核磁共振檢測食用植物油中有害多環(huán)芳烴蒽研究

呂梅香, 曾和平

(華南師范大學化學與環(huán)境學院,廣州 510006)

多環(huán)芳烴(PAHs)產(chǎn)生于化石燃料、木材、垃圾或其他有機物(如煙草、燒焦的肉等)的不完全燃燒,且在空氣、水、土壤中廣泛分布. 多環(huán)芳烴具有很好的脂溶性,植物油原料受到PAHs污染以及加工方式不同等原因會導致食用油中含PAHs. 長期食用含有PAHs 的食用油對健康產(chǎn)生潛在威脅(致畸、致癌和致基因突變),萘、蒽等16種多環(huán)芳烴受到世界衛(wèi)生組織的通緝,因此,探討食用植物油中有害多環(huán)芳烴意義重大.

目前，食用油中PAHs的現(xiàn)行檢測方法有：《GB/T 5009.27—2003食品中苯并(a)芘的測定》[1]規(guī)定的2種方法:提取分離、濃縮后的熒光分光光度法和目測比色法; 《GB/T 5009.22—2003食品中黃曲霉毒素B1的測定》[2]規(guī)定的提取、濃縮、薄層分離后在365 nm處的熒光強度法和提取、脫脂、濃縮后酶聯(lián)免疫分析法.現(xiàn)行方法對于食用油中可能含有的其他多環(huán)芳烴檢測標準尚未發(fā)布.

關于食用油中多環(huán)芳烴更快速、簡便、準確的檢測方法的研究主要有：HPLC-FL法[3]、GC-MS法[4]、恒能量同步熒光光譜法[5]等.上述方法大多需要對植物油先預處理(提取、富集、純化)再檢測的步驟來分析,具有步驟多、時間長、原料用量大、所需設備種類多、檢測成本高等缺點,最大的不足是對樣品的預處理可能使被測樣品受損.

高分辨核磁共振法無需對樣品進行任何處理,是一種對被測樣品無損、快速、環(huán)保、不受提取分離過程中不確定因素干擾的方法. 早在上世紀80年代[6]便已用于分析植物油的主要成分,后來越來越多的學者用高分辨核磁共振法研究各種植物油的特征以及植物油的摻偽[7-16],分析植物油的主要成分、含量及峰形的細微變化,國內也有學者把高分辨核磁共振法用于研究地溝油,對區(qū)分各種油有較高的準確率[17-18].

核磁共振氫譜法能直觀的告訴我們植物油中所含的不同類型的氫,如果植物油中含有多環(huán)芳烴,理論上也能夠測出來,但目前還沒有采用高分辨核磁共振法對植物油中多環(huán)芳烴的研究報道. 因此本文對4種常見植物油(棕櫚油palm oil、花生油peanut oil、玉米油corn oil、橄欖油olive oil)中外源添加不同濃度的多環(huán)芳烴-蒽進行檢測,為高分辨核磁共振法鑒別食用油中多環(huán)芳烴的最低限量做了探討.

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

試劑：棕櫚油(鮮榨)、花生油(魯花5S壓榨1級濃香花生油,華潤萬佳超市)、玉米油(福臨門，黃金產(chǎn)地，華潤萬佳超市)、橄欖油(刀嘜特級初榨橄欖油,西班牙進口原料,華潤萬佳超市)、多環(huán)芳烴(蒽,分析標準品,>99.7%,阿拉丁試劑公司)、氘代氯仿(CDCl3，美國劍橋CIL公司).儀器:美國安捷倫公司VNMR SYSTEM 400 M液體核磁共振波譜儀,ATB探頭,5 mm核磁管.

1.2 樣品制備

1.2.1 純植物油-CDCl3的配制 用10 mL CDCl3溶解50 g植物油,稱取1 g置于核磁管中. 用于測試純植物油的1H NMR;

1.2.2 蒽標準品-CDCl3的配制 準確稱取1 mg蒽標準品用1 mL CDCl3溶解,置于核磁管中. 用于測試純蒽的1H NMR;

1.2.3 含蒽植物油-CDCl3的配制 準確稱取100 mg蒽標準品摻到100 g植物油中,使蒽充分溶于植物油后,加入10 mL CDCl3,制成蒽在植物油中含量為1 g/kg的植物油-CDCl3樣品.

取含蒽1 g/kg的植物油-CDCl3樣品1 g,加入1.2.1中的植物油-CDCl39 g,混勻后即制成蒽在植物油中含量為100 mg/kg的植物油-CDCl3樣品; 同法逐級稀釋配制含蒽10 mg/kg、1 mg/kg、100 μg/kg、10 μg/kg的植物油-CDCl3樣品. 分別稱取1 g置于核磁管中. 用于測試含蒽植物油的1H NMR.

1.3 測試條件

使用反式ATB探頭測試1H NMR. 測試溫度T為40 ℃,弛豫時間為d1為1 s,采樣時間at為2 s,預采次數(shù)ss為 2,掃描次數(shù)nt為128.

2 結果與討論

2.1 植物油的1H-NMR

植物油的主要成分是脂肪酸甘油三酯,即硬脂酸、軟脂酸、油酸、亞油酸的甘油酯,花生油、玉米油、橄欖油、棕櫚油也不例外. 以棕櫚油的核磁共振氫譜1H NMR (以CDCl3定標,化學位移δ為7.24 ppm)為例(圖1).

圖1 棕櫚油的核磁共振氫譜1H NMR

棕櫚油的1H NMR位移值集中在0.00～5.50 ppm之間,圖1中插圖所示為δ=6.50～8.50 ppm之間的縱坐標放大1 000倍的譜圖,可以看到除了溶劑峰外沒有其他峰. 這與各種食用植物油1H NMR的主要成分譜圖解析結果[7-8,10,13-15]一致,只是化學位移略有偏差,各特征峰積分面積不同. 4種植物油中，每種植物油每組特征峰的位移值都相近,峰面積明顯不同(表1),分別代表了各種植物油中油酸、亞油酸、飽和脂肪酸甘油酯等的含量.

2.2 蒽標準品的1H-NMR

輕質多環(huán)芳烴-蒽的結構簡單(<4個環(huán))，只有10個H原子. 在高分辨核磁共振儀中，由于質子受各向異性效應的影響使其產(chǎn)生的化學位移均在低場，且每組質子受該效應的影響不同使其化學位移不同.蒽處于相同化學環(huán)境的質子可分為3組，每組質子受相鄰質子的影響產(chǎn)生耦合裂分.因此，在1H NMR圖譜中更容易跟蹤識別.蒽標準品在CDCl3中的1H NMR譜圖如圖2所示. 蒽的耦合常數(shù)見表2，從低場到高場的峰依次編號為A、B、C.

表1 各種植物油的化學位移和峰面積Table 1 The chemical shift and peak area of each group peak of vegetable oils

表2 純蒽和摻入棕櫚油后的蒽化學位移及耦合常數(shù)Table 2 The chemical shifts and coupling constants of anthracene in different vegetable oils

圖2 蒽在CDCl3中的的核磁共振氫譜1H NMR

2.3 蒽摻入植物油后的1H NMR

植物油和蒽的1H NMR特征峰化學位移相差較遠,植物油集中在δ=0.700～5.500 ppm之間,而蒽集中δ=7.400～8.500 ppm之間,且只有3組峰,分別為單峰(δ=8.410 ppm)及2個dd峰(δ=7.990 ppm和δ=7.440 ppm). 即植物油和蒽2種物質混合后的1H NMR峰理論上不會重疊.

實際上摻入植物油中的蒽量極少,其化學環(huán)境會受植物油的影響而發(fā)生變化,而油的量大,其化學環(huán)境幾乎不受蒽的影響. 從圖3看出,正常情況下,由于人們習慣觀察的是樣品的主要成分,不會把縱坐標無限放大來觀察有無雜質,因此只能看到植物油的10組δ=0.000～5.500 ppm的特征峰,看不到其他峰. 當逐漸放大δ=6.500～8.500 ppm部分的縱坐標,蒽的特征峰逐漸清晰,圖3的插圖為縱坐標放大200倍的情況. 而且由于蒽的特征性,較容易識別. 不同含蒽量的植物油的1H NMR在δ=7.000～9.000 ppm之間峰高放大數(shù)倍(以蒽的峰能夠識別,易與基線噪音區(qū)別為限)后都能看到化學位移、耦合常數(shù)未發(fā)生變化的3組特征峰.

圖3 含100 mg/kg蒽的棕櫚油的核磁共振氫譜1H NMR

植物油中蒽的3組峰在棕櫚油中向高場位移0.240 ppm,在橄欖油中向高場位移0.200 ppm,在玉米油中向高場位移0.150 ppm,在花生油向高場位移0.140 ppm. 蒽在植物油中的濃度在100 mg/kg至10 μg/kg之間的1H NMR峰形、峰面積、位移值、耦合常數(shù)完全一致,且與植物油的特征峰不重疊,容易區(qū)分. 表2為蒽純品及摻入到植物油后的蒽表現(xiàn)出來的峰信息.

圖4為含10 μg/kg蒽的棕櫚油在δ=7.0～9.0 ppm范圍的出峰情況,當縱坐標放大1 000倍時,有3組峰出現(xiàn),且與表2中所列出的較高濃度蒽含量的化學位移、峰面積、耦合常數(shù)基本一致(誤差原因是濃度極稀后,1H NMR的縱坐標放大達1 000倍,使得基線漂移,峰形不完全左右對稱導致),因此可確定是蒽的1H NMR峰,此濃度已達到《食用植物油衛(wèi)生標準GB 2716—2005》[19]規(guī)定每千克植物油含多環(huán)芳烴10 μg的檢出限.

圖4 含10 μg/kg蒽的棕櫚油的核磁共振氫譜1H NMR

Figure 4 The1H NMR of palm oil containing 10 μg/kg anthracene

3 結論

中國國家標準《GB 2716—2005食用植物油衛(wèi)生標準》規(guī)定,苯并(a)芘含量不得超過 10 μg/kg. 德國油脂科學學會(DGF)對油中重質 PAHs 推薦控制值為5 μg/kg,而對油中 PAHs 總量推薦控制值為 25 μg/kg; 歐盟法規(guī)(EC)No 208/2005規(guī)定限量為 2.0 μg/kg.

對食用油多環(huán)芳烴檢測的國家標準中，只有苯并芘和黃曲霉素的檢測方法,長期以來油的出廠報告中也沒有其他10余種多環(huán)芳烴的檢測報告.

本文采用在植物油中添加蒽的方式,用400 M核磁共振儀測試不同蒽含量的1H NMR譜圖.蒽在植物油中,與純蒽一樣只有3組峰,1組單峰,2組dd峰,且遠離植物油的特征峰組,容易識別,雖含量低,但是能觀察到.

蒽在植物油中含量為10 μg/kg時仍能夠分辨出,達到了國家標準對苯并芘的檢測限要求.因此,核磁共振法法作為檢測植物油中多環(huán)芳烴蒽存在與否的方法有效且對被測樣品無損、快速、準確.

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家標準. 食品中苯并(a)芘的測定[S]. GB/T5009.27—2003. 北京:中國標準出版社, 2004.

[2] 中華人民共和國國家標準. 食品中黃曲霉毒素B1的測定[S]. GB/T5009.22—2003. 北京:中國標準出版社, 2004.

[3] Lage Y M A, Cortizo D J L. Supercritical fluid extraction and high-performance liquid chromatography-fluorescence detection method for polycyclic aromatic hydrocarbons investigation in vegetable oil[J]. Food Control, 2005, 16 (1):59-64.

[4] Purcaro G, Morrison P, Moret S, et al. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in vegetable oils using solid-phase microextraction-comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A, 2007, 1161(1/2):284-291.

[5] 邱如斌, 章汝平, 林水東, 等. 恒能量同步熒光光譜法測定食用油中多環(huán)芳烴[J]. 光譜實驗室, 2011, 28(2):777-781.

Qiu R B, Hang R P, Lin S D, et al.Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in edible oils by Constant-Energy Synchronous Fluorescence Spectrometry[J]. Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory, 2011, 28(2):777-781.

[6] Kvalheim O M, Aksnes D W, Brekke T, et al. Crude oil characterization and correlation by principal component analysis of Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectra[J]. Analytical Chemistry, 1985, 57(14):2858-2864.

[7] Guillén M D, Ruiz A, Cabo N. Characterization of Sacha inchi oil by FTIR Spectroscopy and1H NMR comparison with Linseed Oil[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2003, 80(8):755-762.

[8] Miyake Y, Yokomizo K, Matsuzaki N. Determination of Unsaturated Fatty Acid composition by High-Resolution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 1998, 75(9):1091-1094.

[9] Vlahov G, Giuliani A A, Del R P.13C NMR spectroscopy for determining the acylglycerol positional composition of lampante olive oils chemical shift assignments and their dependence on sample concentration[J]. Royal Society of Chemistry, 2010(2):916-923.

[10] Kumar R, Bansal V, Tiwari A K, et al. Estimation of glycerides and free fatty acid in oils extracted from various seeds from the Indian region by NMR spectroscopy[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 2011, 88:1675-1685.

[11] Cordella C B Y, Tekye T, Rutledge D, et al. A multiway chemometric and kinetic study for evaluating the thermal stability of edible oils by1H NMR analysis: Comparison of methods[J]. Talanta, 2012, 88:358-368.

[12] Gunstone F D. The composition of hydrogenated fats by high-resolution13C Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 1993, 70(10):965-970.

[13] Falch E, Anthonsen H W, Axelson D E, et al. Correlation between1H NMR and traditional methods for determining lipid oxidation of ethyl docosahexaenoate[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 2004, 81(12):1105-1110.

[14] Vigli G, Philippidis A, Spyros A, et al. Classification of edible oils by employing31P and1H NMR spectroscopy in combination with multivariate statistical analysis:A proposal for the detection of seed oil adulteration in virgin olive oils[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2003, 51:5715-5722.

[15] Hidalgo F J, Zamora R. Edible oil analysis by high-resolution nuclear magnetic resonance spectroscopy: Recent advances and future perspectives[J]. Trends in Food Science & Technology, 2003, 14:499-506.

[16] Hoffman D R, Collins-Williams C. Cold-pressed peanut oil may contain peanut allergens[J]. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 1994, 93:801-802.

[17] 許秀麗, 任荷玲, 李娜, 等. 核磁共振技術在地溝油鑒別中的應用研究[J]. 檢驗檢疫學刊, 2012, 22(4):25-32.

Xu X L, Ren H L, Li N, et al. Application of Nuclear Magnetic Resonance technology in hogwash oil determination[J]. Inspection and Quarantine Science, 2012, 22(4):25-32.

[18] 蔡波太, 袁龍飛, 周影, 等. 基于1H NMR指紋圖譜結合多變量分析的地溝油檢測方法[J]. 中國科學:化學, 2013, 43(1):1-10.

Cai B T, Yuan L F, Zhou Y, et al. Identification of illegal cooking oils by using1H NMR fingerprints combined with multivariate analysis[J]. Scientia Sinica: Chimica, 2013, 43(1):1-10.

[19] 中華人民共和國國家標準. 食用植物油衛(wèi)生標準[S]. GB2716—2005, 北京:中國標準出版社, 2005.