顶空-气质联用法测定潲水油中的挥发性有机化合物

李 殷，毕承路，冯华刚，高蕙文，徐 霞，盛 华，刘旭东

(1.常州产品质量监督检验所,江苏 常州 213001； 2.江苏技术师范学院化学与环境工程学院，江苏 常州 213000)

2012-07-04；

2012-08-29

李 殷(1977～)，女(汉族)，上海人，博士研究生，从事产品质量监督检验研究。E-mail: lyin@czzjs.com

刘旭东(1966～)，男(汉族)，江苏常州人，从事产品质量监督检验研究。E-mail: lxdong@czzjs.com

顶空-气质联用法测定潲水油中的挥发性有机化合物

李 殷1，毕承路2，冯华刚1，高蕙文1，徐 霞1，盛 华1，刘旭东1

(1.常州产品质量监督检验所,江苏 常州 213001； 2.江苏技术师范学院化学与环境工程学院，江苏 常州 213000)

为了寻找煎炸油、潲水油和正常食用植物油的成分差别，采用静态顶空与气质联用法分析潲水油样品和食用植物油样品中的挥发性成分。结果表明，食用植物油氧化变质的二级产物为醛类物质，脂肪酸小分子是由植物油二级氧化产物进一步氧化而得；潲水油中已存在大量的氧化产物脂肪酸小分子，说明潲水油已过度氧化。采用顶空-气质联用法找到了潲水油与正常食用植物油主要差别成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一种、两种或者多种。其中丁酸是最重要的特征性指标，在丁酸检出而其他脂肪酸未检出的情况下也可以判定待测油样为地沟油。

顶空-气质联用(Hs/GC-MS)；潲水油；氧化机理；丁酸

潲水油又叫泔水油、地沟油，是废弃食用油脂的一种。即将下水道中的油腻漂浮物(狭义地沟油)或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜(通称泔水)经过简单加工、提炼出的油脂[1]。

目前，对潲水油及煎炸老油的鉴别检验研究主要集中在以下几方面：常规理化指标检测[2-6]、碘值的检测[7]、电导率的检测[8]、胆固醇及脂肪酸组成分析[9-10 ]、外来污染物的检测(十二烷基苯磺酸钠、黄曲霉毒素)[11-12]，以及致突变性的研究[13]等。另外，还有研究者用静态顶空方法对潲水油挥发性成分进行GC/MS分析[14-15]。李红[16]等采用顶空固相微萃取与气质联用法分析了潲水油样品中的挥发性成分，通过大量潲水油和正常食用植物油做对比，找出了潲水油和正常食用植物油的成分差别：茴香脑、丁香酚及二氢大茴香脑。虽然对潲水油的鉴别方法众多，但迄今为止还没有一个方便、易推广并且准确、高效的方法。

油脂氧化过程主要是从相对于双键的α-位

H原子分裂出来的均裂原子团开始的[17]，形成的碳原子团与氧反应生成过氧化原子团，然后过氧化原子团进入链反应形成一级产物有机过氧化物，过氧化物作为脂类自动氧化的主要初期产物是不太稳定的，易分解成醛、酮、醇、环氧化物等，最终形成酸。本工作采用静态顶空气相色谱-质谱联用法对地沟油进行检测，希望建立一种分析方法，便于对生产过程实行即时监督，确保食品的安全和品质。

1 实验部分

1.1仪器、原料和试剂

Agilent 7890GC/5975MSD气相色谱-质谱联用仪、Agilent 7694E顶空进样器：美国Agilent公司产品；20 mL专用顶空瓶。

活性白土，正己烷，无水硫酸钠，丙酮等。

某品牌食用调和油，某品牌大豆油，橄榄油，潲水油，公安部查获的37个盲样，共19个样品来源列于表1。

表1 19个盲样样品来源

注：表中列出的地沟油样品为公安部查获的地沟油盲样

1.2实验方法

地沟油过滤、干燥后经白土吸附脱色(白土量为5%，150 ℃活化2 h，在地沟油热前加入，处理初温60 ℃，终温120 ℃，中速搅拌25 min[18])，减压精馏脱臭，样品置于冰箱0 ～ 5 ℃保存。取市售大豆油、橄榄油和某品牌调和油做对比。

分别取10 mL地沟油和对照食用油置于20 mL顶空瓶，在60、80、100 ℃下强烈摇动顶空瓶,平衡30、40、50 min。取80 μL气体在气相色谱-质谱仪下进样分析，根据保留时间及特征离子进行定性、定量分析。

1.3气相色谱-质谱条件

色谱条件: HP-5ms色谱柱: 0.25 m×30 mm×0.25 μm；柱温采用程序升温: 初始温度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 ℃；载气为氦气(纯度99. 99%), 进样口温度230 ℃,流速1.0 mL/min。

质谱条件: 电子轰击离子源, 电离能量70 eV, 扫描方式为全扫描模式和选择离子监测模式, 四极杆温度150 ℃, 离子源温度230 ℃, 电子倍增器电压1 500 V, 接口温度280 ℃, 进行色谱-质谱联用分析，采集所得到的质谱图利用NIST谱库检索定性。定量分析结果是依据选择性离子流色谱峰的峰面积标准曲线法来计算各组分的相对含量。m/z60、73、88的特征离子为定性离子,m/z60、73的特征离子为定量离子。

2 结果与讨论

2.1顶空采样温度和平衡时间的选择

顶空分析法的原理是基于Raoult定律, 气相中各组分的分压也受温度的影响。将平衡时间设定为30 min, 分别测定60、80、100 ℃时的顶空挥发性成分，泔水油顶空挥发出的挥发性有机物峰面积图示于图1。挥发性有机物出峰时间都在2.0 min以后，图1表明, 随着顶空瓶平衡温度的提高，挥发性有机物的峰面积也提高，当顶空瓶平衡温度提高到80 ℃后，挥发性有机物出峰峰面积提高不明显, 故将80 ℃作为顶空瓶平衡温度。

设定采样温度为80 ℃，在不同平均时间分别为30、40和50 min，测定挥发性有机物2.0 min以后的出峰情况。结果表明: 在40 min 之后被测组分已达到平衡。

2.2潲水油挥发性成分的谱图分析

按照1.2所述方法对潲水油的挥发性成分(≤80 ℃)进行GC/MS 测试。将脱色脱臭的地沟油、泔水油和选用的3种不同种类正常食用植物油做对照，寻找潲水油与正常食用油的成分差别。潲水油和正常食用植物油经GC/MS分析得到的总离子流图分别示于图2、图3。通过NIST质谱图库检索分析，当正反匹配度大于800予以鉴定，鉴定出主要挥发性成分，潲水油和正常食用植物油部分挥发性成分列于表2。

从表2可以看出，潲水油中的主要挥发性成分为一些短链酸、烯醛类和香辛料成分，而香辛料成分是正常油中所没有的。比较潲水油与正常食用植物油的挥发性成分，潲水油与正常食用植物油中都存在烯醛和醛类组分。而本实验找

到了潲水油与正常食用植物油主要差别成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一种、两种或者多种。其中丁酸是最重要的特征性指标，在丁酸检出而其他脂肪酸未检出的情况下也可以判定待测油样为地沟油。

图1 泔水油的挥发性有机物峰面积图Fig.1 The peak area of mainly volatile components in hogwash oil

图2 潲水油的GC/MS总离子流图Fig.2 The total ion chromatogram of hogwash oil

图3 某品牌食用油的GC/MS总离子流图Fig.3 The total ion chromatogram of edible oil

出峰时间/min化合物名称分子式泔水油脱色脱臭地沟油某品牌大豆油某品牌调和油橄榄油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茴香脑C10H12O+————

2.3油脂氧化机理

潲水油在收集、提炼、加工过程中，在水分、空气、金属、微生物等作用下，发生水解、氧化、酸化等反应，使中性脂肪分解为甘油和脂肪酸，或使脂肪酸中的不饱和链断开形成过氧化物，再依次分解为低级脂肪酸、醛类、酮类等物质，而产生异臭和异味，有的酸败产物还具有致癌作用。卫煜英[19]指出，己醛和烯醛、二烯醛是在过氧化后分解时较早出现的化合物,并且是在储存两年以上的棉籽油中发现的。己醛是油脂氧化变质后的二级产物，而己醛长期以来是作为食品氧化变质的一个指标[20]。

为证实己醛是氧化变质后的二级产物，设计了一个实验，采用某品牌食用油在240 ℃的高温下分别加热1、2、3、4 h，通过气质联用分析其氧化过程。此食用油加热不同时间得到的总离子流图示于图4。

由图4可以看出，随着加热时间的增长，丁醛、戊醛、戊醇、己醛、庚醛、2-庚烯醛和辛醛等醛类物质的含量明显提高。常用植物油由于热加工过程，致使油品中已经存在油脂氧化变质的二级产物醛类物质，再与地下生活污水、废旧铁桶、果蔬腐败物、生活垃圾(粪便)、多种细菌毒素，寄生虫及虫卵等接触，所受污染更严重，进一步发生水解、氧化、缩合、聚合、酸度增高、色泽变深等一系列变化。因而表1中泔水油已存在大量的脂肪酸小分子。

图4 某品牌食用油在240 ℃下加热不同时间后的GC/MS总离子流图Fig.4 The total ion chromatogram of edible oil heated under 240 ℃ for different time

由此，油脂氧化机理可简单概括为[21]：

油脂受氧、水、光、热、微生物等作用，会逐渐水解或氧化而变质酸败，使中性脂肪分解为甘油和脂肪酸，或使脂肪酸中的不饱和链断开形成过氧化物。首先，氧化过程主要是从相对于双键的α-位H原子分裂出来的均裂原子团开始，形成

的碳原子团与氧反应生成过氧化原子团示于式1，过氧化原子团进入链反应形成一级产物有机过氧化物，过氧化物作为脂类自动氧化的主要初期产物是不太稳定的，它经过复杂的分裂和相互作用，产生二级产物醛、酮、醇、环氧化物等，最终形成酸。

2.4标准曲线、精密度和检出限

已证实某品牌食用调和油本身挥发性物质里不含有丁酸，将丁酸标准品加入此品牌调和油中配制成浓度为1.0、10、40、80、100 mg/L的校正标准溶液，使用时取10 mL该标准溶液，注入顶空瓶中。以选择性离子流色谱峰的峰面积为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线，示于图5。

所获得的标准工作曲线为y=1 669.11x+1 674.78，相关系数为0.999 5，方法检出限为0.4 mg/L，每个浓度做3个平行实验，RSD在1.25%～2.01%之间，说明本方法测定潲水油中丁酸含量的检测结果是可靠的。

图5 丁酸标准曲线Fig.5 The standard curve of butyric acid content in hogwash oil

2.5样品测定结果

按1.2所述方法在80 ℃，40 min的平衡条件下顶空对所有油样品进行分析。由于本实验找到了潲水油与正常食用植物油主要差别成分：乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一种、两种或者多种。其中丁酸是最重要的特征性指标，在丁酸检出而其他脂肪酸未检出的情况下也可以判定待测油样为地沟油。用丁酸判定，结果列于表3。

在25个潲水油阳性样品检出了11个，检出率比较低,仅为44%，但是没有把阴性样品判为阳性样品的情况发生。分析其原因，首先可能是某些潲水油的氧化程度不够，没有小分子脂肪酸的形成；其次，现在潲水油经过精馏塔去除低沸点的挥发酸或者碱中和，会大量带走和消耗小分子脂肪酸，剩余的小分子脂肪酸低于检出限，无法识别这种潲水油。顶空测定小分子脂肪酸的方法主要适用于氧化程度比较高和精炼程度比较低的潲水油。

表3 潲水油和正常油用GC/MS法检测小分子有机挥发性成分表Table 3 The volatile components in hogwash oil and edible oil samples identified by GC/MS

注：表中未检出指低于检出限，地沟油样品为公安部查获的地沟油盲样

3 结论

采用静态顶空与气质联用法分析了潲水油样品中的挥发性成分，得到了顶空进样平衡条件为80 ℃平衡40 min。通过对煎炸油、潲水油和正常食用植物油进行分析，认为其主要差别成分为乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸小分子脂肪酸中一种、两种或者多种。分析得出小分子脂肪酸是油脂进一步氧化的产物。

本实验通过丁酸定量对37种不同地区的潲水油进行测定，检出率仅为44%。说明该方法找到的小分子脂肪酸组分易被精馏塔或者碱中和大量去除，降低了潲水油的检出率。采用顶空测定潲水油中小分子脂肪酸来鉴定潲水油的方法由于其速度快，20 min左右即可完成一个样品的检测，自动化程度高，对操作人员要求不高，适用于氧化程度比较高和精炼程度比较低的潲水油。

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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