基于靜態頂空-GC-MS技術的食用植物油識別研究

鄒　陽　李　瑩　孔祥虹　付騁宇　張　璐　張　瑩

(陜西出入境檢驗檢疫局，西安 710068)

?

研究與討論

基于靜態頂空-GC-MS技術的食用植物油識別研究

鄒陽李瑩孔祥虹付騁宇張璐張瑩

(陜西出入境檢驗檢疫局，西安 710068)

建立了基于靜態頂空-GC-MS技術的食用植物油鑒別新方法。經優化，選取稱樣量為2.0 g；靜態頂空技術的優化參數為：震動速率500 rpm、進樣體積為0.5 mL、加熱時間30 min；GC-MS技術的優化參數為：色譜柱為DB-5MS柱，初始柱溫35 ℃。采用該技術對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油和大豆油中揮發物進行提取分析，得到4種冷榨植物油揮發物成分的GC-MS輪廓圖譜。分析識別定量4種植物油中揮發物質后，采用Pareto標度化(Pareto Scaling)進行預處理數據。采用PCA方法分析后，4種植物油和質控植物油很明顯分成4組，因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

靜態頂空-GC-MS食用植物油主成分分析鑒別

近年來，由于利益驅動，出現了眾多食用油摻雜摻假現象，如在高價的芝麻油、橄欖油中摻入低價油甚至廢棄油等，嚴重威脅著消費者的權益和身體健康。植物油的質量安全問題已經成為群眾關心、政府重視、世界矚目的難點、熱點問題。

基于食用油揮發性物質成為植物油摻偽的識別方法受到了研究學者的高度關注。研究最多的是對橄欖油揮發物成分分析[1-3]，Dhifi等人[4]對Tunisian地區的橄欖油香氣成分進行了研究，得到對橄欖油香味成分貢獻較大的揮發性物質。目前，國內對食用油脂揮發物質研究相對較少。隨著揮發性有機物在研究領域的不斷重視，揮發性有機物萃取方法也由溶劑抽提(solvent extraction)、熱解析(TD)，到靜態頂空萃取法(SHS)、吹掃-捕集(Purge and trap)、固相微萃取(SPME)等不斷更新[5-7]。固相微萃取技術(SPME)是一種集取樣、萃取、濃縮及導入為一體的樣品富集、無溶劑萃取方法，該樣品萃取方法避免了由于溶劑或不純氣體的介入而引起的樣品污染。頂空-固相微萃取技術(HS-SPME)耦合氣相色譜可以更好、更方便對揮發性有機物進行分析。

本實驗建立了頂空提取-氣相色譜飛行時間質譜(HS-GC/TOF MS)分析植物油揮發物的檢測技術。用該技術對菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油中的揮發物進行提取分析，得到菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油揮發物成分的氣相色譜飛行時間質譜輪廓圖譜。進一步采用Paret標度化(Paret Scaling)進行預處理質譜輪廓圖譜數據。采用PCA方法分析后，4種植物油和質控植物油很明顯分成4組。因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

1　實驗部分

1.1材料

油菜籽、花生、大豆、芝麻購于當地超市；采用本實驗室中冷榨機經物理壓榨得到菜籽油、花生油、大豆油、芝麻油的油樣；樣品黑暗放置，未進行任何可能改變其組成的處理。

1.2儀器與設備

Combi PAL氣相色譜自動進樣器：瑞士CTC公司；Agilent 7890氣相色譜與Leco Pegasus4D TOF/MS：美國Leco公司；DB-5MS柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)：美國安捷倫公司。

1.3方法1.3.1揮發物成分提取

吸取2.0 g待測植物油樣加入到20 mL頂空瓶中，加入植物油樣后頂空瓶封口放置，待測；設定CTC頂空加熱裝置爐溫度為160 ℃，頂空針140 ℃，頂空瓶自動放入到加熱爐中，加熱爐震動速率500 rpm，振動方式：間歇式地震動5 s停止2 s，加熱持續30 min后用頂空針抽取0.5 mL上層氣體進樣。針抽吸速率為100 mL/s，進樣速率為500 mL/s，進樣后氣體吹掃進樣針0.5 min。

1.3.2色譜和質譜條件

GC色譜柱：DB-5MS柱；進樣口溫度：250℃；進樣分流比：20∶1；總流速：21 mL/min；進樣體積：0.5 mL；爐箱的升溫程序：初溫35 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至220 ℃后保持5 min；載氣為He，流速為1.0 mL/min。

溶劑延遲：240 s；離子源溫度：230 ℃；電離電壓：-70 V；傳輸線溫度：250 ℃；質譜的采集范圍m/z 35～500 amu；采集頻率為100 spectra/s；檢測電壓：1650 V。

1.3.3TOF MS數據處理

采用Leco公司的Pegasus 4D工作站軟件(LECO?ChromaTOF?software version 4.32)，設定自動識別信噪比大于100的色譜峰，質譜閾值為10，譜圖庫為NIST/mainlib/replib/ReverseSearch。按峰面積歸一化法，得到各揮發性成分的相對含量。

2　結果與分析

2.1頂空提取方法的優化2.1.1樣品質量優化

以大豆油為代表樣品，分別選取0.5、1.0、2.0、2.5、3.0 g油樣進行揮發物提取分析，其他前處理條件保持一致，結果如圖1。由圖1可知，隨著樣品質量的增加，揮發物成分的總數逐漸增多，當樣品質量為2.0 g時，油樣揮發物成分的總數達到最大值，隨后趨于平衡。因此，選擇樣品質量為2.0 g。

圖1　大豆油中揮發物成分總數隨樣品質量的變化趨勢

2.1.2加熱時間優化

選取5、15、30、45、60 min為加熱時間，其他條件相同，對揮發物進行提取分析。揮發物成分的總數隨加熱時間的變化趨勢圖見圖2，從圖2中可以看到，隨著加熱時間的延長，揮發物成分的總數先增加后減小，在第30 min時達到最大值。因此，最終確定加熱時間為30 min。

圖2　大豆油中揮發物成分總數隨加熱時間的變化趨勢

2.1.3加熱爐震動速率的優化

由于本裝置加熱爐震動速率的最大設定值為700 rpm，最終分別選取100、300、500、700 rpm為加熱爐震動速率進行條件優化，結果如圖3。由圖3可知，隨著震動速率的增大，揮發物的個數逐漸增多，當加熱爐震動速率達到500 rpm時，揮發物總數達到最大值，之后趨于穩定，因此，選擇500 rpm為最佳震動速率。

圖3　大豆油中揮發物成分總數隨震動速率的變化趨勢

2.1.4進樣體積的優化

選取0.1、0.3、0.5、0.7、1 mL為進樣體積，對揮發物成分進行分析。揮發物成分的總數隨進樣體積的變化趨勢圖見圖4，從圖4中可以看到，隨著進樣體積的增加，揮發物成分的總數先增加后減小，在0.5 mL時達到最大值。因此，最終確定進樣體積為0.5 mL。

圖4　大豆油中揮發物成分總數隨進樣體積的變化趨勢

2.2HS-GC -TOF/MS法檢測冷榨油揮發物技術的建立

采用已建立的HS-GC-TOF/MS法對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油和大豆油中揮發物成分進行提取分析，揮發物質成分的輪廓圖見圖5。

圖5　菜籽油、大豆油、花生油和芝麻油揮發物成分的輪廓圖

2.3使用PCA方法分類4種植物油

分析識別定量4種植物油中揮發物質后，將其所得定性定量數據采用Paret標度化(Paret Scaling)進行預處理之后，采用PCA方法分析。由PCA得分圖(圖6)中可以看到，4種植物油和質控植物油很明顯分成4組，因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

圖6　4種植物油PCA得分圖

3　小結

通過對頂空提取和氣相色譜飛行時間質譜等參數的優化，建立了HS- GC/TOF MS法檢測植物油揮發物的技術。經優化，頂空提取方法選擇樣品質量為2 g、進樣體積為0.5 mL、加熱時間為30 min、最佳震動速率為500 rpm。該技術對冷榨菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油中的揮發物進行提取分析，得到了4種冷榨植物油揮發物成分的氣相色譜質譜輪廓圖譜。進一步采用PCA方法分析后，4種植物油和質控植物油很明顯分成4組。因此，可以很明顯將4種植物油識別出來。

[1] Cajka T, Riddellova K, Klimankova E, Cerna M, Pudil F, Hajslova J. Traceability of olive oil based on volatiles pattern and multivariate analysis. Food Chemistry, 2010, 121: 282-289.

[2] Luna G, Morales M T, Aparicio R. Characterisation of 39 varietal virgin olive oils by their volatile compositions. Food Chemistry, 2006, 98: 243-252.

[3] Mildner-Szkudlarz S, H Jelen H. The potential of different techniques for volatile compounds analysis coupled with PCA for the detection of the adulteration of olive oil with hazelnut oil. Food Chemistry, 2008, 110: 751-761.[4] Dhifi W, Angerosa F, Serraiocco A, Oumar I, Hamrouni I, Marzouk B. Virgin olive oil aroma: Characterization of some Tunisian cultivars. Food Chem, 2005, 93: 697-701.

[5] Bellar T. Measurement of volatile organic compounds in soils using modified Purge-and-Trap and capillary gas chromatography/mass spectrometry. U.S. Environmental Protection Agency, Environmental Monitoring Systems Laboratory, Cincinnati, OH.November 1991.

[6] Mandal V, Mohan Y, Hemalatha S. Microwave assisted extraction-An innovative and promising extraction tool for medicinal plant research. Phcog Rev, 2007,1: 7-18.

[7] Rout P K, Rao Y R, Sree A, Naik S N. Composition of essential oil, concrete, absolute, was and headspace volatiles of Murrarya paniculata (Linn.) Jack flowers. Flavour Frag J, 2007,22(5): 352-357.

Identification of edible vegetable oils by head space coupled with gas chromatography time-of-flight mass spectrometry.

Zou Yang, Li Ying, Kong Xianghong, Fu Chengyu, Zhang Lu, Zhang Ying

(ShanxiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Xi’an, 710068,China)

The HS-GC/TOF MS was applied to the determination of the volatile compounds in rapeseed oils, sesame oils, peanut oils and soybean oils. The three-dimensional fingerprint spectrograms were established. After determination and quantification of volatile components in the four edible vegetable oils, the data matrix of peak areas was preprocessed by Pareto scaling. The PCA was used to screen sample clusters and variable distributions in the four groups, and four types of edible vegetable oils were clearly classified into four groups.

head space coupled with gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (HS-GC/TOF MS); edible vegetable oils; PCA; identification

國家質量監督檢驗檢疫總局科研項目2014ik140

鄒陽,男，1982年出生，西北農林科技大學應用化學專業碩士畢業，高級工程師，主要從事食品安全檢測，E-mail:18741281@qq.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.009

2015-12-07