基于靜態(tài)頂空-GC-MS技術(shù)的食用植物油識別研究

鄒　陽　李　瑩　孔祥虹　付騁宇　張　璐　張　瑩

(陜西出入境檢驗檢疫局，西安 710068)

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研究與討論

基于靜態(tài)頂空-GC-MS技術(shù)的食用植物油識別研究

鄒陽李瑩孔祥虹付騁宇張璐張瑩

(陜西出入境檢驗檢疫局，西安 710068)

建立了基于靜態(tài)頂空-GC-MS技術(shù)的食用植物油鑒別新方法。經(jīng)優(yōu)化，選取稱樣量為2.0 g；靜態(tài)頂空技術(shù)的優(yōu)化參數(shù)為：震動速率500 rpm、進樣體積為0.5 mL、加熱時間30 min；GC-MS技術(shù)的優(yōu)化參數(shù)為：色譜柱為DB-5MS柱，初始柱溫35 ℃。采用該技術(shù)對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油和大豆油中揮發(fā)物進行提取分析，得到4種冷榨植物油揮發(fā)物成分的GC-MS輪廓圖譜。分析識別定量4種植物油中揮發(fā)物質(zhì)后，采用Pareto標(biāo)度化(Pareto Scaling)進行預(yù)處理數(shù)據(jù)。采用PCA方法分析后，4種植物油和質(zhì)控植物油很明顯分成4組，因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

靜態(tài)頂空-GC-MS食用植物油主成分分析鑒別

近年來，由于利益驅(qū)動，出現(xiàn)了眾多食用油摻雜摻假現(xiàn)象，如在高價的芝麻油、橄欖油中摻入低價油甚至廢棄油等，嚴(yán)重威脅著消費者的權(quán)益和身體健康。植物油的質(zhì)量安全問題已經(jīng)成為群眾關(guān)心、政府重視、世界矚目的難點、熱點問題。

基于食用油揮發(fā)性物質(zhì)成為植物油摻偽的識別方法受到了研究學(xué)者的高度關(guān)注。研究最多的是對橄欖油揮發(fā)物成分分析[1-3]，Dhifi等人[4]對Tunisian地區(qū)的橄欖油香氣成分進行了研究，得到對橄欖油香味成分貢獻(xiàn)較大的揮發(fā)性物質(zhì)。目前，國內(nèi)對食用油脂揮發(fā)物質(zhì)研究相對較少。隨著揮發(fā)性有機物在研究領(lǐng)域的不斷重視，揮發(fā)性有機物萃取方法也由溶劑抽提(solvent extraction)、熱解析(TD)，到靜態(tài)頂空萃取法(SHS)、吹掃-捕集(Purge and trap)、固相微萃取(SPME)等不斷更新[5-7]。固相微萃取技術(shù)(SPME)是一種集取樣、萃取、濃縮及導(dǎo)入為一體的樣品富集、無溶劑萃取方法，該樣品萃取方法避免了由于溶劑或不純氣體的介入而引起的樣品污染。頂空-固相微萃取技術(shù)(HS-SPME)耦合氣相色譜可以更好、更方便對揮發(fā)性有機物進行分析。

本實驗建立了頂空提取-氣相色譜飛行時間質(zhì)譜(HS-GC/TOF MS)分析植物油揮發(fā)物的檢測技術(shù)。用該技術(shù)對菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油中的揮發(fā)物進行提取分析，得到菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油揮發(fā)物成分的氣相色譜飛行時間質(zhì)譜輪廓圖譜。進一步采用Paret標(biāo)度化(Paret Scaling)進行預(yù)處理質(zhì)譜輪廓圖譜數(shù)據(jù)。采用PCA方法分析后，4種植物油和質(zhì)控植物油很明顯分成4組。因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

1　實驗部分

1.1材料

油菜籽、花生、大豆、芝麻購于當(dāng)?shù)爻校徊捎帽緦嶒炇抑欣湔C經(jīng)物理壓榨得到菜籽油、花生油、大豆油、芝麻油的油樣；樣品黑暗放置，未進行任何可能改變其組成的處理。

1.2儀器與設(shè)備

Combi PAL氣相色譜自動進樣器：瑞士CTC公司；Agilent 7890氣相色譜與Leco Pegasus4D TOF/MS：美國Leco公司；DB-5MS柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)：美國安捷倫公司。

1.3方法1.3.1揮發(fā)物成分提取

吸取2.0 g待測植物油樣加入到20 mL頂空瓶中，加入植物油樣后頂空瓶封口放置，待測；設(shè)定CTC頂空加熱裝置爐溫度為160 ℃，頂空針140 ℃，頂空瓶自動放入到加熱爐中，加熱爐震動速率500 rpm，振動方式：間歇式地震動5 s停止2 s，加熱持續(xù)30 min后用頂空針抽取0.5 mL上層氣體進樣。針抽吸速率為100 mL/s，進樣速率為500 mL/s，進樣后氣體吹掃進樣針0.5 min。

1.3.2色譜和質(zhì)譜條件

GC色譜柱：DB-5MS柱；進樣口溫度：250℃；進樣分流比：20∶1；總流速：21 mL/min；進樣體積：0.5 mL；爐箱的升溫程序：初溫35 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至220 ℃后保持5 min；載氣為He，流速為1.0 mL/min。

溶劑延遲：240 s；離子源溫度：230 ℃；電離電壓：-70 V；傳輸線溫度：250 ℃；質(zhì)譜的采集范圍m/z 35～500 amu；采集頻率為100 spectra/s；檢測電壓：1650 V。

1.3.3TOF MS數(shù)據(jù)處理

采用Leco公司的Pegasus 4D工作站軟件(LECO?ChromaTOF?software version 4.32)，設(shè)定自動識別信噪比大于100的色譜峰，質(zhì)譜閾值為10，譜圖庫為NIST/mainlib/replib/ReverseSearch。按峰面積歸一化法，得到各揮發(fā)性成分的相對含量。

2　結(jié)果與分析

2.1頂空提取方法的優(yōu)化2.1.1樣品質(zhì)量優(yōu)化

以大豆油為代表樣品，分別選取0.5、1.0、2.0、2.5、3.0 g油樣進行揮發(fā)物提取分析，其他前處理條件保持一致，結(jié)果如圖1。由圖1可知，隨著樣品質(zhì)量的增加，揮發(fā)物成分的總數(shù)逐漸增多，當(dāng)樣品質(zhì)量為2.0 g時，油樣揮發(fā)物成分的總數(shù)達(dá)到最大值，隨后趨于平衡。因此，選擇樣品質(zhì)量為2.0 g。

圖1　大豆油中揮發(fā)物成分總數(shù)隨樣品質(zhì)量的變化趨勢

2.1.2加熱時間優(yōu)化

選取5、15、30、45、60 min為加熱時間，其他條件相同，對揮發(fā)物進行提取分析。揮發(fā)物成分的總數(shù)隨加熱時間的變化趨勢圖見圖2，從圖2中可以看到，隨著加熱時間的延長，揮發(fā)物成分的總數(shù)先增加后減小，在第30 min時達(dá)到最大值。因此，最終確定加熱時間為30 min。

圖2　大豆油中揮發(fā)物成分總數(shù)隨加熱時間的變化趨勢

2.1.3加熱爐震動速率的優(yōu)化

由于本裝置加熱爐震動速率的最大設(shè)定值為700 rpm，最終分別選取100、300、500、700 rpm為加熱爐震動速率進行條件優(yōu)化，結(jié)果如圖3。由圖3可知，隨著震動速率的增大，揮發(fā)物的個數(shù)逐漸增多，當(dāng)加熱爐震動速率達(dá)到500 rpm時，揮發(fā)物總數(shù)達(dá)到最大值，之后趨于穩(wěn)定，因此，選擇500 rpm為最佳震動速率。

圖3　大豆油中揮發(fā)物成分總數(shù)隨震動速率的變化趨勢

2.1.4進樣體積的優(yōu)化

選取0.1、0.3、0.5、0.7、1 mL為進樣體積，對揮發(fā)物成分進行分析。揮發(fā)物成分的總數(shù)隨進樣體積的變化趨勢圖見圖4，從圖4中可以看到，隨著進樣體積的增加，揮發(fā)物成分的總數(shù)先增加后減小，在0.5 mL時達(dá)到最大值。因此，最終確定進樣體積為0.5 mL。

圖4　大豆油中揮發(fā)物成分總數(shù)隨進樣體積的變化趨勢

2.2HS-GC -TOF/MS法檢測冷榨油揮發(fā)物技術(shù)的建立

采用已建立的HS-GC-TOF/MS法對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油和大豆油中揮發(fā)物成分進行提取分析，揮發(fā)物質(zhì)成分的輪廓圖見圖5。

圖5　菜籽油、大豆油、花生油和芝麻油揮發(fā)物成分的輪廓圖

2.3使用PCA方法分類4種植物油

分析識別定量4種植物油中揮發(fā)物質(zhì)后，將其所得定性定量數(shù)據(jù)采用Paret標(biāo)度化(Paret Scaling)進行預(yù)處理之后，采用PCA方法分析。由PCA得分圖(圖6)中可以看到，4種植物油和質(zhì)控植物油很明顯分成4組，因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

圖6　4種植物油PCA得分圖

3　小結(jié)

通過對頂空提取和氣相色譜飛行時間質(zhì)譜等參數(shù)的優(yōu)化，建立了HS- GC/TOF MS法檢測植物油揮發(fā)物的技術(shù)。經(jīng)優(yōu)化，頂空提取方法選擇樣品質(zhì)量為2 g、進樣體積為0.5 mL、加熱時間為30 min、最佳震動速率為500 rpm。該技術(shù)對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油中的揮發(fā)物進行提取分析，得到了4種冷榨植物油揮發(fā)物成分的氣相色譜質(zhì)譜輪廓圖譜。進一步采用PCA方法分析后，4種植物油和質(zhì)控植物油很明顯分成4組。因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

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Identification of edible vegetable oils by head space coupled with gas chromatography time-of-flight mass spectrometry.

Zou Yang, Li Ying, Kong Xianghong, Fu Chengyu, Zhang Lu, Zhang Ying

(ShanxiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Xi’an, 710068,China)

The HS-GC/TOF MS was applied to the determination of the volatile compounds in rapeseed oils, sesame oils, peanut oils and soybean oils. The three-dimensional fingerprint spectrograms were established. After determination and quantification of volatile components in the four edible vegetable oils, the data matrix of peak areas was preprocessed by Pareto scaling. The PCA was used to screen sample clusters and variable distributions in the four groups, and four types of edible vegetable oils were clearly classified into four groups.

head space coupled with gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (HS-GC/TOF MS); edible vegetable oils; PCA; identification

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局科研項目2014ik140

鄒陽,男，1982年出生，西北農(nóng)林科技大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)碩士畢業(yè)，高級工程師，主要從事食品安全檢測，E-mail:18741281@qq.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.009

2015-12-07