基于涂膜法FTIR的食用油羰基值快速檢測

李易文，陳 倩，張 鵬，李 晶，張 睿，于修燭*

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100）

基于涂膜法FTIR的食用油羰基值快速檢測

李易文，陳 倩，張 鵬，李 晶，張 睿，于修燭*

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100）

為了建立食用油羰基值快速檢測方法，以菜籽油為實驗材料，茴香醛為羰基標準物配制系列羰基值（0～60 mmol/kg）油量。用涂膜法采集油量光譜，建立羰基值與特征吸收峰1 703/1 570 cm-1處（1 703 cm-1處峰高兩點基線均為1 570 cm-1，下同）吸光度的關系。然而，不同種類零羰基值的食用油在特征吸收峰1 703 cm-1處的吸收不相同而引起基底效應。因此，利用二維相關振動光譜技術尋找特征吸收峰的相關吸收峰，以校正食用油間的基底效應。結果表明：油量在1 703 cm-1處的吸光度與羰基值高度線性相關，利用相關吸收峰3 472 cm-1校正后的模型為y=0.005 4x+0.090 9；相關系數（R）為0.991 9，標準偏差（s）為0.013 mmol/kg。模型預測值與國標法測定值高度線性相關，所得方程的斜率接近于1，R值均在0.99以上，兩種方法測定結果十分接近。表明涂膜法傅里葉變換紅外光譜檢測食用油羰基值是可行的。

食用油；傅里葉變換紅外光譜；羰基值；檢測

李易文， 陳倩， 張鵬， 等. 基于涂膜法FTIR的食用油羰基值快速檢測［J］. 食品科學， 2016， 37（8）: 226-230. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201608041. http://www.spkx.net.cn

LI Yiwen， CHEN Qian， ZHANG Peng， et al. Rapid Fourier transform infrared spectroscopic （FTIR） determination of carbonyl value in edible oils using polyethylene film［J］. Food Science， 2016， 37（8）: 226-230. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608041. http://www.spkx.net.cn

油脂氧化生成氫過氧化物，可進一步分解產生醛和酮等羰基化合物［1-4］。羰基值是食用油氧化的重要安全性指標之一［5-7］，其國標法檢測是基于比色法對堿性條件下生成的腙類顯色物質定量測定［8］。Endo等［9-10］分別用異丙醇和正丁醇取代苯進行改進研究，結果較好。李昌模［11］用正丁醇作溶劑，己醛作標準物質對傳統(tǒng)苯法進行改進，取得較好的研究結果，但己醛具有一定毒性，且操作較為復雜。王亞鴿等［12］利用近紅外光譜在9 739～6 274 cm-1范圍內進行偏最小二乘法建模，實現對煎炸油羰基值的實時監(jiān)控，但方法需要大量的建模量品，對光譜的預處理也較為復雜。傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）技術測定快速準確，已廣泛應用于食用油的摻假及煎炸過程中劣變的監(jiān)控與檢測［13-14］。Zhang Han等［15］通過FTIR衰減全反射光譜技術在4 000～650 cm-1范圍內偏最小二乘法建立土豆煎炸過程中羰基值的檢測模型，但FTIR衰減全反射光譜技術液池光程短（5～7 μm），光譜信號弱，其檢測精度不高。

本研究小組構建基于涂膜法FTIR技術，即把油量涂在聚乙烯（polyethylene，PE）等介質薄膜上，通過油脂特征吸收峰來校正量品光程。該法已經成功應用于食用油中地溝油摻偽檢測，游離脂肪酸、過氧化值和反式脂肪酸的定量分析［12，16-18］。本研究以無毒且溶解性好的茴香醛為標準物質配制標準油量，采用涂膜法FTIR建立食用油羰基值的紅外檢測模型，并校正由油脂種類間差異引起的基底效應，使模型具有通用性。同時比較模型的預測值與國標法的測定值，以期為食用油羰基值的快速檢測提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

菜籽油（金龍魚牌，浸出）、油茶籽油（金龍魚牌）、食用調和油（金龍魚牌，浸出） 益海嘉里（興平）投資有限公司；大豆油（福臨門牌，浸出） 中糧食品營銷有限公司；山茶油（大康時代，壓榨） 內蒙古萬利福生物科技有限公司；亞麻籽油（關中油坊牌，冷榨） 陜西關中油坊油脂有限公司；各類散裝食用油，不同氧化程度的油脂，均購于陜西省楊凌區(qū)某農貿市場。

茴香醛（純度98%） 阿拉丁試劑公司；2，4-二硝基苯肼、氫氧化鉀、甲苯、濃硫酸、三氯乙酸、無水乙醇均為分析純；硅膠（60～100 目）；超凡牌PE保鮮膜浙江超凡日用品有限公司。

1.2儀器與設備

FTIR光譜儀（檢測器為氘化硫三肽） 德國布魯克公司；OMNIC 7.3和TQ Analyst 7.2分析軟件 美國尼高力公司；UV-1240紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

1.3方法

1.3.1油量配制

取適量硅膠在120 ℃條件下活化4～5 h，裝成一定大小硅膠柱，菜籽油過硅膠柱以去除油中游離脂肪酸和氫過氧化物等，其羰基值為未檢出，不影響建模精度可視為零羰基值［18］。處理后的菜籽油中添加茴香醛，配制成羰基值為0～60 mmol/kg的標準量品。用25 g零羰基值菜籽油制備油量時，每10 mmol/kg羰基值需添加茴香醛0.034 g，混合均勻，在4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2羰基值測定

參照GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標準的分析方法》中羰基值的測定。

1.3.3光譜采集與處理

光譜采集條件為：光譜范圍為6 000～400 cm-1，溫度設定為25 ℃，相對濕度為20%，分辨率為4 cm-1，掃描次數為16 次，以PE膜為背景。在測定過程中由于受噪音和空氣濕度等因素的影響，可能會使紅外光譜的某些信息被噪音掩蓋或干擾，基線發(fā)生傾斜或漂移等影響建模精度［12，19］，因而用OMNIC 7.3軟件進行基線校正等處理。

1.3.4建立模型

將100 μL油量均勻涂覆在PE薄膜上進行光譜掃描。為確保不同油量通過相同光程，根據食用油在4 334/4 300 cm-1處特征吸收，將不同油量光譜的光程統(tǒng)一為0.1 mm［20］，測定光譜1 703 cm-1處吸光度并與羰基值建立關系。盡快完成光譜采集和羰基值測定，以減小實驗誤差。

1.3.5校正基底效應

由于油脂種類的差異性，不同種類的硅膠處理油在特征吸收峰（1 703 /1 570 cm-1）處有不同的吸光度（圖3），因而造成基底效應，影響模型的通用性。二維相關振動光譜技術是由Noda于1986年提出，1993年對原有理論進行改進發(fā)展而來的，到目前為止，該技術已經被廣泛應用于紅外、近紅外、拉曼、紫外等光譜分析［12，18-22］。本研究利用該技術尋找特征吸收峰（1 703 cm-1）的相關吸收峰［22］。利用Wang Yan等［23］所建立的方法將二維光譜區(qū)域選擇為羰基的特征吸收峰范圍1 900～1 650 cm-1與紅外光譜其他區(qū)域范圍4 000～1 900 cm-1和1 650～400 cm-1進行二維相關分析，先在不同種類的硅膠處理油中尋找特征吸收峰與相關吸收峰的線性關系（相關系數（R）大于0.95），后在不同羰基值食用油（羰基值在0～60 mmol/kg之間）中驗證所選相關吸收峰的可行性，并校正模型以消除基底效應。

1.3.6驗證模型

配制驗證油量，即添加不同含量茴香醛的油脂，并采用涂膜法掃描其紅外光譜，統(tǒng)一光程為0.1 mm。根據特征吸收峰（1 703/1 570 cm-1）和相關吸收峰（3 472/3 348 cm-1）關系及基底效應校正后的模型預測油量中羰基值。同時利用國標法進行檢測，并建立其檢測值與模型預測值的關系，驗證模型預測值與國標法測定值的一致性。

1.3.7盲量驗證

為驗證模型的可靠性和茴香醛作為標準物質表示油脂自然氧化所產生羰基物質的可行性，從市面上采集7 種不同氧化程度的油脂作為盲量油量（不同自然氧化程度的菜籽油、大豆油、亞麻籽油、調和油、以上油脂混合油），分別用模型預測和國標法測定，比較兩種方法測定結果的相關性。

1.4數據分析

通過建立模型預測值與國標法測定值間的線性關系判斷所建方法的可行性。采用相關系數（R）和標準偏差（s）判斷二者相關性和一致性。

2　結果與分析

2.1光譜分析結果

茴香醛在油脂中有較好的溶解性，具有一定的香味、無毒，且分子質量較大，便于配制量品，茴香醛中的C=O基團在1 700 cm-1附近有較強的特征吸收峰［24］。以茴香醛為羰基值標準物質，其與零羰基菜籽油混合油量光譜見圖1。

圖1 不同含量茴香醛和零羰基菜籽油及不同氧化程度油樣光譜Fig.1 Spectra of carbonyl-free rapeseed oils spiked with anisaldehyde and differently oxidized oils

圖1a為油量在4 000～400 cm-1范圍內的光譜，光譜各吸收峰明顯清晰，且光譜范圍1 720～1 470 cm-1的RSN值為0.122 3，可滿足檢測需求。由圖1b可以看出，零羰基菜籽油和添加茴香醛的混合油在C=O振動區(qū)域有共同的吸收峰，分別在1 652 cm-1和1 703 cm-1處。茴香醛為對羥基苯甲醛，官能團有苯環(huán)、醛基和甲氧基，其中苯環(huán)、C—H、C—O、C=O振動區(qū)域分別在1 675～1 500、3 300～2 700、1 300～1 000 cm-1和1 900～1 650 cm-1。茴香醛中C=O振動區(qū)域與茴香醛其他官能團振動區(qū)域重合較少，對羰基值測定影響較小；苯環(huán)和羰基在1 652 cm-1可能有重合吸收，影響羰基值的測定；食用油本身在1 745 cm-1處即有較高吸收，其吸光度均大于5，無法實現定量分析；零羰基食用油在1 703 cm-1處無明顯的吸收，添加茴香醛后有明顯的特征吸收峰（圖1c），且存在明顯的量效關系。由圖1d可以看出，不同氧化程度的食用油光譜在1 720～1 470 cm-1有明顯吸收峰，在1 703 cm-1處有較為明顯的吸收峰，這與C=O振動吸收有關。由此，可選用1 703 cm-1作為羰基值測定的特征吸收峰。

2.2建立模型

油量在1 703 /1 570 cm-1峰高處的吸光度與其羰基值的關系見圖2。油量在1 703/1 570 cm-1處的吸光度與其羰基值線性高度相關，所得模型為y=0.005 4x+0.449 9（其中，x為油量的羰基值/（mmol/kg）；y為油量在1 703 cm-1處的吸光度）。模型的R為0.991 8，且標準偏差為0.013 9 mmol/kg，表明模型可行。

圖2　羰基值檢測模型Fig.2 Linear model for the determination of carbonyl value

2.3校正基底效應

利用二維光譜技術尋找特征吸收峰（1 703 cm-1）的相關吸收峰，后在不同羰基值的油量中進行驗證，表明3 472 cm-1受羰基值的影響較小。7 種不同種類硅膠處理油在特征吸收峰（1 703 cm-1）和相關吸收峰（3 472 cm-1）處的光譜見圖3以及其關系見圖4。

圖3　7 種不同種類的零羰基油脂在1 715～1 690 cm-1（a）和3 500～3 440 cm-1（b）的光譜Fig.3 Spectra in different absorption regions （1 715-1 690 cm-1） and（3 500-3 440 cm-1） of 7 different carbonyl-free oils

圖4　特征吸收峰（1 703/1 570 cm-1）和相關吸收峰（3 472/3 348 cm-1）的關系Fig.4 Relationship between characteristic absorption peak （1 703/ 1 570 cm-1） and relevant absorption peak （3 472/3 348 cm-1）

由圖3a可知，7 種零羰基值的油量在特征吸收峰1 703 cm-1處的吸收強度不同，可能與食用油中脂肪酸組成和碳鏈長度有關，基于菜籽油所建模型不具有通用性，需校正基底效應。利用二維相關振動光譜技術尋找到特征吸收峰（1 703 /1 570 cm-1）的相關吸收峰（3 472/3 348 cm-1），此處吸光度與羰基吸收不相關且?guī)缀醪灰螋驶档牟煌兓?，如圖3b所示，可用于校正模型。圖4為特征吸收峰（1 703/1 570 cm-1）和相關吸收峰（3 472/3 348 cm-1）的線性關系。校正基底效應后所得模型為y=0.005 4x+0.090 9，R=0.991 9，s=0.013 mmol/kg。

2.4驗證模型

分別用國標法和所建方法測定同一組添加不同含量茴香醛的油量，國標法測定值與模型預測值的關系見圖5。

圖5　模型驗證Fig.5 Model validation with nisaldehyde spiked sample

由圖5可知，國標法測定值與模型預測值相關方程的斜率接近于1，截距接近于0，R值大于0.99，說明模型預測值與國標測定值相一致，表明基于涂膜法FTIR技術建立的模型可行。

2.5盲量驗證

分別用模型預測和國標法測定7 種采集的不同種類、不同氧化程度的油脂，涂膜法FTIR建立的檢測方法與國標法測定結果關系如圖6所示。

圖6　盲樣驗證Fig.6 Model validation with blind samples

由圖6可知，盲量驗證中國標法測定值與模型預測值相關方程的斜率接近于1，截距接近于0，R值大于0.99，表明模型預測值與國標測定值十分接近。通過相對偏差計算，其值均小于5%，測定結果符合有關國標規(guī)定，進一步表明方法可行性。

2.6準確度和精密度分析

隨機取5 個量品測定其平均相對誤差，相對誤差范圍為0.4%～4.6%，均小于5%，表明模型具有較高的準確度；采用模型法平行測定量品羰基值6 次，測得羰基值分別為15.75、15.73、15.91、15.80、15.60、16.16 mmol/kg，其相對標準偏差為1.23%，表明模型具有較高的精密度，方法的穩(wěn)定性較好。

3　結 論

茴香醛和菜籽油混合油量在1 703 cm-1處吸光度與羰基值高度線性相關，同時利用二維相關振動光譜技術檢測到特征吸收峰（1 703 cm-1）的相關吸收峰（3 472 cm-1），并建立相關關系以校正模型基底效應。校正后的模型方程為y=0.005 4x+0.090 9；R為0.991 9，s為0.013 mmol/kg；

模型預測值與國標法測定值高度線性相關，所得方程的斜率接近于1，R均在0.99以上，兩種方法測定結果十分接近。表明基于涂膜法FTIR的食用油羰基值模型可行，檢測速度快，其推廣應用前景廣闊。

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Rapid Fourier Transform Infrared Spectroscopic （FTIR） Determination of Carbonyl Value in Edible Oils Using Polyethylene Film

LI Yiwen， CHEN Qian， ZHANG Peng， LI Jing， ZHANG Rui， YU Xiuzhu*
（College of Food Science and Engineering， Northwest A&F University， Yangling 712100， China）

This study aimed to develop a rapid method for the detection of carbonyl value （CV） in edible oils. Anisaldehyde was used as carbonyl reference and gravimetrically added to carbonyl-free rapeseed oil. A series of CV （0-60 mmol/kg）oil samples were determined using polyethylene （PE） film as a spectrum acquisition accessory. A linear relationship between CV and absorbance at the characteristic absorption peak （1 703/1 570 cm-1， peak at 1 703 cm-1and two base points at 1 570 cm-1） was established. However， different types of edible oils exhibited substrate effect， which showed that 1 703 cm-1had variability even among their carbonyl-free samples. To correct the substrate effect， peak absorption at 3 472 cm-1，as evaluated by the 2-D correlation spectroscopy technique， was used as the relevant absorption peak to 1 703 cm-1. Subsequently， a liner relationship between both peak heights was established. Results indicated that there was a highly linear correlation between CV and the absorbance at 1 703 cm-1. The corrected model was y = 0.005 4 x + 0.090 9. with a correlation coefficient （R） of 0.991 9 and standard deviation of 0.013 mmol/kg. Moreover， there was a good relationship between the values obtained from the national standard method and the corrected model， with a slope close to 1， and correlation coefficient of more than 0.99. Thus the PE film-based FTIR method for determination CV in edible oils is workable.

edible oils； Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）； carbonyl value； determination

10.7506/spkx1002-6630-201608041

TS227

A

1002-6630（2016）08-0226-05

2015-07-15

西北農林科技大學國家級大學生創(chuàng)新訓練項目（201410712076）

李易文（1993—），女，本科，主要從事食品質量與安全研究。E-mail：bing96@nwsuaf.edu.cn

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研究。E-mail：xiuzhuyu1004@hotmail.com

引文格式：