非線性電化學圖譜技術鑒別山茶油的應用研究

◎ 佘媛媛，喻文凱，劉絢艷，梁美東

（湖南化工職業技術學院，湖南 株洲 412000）

山茶油由山茶籽榨取提煉而成，富含油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸（90%以上）[1]，有助于降脂助消化，是我國特有的傳統高端食用植物油，具有極高的營養價值。茶油中含有的茶多酚、山茶甙、角鯊烯等成分具有一定的抗氧化性，在改善心腦血管疾病、抑制癌細胞生長、美容護膚等方面有一定功效[2]。然而，市面所售山茶油種類繁多，產地、品牌及成分均有差異，還有多種油品（如高油酸葵花籽油、高油酸菜籽油、高油酸花生油）調制而成的調和油，其質量難以保證，急需一種快速、簡便、準確的測量鑒別茶油真偽及品質的方法。

近年來關于山茶油真偽鑒別的報道，主要集中于理化指標分析法、色譜方法、光譜法等[3-5]。理化性質分析主要集中在折光率、碘值、酸價、揮發成分等指標的簡單測定，如海錚等[6]通過電子鼻技術簡單、快捷地鑒別出茶籽油、芝麻油中是否摻雜大豆油，但僅是一種定性分析，在油脂的鑒別方面有一定的局限性。光譜法主要通過添加油樣中與摻雜物反應的物質來鑒別摻雜及真偽，鑒別指標單一，局限性強。色譜分析則是集中在油脂脂肪酸測定，該法快速、靈敏度高，但樣品處理難度較大。非線性電化學指紋圖譜鑒別技術[7-8]應運而生，該技術主要監測振蕩體系中還原反應、氧化反應交替進行時的電勢變化，反映了待檢復雜體系的整體集群特征，樣品處理要求不高，操作簡單。本文利用非線性指紋圖譜技術對山茶油復雜體系鑒別進行探索研究，主要從山茶油樣用量對圖譜特征參數如最大振幅、振蕩壽命、振蕩波數的影響來確定山茶油的最佳檢出范圍，進行振蕩機理分析，為其他油脂、食品、藥品等復雜體系的鑒別提供一定的理論研究依據。

1 材料與方法

1.1 儀器及實驗裝置

實驗儀器：ZD-BZ 振蕩實驗裝置（南京桑力電子設備廠）；SYC-15B 超級恒溫水浴（成都明萱電子科技有限公司）；213-01 型鉑電極（上海儀電科學儀器股份有限公司）；217 型雙鹽橋甘汞電極（上海精密儀器儀表有限公司）；電子天平（SHIMADZU BX 420H，d=0.001 g）及5 mL 注射器。

實驗裝置：夾套加熱的反應器中加入山茶油為底物的H+-Mn2+-BrO3--丙酮振蕩反應體系，以超級恒溫水浴儀控制反應溫度，磁力攪拌器控制混合速度，213-01 型鉑電極為指示電極，217 型雙鹽橋甘汞電極為參比電極，測量的電位E（mV）與時間t（s）的振蕩曲線。

1.2 實驗試劑及樣品

試劑：硫酸、丙酮、硫酸錳、溴酸鈉、溴化鈉和十二烷基苯磺酸鈉，均為分析純，其溶液均用二次蒸餾水配制，濃度分別為H2SO4（1.0 mol·L-1）、CH3COCH3（0.6 mol·L-1）、MnSO4（0.10 mol·L-1）、NaBrO3（0.80 mol·L-1）、NaBr（0.001 mol·L-1）、十二烷基苯磺酸鈉（0.2 mol·L-1）。重鉻酸鉀洗液（由重鉻酸鉀和硫酸組成，用于清洗鉑電極片）。

樣品：山茶油（湖南山潤）。

1.3 實驗方法

向恒溫夾套玻璃反應器中定量加入H2SO4溶液40 mL、十二烷基苯磺酸鈉1.5 mL、MnSO4溶液5 mL、CH3COCH3溶液 5 mL，在電磁攪拌500 r·min-1條件下，控制恒溫（37±0.5）℃，加入一定量山茶油樣以及適量的十二烷基苯磺酸鈉，同時插入213-01 型鉑電極和217 型雙鹽橋參比甘汞電極，采集該振蕩體系的非線性電化學指紋圖譜。待電極測定電勢穩定10 min 后，用注射器加入已經恒溫好的NaBrO3溶液3 mL，測定反應體系的電位隨時間變化E-t曲線，根據曲線特征參數解析圖譜，探討其振蕩反應機理。

2 結果與分析

2.1 山茶油為有機底物的振蕩反應體系典型指紋圖譜及機理分析

按實驗步驟，山茶油樣取1.5 mL，十二烷基苯磺酸鈉1.5 mL，得到山茶油樣為底物的BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮振蕩體系非線性典型指紋圖譜（圖1）。由圖1可知，該振蕩反應分誘導期、振蕩期兩個階段，誘導期發生主要反應為

NaBrO3氧化Mn2+生成Mn3+，電勢升高，丙酮作用下生成Br2。

Br2作用下Mn3+還原為Mn2+，電勢降低，Br-提高，此過程為誘導過程（不可逆）。導期過后為振蕩期，主要發生反應為

A 階段：消耗Br-，積聚HBrO2。

B 階段：生成BrO3-，積聚自由基HBrO2，氧化Mn2+，電勢升高。

C 階段：還原性有機底物將電勢降低，一個振蕩周期結束，周而復始。

該振蕩體系隨著Br-的濃度變化，依次發生著A →B →C →A →B →C 的循環振蕩反應過程，Mn3+還原為Mn2+電勢降低，Mn2+還原為Mn3+電勢升高，除丙酮及山茶油為消耗物外，其余組分均在體系中振蕩復原不損耗。

圖1中表征振蕩反應快慢的參數為振蕩周期t周期，表征底物還原能力的參數為誘導時間t誘導（與Br-濃度有關）、最大振幅ΔEmax，表征耗散物用量的特征參數為振蕩壽命t壽命、振蕩波數n，其他還有最高電位Emax、最低電勢Emin、平衡電位E平衡。重復實驗3組，其特征參數及RSD 值見表1。由表1可知，各參數RSD 值小于3%，可認為該振蕩反應體系重現性良好。

圖1 山茶油為底物的非線性電化學典型指紋圖譜

表1 山茶油為底物的非線性化學指紋圖譜特征參數表

2.2 山茶油用量對非線性電化學振蕩反應的影響

按實驗步驟，改變山茶油用量（0.2～4.5 mL）以及合適的十二烷基苯磺酸鈉用量，采集E-t數據并制得系列指紋圖譜（圖2）。由圖2可知，山茶油加入量為0.5 mL以下時，由于油樣濃度較低，故誘導期較長，振蕩周期t周期較長；又因為丙酮耗散物過量，山茶油樣基本被氧化，故振蕩波數n較少。在山茶油加入量為4.5 mL以上時，由于油樣濃度過高，山茶油與Mn3+反應過快，振蕩反應幾乎完全被抑制。在加入量為0.5～4.5 mL 時，振蕩反應波數穩定（山茶油樣過量，而丙酮耗散物消耗殆盡，故振蕩次數由丙酮的加入量決定，因此波數穩定），反應速率逐漸加快，振蕩周期逐漸縮短。

圖2 不同山茶油加入量（0.2～4.5 mL）的非線性電化學典型指紋圖譜圖

為進一步驗證以上結論，分別將0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL 和2.5 mL 山茶油加入振蕩體系，并加入適量的十二烷基苯磺酸鈉進行油水增溶，采集E-t數據并制得系列指紋圖譜（圖3）。

因考慮到山茶油濃度較低時，t誘導過長，而加入少量NaBr 提升Br-初始濃度，進而縮短t誘導。由圖3可知，在山茶油加入量為0.5～2.5 mL，隨著山茶油加入量的增加，振蕩反應速度加快，t周期縮短，達到振蕩平衡的時間縮短，振蕩波數n及波形基本保持不變，而振幅ΔE在山茶油加入量2.0 mL 以下山茶油加入量時保持不變，2.0 mL 以上則略有減小。同時，也進一步考察了微量（0～0.5 mL）、過量（4.5～5.0 mL）加入山茶油時振蕩反應的E-t曲線，得出微量、過量加入山茶油時振蕩曲線特征參數的變化規律，此處不做進一步討論。

圖3 不同山茶油加入量（0.5～2.5 mL）的非線性電化學典型指紋圖譜圖

3 結論

山茶油為有機底物的BrO3--Mn2+-H+-丙酮振蕩體系反應分誘導期和振蕩期，誘導期積聚Br-，為體系進入振蕩期提供足夠的Br-，振蕩期則隨著Br-濃度的變化，周期性的發生Mn3+與Mn2+（氧化或還原）轉化反應，丙酮和山茶油為耗散物，其他物質則隨著振蕩反應的進行周期性的復原。本研究還考察了在丙酮量一定的情況下，微量（0～0.5 mL）、常量（0.5～2.5 mL）及過量（3.5～4.5 mL）加入山茶油時的E-t曲線，找出了山茶油加入量與誘導時間、振幅和振蕩壽命等特征參數的變化規律，為振蕩體系用于食用油、食品、藥品等復雜體系的鑒別應用尤其是取樣量的確定提供了一定的理論依據。復雜體系成分眾多，機理復雜，本研究所述機理僅為部分已知成分的反應過程，還有待進一步深入的研究。