核磁共振氢谱法分析食用油氧化产物
2019-01-23孟令璐杨铭扬薛晓凡唐天培吴羽琦周远喆刘睿杰
孟令璐,李 徐,杨铭扬,薛晓凡,郭 伟,唐天培,张 帆,吴羽琦,周远喆,刘睿杰
(江南大学 食品学院, 江苏 无锡 214122)
食用油和含油食品是人类重要的营养和能量来源,在加工过程中油脂氧化酸败不但导致食物失去原有的风味,而且造成有益脂肪酸和微量营养物的严重损失,伴随产生的特定氧化产物甚至会危害人体健康[1]。表征食用油品质的指标包括脂肪酸组成、环氧化物、醇类、醛类等,其中环氧化物、醇类、醛类等需采用气相色谱、气相色谱质谱联用、液相色谱质谱联用等方法检测,需消耗大量有机溶剂,预处理耗时,操作烦琐[2-3]。因此,需要一种更为快捷且可靠的食用油品质检测方法。
高场核磁共振(NMR)是一种基于原子核磁性的波谱技术,在化学动力学研究和有机化合物结构鉴定等多领域得到了广泛应用,近年来已应用到油脂品质检测领域。核磁共振氢谱法检测食用油品质,具备测试速度快、重现性好的优点。李强强[4]、高虹[5]等综述了高分辨率NMR波谱技术对果蔬制品、肉制品、乳制品、油脂类食品及其他食品的成分分析、分子结构分析以及食品品质优劣检测、溯源检测等方面的应用。王乐等[6]利用脉冲式核磁共振法高效鉴别食用油掺伪餐饮废油脂。杨扬等[7]采用核磁共振测定了大豆油等10种食用油并且采集了地沟油与之对比,分析了各种油的区别并对地沟油进行鉴定。Martínez-Yusta[8-9]、Guillén[10]等应用核磁共振法研究了煎炸过程中的油脂品质变化。国外此类方法检测已相对成熟,应用广泛,而国内此领域研究仍处于早期阶段。
本研究通过高温加热实验加速油脂劣变,制备不同氧化程度大豆油样品,利用高场核磁共振仪采集样品的氢谱数据,积分氢谱各指纹峰,计算各时间点油脂氧化产物的相对含量,实现应用核磁共振氢谱法分析食用油氧化产物。
1 材料与方法
1.1 实验材料
大豆油,购于本地超市;氘代溶剂,内含0.03%四甲基硅烷(TMS)。
Bruker Avance 400核磁共振仪、直径5 mm核磁管,美国布鲁克公司。
1.2 实验方法
1.2.1 不同氧化程度大豆油样品的制备
将3 g油样置于玻璃试管,在空气流速20 L/h、加热温度120℃下分别加热0、1.5、2.5、3、3.5、4、5、6 h,制备不同氧化程度的大豆油样品。
1.2.2 核磁共振氢谱数据采集
吸取不同氧化程度的大豆油样品20~50 μL置于直径5 mm核磁管,以500 μL氘代氯仿溶解,溶剂内含0.03%四甲基硅烷作为内标,混合均匀。以高场核磁共振仪采集样品的氢谱数据,积分氢谱各指纹峰;以四甲基硅烷峰为化学位移零点,核磁共振仪采集参数参考Guillén等[10],设置为:频率400 MHz及以上,光谱宽度5 000 Hz,弛豫时间3 s,扫描次数64次,采集时间3.744 s,脉冲宽度90°,总采集时间12.9 min,温度25℃。
2 结果与讨论
2.1 核磁共振氢谱的谱峰归属
以加热时间为6 h的大豆油为例,其核磁共振氢谱谱图如图1所示,谱峰归属如表1所示。
图1 大豆油的核磁共振氢谱谱图
编号化学位移(δ)峰型耦合常数/Hz质子和功能基团A1.94~2.14m-—CH2—CH CH—(酰基基团)B2.63m-(反-9,10-环氧化十八烷基团)C2.77t6.5 HC—CH2—CH (亚油酸酰基基团)D2.80t6.3 HC—CH2—CH (亚麻酸酰基基团)E2.88m-(顺-9,10-环氧化十八烷基团)F3.54~3.59m-—CHOH—(仲醇)G3.62t6.4—CH2OH—(伯醇)H4.10~4.32dd4.3,5.9,11.9—CH2OCOR(甘油基团)
续表1
编号化学位移(δ)峰型耦合常数/Hz质子和功能基团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-环氧化-2-烯醛)L9.58dd7.9—CHO(4-羟基-反-2-烯醛)M9.60dd8.0—CHO(顺,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产物的计算公式
大豆油脂肪酸和氧化产物的计算公式如表2所示,具体包括亚麻酸、亚油酸、油酸、饱和及改性的脂肪酸、反-9,10-环氧化物、顺-9,10-环氧化物、仲醇、伯醇及7种醛类。
表2 大豆油中脂肪酸及氧化产物的计算公式
2.3 加热过程中大豆油中脂肪酸组成及氧化产物的变化
加热过程中大豆油肪酸组成及氧化产物的变化如图2所示。
图2 加热过程中大豆油中脂肪酸组成及氧化产物的变化
由图2可知,大豆油中含有较高比例的油酸、亚油酸及较少的亚麻酸,加热自由基链式反应引发不饱和脂肪酸氧化分解。同时油脂在氧化过程中也形成其他新化合物,包括不同类型的环氧物、醇类和醛类。
核磁共振氢谱中检测到环氧化物的基团信号,主要包括反-9,10-环氧化物、顺-9,10-环氧化物,利用公式计算出含量,值得注意的是,顺-9,10-环氧化物含量在加热实验的最后1 h内迅速增长,最高达到61.61 mmol/mol(见图2(b)),且在任何时间段内顺式环氧化物含量都要高于反式。除此之外,在核磁共振氢谱谱图中还反映出伯醇及仲醇的指纹峰,利用公式计算醇含量,仲醇含量高于伯醇,二者含量变化与自由基链式反应机理的引发和传递阶段相符。核磁共振氢谱中检测所得醛类主要为:反-2-烯醛、4,5-环氧化-2-烯醛、4-羟基-反-2-烯醛、反,反-2,4-二烯醛、顺,反-2,4-二烯醛,其中反-2-烯醛含量在加热6 h时高达17.94 mmol/mol,其余n-烷醛、4-氧代-烷醛的含量远低于前几种。值得注意的是,醛类物质的不饱和度越高,其细胞反应性和细胞毒性越强。
3 结 论
本文应用核磁共振氢谱技术分析了食用油氧化产物。所有氧化产物与自由基链式反应机理的引发和传递阶段相符合。氧化全程顺式环氧化物含量高于反式,仲醇含量高于伯醇,醛类物质中反-2-烯醛含量最高,加热6 h后其含量高达17.94 mmol/mol。虽然高场核磁共振设备昂贵,但同时也因其操作简单、测量精确、重复性高、检测快速的优点,在食用油品质控制领域有巨大潜在应用价值。