（分析化学专业论文）食用精油及其掺杂品近红外光谱的相似性评价.pdf

中文摘要 食用精油及其掺杂品近红外光谱的相似性评价 专业： 硕士生： 指导老师： 分析化学 杨俊 甘峰教授 摘要 随着萃取技术的发展，精油越来越多地应用于食品添加剂方面，也是香水产 品和植物药物的重要组成部分，具有多种医疗效果和特殊的抗氧化抗菌能力。由 于精油与人们生活关系紧密，所以其产品质量的控制显得十分重要。 精油的传统检测方法主要是对精油理化常数的测定。随着大型分析仪器的发 展，为满足对精油质量快速、即时的检测要求，仪器分析法已成为目前精油检测 的主要手段。常用的仪器检测方法主要是气相色谱一质谱联用技术，首先将精油 组分逐个分离和鉴别，然后结合化学计量学方法进行定性或定量分析。这类检测 方法的研究和发展都比较成熟，准确度较高。但是，操作耗时且价格昂贵，不利 于大量、快速、即时的检测。为解决这些问题，新兴的由中红外、近红外光谱技 术结合化学计量学方法的使用成为精油检测技术发展的热点。 本课题采用实验室提出的新计量学方法，将精油及其掺杂品的光谱相似性评 价转换为对贝叶斯统计概率的判断。实验采用食用大豆油作为掺杂物，对生姜精 油和牛至精油进行不同程度掺杂，结合近红外光谱检测低成本，快速且无需样品 组分分离的优势，有效地检出掺有大豆油的精油样品，检测限低且判断效果稳定， 并且可以推广应用于同类精油的掺杂品检测中。 关键坷：生姜精油牛至精油掺杂近红外光谱贝叶斯方法 英文摘要 s i m i l a r i t ya s s e s s m e n to fn i rs p e c t r u mb e t w e e np u r e e d i b l ee s s e n t i a lo i l sa n dt h e i ra d u l t e r a t i o n s m a j o r ： n a m e ： s u p e r v i s o r ： a n a l y t i c a lc h e mi s t r y y a n gj u n p r o f e s s o rg a nf e n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe x t r a c t i o nm e t h o d s ，e s s e n t i a lo i l sa r eu s e da sn a t u r a ls a f e a d d i c t i v e si nf o o dp r o d u c t i o n su s u a l l y a n d t h e ya r ea l s ot h em o s ti m p o r t a n t c o m p o n e n t si np e r f u m e sa n dh e r b a lm e d i c i n e sb e c a u s eo ft h e i ru n i q u ee f f e c t si n t h e r a p ya n ds p e c i a la b i l i t i e so fa n t i o x i d a t i o na n da n t i m i c r oo r g a n i s m a st h e e s s e n t i a lo i l sc o n n e c ta n da f f e c th u m a nl i v e ss oc l o s e d ，t h e i ra u t h e n t i c i t ya n dq u a l i t y c o n t r o l sa r eb o t hv e r yu r g e n ta n di m p o r t a n ta p p a r e n t l y t h et r a d i t i o n a la n a l y s e so fe s s e n t i a lo i l sm o s t l yf o c u s e do nt h e i ri n d i v i d u a lp h y s i c a l a n dc h e m i c a lc o n s t a n t s h o w e v e r , b a s e do nt h es p r e a do fa p p l i c a t i o n so fc o m m e r c i a l a n a l y s i s i n s t r u m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e a r c h e sa n dp r o d u c t i o nt e s t i n g s ，i n s t r u m e n t a n a l y s i sh a v eb e c o m et h em a j o rm e t h o d st om e a s u r eo i lq u a l i t i e si na c c o r d i n gw i t h t h er e q u e s t so fr a p i da n di n s t a n ta n a l y s i s s of a r , a m o n gt h ei n s t r u m e n t a la n a l y s i s a r e a s ，g c m sm e t h o di st h em o s tp o p u l a ro n e t h ec o m p o n e n t so fe s s e n t i a lo i la r e f l r s t l yd i v i d e db yg ca n dd e t e c t e db ym s a f t e rt h a t ，a l ld a t aa n di n f o r m a t i o na r e p r o c e s s e db yc h e m o m e t r i c sa n dr e l a t i v es o f t w a r e s t h e n , q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e r e s u l t so fe s s e n t i a lo i l sw i l lh er e p o r t e db yc o m p u t e rr a p i d l y t h e s ek i n d so fm e t h o d s a r ew e l l - d e v e l o p e da n da t t r a c tl o t so fm e n t i o n si ns c i e n t i f i cr e s e a r c h e s h o w e v e r , t t t 中山大学硕士学位论文 t h e yc o s tt o om u c ht i m e sa n dl a b o r s ，a n dt h e yd on o tc 0 州湎t h ed e m a n d so ff a s t ， i n s t a n ta n dm a s s i v ea n a l y s i s i no r d e rt or e s o l v et h e s ep r o b l e m s ，m o r ea n dm o r e r e s e a r c h e sa r ef o c u s e do nt h em e t h o d so fm i ra n dn i r s p e c t r o s c o p yc o m b i n i n gw i t h c h e m o m e t r i c s n e ww a y so fc h e m o m e t r i c sp r e s e n t e db yo u l l a bi sa d o p t e di n t h i sr e s e a r c h w e c o n v e r tt h es i m i l a r i t ya s s e s s m e m so ft w os p e c t r u m so fe s s e n t i a lo i l si n t op r o b a b i l i t i e s o fb a y e s i a ns t a t i s t i c s w eu e d i b l es o y b e a no i la sa d u l t e r a n t st ob l e n dg i i l g e ro i la n d o r e g a n oo i l i nd i f f e r e n ta d u l t e r a t i o nd e g r e e s ，w i t ht h ea s s i s t a n to fn i rs p e c t r u m s ， w h i c ha r ef a s t ，e a s i l yh a n d l e d ，a n ds a m p l es e p a r a t i o n - f r e e ，a n dt h e ns u c c e e di n d e t e c t i n gt h ea d u l t e r a t e do i l sf r o mp u r eo n e se f f e c t i v e l y a l s o ，t h i sm e t h o dc a nb e a p p l i e di nt h ea n a l y s i so fa d u l t e r a t i o n so fo t h e re s s e n t i a lo i l s k e y w o r d s ：g i n g e ro i l , o r e g a n oo i l , a d u l t e r a t i o n ，n e a ri n f r a r e ds p e c t r u m ， b a y e s i a ns t a t i s t i c s i v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：枷缓 醐：1 引肘日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名： 日期： 1 年 初缎 乡月弓e l 知识产权保护声明 我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果，该 成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识产权法保护。在 学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均需由导师作 为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何 其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到本声 明的法律责任由本人承担。 学位敝作者签名静饴 日期：1 引肿日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 植物香料和植物精油1 1 。3 l 植物性天然香料是从芳香性植物的花、皮、枝叶、根茎、果实、种子或分泌 物中提取出来的有机物混合物。大多数呈油状或膏状，少数为树脂或半固态。植 物性天然香料的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、压榨法、浸提法、吸收法以及新 兴的超临界流体提取法。根据植物香料的形态和制法，通常可分为精油、浸膏、 酊剂、净油、香脂、香树脂和油树脂等。用水蒸气蒸馏法和压榨法制取的天然香 料，通常是芳香性挥发性油状物，所以其商品通常称为精油。用挥发性溶剂浸提 植物原料制取的产品，因含有植物蜡、色素、叶绿素、糖类等杂质，通常是半固 态膏状物，所以其商品统称为浸膏。用非挥发性溶剂吸收法生产的植物性天然香 料称为香脂。浸膏或香脂用高纯度的乙醇溶解，滤去植物蜡等杂质，将乙醇蒸出 后所得到的浓缩物称为净油。 由于植物性天然香料的主要部分是具有挥发性和芳香气味的油状物，它们是 植物芳香的精华，因此也把植物性天然香料统称为精油。精油是多种不同化学物 质的混合物。一般精油都是易于流动的透明液体或膏状物，无色、淡黄色或带有 特有颜色，如黄色、绿色或棕色等，有的还具有荧光。某些精油在温度略低的时 候会成为固体，如玫瑰精油、八角茴香精油等。 精油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞或树脂道中，大多数呈油滴 状存在，也有些与树脂、黏液质共同存在。还有少数以苷的形式存在。精油分布 在植物体内不同的器官，如根、茎、叶、花、果和种子等。一般精油分布较多的 器官是花、果，其次是叶，再次是茎。但精油在植物内各个器官或不同部位的含 量多少以及不同部位中精油的组成，都会因植物的种类不同而有很大差别。一般 来说，精油不会均匀地分布在植物体内全身，而是相对集中于某一部位，有的植 物精油集中在花中，有的是果实中精油最多，有的叶子中最多。有些香料的精油 在植物体内多个部分有分布，不但含量不同，而且在化学组成上有差别。 植物精油的含量不但与植物种类有关，同一种芳香植物中，其精油含量高低 中山大学硕士学位论文 及成分差异也与植株年龄，不同生长期，生长季节，气候条件和土壤成分等因素 有关。这不仅影响原料采收、精油生产和精油的产量，而且影响到精油品质、价 值和质量的稳定性。所以芳香植物的选种和培育，对于天然香料生产来说是至关 重要的。 1 2 植物精油的功用 人们对植物精油的应用可以追溯到远古时代，主要用于沐浴、制作香料等方 面。而目前，随着人们对植物精油需求和研究的增多，精油使用涉及到医药、食 品、烟酒、日用化工等众多领域。 1 2 1 精油的杀虫作用 植物精油对害虫有较高的生物活性，不易使害虫产生抗药性，且具有对人畜 毒性小，不污染环境等优点。因而引起人们的广泛关注，并对植物精油杀虫剂进 行开放和利用。植物精油对害虫的作用，大致分为引诱、驱避、拒食、毒杀和生 长发育抑制作用等。如美国专利通过大量实例说明柑橘属精油的萜烯部分可用于 制取各类杀虫剂。 1 2 2 精油的抗菌作用 很多研究关注具有广谱杀菌活性的植物精油的开发和应用，使之取代某些大 量使用的合成农药。如欧刺柏油对瓜果腐霉有抑菌作用，而对番茄的发芽和幼苗 生长没有毒性；加大用量后，其抗真菌谱更广，并可防止植物倒伏病。 1 2 3 精油在医学中的应用 因为很多香料植物本身也是传统的中草药，均有很多特殊的治疗效果。故在 医学领域，这类植物精油有着广泛的使用。例如，鱼腥草精油在临床上用于治疗 支气管炎等呼吸道疾病。薄荷油外用能麻醉神经末梢，有清凉、消炎、止痛作用， 内服作为祛风剂。柴胡精油有解热止痛作用，用于临床有退热效果。 1 2 4 精油的美容护肤作用 第一章绪论 自2 0 世纪起，天然精油的研究就和化妆品等日化产品的制造联系在一起， 为了增加日化产品的魅力，人们在其配方中增加了天然香料成分，使其产生独特 的宜人香气。例如，天然芦荟提取物含有多种活性成分，具有护肤美容、护发、 抗紫外线辐射、抗衰老和抗菌消炎等多种功能，广泛使用在日化产品中。 1 2 5 精油与人体生理功能的关系 人体各个器官的组织和功能复杂，需要及时维护和调养。植物精油在这方面 有良好的调节保养作用。其对于中枢神经系统有好的功效。如迷迭香、薄荷、薰 衣草等可安抚和镇静功能紊乱，具有舒缓压力，解除肌肉紧张，消除微血管痉挛 的作用。使用芳香精油可达到抗沮丧、消除郁闷、安抚及镇定中枢神经系统的功 效。其次，精油可以促进血液循环。使用薰衣草、马乔莲、茴香等精油，可充分 改善血液循环，促进氧气及各种营养充分供给细胞及细胞间质，使得皮肤滋润富 有弹性。再次，某些精油还有促进淋巴循环达到清除毒素的功效。尤加利、马乔 莲、鼠尾草等可促进淋巴液的回流量，增强免疫力，排除毒素，使不佳症状消失， 恢复身体健康状态。此外，精油还具有调节内外分泌腺，提高血管壁结实度，促 进组织细胞再生等效果。 1 3 植物精油的检测方法 植物精油与人们的生活紧密相连，其质量与人体健康关系极大。无论在精油 生产的质量控制中还是精油的商业贸易中，严格的检验都十分重要。通常，精油 的检验项目包括以下方面。 表1 - 1 精油的通常检测项目 检测类型检测项目 物理常数测定 化学常数测定 组成分析 卫生指标检验 色谱分析 密度、溶解度、旋光度、折射率等 酸值、酯值、羰值、醇值等 精油中主香成分及各次要成分的分离、鉴定等 重金属元素含量，农药残留量，生物毒理试验等 检验精油成分含量和纯度 要完成这些检验内容，就必须有统一的相应检测方法。精油产品的检测方法 中山大学硕士学位论文 在国际上有i s o ( 国际标准化组织) 规定的标准分析方法，国内有g b ( 中华人 民共和国国家标准) ，还有其它专门规定的分析方法。所有的检测方法，通常可 分成传统理化常数检测和新兴的仪器检测方法。 表1 - 2 精油检测相关国家标准 精油相关国家标准相关内容 g b t1 4 4 5 5 1 9 3 g b t1 4 4 5 5 2 9 3 g b t14 4 5 5 3 9 3 g b t1 4 4 5 5 4 9 3 g b t1 4 4 5 5 5 - 9 3 g b 厂r14 4 5 5 6 9 3 g b t14 4 5 5 7 9 3 g b t1 4 4 5 5 8 9 3 g b 厂r14 4 5 5 9 9 3 g b 厂r1 4 4 5 5 1 0 9 3 精油命名原则 精油取样方法 精油乙醇中混溶度的评估 精油相对密度的测定 精油酸值的测定 精油酯值的测定 精油乙酰化后酯值的测定和游离醇与总醇含量的评估 精油( 含叔醇) 乙酰化后醇值的测定和游离醇含量的评估 精油填充柱气相色谱分析通用法 精油含难以皂化酯类的精油酯值的测定 1 3 1 香气鉴定 香气是精油质量的主要指标。精油通常是很复杂的有机混合物，其香气是混 合物中各种成分气味的综合反映。有的反映出其中主要成分的香气特征，但也有 引起关键性香气的成分在精油中是微量的，甚至是未知的。对于精油及其它香料 产品的香气鉴定，主要依靠鼻子的嗅觉。但这类检测对闻香师要求很高，通常没 有确定的品质标准，判断结果波动性比较大。 1 3 2 物理常数测定 精油检测的主要物理常数有溶解度、不挥发物含量、冻点、密度、折光率、 旋光度和熔点等。 1 3 2 1 溶解度 一般指在不同浓度的乙醇水溶液中的溶解度，精油易溶于无水乙醇而不溶于 水，因此精油在不同浓度的乙醇水溶液中就有不同程度的溶解度，这种不同程度 的溶解度是精油的重要物理性质之一，可以反映精油的质量。 精油中的萜类含氧化合物一般是精油的主要成分。精油中如果含氧化合物多 第一章绪论 而碳氢化合物少，这种精油就比较容易溶解于较低浓度的乙醇水溶液中。反之， 必须用高浓度的乙醇水溶液才能溶解。由此可以大致判断精油中主香成分含量的 多少。 1 3 2 2 不挥发物含量 将精油试样置于蒸发皿中，蒸发皿置于沸腾的水浴中，精油中的大部分成分 都能挥发，留于蒸发皿的残留物即是精油中的不挥发物，所以不挥发物含量是指 在1 0 0 时精油中的不能蒸发部分的百分率。 不挥发物含量的多少同样能反映出精油的质量，一是试样中可能含有机械杂 质；二是精油贮存过久形成较多的大分子不易挥发的聚合物。 l - 3 2 3 冻点 冻点是指精油在冷冻时凝固，又因熔化潜热的释放，温度上升所达到的最高 点温度，冻点亦称凝固点。 精油的冻点也是精油重要的物理常数。冻点与精油的主要成分有关，冻点高 低会反映出该主要成分在精油中含量的高低。如茴香油中的茴香脑，黄樟油中的 黄樟油素，薄荷油中的薄荷脑等。这些天然精油的冻点高低均与其中所含的这些 主要成分含量高低有关。 1 3 2 4 密度 密度大小与精油的组分有关，因此，由于组成不完全相同，每种精油的密度 不是固定值，而是有一定的变动范围。 精油的密度通常以相对密度表示。相对密度的定义是2 0 c 时，一定体积精 油的质量与同温度下同体积的蒸馏水的质量相比。多数精油的相对密度小于1 ， 也有少数精油的相对密度大于l 。 1 3 2 5折射率 折射率也是检验精油质量的重要物理常数。2 0 c 时精油的折射率通常在 1 4 3 0 1 6 1 0 之间，而每种精油的折射率变动范围是很小的，根据测定精油的折 中山大学硕士学位论文 射率，可以大致知道精油中是否有掺假。 1 3 2 6旋光度 很多精油的成分有旋光性，每种精油由于其组成有一定的变动范围，所以精 油的旋光度也有一定的变动范围。精油的旋光度大小受到其主要成分旋光度的影 响。从旋光度的大小可以从另一个侧面了解精油的主要成分和含量。颜色较深或 常温下是半流体或固体的精油可以溶解在无旋光性的有机溶剂中，然后再测它的 旋光度。 1 3 2 7熔点 对浸膏类天然香料制品，由于它们在常温下大多为半固态或固态的蜡状物， 其中净油含量决定了浸膏的状态或“硬度”，或者说，蜡质的含量多少也影响着 浸膏的状态。不过，这两者含量多少所引起的影响作用正好相反，当固体的浸膏 受热时由于蜡质的软化或融化，它也开始变软或融化。在严格规定的操作条件下 浸膏开始融化的温度称为熔点。浸膏的熔点测定是很重要的，反映了浸膏产品质 量的高低。 对另一类常温下为固体( 或晶体) 的单离( 或单体) 香料，如薄荷脑、柏木 醇、香兰素等天然产品，它们的质量也可以通过熔点测定反映出来，尤其是熔程 长短可以判断它的纯度高低，间接推测产品中杂质含量。 表1 3 精油物理常数检测标准 精油检测指标 对应的标准方法 溶解度 不挥发物含量 冻点 密度 折射率 旋光率 熔点 i s o8 7 5 1 9 8 1g b 厂r1 4 4 5 5 3 - 9 3 l s o4 7 1 5 1 9 7 8g b t1 4 4 5 4 6 9 3 i s o1 0 4 1 1 9 7 3g b t1 4 4 5 4 7 9 3 i s o2 7 9 1 9 8 l g b t1 4 4 5 5 4 - 9 3 i s o2 8 0 1 9 7 6g b t1 4 4 5 4 4 - 9 3 i s o5 9 2 19 81g b t14 4 5 4 5 9 3 g b 厂r14 4 5 7 3 9 3 1 3 3 化学常数测定 精油检测的化学常数主要有酸值、酯值、醇值、酚值和羰值等。 第一章绪论 1 3 3 1酸值 酸值是精油的化学常数之一。一般精油含游离酸量很少，但是如果加工不当， 含酸量会由于精油成分的分解而增加，另外贮存过久或不当也会使精油的酸值增 大。酸值是指中和1 9 精油中的游离酸需要消耗的氢氧化钾量( m g ) ，方法是用 已知标准浓度的稀氢氧化钾乙醇溶液来滴定中和精油中的游离酸。 1 3 3 2 酯值 精油中的酯类化合物往往是精油的主要香成分，如脂肪族，芳香族酸类的酯， 单萜、倍半萜类化合物的酯。酯值的大小表明了精油中含酯值的高低。 酯值是指中和1 9 精油中的酯经水解后释放的酸所耗用的氢氧化钾量( m g ) 。 测定方法是先用已知容量和浓度的氢氧化钾乙醇溶液，在加热的情况下对精油样 品中的酯进行水解。水解后用标准浓度的盐酸水溶液滴定剩余的氢氧化钾，以水 解时被消耗的氢氧化钾推算出酯的含量。 1 3 3 3醇值 醇值测定的方法具体有下面三种： 醋酸乙酰化法：在醋酸钠存在下，用醋酸对精油进行乙酰化，分离和干燥乙” 酰化后的精油，然后用碱水解乙酰化后精油中生成的酯类。剩余的碱用标准浓度 的酸滴定。由于伯、仲、叔醇的酯化难易程度不同，在用醋酸进行乙酰化反应时， 伯、仲醇可以全部酯化，而叔醇不能完全酯化。此外，精油中的某些醛类和酮类 化合物也可能被乙酰化，所以当精油中含有叔醇和醛酮类成分是不宜使用乙酰化 测定含醇量。 醋酐吡啶法：原理与醋酸乙酰化法相同，不同的是它在吡啶溶液中进行乙酰 化，乙酰化后过量的醋酐经水解后释出醋酸，游离的醋酸用标准浓度的碱液滴定 至中性。根据碱的耗量，可以推算出醇的含量。此法所得结果是伯、仲醇含量。 氧化乙酰- 甲苯胺法：在二甲苯胺的存在下，用乙酰氯和醋酐对精油中的叔 醇进行乙酰化，如芳樟醇、松油醇等。分离与干燥乙酰化后生成的油，然后测定 乙酰化后酯值。连同该精油未经乙酰化的酯值，计算醇含量。此方法测定含有相 中山大学硕士学位论文 当数量叔醇的精油，但不适于测量含有相当数量酚类、邻氨基苯甲酸酯类、内酯 类及醛类的精油。 1 3 3 4 酚值 测定精油中的酚类物质，可以利用碱性酚盐易溶于水的特点，用氢氧化钾水 溶液与含酚精油充分混合，摇振，使精油中的醛类化合物变成其易溶于水的钾盐， 而不溶于水的精油中其他非酚部分则上浮于碱性水溶液表面，测量出这部分未反 应精油的体积，便可推算出已溶于碱水中的酚类物质的体积。但如果精油中含有 某些水溶性成分，则测出的含酚量偏高，另外也可能有些非酚成分溶于酚盐的碱 性水溶液中，或是引起乳化现象而使分层不清。 1 3 3 5 羰值 精油中的羰基化合物，主要是醛类、酮类化合物，精油羰值的大小反映出精 油中醛酮类物质含量的多少。羰值的测定方法主要下面四种： 盐酸羟胺法：使用盐酸羟胺与精油试样中的羟基化合物反应，羰基转化成肟 化物，同时释放出盐酸，再用标准浓度的氢氧化钾乙醇溶液滴定至中性。精油的 羰值是指1 9 精油在和盐酸羟胺进行肟化反应时，中和释放出的盐酸所耗用的氢 氧化钾的量( m g ) ，此法适用于含有容易肟化的羰基化合物的精油。 游离羟胺法：此法需预先制备游离羟胺溶液，使盐酸羟胺与氢氧化钾混合就 可以释放出游离羟胺，然后同羰基化合物反应成肟，最后用标准浓度的盐酸溶液 滴定剩余的羟胺，计算用去的羟胺再折算成醛酮含量。此法不适用于含有相当数 量的酯类或其碱敏性组成的精油，适用于较难肟化的羰基化合物。 亚硫酸氢盐法：这是一种吸收反应。一定量的油样和热硫酸氢钠溶液混合， 羰基与之发生加成反应，生成易溶于水的加成化合物磺酸盐，油样中的非醛类部 分留在油层中，这些未反应的油层可以方便地在专用玻璃仪器醛瓶的刻度部分测 量出来。如肉桂油中的肉桂醛、柠檬油的柠檬醛的测定。这种方法是最简便的分 析方法，但不够精确，操作中无法确切表明醛类是否已经全部作用完全，不适香 芹酮、侧柏酮、薄荷酮等测定。 中性亚硫酸盐法：这也是一种吸收法。用中性亚硫酸盐溶液与精油反应，同 第一章绪论 时有氢氧化钠生成，这一方法必须用酸或酸式盐( 乙酸或亚硫酸氢钠) 随时中和， 以使反应完全，用酚酞作指示剂，可以观测到正确的反应终点。 表1 - 4 精油化学常数检测标准 精油检测指标对应的标准方法 酸值 酯值 醇值 酚值 羰值 i s o12 4 2 19 7 3g b t14 4 5 7 4 - 9 3 i s o7 0 9 19 8 0g b tl4 4 5 7 5 - 9 3 i s o7 0 9 1 9 8 0i s o1 2 4 1 1 9 8 1i s o3 7 9 4 1 9 7 6i s o3 7 9 3 1 9 7 6 g b t1 4 4 5 5 6 9 3g b t1 4 4 5 5 7 9 3g b t1 4 4 5 5 8 9 3 l s o1 2 7 2 1 9 7 3g b t1 4 4 5 4 1 1 9 3 i s o1 2 7 1 1 9 8 3 i s o1 2 7 9 1 9 8 3 g b 厂r14 4 5 6 1 9 3g b 厂r14 4 5 6 2 9 3 1 3 4 精油的仪器分析 由以上介绍的理化常数检测方法可以看出，这些方法多是定性的测出精油性 质范围，或是检测精油中一类物质的含量，不能准确的确定某种特定成分及其具 体含量。这也是这类检测通常只用作定性测试，且逐渐不被使用的重要原因。 随着各类分析仪器的发展，特别是高效色谱分离技术的出现，仪器分析法成 为精油检测的重要手段。在确定精油成分时，仪器分析是必要的方法。通常，确 定某一成分化学结果前，首先要提纯该样品，然后采用多种仪器分析手段来确定 该化合物的结构。一般使用两种方法来对分离出来的组分进行鉴定，保留数据法 和研究波谱特征法。 保留数据法的优点是除了色谱法所使用的仪器和知识外，不需要有另外的仪 器和专门知识。此方法要求色谱条件严格标准化，以便有确定的保留值。而且， 现在的经验做法是选择几个已知化合物加入混合物中，以这些已知化合物作为保 留值参考点，由插值法求未知化合物的保留值。因此在气相色谱中，以正烷烃系 列化合物作为参考化合物得到广泛应用。保留值可能与参考值偶然巧合，因而一 个保留值不足以鉴定某一物质。因此在保留数据上作鉴定时，习惯上至少要有两 个很好选择的不同系统。例如在气相色谱中用两个极性不同的色谱柱。 波谱法是大多数研究使用的方法，用于鉴别色谱馏分的波谱中，质谱法和红 外光谱使用得最为普遍。因为对于微量样品来说，它们解决问题迅速，而且每个 有机化合物都具有其特征的质谱和红外光谱。红外光谱能确定分子功能基团的特 中山大学硕士学位论文 征，质谱则能揭示分子量和结果特征。气相色谱和质谱联用是芳香化合物领域中 常采用的，根据每个气相色谱峰的质谱图，通过对照参考谱图，或用质谱系统检 索进行鉴定。在缺少参考时，根据经验，研究者可试图从质谱碎片图去阐明化合 物的结构。红外光谱与气相色谱联用和g c m s 一样，从气相色谱仪流出的成分 可依次测定各组分的红外光谱。此外，还可以使用核磁共振方法提供有机化合物 结构的重要数据，如化学位移常数、偶合常数等。 1 3 4 1色谱和色谱质谱联用技术对精油品质的研究 早期对掺杂精油的研究主要集中在选取一种掺杂物中的特殊成分，使用色谱 技术分离检测从而确定精油的掺杂情况。如m a r i ac a s t i u o 等【4 】通过反相液相色谱 和气相色谱联用技术，通过分离确定榛油中r 型f i l b e r t o n e 的异构体含量，从而 检出确定橄榄油中榛油的掺杂含量。f i l b e r t o n e 作为一种可以被快速检测的手性 标记物得到使用。该检测方法不需要对样品进行浓缩前处理，避免了前处理过程 中的污染和损失。可检出橄榄油中低于5 的榛油掺杂。但是，这种方法需要寻 找一种有效地手性标记物。实际上在各种精油检测中这是困难的，因为具体的掺 杂物并不确定，所以该方法很难得到广泛是的使用。这只能作为特定对象的检测 方法。 随着各类高效色谱技术的发展，精油质量检测和掺杂检出越来越依靠色谱仪 器的分离能力。而且，质谱技术的发展和与色谱仪器的联用，使得分离组分可以 方便快速的检出并加以确定，大大促进了精油检测技术的发展。p h i l i pm a r r i o t t 等【5 】对精油检测中围绕色谱技术领域的各方面做了综述，突出介绍了各种色谱联 用，二维色谱和质谱技术在精油检测中的作用。 薰衣草精油是一种常被作为香水、化妆品、香皂中添加剂和重要成分的物质。 欧洲药典中确定其品质的主要手段是通过气相色谱分离鉴定几种主要成分的含 量，如l i n a l o o l , l i n a l y la c e t a t e 等。通常，使用l a v a n d i no i l 和s p i k eo i l 的掺杂，可 以通过它们中含有大量1 ，8 c i n e o l 和c a m p h o r 成分而被检出。而直接使用人工合 成l i n a l y la c e t a t e 和l i n a l o o l 的掺杂情况，因为天然精油中这两中成分主要以r 型 异构体形式存在，而合成物通常为外消旋物，故通过手性选择分离可以有效地检 出这种掺杂情况。除了上述检测的方法，因为生物体合成化合物的特殊性，天然 第章绪论 精油的l i n a l y la c e t a t e 和l i n a l o o l 中2 h 1 h 同位素比与合成物中有明显区别。所以， 可以通过气相色谱与同位素比质谱检测器的联用技术，分辨天然物和合成物。 s t e t i ib i l k e 等【6 】使用g a sc h r o m a t o g r a p h y - p y r o l y s i s i s o t o p em a s ss p e c t r o m e t r y 联用 技术，研究了自制熏衣草精油，商品薰衣草精油，天然以及合成的l i n a l o o l 和l i n a l y l a c e t a t e 中的同位素比，确定了这是一种可行的确定薰衣草精油品质的方法。 随着化学计量学技术的发展成熟，越来越的精油检测方法采用了色谱数据与 计量学软件相结合的处理方法。计量学软件快速的将复杂繁多的精油组分数据， 通过多元校正方法，给出定性定量的分析结果，并可用图像的形式直观表现出来。 使研究者方便的发现不同品质精油的各种差异。例如，l i n d ar e i d 等【7 1 使用 s p m e g c 技术分离了草莓果酱和掺有不同程度苹果酱的草莓酱样品的挥发物成 分，分别使用主成分回归法和偏最小二乘回归法处理了其中3 7 个分离组分的数 据。采用主成分回归法，由前两个主成分可明显的区别不同品种的草莓果酱，区 别纯草莓果酱和4 0 、7 0 苹果果酱掺杂样品。甚至可以对两种果酱中区别较大 的组分单独进行鉴别。通过使用偏最小二乘回归方法，还可以明显区别纯草莓酱 和1 0 苹果酱掺杂的样品。并且，计量学方法的使用对精油中最能有效区分掺杂 样品的分离组分的选择，可以提供有效地指导作用。t r a n - t h in h u t r a g 等【8 】将精 油主要成分中碳、氢同位素质谱检测和色谱峰数据主成分回归法相结合，能有效 地判断柠檬草精油中合成香茅醛和柠檬醛的添加。r a f a e lo l i v e r i r a 等【9 】使用 s p m e g c m s 技术和计量学相结合，研究了烘烤大麦对烘烤咖啡的掺杂分辨。 他们使用了色谱峰信噪比大于5 0 的组分数据，通过主成分回归方法，使用前两 个主成分，可以有效地区分质量比1 的大麦掺杂的样品。同时研究可不同烘烤 程度对判断的影响，并且确定了几种最能体现大麦与咖啡差别的组分。 1 3 4 2质谱直接检测精油的方法研究 因为g c m s 联用手段通常分析的是精油中的挥发性组分，而精油中大量非 挥发成分也可用于区别精油的品质和掺杂情况。随着质谱电离技术和质谱质谱 联用技术的发展和成熟，香料植物的有机溶剂提取物直接进样获得质谱指纹图谱 也得到研究，并作为传统挥发组分研究的重要补充。j e n sm o i l e r 等【l o 】用甲醇提取 了四种l a b i a t a e 科香料植物精油成分。使用e s i m s 技术，直接进样通过电喷雾 中山大学硕士学位论文 离子化获得正离子和负离子模式质谱图，以及t a n d e mm s 谱图。研究了不同香 料植物提取物的质谱指纹谱图中的特征质荷比峰，相互区别和形成机理。说明该 方法是一种对精油中活性成分鉴别的有效手段和补充。 1 3 4 3核磁共振对精油检测的研究 核磁共振技术的完善和发展，同样使得它可以很好的运用于精油品质的检测 方面。f r a n c i s c oh i d a l g o 等【l l 】对高分辨率核磁共振谱，在精油检测方面的运用做 了全面的综述，并对比了其与传统方法和目前常用的气相色谱法的优缺点。核磁 共振技术对精油成分的确定，主要是依据不同形式的碳链和官能团其化学位移在 不同的区域，并且吸收强度往往与官能团的不同位置和碳链形态有关。通过确定 的化学位移定性和强度定量判断，就可以获得不同精油和其不同类型组分的含量 信息。不过相比该方法众多的优点，如无需样品前处理和分离，直接检测可一次 性获得所有信息等而言，高分辨率核磁共振仪器的不普及是其最大的不足。 1 3 4 4红外光谱法对精油检测的研究 中红外光谱法和近红外光谱法由于快速，无需样品前处理，对样品没有破坏 等特点，逐渐在精油检测过程中得到研究和使用。而这类方法逐渐兴起的一个重 要原因是化学计量学方法的发展和成熟。借助化学计量学中的多元校正方法，可 以快速有效的处理大量的光谱数据矩阵，获得不同光谱间的特征和区别并直观的 反映出来。 h a r t w i gs c h u l z 等【1 2 】使用衰减全反射红外光谱法和近红外光谱法对百里香、 牛至和甘菊三种精油的品质和主要组分的含量进行了研究。他们采用偏最小二乘 法，对获得的三种精油的a t r - i r 、n i r 数据，和有g c - m s 检测获得的三种精油 中的主要组分含量数据，进行了多元回归校正，结果良好。并且通过对a t r - i r 、 n i r 谱图的分析，区分了每种植物精油不同化学组成状态下的谱图区别。使用模 式识别方法直接通过对红外光谱数据的处理，分类不同化学组成的精油，得到与 使用g c m s 方法相同的效果。h e c t o rj u l i a n l 等【1 3 】同样使用近红外光谱数据和 c r c 分离获得的精油主要成分含量数据，通过偏最小二乘法多元线性回归，建立 了几种非洲出产精油的数据模型。并使用商品精油和掺杂精油数据来验证模型的 第一章绪论 可靠性，可以判断出商品精油是何种精油，而掺杂精油则没能通过检测。并且， 通过使用更多的样品数据建模可进一步精确判断微量组分的含量。相同的方法还 使用在薰衣草精油地域性研究【1 4 l ，橄榄油掺杂研究和中国传统药用精油红花油的 产地研究【1 5 】中，都获得了与色谱质谱联用方法检测相同的效果。 第二章近红外技术和贝叶斯概率判断 第二章近红外技术和贝叶斯概率判断 2 1 近红外光谱技术【1 6 , 1 7 l 近红外光( n e a ri n f i a r e d ，m r ) 是指波长介于可见区与中红外区之间的电 磁波，其波长范围约为8 0 0 2 5 0 0 r i m ，波数范围约为1 2 5 0 0 4 0 0 0 c m 1 。近红外光 谱分析是指利用近红外谱区包含的物质信息，主要用于有机物质定性和定量分析 的技术。近红外光谱分析兼备了可见区光谱分析信号容易获取与红外区光谱分析 信息量丰富的有点，而且该谱区具有谱带重叠、吸收强度低、需依靠化学计量学 方法提取信息等特点。 近红外谱区于1 8 0 0 年被天文学家w i l l i a mh e r s c h e l 发现。相比中红外谱区， 1 9 时期前期，近红外谱区分析在定性和经典定量方面已有发展。但是由于理论 和技术水平导致近红外谱区信息不能充分提取，使得有机结构分析的重点转向了 中红外区，以致近红外谱区成了被遗忘的谱区。直到2 0 世纪5 0 年代，美国的 n o r r i s 等在研究可见光透射和反射测定农产品品质受到了信息量少的限制，转而 应用近红外谱区透射和反射率检测农产品中水分、蛋白质、脂肪等含量。并使用 一系列计算和检验方法，通过取舍获得与实际样品相符的分析方法。接着通过对 相关近红外仪器的开发，能快速的获得检测结果。逐渐使得近红外检测技术再次 得到关注，并带来了该领域研究的大发展。目前，近红外技术设计的领域包括食 品、精细农业、环境、化学、高聚物、药物、纺织、石油化学、生物医药、生命 科学、医学等众多领域。 2 1 1 近红外光谱 近红外在整个谱区的波长范围根据a s t m ( a m e r i c a ns o c i e t yf o rv e s t i n ga n d m a t e r i a l s ) 定义为7 8 0 2 5 2 6 n m ，而在一般应用中把7 0 0 2 5 0 0 n m 或7 0 0 2 6 0 0 r i m 作为近红外谱区，并通常把它分为两段。7 0 0 1 1 0 0 n m 的短波近红外谱区和 1 1 0 0 2 6 0 0 r i m 的长波近红外谱区。短波近红外谱区更适合做透射分析，故又叫近 红外透射区，长波近红外谱区更适合做反射或漫反射分析，也称近红外反射区。 中山大学硕士学位论文 分子中原子间振动的合频与各级倍频大多在近红外谱区，因此本谱区包含的 信息极为丰富，大体与中红外谱区相近。在近红外光谱分析具有实际意义的主要 以含h 的基团为主( 包括0 h 、n h 、c h 等) ，也有其他一些基团( 如c = o 等) 的信息，但强度较弱。这些基团是有机物中的一些重要基团。近红外技术可以分 析测定与这些基团有关的成分以及物理、化学性质。近红外谱区不但可以分析测 定与这些基团有关的成分如蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸等，还可以分析物质的 密度、黏度、颗粒的大小以及有关样品的电学、热学、力学性质等等。近红外谱 区丰富的结构与组成信息，加上近红外谱区信号的特征，这是近红外分析应用广 泛的基础。 2 1 2 近红外检测技术的优点 与传统分析技术相比，近红外光谱分析技术具有诸多优点，它能在几分钟内 通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量，即可获得多项性能指标；光谱 测量时不需要对分析样品进行前处理；分析过程中不消耗其它材料或破坏样品； 分析信号的采集结合计算机系统，处理速度快，重现性好且成本低；而且测试高 度自动化，不需要对操作者特殊的培训。 近红外检测快速无污染，不需要对样品进行前处理。其光线具有很强的穿透 能力，可以穿透玻璃和塑料包装进行直接检测，不需要任何化学试剂。和常规分 析方法相比，既不会对环境造成污染，又可以节约大量的试剂费用。 无破坏性是近红外技术一大优点，使其可以用于果蔬原料及成品的无损检 测。在果品贮藏库中安装近红外装置，能够实现果蔬的自动检测，节省大量的人 力和物力。由于近红外技术能够及时快捷的对样品进行检测，在生产中，可以在 生产流水线上配置近红外装置，对原料和成品及半成品进行连续再现检测，有利 于及时地发现原料及产品品质的变化，便于及时调控，维持产品质量的稳定