核磁共振氫譜法分析食用油氧化產物

孟令璐，李 徐，楊銘揚，薛曉凡，郭 偉，唐天培，張 帆，吳羽琦，周遠喆，劉睿杰

(江南大學 食品學院， 江蘇 無錫 214122)

食用油和含油食品是人類重要的營養和能量來源，在加工過程中油脂氧化酸敗不但導致食物失去原有的風味，而且造成有益脂肪酸和微量營養物的嚴重損失，伴隨產生的特定氧化產物甚至會危害人體健康[1]。表征食用油品質的指標包括脂肪酸組成、環氧化物、醇類、醛類等，其中環氧化物、醇類、醛類等需采用氣相色譜、氣相色譜質譜聯用、液相色譜質譜聯用等方法檢測，需消耗大量有機溶劑，預處理耗時，操作煩瑣[2-3]。因此，需要一種更為快捷且可靠的食用油品質檢測方法。

高場核磁共振(NMR)是一種基于原子核磁性的波譜技術，在化學動力學研究和有機化合物結構鑒定等多領域得到了廣泛應用，近年來已應用到油脂品質檢測領域。核磁共振氫譜法檢測食用油品質，具備測試速度快、重現性好的優點。李強強[4]、高虹[5]等綜述了高分辨率NMR波譜技術對果蔬制品、肉制品、乳制品、油脂類食品及其他食品的成分分析、分子結構分析以及食品品質優劣檢測、溯源檢測等方面的應用。王樂等[6]利用脈沖式核磁共振法高效鑒別食用油摻偽餐飲廢油脂。楊揚等[7]采用核磁共振測定了大豆油等10種食用油并且采集了地溝油與之對比,分析了各種油的區別并對地溝油進行鑒定。Martínez-Yusta[8-9]、Guillén[10]等應用核磁共振法研究了煎炸過程中的油脂品質變化。國外此類方法檢測已相對成熟，應用廣泛，而國內此領域研究仍處于早期階段。

本研究通過高溫加熱實驗加速油脂劣變，制備不同氧化程度大豆油樣品，利用高場核磁共振儀采集樣品的氫譜數據，積分氫譜各指紋峰，計算各時間點油脂氧化產物的相對含量，實現應用核磁共振氫譜法分析食用油氧化產物。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大豆油，購于本地超市；氘代溶劑，內含0.03%四甲基硅烷(TMS)。

Bruker Avance 400核磁共振儀、直徑5 mm核磁管，美國布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同氧化程度大豆油樣品的制備

將3 g油樣置于玻璃試管，在空氣流速20 L/h、加熱溫度120℃下分別加熱0、1.5、2.5、3、3.5、4、5、6 h，制備不同氧化程度的大豆油樣品。

1.2.2 核磁共振氫譜數據采集

吸取不同氧化程度的大豆油樣品20～50 μL置于直徑5 mm核磁管，以500 μL氘代氯仿溶解，溶劑內含0.03%四甲基硅烷作為內標，混合均勻。以高場核磁共振儀采集樣品的氫譜數據，積分氫譜各指紋峰；以四甲基硅烷峰為化學位移零點，核磁共振儀采集參數參考Guillén等[10]，設置為：頻率400 MHz及以上，光譜寬度5 000 Hz，弛豫時間3 s，掃描次數64次，采集時間3.744 s，脈沖寬度90°，總采集時間12.9 min，溫度25℃。

2 結果與討論

2.1 核磁共振氫譜的譜峰歸屬

以加熱時間為6 h的大豆油為例，其核磁共振氫譜譜圖如圖1所示，譜峰歸屬如表1所示。

圖1 大豆油的核磁共振氫譜譜圖

編號化學位移(δ)峰型耦合常數/Hz質子和功能基團A1.94～2.14m-—CH2—CH CH—(酰基基團)B2.63m-(反-9,10-環氧化十八烷基團)C2.77t6.5 HC—CH2—CH (亞油酸酰基基團)D2.80t6.3 HC—CH2—CH (亞麻酸酰基基團)E2.88m-(順-9,10-環氧化十八烷基團)F3.54～3.59m-—CHOH—(仲醇)G3.62t6.4—CH2OH—(伯醇)H4.10～4.32dd4.3,5.9,11.9—CH2OCOR(甘油基團)

續表1

編號化學位移(δ)峰型耦合常數/Hz質子和功能基團I9.49dd7.9—CHO(反-2-烯醛)J9.52dd8.0—CHO(反,反-2,4-二烯醛)K9.55dd7.7—CHO(4,5-環氧化-2-烯醛)L9.58dd7.9—CHO(4-羥基-反-2-烯醛)M9.60dd8.0—CHO(順,反-2,4-二烯醛)N9.75dt1.8—CHO(n-烷醛)O9.78dt0.5—CHO(4-氧代-烷醛)

2.2 大豆油中脂肪酸及氧化產物的計算公式

大豆油脂肪酸和氧化產物的計算公式如表2所示，具體包括亞麻酸、亞油酸、油酸、飽和及改性的脂肪酸、反-9，10-環氧化物、順-9，10-環氧化物、仲醇、伯醇及7種醛類。

表2 大豆油中脂肪酸及氧化產物的計算公式

2.3 加熱過程中大豆油中脂肪酸組成及氧化產物的變化

加熱過程中大豆油肪酸組成及氧化產物的變化如圖2所示。

圖2 加熱過程中大豆油中脂肪酸組成及氧化產物的變化

由圖2可知，大豆油中含有較高比例的油酸、亞油酸及較少的亞麻酸，加熱自由基鏈式反應引發不飽和脂肪酸氧化分解。同時油脂在氧化過程中也形成其他新化合物，包括不同類型的環氧物、醇類和醛類。

核磁共振氫譜中檢測到環氧化物的基團信號，主要包括反-9，10-環氧化物、順-9，10-環氧化物，利用公式計算出含量，值得注意的是，順-9,10-環氧化物含量在加熱實驗的最后1 h內迅速增長，最高達到61.61 mmol/mol(見圖2(b))，且在任何時間段內順式環氧化物含量都要高于反式。除此之外，在核磁共振氫譜譜圖中還反映出伯醇及仲醇的指紋峰，利用公式計算醇含量，仲醇含量高于伯醇，二者含量變化與自由基鏈式反應機理的引發和傳遞階段相符。核磁共振氫譜中檢測所得醛類主要為：反-2-烯醛、4，5-環氧化-2-烯醛、4-羥基-反-2-烯醛、反，反-2，4-二烯醛、順，反-2，4-二烯醛，其中反-2-烯醛含量在加熱6 h時高達17.94 mmol/mol，其余n-烷醛、4-氧代-烷醛的含量遠低于前幾種。值得注意的是，醛類物質的不飽和度越高，其細胞反應性和細胞毒性越強。

3 結 論

本文應用核磁共振氫譜技術分析了食用油氧化產物。所有氧化產物與自由基鏈式反應機理的引發和傳遞階段相符合。氧化全程順式環氧化物含量高于反式，仲醇含量高于伯醇，醛類物質中反-2-烯醛含量最高，加熱6 h后其含量高達17.94 mmol/mol。雖然高場核磁共振設備昂貴，但同時也因其操作簡單、測量精確、重復性高、檢測快速的優點，在食用油品質控制領域有巨大潛在應用價值。