基于紫外光譜的食用油酸值檢測(cè)

王 寧，高 媛，于修燭*，徐立榮

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

基于紫外光譜的食用油酸值檢測(cè)

王 寧，高 媛，于修燭*，徐立榮

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

為實(shí)現(xiàn)食用油酸值的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，利用游離脂肪酸與鄰苯二甲酰亞胺鉀快速反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺以及鄰苯二甲酰亞胺在紫外光譜290 nm波長(zhǎng)處有特征吸收峰的原理，建立食用油酸值檢測(cè)模型，不同酸值的驗(yàn)證樣品及盲樣對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，并與滴定法進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：模型預(yù)測(cè)酸值與滴定法所得酸值結(jié)果非常相近，決定系數(shù)（R2）均大于0.99，表明模型預(yù) 測(cè)效果好且不受油脂種類的影響；模型預(yù)測(cè)酸值相對(duì)誤差范圍為0.22%～6.87%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.34%，說(shuō)明該模型具有較高的準(zhǔn)確度和精確度。因此，利用紫外光譜對(duì)食用油酸值檢測(cè)的方法是可行的。

食用油；酸值；紫外光譜；測(cè)定

油脂在加工和貯藏過(guò)程中，由于水分、溫度、光、脂肪酶等因素的作用會(huì)發(fā)生酸敗變質(zhì)，油脂逐步水解成甘油和游離脂肪酸[1]，從而降低油脂的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2-3]。食用油中游離脂肪酸的含量一般以酸值或酸價(jià)的形式表示，酸值是評(píng)價(jià)食用油品質(zhì)好壞和加工工藝合理與否的重要安全性指標(biāo)之一，以中和l g食用油中的游離脂肪酸所消耗氫氧化鉀的毫克數(shù)來(lái)表示[4-7]。目前，食用油酸值的測(cè)定方法有：酸堿滴定法[8]、試紙法[9-10]、比色法[11]、電位滴定法[12-14]、伏 安法[15-16]、近紅外和中紅外光譜法[1,17-19]等，其中GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定》中熱乙醇測(cè)定法是最主要的測(cè)定方法，其實(shí)質(zhì)為酸堿滴定法，但易受油樣本身顏色或在中性乙醚-乙醇混合液中反應(yīng)產(chǎn)生渾濁的影響，難以判別指示終點(diǎn)而導(dǎo)致測(cè)定誤差大[20]。同時(shí)，測(cè)定所需油脂樣品量大，滴定耗時(shí)長(zhǎng)，結(jié)果易受外界影響，靈敏度和精確度較低[21]，難以滿足食用油酸值的簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)的要求[22]。

為提高酸值的檢測(cè)精度和速度，Al-Alawi等[23]利用鄰苯二甲酰亞胺鉀與食用油中的游離脂肪酸反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺和相應(yīng)脂肪酸鹽的原理，基于近紅外光譜建立食用油酸值測(cè)定方法，取得了很好的結(jié)果，但所用儀器價(jià)格昂貴，限制了其廣泛應(yīng)用。紫外光譜（ultraviolet，UV）作為一種常用檢測(cè)手段，具有分析快速、精確度高、儀器價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域[24-25]。本實(shí)驗(yàn)以常見(jiàn)食用油為原料，雙光束紫外分光光度計(jì)為檢測(cè)工具，利用鄰苯二甲酰亞胺鉀與食用油中的游離脂肪酸反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺，基于紫外光譜建立酸值測(cè)定方法，以期為食用油酸值快速檢測(cè)方法的建立提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菜籽油、花生油、芝麻油、橄欖油、苦杏仁油、谷物調(diào)和油、玉米油、葵花籽油、山茶油、大豆油、魚(yú)油等食用油均為市購(gòu)。

正丙醇、氫氧化鉀、乙醚、無(wú)水乙醇（均為分析純）天津博迪化工公司；鄰苯二甲酰亞胺鉀（分析純） 美國(guó)Sigma公司；配制鄰苯二甲酰亞胺鉀-正丙醇溶液（10 g/L），臨用前配制并用磁力攪拌器保持?jǐn)嚢璐谩?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2550型雙光束紫外分光光度計(jì) 日本島津公司。1.3 方法

1.3.1 化學(xué)計(jì)量分析

弱堿鄰苯二甲酰亞胺鉀可以與游離脂肪酸反應(yīng)形成鄰苯二甲酰亞胺和相應(yīng)的脂肪酸鹽，無(wú)其他副產(chǎn)物，避免中性油發(fā)生皂化反應(yīng)。采集樣品在240～340 nm波長(zhǎng)處的紫外光譜，得到鄰苯二甲酰亞胺的特征吸收峰。測(cè)定是基于鄰苯二甲酰亞胺鉀能與食用油中的游離脂肪酸快速反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺，其化學(xué)計(jì)量反應(yīng)式如下[23]：

1 mol鄰苯二甲酰亞胺鉀（相對(duì)分子質(zhì)量為185.22）能使1 mol游離脂肪酸轉(zhuǎn)化成脂肪酸鹽，同時(shí)產(chǎn)生1 mol鄰苯二甲酰亞胺（相對(duì)分子質(zhì)量為147.13）。在一定溫度條件下，依據(jù)上述計(jì)量反應(yīng)，生成的鄰苯二甲酰亞胺的含量與食用油中游離脂肪酸成正相關(guān)，因此可通過(guò)鄰苯二甲酰亞胺的特征吸收間接檢測(cè)食用油中的酸值。

1.3.2 標(biāo)樣和驗(yàn)證樣品的制備

1.3.2.1 校正集樣品

稱取 零酸值菜籽油4.000 g（零酸值菜籽油是通過(guò)活化硅膠柱除去游離脂肪酸等物質(zhì)獲得不含游離脂肪酸的油樣，并用GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定》滴定法測(cè)定確認(rèn)，酸值為未檢出，下同）與正己酸混合配制成0～3 mg/g酸值（以油酸計(jì)，下同）的標(biāo)準(zhǔn)油樣，將標(biāo)準(zhǔn)油樣與正丙醇等比例混合均勻得到混合液，移取3 mL上述混合液分別與3 mL鄰苯二甲酰亞胺鉀-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，離心取上清液稀釋20 倍配制成標(biāo)準(zhǔn)樣品液和參比液。

1.3.2.2 驗(yàn)證集樣品

稱取油樣4.000 g，油樣與正丙醇等比例混合得到混合液，3 mL上述混合液分別與3 mL鄰苯二甲酰亞胺鉀-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，離心取上清液稀釋20 倍配制成驗(yàn)證樣品溶液和參比液。配制2 個(gè)系列油樣來(lái)驗(yàn)證模型，一個(gè)樣品集的酸值介于0～2 mg/g之間，用高酸值的菜籽油（酸值約2 mg/g）與零酸值菜籽油按照比例混合配制而成；另一個(gè)樣品集的酸值介于0～1 mg/g之間，用花生油（酸值約1 mg/g）與零酸值菜籽油按照一定比例混合配制而成；從市場(chǎng)上隨機(jī)抽取11 個(gè)不同種類的油樣進(jìn)行盲樣驗(yàn)證分析。

1.3.3 光譜采集條件

采集條件：采樣間隔2 nm；掃描速度為中等；光譜帶寬2.0 nm；波長(zhǎng)范圍240～340 nm；每個(gè)樣品掃描3 次。

1.3.4 分析過(guò)程

在室溫（25 ℃左右）條件下，稱取油樣4.000 g正丙醇等比例混合得到混合液，移取3 mL上述混合液分別與3 mL鄰苯二甲酰亞胺鉀-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，離心取上清液稀釋20 倍配制成樣品液和參比液，采集樣品的紫外光譜，測(cè)定290 nm波長(zhǎng)處的吸光度，根據(jù)所建模型，計(jì)算出該油樣的酸值。

1.3.5 酸值測(cè)定

參照GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定》[26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 光譜分析

為確定鄰苯二甲酰亞胺的特征吸收峰，采集酸值為0、0.6、1.0、1.4、1.8、2.2、2.6、3.0 mg/g標(biāo)準(zhǔn)樣品在240～340 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)紫外光譜，其光譜如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的紫外光譜Fig.1 UV spectra of standard samples

由圖1可以看出，零酸值菜籽油與正己酸混合配制成0～3 mg/g酸值的標(biāo)準(zhǔn)樣品均在290 nm波長(zhǎng)處有特征吸收。零酸值的標(biāo)準(zhǔn)樣品在290 nm波長(zhǎng)處的吸光度最小，隨著酸值的 增加，290 nm波長(zhǎng)處吸光度呈上升趨勢(shì)。因此，可以選擇290 nm波長(zhǎng)處吸光度變化來(lái)衡量食用油中的游離脂肪酸與鄰苯二甲酰亞胺鉀生成鄰苯二甲酰亞胺的情況，通過(guò)鄰苯二甲酰亞胺生成量來(lái)表征食用油中的酸值。

2.2 模型建立

采用零酸值菜籽油與正己酸混合配制成0～3 mg/g左右酸值的標(biāo)準(zhǔn)油樣，樣品進(jìn)行分析處理，采集紫外光譜。得出標(biāo)準(zhǔn)油樣酸值與吸光度具有線性關(guān)系為y=3.948 2x+0.097 5，R2為0.995 4，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）為0.055 3，表明模型線性關(guān)系良好。

2.3 模型驗(yàn)證

2.3.1 相同種類油脂驗(yàn)證

用高酸值的菜籽油（酸值約2 mg/g）與零酸值菜籽油按照比例混合配制成酸值介于0～2 mg/g之間的樣品集，利用酸值模型來(lái)預(yù)測(cè)油樣酸值，并用滴定法對(duì)應(yīng)測(cè)定其酸值，結(jié)果如圖2所示。

圖2 預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系Fig.2 Good linear relationship between the true and predicted acid values of mixtures of rapeseed oils with high and zero acid values

由圖2可以看出，方程斜率接近于1，截距接近于0，R2為0.994 2，表明紫外法預(yù)測(cè)酸值結(jié)果與滴定法測(cè)定結(jié)果高度線性相關(guān)。P為0.778大于0.05，兩者間無(wú)顯著性差異，模型預(yù)測(cè)性好。

2.3.2 不同種類油脂驗(yàn)證

圖3 紫外光譜法預(yù)測(cè)值和滴定法實(shí)測(cè)值與花生油加量關(guān)系Fig.3 Good consistency between the UV method and titration for detecting mixtures of peanut oil and rapeseed oil with zero acid value

用花生油（酸值約1 mg/g）與零酸值菜籽油按照比例混合配制成酸值介于0～1 mg/g之間的樣品集，樣品集中花生油所占體積分?jǐn)?shù)分別為0.0%、12.5%、25.0%、37.5%、50.0%、62.5%、75.0%、100%，利用酸值模型預(yù)測(cè)油樣酸值，并用滴定法平行對(duì)應(yīng)測(cè)定其酸值，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，2 種方法測(cè)定的酸值與花生油含量呈線性相關(guān)，R2值均大于0.99。相關(guān)方程表明，它們有相似的斜率，2 種方法的 測(cè)定結(jié)果基本一致。滴定法RSD為0.031 3，紫外光譜法RSD為0.026 2，紫外光譜法的RSD低于滴定法，說(shuō)明紫外光譜法重復(fù)性好于滴定法。同時(shí)也表明不同種類油脂混合對(duì)模型基本沒(méi)有影響。

2.3.3 盲樣驗(yàn)證

為進(jìn)一步研究油脂種類對(duì)模型的影響，選取11 種不同的油脂用模型預(yù)測(cè)酸值，并用滴定法對(duì)應(yīng)測(cè)定其酸值，其結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 油脂種類對(duì)紫外光譜法和滴定法測(cè)定結(jié)果的影響Fig.4 Good agreement of acid values of different types ofoils determined by UV and titration

由4可以看出，2 種方法測(cè)定結(jié)果線性相關(guān)性良好，R2為0.997 8，RSD為0.014 5。方程斜率接近1，截距接近于0，說(shuō)明2 種方法測(cè)定結(jié)果非常接近，同時(shí)也表明模型不受油脂種類的影響。

2.4 準(zhǔn)確度和精密度分析

為確定方法的準(zhǔn)確度和精密度，對(duì)盲樣預(yù)測(cè)集值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，其t值為0.15，小于臨界值t0.05（10）= 2.228，P值為0.883大于0.05，所以預(yù)測(cè)集值和實(shí)測(cè)值沒(méi)有顯著性差異，表明可以利用紫外光譜法快速測(cè)定食用油中的酸值。隨機(jī)取5 個(gè)樣品測(cè)定其平均相對(duì)誤差，其相對(duì)誤差范圍為0.22%～6.87%，均小于10%，表明模型具有較高的準(zhǔn)確度；對(duì)菜籽油進(jìn)行5 次光譜掃描，由模型獲得各組分含量的預(yù)測(cè)值，并得到5 次測(cè)量結(jié)果的RSD，酸值的RSD為1.34%，表明方法重復(fù)性較好。

3 結(jié) 論

利用鄰苯二甲酰亞胺鉀與游離脂肪酸的定量反應(yīng)以及產(chǎn)物鄰苯二甲酰亞胺在紫外光譜290 nm波長(zhǎng)處有特征吸收峰的原理，建立了食用油酸值檢測(cè)模型y=3.948 2x+ 0.097 5，R2為0.995 4、RSD為0.055 3，說(shuō)明建立的模型線性關(guān)系良好。分別采用不同酸值的驗(yàn)證樣品及盲樣對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證并與滴定法進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明2 種方法測(cè)定的酸值非常接近，無(wú)顯著性差異，模型預(yù)測(cè)效果好，不受油脂酸值和種類的影響；模型預(yù)測(cè)酸值相對(duì)誤差范圍為0.22%～6.87%，RSD為1.34%，說(shuō)明模型有較高的準(zhǔn)確度和精確度。采用紫外光譜測(cè)定食用油酸值的方法是可行的。

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Detection of Acid Value in Edible Oils Based on Ultraviolet Spectroscopy

WANG Ning, GAO Yuan, YU Xiu-zhu*, XU Li-rong
(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

An ultraviolet (UV) spectrophotometric method for determining acid value (AV) of edible oils was developed based on the stoichiometric reaction of free fatty acid with K-phthalimide to produce phthalimide showing characteristic absorption at 290 nm. The presented prediction equations for phthalimide were validated with known and unkown samples, and analyzed in comparison with the national standard method (iodimetry). The comparable results of AV were obtained by both methods wit h determination coeffi cients (R2) above 0.99, indicating that the models had good prediction effi ciency which was independent of the type of oil investigated. The relative errors and relative standard deviation (RSD) for the model-predicted values were 0.22%–6.87% and 1.34%, respectively. In conclusion, the spectrophotometric method was characterized by good precision and accuracy. Therefore, this method is feasible for rapid determination of acid value in edible oils.

edible oil; acid value; ultraviolet spectroscopy; determination

TS227

A

1002-6630（2014）24-0282-04

10.7506/spkx1002-6630-201424054

2014-06-08

陜西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（2012K02-11）

王寧（1989—），女，碩士研究生，主要從事功能性油脂及其安全檢測(cè)研究。E-mail：ninger369@163.com

*通信作者：于修燭（1974—），男，副教授，博士，主要從事功能性油脂及其安全檢測(cè)研究。E-mail：xiuzhuyu1004@hotmail.com