植物油脂變溫紅外光譜研究

于宏偉，翟桂君，張雨萱，栗亞釗，劉昊雨，劉逸波

(石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035)

植物油脂通過代謝提供的能量比糖類和蛋白質高約一倍[1-2]。在長時間儲存或加熱條件下，植物油脂的品質會發生改變[3-5]。TD-IR 光譜技術廣泛應用于有機物的熱穩定性研究領域[6-9]。

1 實驗

1.1 材料

豆油(金龍魚AE 一級大豆油，石家莊市北國超市長江店售)；花生油(魯花 5S 壓榨一級花生油，石家莊市北國超市長江店售)；玉米油(西王玉米胚芽油，石家莊市北國超市談固店售)；橄欖油(歐麗薇蘭純正橄欖油，石家莊市北國超市談固店售)。

1.2 儀器與設備

Spectrum 100型紅外光譜儀(美國PE公司)；單次內反射ATR-FTIR變溫附件(英國Specac公司)；ATR-FTIR變溫控件(英國Specac公司)。

1.3 方法

1.3.1 紅外光譜儀操作條件

在室溫條件下，對植物油脂樣品累加掃描8次。測定頻率范圍為4000～600 cm-1，測溫范圍為303～393 K，變溫步長為10 K。

1.3.2 數據處理

處理植物油脂一維 IR 光譜數據，采用 Spectrum v 6.3.5 軟件；處理植物油脂二階導數IR光譜數據，采用 Spectrum v 6.3.5 軟件(平滑點為 13)。

2 分析與討論

2.1 植物油脂IR光譜研究

2.1.1 植物油脂一維IR光譜研究

如圖1所示，2923 cm-1頻率處的吸收峰是豆油亞甲基不對稱伸縮振動模式(νasCH2-一維-豆油)，2854 cm-1頻率處的吸收峰是豆油亞甲基對稱伸縮振動模式(νsCH2-一維-豆油)，1744cm-1頻率處的吸收峰是豆油羰基伸縮振動模式(νC=O-一維-豆油)，1459 cm-1頻率處的吸收峰是豆油亞甲基彎曲振動模式(δCH2-一維-豆油)，1160 cm-1頻率處的吸收峰是豆油碳氧鍵伸縮振動模式(νC-O-C-一維-豆油)，722 cm-1頻率處的吸收峰是豆油亞甲基平面搖擺振動模式(ρCH2-一維-豆油)。花生油、玉米油和橄欖油的紅外光譜研究情況，分別見圖2、3、4。相關光譜數據見表1。

表1 植物油脂的一維IR光譜數據(303 K)

圖1 豆油一維 IR 光譜(303 K)

圖2 花生油一維 IR 光譜(303 K)

圖3 玉米油一維 IR 光譜(303 K)

圖4 橄欖油 IR 紅外光譜(303 K)

2.1.2 植物油脂二階導數IR光譜研究

豆油二階導數IR光譜研究情況見圖5。如圖5所示，豆油的二階導數IR光譜分辨能力強于相應的一維 IR 光譜。 2958 cm-1頻率處的吸收峰是豆油甲基不對稱伸縮振動模式(νasCH3-二階導數-豆油)，2873 cm-1頻率處的吸收峰是豆油甲基對稱伸縮振動模式(νsCH3-二階導數-豆油)。1378 cm-1頻率處的吸收峰是豆油甲基對稱彎曲振動模式(δsCH3-二階導數-豆油)，而 1160 cm-1(νC-O-C-1-二階導數-豆油)和 1100 cm-1(νC-O-C-2-二階導數-豆油)頻率處的吸收峰是豆油碳氧鍵伸縮振動模式(νC-O-C-二階導數-豆油)。花生油、玉米油和橄欖油的二階導數IR光譜研究情況分別見圖6、7、8,相關光譜數據見表2。

表2 植物油脂的二階導數IR光譜數據(303 K)

圖5 豆油二階導數IR光譜(303 K)

圖6 花生油二階導數IR光譜(303 K)

2.2 植物油脂TD-IR光譜研究

2.2.1 植物油脂一維TD-IR光譜研究

圖9—12分別描述了采用一維TD-IR光譜技術研究豆油、花生油、玉米油和橄欖油四種植物油脂熱穩定性的情況，相關光譜數據見表3。

在表3中，↓ 代表隨著測定溫度的升高，植物油脂分子官能團對應的紅外吸收強度降低。隨著測定溫度的升高，植物油脂(νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂和νC=O-植物油脂)對應的紅外吸收頻率發生藍移，而植物油脂(δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)對應的紅外吸收頻率發生紅移；隨著測定溫度的升高，植物油脂(νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)對應的紅外吸收強度均有所降低。

圖7 玉米油二階導數IR光譜(303 K)

圖8 橄欖油二階導數IR光譜(303 K)

圖9 豆油變溫一維TD-IR光譜(303～393 K)

圖10 花生油變溫一維TD-IR光譜(303～393 K)

圖11 玉米油變溫一維TD-IR光譜(303～393 K)

圖12 橄欖油變溫一維TD-IR光譜(303～393 K)

表3 植物油脂的一維TD-IR光譜數據(303～393 K)

2.2.2 植物油脂二階導數TD-IR光譜研究

圖13—16分別描述了采用二階導數TD-IR光譜技術進一步研究豆油、花生油、玉米油和橄欖油四種植物油脂的熱穩定性的情況，相關光譜數據見表4。

圖13 豆油二階導數TD-IR光譜(303～393 K)

圖14 花生油二階導數TD-IR光譜(303～393 K)

圖15 玉米油二階導數TD-IR光譜(303～393 K)

圖16 橄欖油二階導數TD-IR光譜(303～393 K)

表4 植物油脂的二階導數TD-IR光譜數據(303～393 K)

在表4中，↓ 代表隨著測定溫度的升高，植物油脂分子官能團對應的紅外吸收強度降低。隨著測定溫度的升高，植物油脂(νasCH3-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂和δsCH3-植物油脂)對應的頻率出現了藍移現象，而植物油脂(δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)對應的頻率出現了紅移現象；隨著測定溫度的升高，植物油脂(νasCH3-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δsCH3-植物油脂、δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)對應的紅外吸收強度均有所降低。

本文通過研究植物油脂的TD-IR光譜數據發現：在 303～393 K 的溫度范圍內，植物油脂主要官能團對應的紅外吸收頻率、峰型及強度并沒有發生明顯的改變。實驗證明，在短時間加熱過程中，植物油脂的分子結構并沒有發生明顯的改變。

3 結論

本文通過研究四種植物油脂的 IR 光譜發現：四種植物油脂主要存在 νasCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δCH2-植物油脂、δsCH3-植物油脂、νC-O-C-植物油脂(包括：νC-O-C-1-植物油脂，νC-O-C-2植物油脂)和ρCH2-植物油脂等紅外吸收模式。而在 303～393 K的溫度范圍內，采用TD-IR光譜技術進一步研究四種植物油脂的熱穩定性。研究結果顯示，在短時間加熱的條件下，四種植物油脂具有良好的熱穩定性。