几种食用油的核磁共振光谱特征与地沟油的快速检测-论文.pdf

2 0 1 5年 第加 卷 第 7期 中国油脂 4 5 几种食用油的核磁共振光谱特征 与地沟油的快速检测 杨 扬 ， 殷 乐， 尹芳华， 孙小强， 李为民 ( 常州大学 江苏省精细化工重点实验室， 江苏 常州 2 1 3 1 6 4 ) 摘要 ： 检测了大豆油、 菜籽油、 芥花油、 芝麻油、 橄榄 油、 花生油、 玉米油、 葵花籽油、 猪油、 鱼油及地沟 油的 H N M R 、 n C N M R光谱( 核磁共振氢谱、 碳谱) 。结果发现： 植物油与猪油和鱼油有明显的区 别： 地沟油由于其产生、 酸败和处理过程中有部分甘油酯的分子发生变化， 所以在氢谱 图的 6 7 0 5 5 O 、 6 5 1 0和 3 7 3等处有明显的杂峰； 地沟油、 猪油和鱼油在氢谱图的 1 2 6 处的峰比 占1 3 0处明显强很 多； 地沟油碳谱 图在 1 7 8 3 3 、 1 7 3 8 7 、 8 6 6 0 、 6 8 3 9和 6 5 0 6处有 明显的 小峰存在， 它们可以作为判断地沟油特征峰的依据。与其他分析方法相比， 该方法具有操作简单、 不需要预处理和快速等优点。 关键词 ： 食用油； 地沟油； 核磁共振 氢谱 ； 核磁共振碳谱 ； 分析鉴定 中图分类号： O 1 6 ； 0 6 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 3 7 9 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 4 5一 O 6 NM R s pe c t r a c h a r a c t e r i s t i c s o f s e v e r a l k i nd s o f e d i b l e o i l s a nd q ui c k d i s c e r n i ng o f s wi l l - c o o k e d d i r t y o i l YANG Ya n g，YI N Yu e， YI N F a n g h u a，S UN Xi a o q i a n g，LI W e i mi n ( J i a n g s u K e y L a b o r a t o r y o f F i n e P e t r o c h e m i c a l E n g i n e e ri n g ， C h a n g z h o u U n i v e r s i t y ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e H NMR a n d u C NMR s p e c t r a o f s o y b e a n o i l ，r a p e s e e d o i l ，mu s t a r d o i l ， s e s a me o i l ，o l i v e o i l ，p e a n u t o i l ，c o r n o i l ， s u n f l o w e r s e e d o i l ， l a r d ，fi s h o i l an d s wi l l c o o k e d d i r t y o i l w e r e d e t e c t e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t v e g e t a b l e o i l s h a d o b v i o u s d i f f e r e n c e s wi t h l a r d a n d fi s h o i l ；i n t h e。 H NMR s p e c t r a o f s w i l l c o o k e d d i r t y o i l ，t h e r e we r e d i s t i n c t i v e e x t r a p e a k s i n t h e r a n g e s o f 6 7 05 5 0，6 5 1 0 a n d 3 7 3p r o b a b l y b e c a u s e t h e mo l e c u l ar s t r u c t u r e o f p a r t t r i g l y c e r i d e s h a d b e e n c h an g e d d u ri n g t h e p r o - d u c t i o nr a n c i d i t y a n d t r e a t me n t o f s w i l lc o o k e d d i rt y o i l T h e 1 2 6 p e a k i n H NMR s p e c t r a o f s wi l lc o o ke d d i r t y o i l 1 a r d a nd fis h o i l wa s mu c h hi g h e r t h an 6 1 3 0 pe a kI n t h e C NMR s pe c t r a o f s w i l l c ook e d d i rt y o i l ，t h e r e we l e d i s t i n c t i v e e x t r a s ma l l p e a k s i n 6 1 7 8 3 3 ，6 1 7 3 8 7， 8 8 6 6 0， 6 6 8 3 9 a n d 6 5 0 6 Th e s e c h ara c t e r i s t i c p e a k s c o u l d b e u s e d a s p r o o f s f o r t h e d i s c e r n i n g o f s w i l lc o o k e d d i rty o i l Th i s me t h o d wa s s i mp l e a n d q u i c k wi t h o u t t h e n e e d f o r t h e p r e t r e a t me n t o f s a mp l e s c o mp are d wi t h o t he r me t h o d s Ke y wo r d s： e di bl e 0 i l ；s wi l lc o o k e d d i rty o i l ； H NMR；”C NMR ；d i s c r i mi n a n t an a l y s i s 食用油是人们天天都要用到的主要烹饪原料之 一 ，与人体健康有着密切的关系。随着经济的发展， 食用油价格越来越高。因此 ， 社会上出现了少数不法 收稿日期： 2 0 1 4 0 91 7 ； 修回日期： 2 0 1 5 0 3 2 1 基金项 目： 江苏省科技支撑计划项目( B E 2 0 1 2 8 2 2 ) 作者简介 ： 杨扬 ( 1 9 5 5 ) ， 男 ， 教授， 研究方向为仪器分析 ( E - m a i l ) y a n g y a n g C C Z U e d u c a 。 分子以次充好、 以假代真的违法行为。对食用油组成 的分析方法主要是采用气相色谱和气相色谱质谱联 用的方法 - 4 ， 这类方法能给出样品组成 比较清晰的 结果， 但必须对样品进行甲酯化处理， 操作较烦琐， 而 且异构体的存在也给分析带来一定难度 。也有利 用红外、 近红外光谱和拉曼光谱对食用油进行分析和 掺伪测定的报道 - 7 ， 但由于这类谱图存在重叠和复 C HI NA O- S A ND F A 1 2 Ol 5 Vo 1 4 0 No 7 杂等特点， 必须采用统计学的方法来帮助分析确认， 也存在着不确定的因素。还有利用测定 D N A方法来 鉴定食用油的报道， 但要专用试剂及仪器， 操作比较 烦琐 ， 耗时较长【 8 J 。利用核磁共振方法分析食 用 油的报道主要是在测定食用油的固体脂肪含量或固 体脂肪指数 。 。 “ 、 测定原料种子的含油率n 等方 面。在测定食用油核磁共振光谱的方面则未见报道。 用核磁共振测定食用油具有操作相对简单， 不需要预 处理， 速度快等特点。另一方面随着技术的进步和改 进， 也使仪器的灵敏度提高和操作更加简单。本文采 用核磁共振仪测定了大豆油、 菜籽油、 芝麻油、 花生 油、 葵花籽油、 芥花油、 橄榄油、 玉米油、 自制猪油和自 制鱼油， 并且采集了地沟油与之对比， 分析了各种油 的区别和地沟油的鉴定。 1 材料与方法 1 1 试验材料 1 1 1 原料与试剂 大豆油、 菜籽油、 芝麻油、 花生油 、 葵花籽油( 普通 葵花籽油和高油酸葵花籽油各 1 种) 、 玉米油、 橄榄油 各2种和 1种芥花油， 购自当地超市； 试剂橄榄油 ( C P ) ， 购自 上海 E l i s a 生物技术有限公司； 猪油( 板油 和肥肉油各 1 种) 和鱼油， 自 制； 1 1 种地沟油， 本校生 物柴油课题组提供以及本校食堂阴沟捞取； 3 7种国 家地沟油检测考核样 品， 由常州市质检所提供。 C D C 1 ( 含 0 o 3 四甲基硅烷) ， A l d r i c h公司。 1 1 2 仪器与设备 B r u k e r A V A N C E I I I 5 0 0 M H z 核磁共振仪； Q N P 探头； 直径 5 m n l 核磁管。 1 2试 验方 法 在核磁管中加样品 1 5 2 5 I Y lg ， 再加 0 5 m L C D C I 3 ， 并混合均匀。 H N MR的观察频率为 5 0 0 1 3 M I - I z ， 脉 冲 序列z g 3 O ， 谱宽 7 5 0 0 H z ， 扫描 8 次， 每次间隔 1 s ； C N M R的观 察 频 率 为 1 2 5 7 5 M H z ， 脉 冲 序 列 z g p g 3 0 ， 谱宽 2 9 7 6 1 9 0 H z ， 扫描2 0 4 8 次， 每次间隔 2 S 。化学位移以T M S为标准校正。 2 结果与讨论 2 1 H N MR谱峰的归属 由于食用油主要是以棕榈酸、 硬脂酸、 油酸、 亚 油酸和亚麻酸为主的饱和和不饱和脂肪酸甘油酯混 合物组成， 因此谱图构成复杂。现以大豆油中亚油 酸甘油酯( 含量达4 9 8 一 5 9 0 ) 为例标出分 子结构式( 见图 1 ) 和实测大豆油的氢谱图( 见图 2 ) ， 归纳出具有代表性的谱峰归属列于表 1 ， 以便与 其他各种油的氢谱 图进行分析 比较。 21 n 0 2 v 4 v 6 v 8 1 0 v 1 2 v 3 1 4 v 1 6 v 1 8 r _ -0 V V V V V V V 22 _-。 八 L o 一 lI O 隰 1 油 硷 甘 油 酯 拜 ： rr绪 橘 表 1 大豆油氢谱峰归属 2 2 各种油的 H N MR谱 图区别( 见图2图5 ) 由图2 可知， 大豆油、 菜籽油和芥花油的组成十 分相近， 它们在 0 9 8 处有 1 个亚麻酸端甲基的特 征峰 ， 所 以其谱图十分相似 。但 由于大豆油中亚油 酸甘油酯的含量要明显高于菜籽油和芥花油u ， 因此在 2 7 92 7 5区间的峰 面积要 明显大于后 两种油 ， 其积分面积是后两种油的 2 5倍左右( 以 甘油基中的亚甲基峰面积为基准 ， 下 同) 。大豆油 在 5 4 3 5 3 0区间的峰形也与菜籽油和芥花油有 所不同： 大豆油的积分面积要大一些 ， 峰裂分要复杂 些； 将酯链上6 2 8 3 O 8 5的饱和氢之和与烯氢面 积相比， 大豆油的比值小于 1 0 5 ， 而菜籽油和芥花 2 0 1 5年 第 4 0卷 第 7期 中国油脂 4 7 油的大于 1 2 0 。这是因为菜籽油和芥花油中油酸 甘油酯含量高、 大豆油中亚油酸甘油酯含量高 ， 油酸 甘油酯酯链 中只含 3个双键 ， 而亚油酸甘油酯酯链 中含 6 个双键。而由于油菜和芥菜都同属于双子叶 植物纲 、 十字花科 、 芸薹属 ， 所 以菜籽油和芥花油的 谱图十分相似 ， 它们很难加 以区别。 芥花油 ，太 一 丸 1 i 菜 籽油 走 ，i j i 大豆 油 一 羔 i ，气 止 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 占 图 2 大豆油 、 菜籽 油和芥花油的氢谱 图 6 0 5 5 5 0 4 5 4 O 3 5 3 0 占 图 3 芝麻油 、 橄榄油 、 花生油 、 玉 米油、 普通葵 花籽 油 和高油酸葵花籽油的氢谱图 由图 3可知 ， 芝麻油、 橄榄油、 花生油 、 玉米油和 葵花籽油的 H N M R谱图也类似。这 5 种油除玉米 油的亚麻酸含量可以达到2 以外， 其余都在 1 以 下 埘 ， 所以在 6 1 0 0 0 9 5区间基本看不 到亚 麻酸的甲基峰。普通葵花籽油与高油酸葵花籽油的 区别为普通葵花籽油的亚油酸含量高， 其 6 2 7 9 2 7 5区间特征峰较大。高油酸含量 的葵 花籽油与 橄榄油十分相似 ， 在该处 的亚油酸甘油酯特征峰较 小 ， 因为它们的亚油酸含量较低。 花生油在 6 1 2 6 处的峰明显高于 6 1 3 0处的 峰， 证 明其 油 酸 ( 单烯 酸 ) 甘油 酯 的含量 相对 较高 埔 。 7 0 6 5 6 0 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 艿 图 4 芝麻油和大豆油的局部放大氢谱 图对 比 由图4 可知， 芝麻油在 7 0 o 3 5 0区间有明 显的小峰， 而且加热后再测也没有明显变化。这是 因为芝麻油中含有较多芝麻素 、 芝麻酚、 生育酚和特 殊香味的含 不饱 和环 、 含 氧基 团成分 在此 区 间出 峰 卜 ， 可以作为判断芝麻油的特征条件之一。 地 沟油 良 l l l A ， l 鱼油 i 。 A l t _ *H_ - 猪油 ( 板油 ) 儿 。 l“ J 6 0 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 5 图5 猪油( 板油)、 鱼油和地沟油的氢谱图 由图5可知， 猪油中亚油酸甘油酯含量较低， 亚 4 8 C HI NA 0I L S AND F A I S 2 01 5 Vo L4 0 No 7 麻酸甘油酯含量更低， 其他峰并无特别之处。肥肉 油和板油基本一致。鱼油中亚油酸甘油酯中含量也 相对较低 ， 但可以清楚地看到亚麻酸甘油 酯的端 甲 基峰和亚麻酸甘油酯中 3个烯键之间的亚 甲基峰。 地沟油主要是烹饪和洗涤过程中流入 阴沟的浮油或 泔水油， 所以混有动物油的特征， 由于其产生、 酸败 和处理过程 中有较多的甘油酯分子发生变化， 所以 氢谱图在放大的情况下能看到地沟油在 6 6 7 0 5 5 0 、 5 1 0 和 6 3 7 3等处有明显的杂峰， 这些是 其他植物油、 猪油和鱼油所没有的， 可以作为判断地 沟油特征峰的依据。另外， 猪油、 鱼油和地沟油在 6 1 2 6处的峰 比6 1 3 0处明显强很多 ( 花生油 的两 峰高 比值在 1 5 7以下 ， 鱼油、 猪油的在 1 7 8以上) ； 对比图 3和图 5可以看出， 猪油、 鱼油和地沟油虽与 花生油氢谱图相似， 但花生油在 0 9 8 处没有三重 峰- l 。如果花生油中掺入猪油 、 鱼油或地沟油 ， 可 以从该处发现可疑痕迹 。 2 3 ” C N MR特征峰 的归属 碳谱由于分辨率高， 谱峰重叠程度低， 导致多组 分食用油的碳谱比氢谱出峰较多且更复杂。同样以 亚油酸甘油酯为例( 见图 1 ) ， 列出谱峰归属 于表 2 ， 以便与其他各种油的碳谱图进行分析比较。 表2 亚油酸甘油酯碳谱峰归属 序号 6 碳原子编号 序号 6 碳原子编号 1 1 7 3 1 7 1 1 2 2 9 6 3 7 2 1 7 2 7 6 1 9 1 3 2 9 3 6 1 5 3 1 3 0 2 1 1 3 1 4 2 9 1 2 6 4 1 2 9 9 9 9 1 5 2 9 1 2 5 5 1 2 8 1 O 1 O 1 6 2 9 1 2 4 6 1 2 7 9 5 l 2 1 7 2 7 2 2 8 7 6 9 o 0 2 2 l 8 2 7 2 2 1 4 8 6 2 1 4 2 1 l 9 2 5 6 8 1 1 9 3 4 2 1 2 0 2 0 2 4 8 7 3 l 0 3 4 O 5 2 2 1 2 2 5 8 l 7 l1 31 5 4 1 6 2 2 1 4 0 4 1 8 2 4 各种油的” C N MR谱 图区别( 见 图6一图8 ) 由图 6可知 ， 与 H N MR谱 图类似 ， 大 豆油、 菜 籽油和芥花油的” C N M R谱图也十分相似。由于亚 麻酸甘油酯含量相对较高 ， 所以在 6 1 4 3 O处会 出 现亚麻 酸甘油酯酯链上端 甲基 的峰。在 艿1 3 0 0 0 附近不饱和区域的峰比其他几种植物油要多。大豆 油中的最强峰位于6 2 7 。 2 0 ， 而菜籽油和芥花油的最 强峰位于 6 2 9 3 4 。 芥花油 一 菜籽油 _ l 大 豆油 l l 8 0 l 7 0 l 6 0 1 5 0 1 40 l 3 0 l 20 11 0 1 0 0 9 0 8 0 70 60 50 40 30 20 1 0 0 占 图6 大豆油、 菜籽油和芥花油的碳谱图 由图 7可知 ， 芝麻油、 橄榄油 、 花生油、 玉米油和 油酸葵花籽油 由于油酸甘油酯含量相对较高 ， 亚油 葵花籽油的b C N M R谱图也类似， 它们在 6 1 3 0 0 0 酸甘油酯含量相对较低， 所以在 5 1 3 0 0 0附近的峰 附近不饱和区域的峰比大豆油、 菜籽油和芥花油要 明显大于6 1 2 8 0 0附近峰。 简单 ， 一般可以分辨的峰只有 7 8个 。橄榄油和高 2 0 1 5年 第 4 0卷 第7期 中国油脂 4 9 玉 米油 l l l l i l j 花 生油 l立 l I 橄 榄油 l l l l _ 芝 麻油 ； _ l 1 l 1 8 0 1 70 1 6 0 1 5 0 1 40 1 3 0 1 20 1 l O 1 00 90 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 3 0 2 O 1 0 0 占 图7 芝麻油、 橄榄油、 花生油、 玉米油、 普通葵花籽油和高油酸葵花籽油的碳谱图 由图 8可知 ， 因猪油 和鱼油 中亚油酸甘油酯含 量较低 ， 所以 1 2 8 0 9 、 1 2 7 9 2的峰较低。猪油和 鱼油 C N MR谱图的最强峰位都位于 6 2 9 7 2 ， 其中 猪 油 最 强 峰 是 次 强 峰 的 2倍 以 上。地 沟 油 的 C N M R 谱图与其他油的最明显区别是由于油脂酸 败和氧化 ， 导致 羰基峰 的位移 ( 阴沟 中易发生水解 反应 ) ， 出现了 1 7 8 3 3 、 1 7 3 8 7的小峰 ； 导致甘油 基的亚 甲基 、 次 甲基 等峰的位 移， 出现 了 6 8 6 6 0 、 6 8 3 9 1 1 6 5 0 6等小杂 峰 。它们都可 以作为 判断地沟油特征峰的依据 。 l 地 沟油 叠 i ； l 鱼油 l 川 猪油 ( 板油 ) 一 l l I l l l l l I I l l l I l l I 图 8 猪油 ( 板油 )、 鱼油和地沟油的碳谱 图 2 5 地 沟 油快 速检 测 结果 3 7个样品中包含 8个合格的食用油( 大豆油、 花生油 、 玉米油和调和油 ) ， 2 9个地沟油 ( 含 1 0 、 2 0 、 5 0 和纯地 沟油 以及 煎炸油 ) 。利用 以上判 据分别对这 3 7 个样品进行氢谱和碳谱检测， 判定结 果正确率为8 1 。 3结论 不 同种类的食用油 由于甘油酯的种类和数量的 CHI NA OI L S AND F A I S 2 O 1 5 V o 1 4 0 No 7 不同， 其核磁共振谱图有细微差别。可以将本文涉 及的食用植物油分为两类： 含较多亚麻酸甘油酯 的 一 类( 大豆油、 菜籽油和芥花油) 和基本不含亚麻酸 甘油酯的一类( 芝麻油、 橄榄油、 花生油、 玉米油和 葵花籽油) 。同类植 物油的谱 图基本相似 ， 但芝 麻 油、 橄榄油和花生油 比较容易区别。植 物油与猪油 和鱼油有明显的区别。 地沟油 中由于混有动物油、 酸败和处理过程 中 有较多的甘油酯分子发生变化， 所以会在氢谱图和 碳谱图中产生地沟油的特征峰。这些特征峰可以作 为判断地沟油 的依据。 利用核磁共振仪检测食用油不需要预处理， 简 单方便， 可以建立各种油的核磁共振谱图库， 能快速 筛选检验地沟油和大致判断油的种类。 致谢 ： 感谢常州市质检所李殷、 陈惠钢提供 国家卫生 部 的3 7种地沟油检测考核样品! 参考文献 ： 1 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局， 中国国家 标准化管理委员会 G B T 1 7 3 7 7 -2 0 0 8动植物油脂 脂 肪酸甲酯的气相色谱分析 S 北京： 中国标准出版 社 ， 2 0 0 8 2 S U M A I Y A Z A， D I P E S H P ，B A S U D E B S Q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s o f f a t t y a c i d s c o mp o s i t i o n i n t h e u s e d c o o k i n g o i l ( u c o )b y g a s c h r o m a t o g r a p h ymass s p e c t ro me t r y ( G C Ms ) J C a n J C h e m E n g ， 2 0 1 3 ， 9 1 ： 1 8 9 61 9 0 3 3 黄月华， 范璐 ， 李娟气相色谱法 S I MC A模式识别 9种 植物油脂的可行性研究 J 河南工业大学学报： 自然 科学版， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 3 1 7 4 林丽敏 气相色谱法测定芝麻油掺伪的研究 J 粮食储 藏 ， 2 0 0 6， 3 5 ( 3 ) ： 4 3- 4 5 ， 5 0 5 Y A N G H o n g ， I R U D A Y A R A J ， P A R AD K A R M M D i s c r i m i r m n t a n a l y g i s o f e d i b l e o i l s and f a t s b y F H R， F TN I R and F TR a m a n s p e c t r o s c o p y J F ood C h e m， 2 0 0 5 ， 9 3 ： 2 5 3 2 6 范璐， 王美美 ， 杨红卫， 等 傅里叶变换红外吸收光谱识 别五种植物 油的研究 J 分析 化学， 2 0 0 7 ， 3 5( 3) ： 3 9 0 3 9 2 7 梁丹 应用近红外光谱分析判别芝麻油掺伪的研究 J 食品工程 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 40 - 4 3 8 刘绍雄， 张敬宜， 王金华， 等地沟油与食用油中微生物 群落结构多样性 的比较 J 江苏农业科学， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 3 ) ： 2 6 4 2 6 7 9 HE J i n g ，X U we n t a 0 ，S H A N G Y i n ，e t a1D e v e l o p me n t an d o p t i mi z a t i o n o fan e ffic i e n t me tho d t o d e t e c t the a u the n - t i c i t y o f e d i b l e o i l s J F o o d C o n t r o l ， 2 0 1 3 ， 3 1 ： 7 1 7 9 1 0 王乐， 黎勇， 胡健华 核磁共振法鉴别食用植物油掺伪 餐饮业废油脂 J 中国油脂 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 7 5 7 7 1 1 高虹 核磁共振( N MR) 技术在油脂和食品中的应用 J 中国油脂 ， 2 0 0 3 ， 2 8 ( 9 ) ： 4 O一 4 3 1 2 宋丹阳， 李培武 ， 赵永国， 等 脉冲核磁共振仪在大豆含 油量测定中的应用 J 中国油料作物学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 2 ) ： 1 9 9- 2 0 2 1 3 涂向辉， 孙立君 用核磁共振( N M R ) 技术测定油脚残 油率 J 粮油加工， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 5 35 4 1 4 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 ， 中国国 家标准化管理委员会G B 1