2 h，在地溝油熱前加入，處理初溫60 ℃，終溫120 ℃，中速攪拌25 min[18])，減壓精餾脫臭，樣品置于冰箱0 ～ 5 ℃保存。取市售大豆油、橄欖油和某品牌調和油做對比。

分別取10 mL地溝油和對照食用油置于20 mL頂空瓶，在60、80、100 ℃下強烈搖動頂空瓶,平衡30、40、50 min。取80 μL氣體在氣相色譜-質譜儀下進樣分析，根據保留時間及特征離子進行定性、定量分析。

1.3氣相色譜-質譜條件

色譜條件: HP-5ms色譜柱: 0.25 m×30 mm×0.25 μm；柱溫采用程序升溫: 初始溫度40 ℃,保持4 min, 以5 ℃/min速率升至80 ℃,保持2 min, 以20 ℃/min速率升至220 ℃；載氣為氦氣(純度99. 99%), 進樣口溫度230 ℃,流速1.0 mL/min。

質譜條件: 電子轟擊離子源, 電離能量70 eV, 掃描方式為全掃描模式和選擇離子監測模式, 四極桿溫度150 ℃, 離子源溫度230 ℃, 電子倍增器電壓1 500 V, 接口溫度280 ℃, 進行色譜-質譜聯用分析，采集所得到的質譜圖利用NIST譜庫檢索定性。定量分析結果是依據選擇性離子流色譜峰的峰面積標準曲線法來計算各組分的相對含量。m/z60、73、88的特征離子為定性離子,m/z60、73的特征離子為定量離子。

2 結果與討論

2.1頂空采樣溫度和平衡時間的選擇

頂空分析法的原理是基于Raoult定律, 氣相中各組分的分壓也受溫度的影響。將平衡時間設定為30 min, 分別測定60、80、100 ℃時的頂空揮發性成分，泔水油頂空揮發出的揮發性有機物峰面積圖示于圖1。揮發性有機物出峰時間都在2.0 min以后，圖1表明, 隨著頂空瓶平衡溫度的提高，揮發性有機物的峰面積也提高，當頂空瓶平衡溫度提高到80 ℃后，揮發性有機物出峰峰面積提高不明顯, 故將80 ℃作為頂空瓶平衡溫度。

設定采樣溫度為80 ℃，在不同平均時間分別為30、40和50 min，測定揮發性有機物2.0 min以后的出峰情況。結果表明: 在40 min 之后被測組分已達到平衡。

2.2潲水油揮發性成分的譜圖分析

按照1.2所述方法對潲水油的揮發性成分(≤80 ℃)進行GC/MS 測試。將脫色脫臭的地溝油、泔水油和選用的3種不同種類正常食用植物油做對照，尋找潲水油與正常食用油的成分差別。潲水油和正常食用植物油經GC/MS分析得到的總離子流圖分別示于圖2、圖3。通過NIST質譜圖庫檢索分析，當正反匹配度大于800予以鑒定，鑒定出主要揮發性成分，潲水油和正常食用植物油部分揮發性成分列于表2。

從表2可以看出，潲水油中的主要揮發性成分為一些短鏈酸、烯醛類和香辛料成分，而香辛料成分是正常油中所沒有的。比較潲水油與正常食用植物油的揮發性成分，潲水油與正常食用植物油中都存在烯醛和醛類組分。而本實驗找

到了潲水油與正常食用植物油主要差別成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一種、兩種或者多種。其中丁酸是最重要的特征性指標，在丁酸檢出而其他脂肪酸未檢出的情況下也可以判定待測油樣為地溝油。

圖1 泔水油的揮發性有機物峰面積圖Fig.1 The peak area of mainly volatile components in hogwash oil

圖2 潲水油的GC/MS總離子流圖Fig.2 The total ion chromatogram of hogwash oil

圖3 某品牌食用油的GC/MS總離子流圖Fig.3 The total ion chromatogram of edible oil

出峰時間/min化合物名稱分子式泔水油脫色脫臭地溝油某品牌大豆油某品牌調和油橄欖油1．9乙酸C2H4O2+————2．05丁醛C4H8O++++—3．0丙酸C3H6O2+————3．1戊醛C5H10O++++—4．6戊醇C5H12O++++—5．3丁酸C4H8O2++———5．5己醛C6H12O++++—8．6戊酸C5H10O2+————8．9庚醛C7H14O++++—10．92?庚烯醛C7H12O++++—11．8已酸C6H12O2+————12．4辛醛C8H16O++++—13．4藏茴香烯C10H16+————18．2茴香腦C10H12O+————

2.3油脂氧化機理

潲水油在收集、提煉、加工過程中，在水分、空氣、金屬、微生物等作用下，發生水解、氧化、酸化等反應，使中性脂肪分解為甘油和脂肪酸，或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成過氧化物，再依次分解為低級脂肪酸、醛類、酮類等物質，而產生異臭和異味，有的酸敗產物還具有致癌作用。衛煜英[19]指出，己醛和烯醛、二烯醛是在過氧化后分解時較早出現的化合物,并且是在儲存兩年以上的棉籽油中發現的。己醛是油脂氧化變質后的二級產物，而己醛長期以來是作為食品氧化變質的一個指標[20]。

為證實己醛是氧化變質后的二級產物，設計了一個實驗，采用某品牌食用油在240 ℃的高溫下分別加熱1、2、3、4 h，通過氣質聯用分析其氧化過程。此食用油加熱不同時間得到的總離子流圖示于圖4。

由圖4可以看出，隨著加熱時間的增長，丁醛、戊醛、戊醇、己醛、庚醛、2-庚烯醛和辛醛等醛類物質的含量明顯提高。常用植物油由于熱加工過程，致使油品中已經存在油脂氧化變質的二級產物醛類物質，再與地下生活污水、廢舊鐵桶、果蔬腐敗物、生活垃圾(糞便)、多種細菌毒素，寄生蟲及蟲卵等接觸，所受污染更嚴重，進一步發生水解、氧化、縮合、聚合、酸度增高、色澤變深等一系列變化。因而表1中泔水油已存在大量的脂肪酸小分子。

圖4 某品牌食用油在240 ℃下加熱不同時間后的GC/MS總離子流圖Fig.4 The total ion chromatogram of edible oil heated under 240 ℃ for different time

由此，油脂氧化機理可簡單概括為[21]：

油脂受氧、水、光、熱、微生物等作用，會逐漸水解或氧化而變質酸敗，使中性脂肪分解為甘油和脂肪酸，或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成過氧化物。首先，氧化過程主要是從相對于雙鍵的α-位H原子分裂出來的均裂原子團開始，形成

的碳原子團與氧反應生成過氧化原子團示于式1，過氧化原子團進入鏈反應形成一級產物有機過氧化物，過氧化物作為脂類自動氧化的主要初期產物是不太穩定的，它經過復雜的分裂和相互作用，產生二級產物醛、酮、醇、環氧化物等，最終形成酸。

2.4標準曲線、精密度和檢出限

已證實某品牌食用調和油本身揮發性物質里不含有丁酸，將丁酸標準品加入此品牌調和油中配制成濃度為1.0、10、40、80、100 mg/L的校正標準溶液，使用時取10 mL該標準溶液，注入頂空瓶中。以選擇性離子流色譜峰的峰面積為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線，示于圖5。

所獲得的標準工作曲線為y=1 669.11x+1 674.78，相關系數為0.999 5，方法檢出限為0.4 mg/L，每個濃度做3個平行實驗，RSD在1.25%～2.01%之間，說明本方法測定潲水油中丁酸含量的檢測結果是可靠的。

圖5 丁酸標準曲線Fig.5 The standard curve of butyric acid content in hogwash oil

2.5樣品測定結果

按1.2所述方法在80 ℃，40 min的平衡條件下頂空對所有油樣品進行分析。由于本實驗找到了潲水油與正常食用植物油主要差別成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一種、兩種或者多種。其中丁酸是最重要的特征性指標，在丁酸檢出而其他脂肪酸未檢出的情況下也可以判定待測油樣為地溝油。用丁酸判定，結果列于表3。

在25個潲水油陽性樣品檢出了11個，檢出率比較低,僅為44%，但是沒有把陰性樣品判為陽性樣品的情況發生。分析其原因，首先可能是某些潲水油的氧化程度不夠，沒有小分子脂肪酸的形成；其次，現在潲水油經過精餾塔去除低沸點的揮發酸或者堿中和，會大量帶走和消耗小分子脂肪酸，剩余的小分子脂肪酸低于檢出限，無法識別這種潲水油。頂空測定小分子脂肪酸的方法主要適用于氧化程度比較高和精煉程度比較低的潲水油。

表3 潲水油和正常油用GC/MS法檢測小分子有機揮發性成分表Table 3 The volatile components in hogwash oil and edible oil samples identified by GC/MS

注：表中未檢出指低于檢出限，地溝油樣品為公安部查獲的地溝油盲樣

3 結論

采用靜態頂空與氣質聯用法分析了潲水油樣品中的揮發性成分，得到了頂空進樣平衡條件為80 ℃平衡40 min。通過對煎炸油、潲水油和正常食用植物油進行分析，認為其主要差別成分為乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一種、兩種或者多種。分析得出小分子脂肪酸是油脂進一步氧化的產物。

本實驗通過丁酸定量對37種不同地區的潲水油進行測定，檢出率僅為44%。說明該方法找到的小分子脂肪酸組分易被精餾塔或者堿中和大量去除，降低了潲水油的檢出率。采用頂空測定潲水油中小分子脂肪酸來鑒定潲水油的方法由于其速度快，20 min左右即可完成一個樣品的檢測，自動化程度高，對操作人員要求不高，適用于氧化程度比較高和精煉程度比較低的潲水油。

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IdentificationofHogwashOilbyHeadspaceGC/MS

LI Yin1， BI Cheng-lu2，FENG Hua-gang1，GAO Hui-wen1， XU Xia1，SHENG Hua1，LIU Xu-dong1

(1．ChangzhouProductQualityInspectionandSupervisionInstitute,Changzhou213001,China； 2．SchoolofChemistry&ChemicalEngineering,JiangsuTeachersUniversityofTechnology,Changzhou213000,China)

The volatile components of hogwash oil samples were analyzed by static headspace and gas chromatography-mass spectrometry(Hs/GC-MS)．The second grade production of the deteriorated oil, hexanal were identified in oil for frying. By comparing hogwash oil and the normal edible oils, the final grade production of the deteriorated oil fatty acid were identified in this experiment. So the discrimination components of the refined oil gained from the sewer and the normal edible oils were found, that was small molecular fatty acids．The butyric acid was the most important.

headspace and gas chromatography-mass spectrometry(Hs-GC/MS)；hogwash oil；mechanism of oxidation；butyric acid

O 657.63

A

1004-2997(2012)05-0308-07