电化学氢化制备低反式脂肪酸大豆油脂的分析

杨 琳傅 红肖飞燕袁慧君

(福建省海洋环境和渔业资源监测中心1,福州 350003)

(福州大学生物科学与工程学院2,福州 350108)

电化学氢化制备低反式脂肪酸大豆油脂的分析

杨 琳1傅 红2肖飞燕2袁慧君2

(福建省海洋环境和渔业资源监测中心1,福州 350003)

(福州大学生物科学与工程学院2,福州 350108)

采用Agilent112-88A7 HP-88毛细管色谱柱的气相色谱和Avatar 370傅里叶转换红外光谱相结合的方法,对质子转移膜式电化学氢化制备的低反式脂肪酸的大豆油脂进行分析,其中气相色谱法中各脂肪酸的检出限为 3.2～11.4μg/mL,相对标准偏差为 0.30%～1.45%,试验表明两种方法对反式脂肪酸的定量结果一致;经过 6 h的电化学氢化反应,当氢化大豆油脂的碘价由原料油的 130.04 g I2/100 g下降到 88.86 g I2/100 g时,亚麻酸 9c,12c,15cC18∶3质量分数由 6.84%下降到 0.28%,硬脂酸 C18∶0质量分数由 4.36%上升到 10.44%,产品中反式脂肪酸质量分数为 8.62%,主要是 7.15%的 9tC18∶1,0.74%的 9t,12tC18∶2和0.36%的9t,12t,15tC18∶3。

电化学氢化 反式脂肪酸 红外光谱 气相色谱 大豆油脂

反式脂肪酸 (Trans Fatty Acids,TFAs)是含有一个或多个反式非共轭双键的不饱和脂肪酸的总称。现代医学研究表明传统气体氢化工艺产生的 TFAs增加了心血管疾病风险,并诱发妇女患Ⅱ型糖尿病,影响婴幼儿生长发育并造成大脑功能衰退[1-3],因此减少氢化油脂中 TFAs成为新的研究热点。近年来,质子转移膜式电化学氢化法成为降低 TFAs的最具潜力的代替传统气体氢化的工业化方法而备受关注[4-7],其反应体系以电解质溶液为主,克服了以氢气为主的多相分散体系中气体氢原子在固体催化剂表面附着力低的缺陷,在低温、常压和低电流密度下降低了 TFAs的形成,具有广阔的发展前景。

将气相色谱法与傅里叶转换红外光谱法相结合,对前期工作中建立的质子转移膜式电化学氢化油脂进行定性和定量分析[7],既能准确检测氢化油脂产品中主要 TFAs组成和含量,又能得到油脂中总TFAs含量,不仅解决了单独使用气相色谱法分析TFAs时由于缺少未知的标准反式脂肪酸样品而难以完整地反映油脂中总 TFAs的含量的问题,而且减少了红外光谱法 TFAs含量过高或过低时基线漂移带来的误差影响[8],保证了分析工作的准确性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

C16∶0、C17∶0、C18∶0、9cC18∶1、9tC18∶1脂肪酸甲酯标准品:Fluka公司;9tC16∶1、C18∶0、9tC18∶1、11tC18∶1、6c,9c,12cC18∶3c-6,9,12、9t,12t, 15tC18∶3脂肪酸甲酯标准品:Sigma公司;18917 Mix C14～C22脂肪酸甲酯混合标准品和 18918Mix C8～C24脂肪酸甲酯混合标准品:Supelco公司;氯化钠等试剂为正已烷、无水甲醇:德国Merck公司,色谱纯;三氟化硼、乙醚、无水硫酸钠、二硫化碳国药集团化学试剂有限公司,分析纯。

一级大豆原料油:市售;质子转移膜式电化学氢化油脂产品:实验室合成[7]。

1.2 试验主要仪器和设备

Agilent 6890气相色谱仪附 FI D检测器:Agilent公司,112-88A7 HP-88毛细管色谱柱 (100.0m× 0.25mm×0.20μm);Avatar 370红外光谱仪:美国Nicolet公司。

1.3 试验条件和方法

气相色谱法采用以高纯氮气为载气,流速0.8 mL/min。进样口温度 240℃,检测器温度250℃。柱温 180℃保持 90 min,以 30℃/min程序升温到210℃冲洗 3min。尾吹气为氮气,流速45.0 mL/min,氢气流速 40.0 mL/min,空气流速 400 mL/min,分流比 100∶1,进样量 1μL。根据各标准脂肪酸的响应因子校正的面积归一化法得到其标准曲线和线性回归方程[9]。

根据AOCS Cd 14-95标准分析方法[10],设置红外光谱操作参数,以 4 cm-1的分辨率收集 900～1 050 cm-1范围的红外光谱。吸收峰的最大峰值扣除 966.21 cm-1处的吸收峰底部基线值后,经标准曲线校准得到样品中总反式脂肪酸的含量。

油脂碘价计算根据 AOCS Cd 1c-85分析方法计算。

2 结果与分析

2.1 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂的气相色谱分析

2.1.1 主要脂肪酸的标准曲线和检出限

按照面积归一化法,对 10种主要脂肪酸标准样品绘制标准曲线,得到线性回归方程;同时由 3倍的信噪比计算各脂肪酸的最低检出限,见表 1。结果显示,方法的相关系数γ在 0.999 6～0.999 9之间,呈现良好的线性关系;各脂肪酸的检出限在 3.2～11.4 μg/mL之间,可以满足检测的要求。

表 1 主要脂肪酸的标准曲线及检出限

2.1.2 准确度和精密度

测定质子转移膜式电化学氢化油脂产品的9cC18∶1和 9tC18∶1组分的加标回收率,结果见表 2。

表 2 质子转移膜式电化学氢化油脂产品脂肪酸加标回收率 (n=3)

其中 9cC18∶1加标回收率为 101.0%～103.0%, 9tC18∶1的加标回收率为 91.0%～94.6%。

用重复性试验考量脂肪酸测定的精密度,结果见表 3,质子转移膜式电化学氢化油脂产品脂肪酸的相对标准偏差为 0.30%～1.45%,符合气相色谱分析要求[11],重复性良好。

表 3 质子转移膜式电化学氢化油脂产品脂肪酸含量测定的相对标准偏差 (n=6)

2.1.3 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂肪酸含量测定

按 1.3气相色谱的操作条件,对原料大豆油中各脂肪酸组成进行分析,各脂肪酸的分离情况如图 1所示。

图1 原料大豆油样品的气相色谱图

大豆原料油脂在一定反应条件下[7],经质子转移膜式电化学氢化后,脂肪酸的种类和含量发生变化,其分离情况如图 2所示。

图2 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂的气相色谱图

由图 1及图 2可见,Agilent112-88A7 HP-88毛细管气相色谱柱对质子转移膜式电化学氢化大豆油脂产品的各顺、反异构体脂肪酸实现了良好的基线分离。根据表 4所示的气相色谱分析,可知原料大豆油以顺式亚油酸 9c,12cC18∶2为主,质量分数达到 54.70%,其次是质量分数为 20.68%的顺式油酸 9cC18∶1,而 TFAs含量基本为零。经过 6 h的质子转移膜式电化学氢化反应,原料大豆油中亚麻酸9c,12c,15cC18∶3质量分数急剧减少,由原来的6.84%下降到 0.28%;9c,12cC18∶2和 9cC18∶1的含量也显著降低;相反,以 9tC18∶1为主的反式脂肪酸出现,三种反式脂肪酸 9tC18∶1、9t,12tC18∶2和 9t, 12t,15tC18∶3的总质量分数为 8.25%,而氢化油脂的碘价由原料油的 130.04 g I2/100 g下降到 88.86 g I2/100 g。因此当氢化程度相同时,传统的气体氢化工艺产生的 TFAs质量分数高达 45%以上,质子转移膜式电化学氢化反应产生的 TFAs含量只有气体氢化方式的 18%[12]。

表 4 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂肪酸组成及质量分数

2.2 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂的傅里叶转换红外光谱分析

原料大豆油和质子转移膜式电化学氢化大豆油的红外光谱分析见图 3。由图 3可知,两个样品的基线范围基本一致,样品重现性良好。检测结果显示原料大豆油的红外光谱谱线在966.21cm-1接近平滑的曲线,说明原料大豆油含 TFAs的含量基本可忽略不计;而氢化大豆油的谱线在966.21 cm-1处有明显的特征峰,根据总 TFAs含量 y和反式双键在966.21 cm-1处最大吸收峰的校正吸收值 x相关关系的标准曲线 y=1 281x+0.465 1(R2=0.999 0),得到质子转移膜式电化学氢化大豆油产品的 TFAs质量分数为8.62%,和以上气相色谱法分析结果一致。

图3 质子转移膜式电化学氢化大豆油脂的傅里叶转换红外光谱图

3 结论

将毛细管气相色谱法与傅里叶转换红外光谱法相结合,对质子转移膜式电化学氢化产品的反式脂肪酸进行定性和定量分析。结果表明,大豆油脂氢化产品的碘价由原料油的 130.04 g I2/100g下降到88.86 g I2/100g时,总反式脂肪酸质量分数为8.62%,氢化反应产生的 TFAs远低于传统的气体氢化方式。同时,毛细管气相色谱法和红外光谱法的定量结果一致,两种分析方法的结合既能对各种主要位置异构体进行准确定量,又能得到总反式脂肪酸含量,提高了检测方法的准确性和可信性。

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Analysis of Electrochemical Hydrogenated Soybean Oilwith Reduced TFAs

Yang Lin1Fu Hong2Xiao Feiyan2Yuan Huijun2

(Ocean Environment and Fish SourceMonitor Center of Fujian Province1,Fuzhou 350003)
(College ofBiological Science and Technology,Fuzhou University2,Fuzhou 350108)

The composition of soybean oil with reduced trans fatty acids(TFAs)produced by electrochemical hydrogenation via proton exchange membrane was analyzed.A detection limit 3.2～11.4μg/mL and a relative stand2 ard deviation 0.30%～1.45%were obtained from gas chromatography.The data from GC with Agilent 112-88A7 HP-88 capillary column wasmuch correspondence with those from Avatar 370 Fourier transform infrared spectrosco2 py.After 6 h process of electrochemical hydrogenation,hydrogenated soybean oil of I V 88.86(g I2/100 g)was yiel2 ded from material oil of I V 130.04(g I2/100 g).The content of 9c,12c,15c C18∶3 in the hydrogenated soybean oil decreased from 6.84%to 0.28%,and the contentof C18∶0 increased from 4.36%to 10.44%.Results show the hy2 drogenated soybean oil contains total TFAs of 8.62%,including 9tC18∶1 of 7.15%,9t,12tC18∶2 of 0.74%and 9t, 12t,15tC18∶3 of 0.36%.

electrochemical hydrogenation,trans fatty acids,infrared spectroscopy,gas chromatography,soybean oil

R155.5+8 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)03-0115-04

2009-03-24

杨琳,男,1965年出生,副教授,食品分析和检测

傅红,女,1970年出生,博士,副教授,功能性油脂的开发和利用