靜態(tài)頂空與頂空固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定食用油中正己醛含量比較

周瑋婧,江小明，王 澍

(武漢食品化妝品檢驗(yàn)所,湖北武漢 430000)

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靜態(tài)頂空與頂空固相微萃取-氣相色譜法測(cè)定食用油中正己醛含量比較

周瑋婧,江小明*，王 澍

(武漢食品化妝品檢驗(yàn)所,湖北武漢 430000)

分別采用靜態(tài)頂空(SHS)及頂空固相微萃取技術(shù)(HS-SPME)與氣相色譜聯(lián)用來(lái)分析食用油中的正己醛的含量。SHS中選用的提取溫度和時(shí)間為130 ℃和15 min,HS-SPME中用85 μm Carboxen/PDMS萃取頭,在130 ℃萃取15 min。通過(guò)同一濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)比較兩種方法的線性、精密度、準(zhǔn)確度和檢出限。結(jié)果表明:兩種方法在0.00～1.00 μg/g范圍內(nèi)都具有良好的線性,標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)都在0.999以上,SHS法的結(jié)果穩(wěn)定,重現(xiàn)性好,加樣回收率為98.63%～100.02%,RSD為0.74%～2.92%,結(jié)果優(yōu)于HS-SPME法。且SHS法的檢出限(5.3 ng/g)也低于HS-SPME法(31.5 ng/g)。采用F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)兩種方法的測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異,綜合比較來(lái)看,采用SHS法測(cè)定更合理準(zhǔn)確,節(jié)約成本,在實(shí)驗(yàn)室分析油脂中正己醛含量的測(cè)定中可優(yōu)先考慮SHS前處理法。

靜態(tài)頂空,頂空固相微萃取,氣相色譜,食用油,正己醛

油脂中脂肪酸容易受氧、水、光、熱、微生物等的作用發(fā)生水解或氧化,發(fā)生酸敗變質(zhì),分解為甘油和游離脂肪酸,或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成氫過(guò)氧化物和自由基,再依次形成短鏈脂肪酸、醛類、酮類等物質(zhì)。這種酸敗產(chǎn)生的大量自由基會(huì)促進(jìn)機(jī)體衰老,產(chǎn)生的氫過(guò)氧化物具有潛在的致癌性,產(chǎn)生的異味揮發(fā)性產(chǎn)物能夠危害人體健康[1-2]。正己醛是一種常見的揮發(fā)性油脂氧化分解產(chǎn)物,其含量在揮發(fā)性物質(zhì)中所占的比例最大,正己醛雖然易揮發(fā),但不容易進(jìn)一步分解,有文獻(xiàn)報(bào)道,可以通過(guò)分析醛類次級(jí)氧化分解小分子揮發(fā)性產(chǎn)物來(lái)評(píng)價(jià)油脂的氧化程度,油脂中己醛含量越高,氧化程度越大[3]。在深度氧化過(guò)程中,正己醛的測(cè)定比傳統(tǒng)氧化評(píng)估指標(biāo)更加可靠。油脂氧化程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要使用滴定法評(píng)價(jià)如酸價(jià)、碘值、過(guò)氧化值等一級(jí)產(chǎn)物,而對(duì)醛、酮類等氧化二級(jí)揮發(fā)性產(chǎn)物的分析與鑒定主要有高溫裂解槽、動(dòng)態(tài)頂空吸附-熱脫附法、固相微萃取法、吹掃捕集法和靜態(tài)頂空等預(yù)處理方法與氣相色譜法結(jié)合的技術(shù)。其中靜態(tài)頂空(SHS)法分析是一種非濃集型的氣體分析方法,揮發(fā)性物質(zhì)在頂空氣相中達(dá)到一定的濃度時(shí),即可進(jìn)行分析;頂空-固相微萃取(HS-SPME)法是將萃取頭置于頂空氣體中一段時(shí)間,待平衡后將萃取頭取出插入氣相色譜進(jìn)樣口,熱解吸涂層上吸附的物質(zhì)[4-5]。這兩種前處理方法均可避免在去除溶劑時(shí)引起揮發(fā)性物質(zhì)的損失,也可降低共提取物引起的噪聲,對(duì)于樣品中微量揮發(fā)性有機(jī)物的分析,具有很高的靈敏度和更快的分析速度。目前已有文獻(xiàn)報(bào)道采用靜態(tài)頂空-氣質(zhì)法測(cè)定正己醛,且有出入境檢驗(yàn)檢疫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SN/T 3626-2013 出口食用油中正己醛含量的測(cè)定頂空固相微萃取氣相色譜法》[6]測(cè)定油脂中的正己醛含量,但并未有報(bào)道關(guān)于使用靜態(tài)頂空-氣相色譜法測(cè)定正己醛含量以及這兩種前處理方法的比較的資料。本文優(yōu)化了SHS法與HS-SPME法兩種技術(shù)結(jié)合氣相色譜測(cè)定食用油中正己醛的分析條件,并對(duì)這兩種方法進(jìn)行比較,旨在為油脂的正己醛含量研究提供技術(shù)指導(dǎo),探討一種前處理簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)方法,從多方面評(píng)價(jià)食用油中脂類物質(zhì)的氧化程度以及食用油的酸敗程度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

乙醚 分析純,青島精科儀器試劑有限公司;正己醛標(biāo)準(zhǔn)品,CAS:66-25-1,純度97.7%,Dr. Ehrenstorfer。

Agilent 7890B氣相色譜儀:配備毛細(xì)管柱分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng),FID檢測(cè)器;Agilent 7697A頂空進(jìn)樣器:配20 mL頂空瓶,聚四氟乙烯薄膜的膠塞密封墊;Supelco公司的固相微萃取裝置:配85 μm Carboxen/PDMS(聚二甲基硅氧烷)纖維萃取頭,磁力攪拌器,電子分析天平。

1.2 靜態(tài)頂空-氣相色譜分析

1.2.1 頂空條件 準(zhǔn)確稱取5 g試樣(準(zhǔn)確到0.0001 g)置于頂空瓶中,頂空瓶口加熱溫度130 ℃,定量管溫度135 ℃,傳輸氣路溫度140 ℃,平衡時(shí)間15 min;增壓時(shí)間0.15 min,進(jìn)樣時(shí)間1 min。

1.2.2 氣相條件 色譜柱:HP-5毛細(xì)管色譜柱(0.25 μm,0.25 mm,30 m),載氣:氮?dú)?99.999%),流速:2.0 mL/min,進(jìn)樣口溫度:240 ℃,分流比20∶1;檢測(cè)器(FID):300 ℃,氫氣:40 mL/min,空氣:400 mL/min;進(jìn)樣體積:1 mL。柱溫箱程序升溫:40 ℃為初始溫度,保持6 min,以5 ℃/min升溫至60 ℃,不保留,繼續(xù)以30 ℃/min升溫至280 ℃,保持2 min。

1.3 固相微萃取-氣相色譜分析

1.3.1 固相微萃取條件 準(zhǔn)確稱取5 g試樣(準(zhǔn)確到0.0001 g)置于20 mL的帶有聚四氟乙烯密封塞的頂空瓶中,震蕩溶解,加入轉(zhuǎn)子。推出Carboxen/PDMS纖維萃取頭(萃取頭距樣品表面約1 cm),萃取溫度為130 ℃,時(shí)間為15 min。取出固相微萃取針迅速插入氣相色譜進(jìn)樣口中,解吸3 min并進(jìn)行色譜分析。纖維頭在使用前先在GC進(jìn)樣口250 ℃處理40 min。

1.3.2 氣相條件 參照靜態(tài)頂空法的氣相色譜條件,調(diào)整分流比1∶10,其余不變。

1.4 結(jié)果計(jì)算

1.4.1 正己醛標(biāo)準(zhǔn)曲線 用正己醛標(biāo)準(zhǔn)品和乙醚配制成100.0 mg/L的正己醛標(biāo)準(zhǔn)溶液,于(0～4 ℃冰箱中避光保存)。分別稱量5 g(準(zhǔn)確到0.0001 g)5個(gè)新榨的大豆油樣品作為基底油,放入頂空進(jìn)樣瓶中。用微量注射器分別加入正己醛標(biāo)準(zhǔn)溶液(1、2.5、5、10、25、50 μL),含量分別為0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0 μg/g,用鋁帽和密封墊密封后,小心渦旋震蕩密封瓶,使物質(zhì)充分混合。將配制好的標(biāo)準(zhǔn)溶液上機(jī)分析后,以正己醛含量(μg)為橫坐標(biāo),峰面積(Pa)為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.2 樣品處理與測(cè)定 準(zhǔn)確稱取5 g試樣(準(zhǔn)確到0.0001 g)置于頂空瓶中,放上硅橡膠密封墊和鋁制鉗口蓋,用手動(dòng)封蓋器密封,在與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的色譜條件下進(jìn)行測(cè)定,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品中正己醛的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理?xiàng)l件的確定

本文考察了不同平衡溫度與平衡時(shí)間對(duì)靜態(tài)頂空法分析靈敏度的影響,結(jié)果表明:隨著平衡溫度升高,體系中的蒸汽壓相應(yīng)增大,即氣相中揮發(fā)性組分含量相應(yīng)增高,正己醛峰面積響應(yīng)值增加,有利于提高檢測(cè)靈敏度[7]。但溫度過(guò)高,使雜質(zhì)的揮發(fā)量也增加,也容易使本底物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),甚至容易引起頂空系統(tǒng)泄漏,由于正己醛沸點(diǎn)為127.6 ℃,故實(shí)驗(yàn)中選用平衡溫度為130 ℃。有資料顯示,大部分揮發(fā)物在靜態(tài)頂空條件下,組分在兩相中分配通常在5～15 min可達(dá)到平衡,長(zhǎng)時(shí)間受熱可能導(dǎo)致油脂基質(zhì)分解[8],故實(shí)驗(yàn)中選用平衡時(shí)間為15 min。在頂空-固相微萃取法分析中,參考SN/T 3626-2013的色譜條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn),由于正己醛屬于非極性物質(zhì),因此選擇85 μm Carboxen/PDMS萃取頭具有較好的提取效果,且由于15 min的萃取時(shí)間能夠滿足大多數(shù)分析物質(zhì)的需要,參考靜態(tài)頂空平衡條件,在130 ℃下吸附15 min,進(jìn)行氣相色譜分析。

2.2 采用兩種前處理的色譜圖比較

分別采用兩種前處理方法富集食用油中的正己醛,經(jīng)氣相色譜分析后色譜圖見圖1。其中圖1-a為采用HS-SPME法測(cè)定的油脂中正己醛加標(biāo)(濃度為0.05 μg/g)色譜圖,圖1-b則是采用SHS法測(cè)定正己醛加標(biāo)(濃度為0.05 μg/g)色譜圖,如圖所示,正己醛均能得到很好的分離,正己醛的理論塔板數(shù)分別為13269和39096。結(jié)果顯示且在SHS法分析時(shí),目標(biāo)物質(zhì)附近沒有雜峰干擾,且正己醛色譜峰型尖銳,對(duì)稱因子為1.09;而在HS-SPME法分析情況下正己醛峰型有拖尾,對(duì)稱因子為0.85;但檢測(cè)出的組分種類相對(duì)較多。綜合分析可知,使用SHS法分析食用油中正己醛效果更為理想。

圖1 油脂中正己醛的氣相分析色譜圖Fig.1 Chromatogram of the hexanal in edible oils

2.3 線性范圍、檢測(cè)限的比較

在基底油中加入己醛標(biāo)準(zhǔn)品,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,SHS法與HS-SPME法測(cè)定正己醛,含量在0.00～1.00 μg/g范圍內(nèi)均呈良好的線性關(guān)系,回歸方程分別為Y=655.749X-8.126,R2=0.9992和Y=728.134X-5.175,R2=0.9993,由此可見,兩種方法線性關(guān)系良好,R2均能夠達(dá)到0.999;但兩種方法標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸系數(shù)不同,SHS回歸系數(shù)為655.749,而HS-SPME法的回歸系數(shù)為728.134,說(shuō)明SHS法的靈敏度優(yōu)于HS-SPME法。在色譜分析中,以基線噪音的3倍所對(duì)應(yīng)的濃度為方法的檢出限,在本實(shí)驗(yàn)條件下SHS法測(cè)定正己醛的檢出限為5.3 ng/g,而HS-SPME法測(cè)定正己醛的檢出限為31.5 ng/g,高于SHS法。

表1 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Table 1 Results of recovery test

測(cè)定方法樣品含量(μg/g)添加量(μg/g)測(cè)定量(μg/g)回收率(%)RSD(%)靜態(tài)頂空法00560010065±00029863±2591910056010155±00019968±0642920056020256±000310002±103074固相微萃取法00560010064±00029766±3413200056010156±000210040±1143580056020256±000410005±148115

SHS法是采用亨利定律,在一定溫度下,油脂中揮發(fā)性物質(zhì)的檢測(cè)成分即油液面上濃度對(duì)應(yīng)氣體壓力平衡時(shí)密閉頂空瓶中的揮發(fā)氣體成分,而固相微萃取是依照萃取頭上涂層極性的差異有選擇的富集揮發(fā)性物質(zhì),是對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行在線濃集,但存在著SPME纖維涂層選擇性、使用壽命等方面的局限[12-13]。綜合本研究來(lái)看,在分析油脂中正己醛等氧化產(chǎn)物時(shí),采用SHS法測(cè)定油脂中正己醛含量能得到更準(zhǔn)確的信息,而且SHS法有著簡(jiǎn)便快捷,自動(dòng)化程度高、樣品消耗量少、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此,正己醛作為判定食用油氧化酸敗程度的穩(wěn)定指標(biāo),可以使用SHS法更適用于食用油中正己醛的含量測(cè)定,并為在實(shí)驗(yàn)室大批量檢測(cè)油脂,進(jìn)一步控制食用油質(zhì)量,完善質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

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2.4 重復(fù)性比較

重現(xiàn)性反映了分析方法或測(cè)量系統(tǒng)存在的隨機(jī)誤差的大小,測(cè)試結(jié)果的隨機(jī)誤差越小,測(cè)試的精密度越高,重現(xiàn)性越好[9]。通常用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示方法的重現(xiàn)性,取同一批次樣品準(zhǔn)確稱取5 g(準(zhǔn)確到0.0001 g),各制備7份樣品,分別按SHS法與HS-SPME法進(jìn)行7次重復(fù)實(shí)驗(yàn),測(cè)得樣品中正己醛含量的平均值分別為0.064 μg/g和0.063 μg/g。計(jì)算兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差,SHS法所測(cè)數(shù)據(jù)RSD為0.40%,而HS-SPME法所測(cè)數(shù)據(jù)RSD為2.14%,結(jié)果表明兩種方法正己醛含量測(cè)定重復(fù)性實(shí)驗(yàn)均可滿足分析測(cè)試要求,但SHS法測(cè)定正己醛結(jié)果的重現(xiàn)性與穩(wěn)定性優(yōu)于SPME法。

2.5 精密度比較

精密稱取同一批已知含量的樣品(含正己醛0.056 μg/g)5 g(準(zhǔn)確到0.0001 g)置頂空進(jìn)樣瓶中,迅速向瓶?jī)?nèi)分別添加低(0.01 μg/g)、中(0.10 μg/g)、高(0.20 μg/g)3個(gè)濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液(n=5),分別按照SHS法和HS-SPME法測(cè)定食用油中正己醛含量,計(jì)算回收率。由表1可見,SHS法測(cè)定食用油樣品不同水平的加樣回收率為98.63%～100.02%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.74%～2.92%;HS-SPME法測(cè)定食用油樣品不同水平的加樣回收率為97.66%～100.40%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.15%～3.58%,兩種方法測(cè)定樣品的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均較理想,均能滿足微量分析的要求,但總體來(lái)看SHS法分析結(jié)果優(yōu)于HS-SPME法。

2.6 兩種方法測(cè)定結(jié)果比較

選7種不同市售食用油樣品,分別按照SHS法和HS-SPME法進(jìn)行測(cè)定其正己醛含量,并用F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)兩種不同方法測(cè)定結(jié)果是否有差異,結(jié)果見表2,統(tǒng)計(jì)量F=1.09小于顯著水平α=0.05的F臨界值5.050,兩種測(cè)定方法結(jié)果方差無(wú)顯著性差異;統(tǒng)計(jì)量t=0.0035小于顯著水平α=0.05 的t雙尾臨界值為2.228,即兩種不同分析方法結(jié)果無(wú)差異。兩種測(cè)定方法的結(jié)果相近,但HS-SPME法的結(jié)果稍低于SHS法,可能是由于HS-SPME法的靈敏度低于SHS法,對(duì)測(cè)定結(jié)果造成一定影響[10]。

表2 兩種分析方法結(jié)果比較(F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn))

Table 2 Compared to the result of two methods(Analysis of Variance and T Test)

樣品編號(hào)SHS法結(jié)果(μg/g)HS-SPME法結(jié)果(μg/g)100640065201220121301040104401360133500860086600500053701360136

注:方差分析F=1.09,顯著水平α=0.05的F臨界值為5.050;t 檢驗(yàn)t=0.0035,顯著水平α=0.05 的t 雙尾臨界值為2.228。

3 結(jié)論

為了更準(zhǔn)確的測(cè)定食用油中正己醛的含量,為衡量油脂氧化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù),本文分析比較了測(cè)定食用油中正己醛的兩種方法。通過(guò)分析數(shù)據(jù)可以看出,采用SHS法和HS-SPME法測(cè)定食用油中的正己醛含量準(zhǔn)確可靠,方法學(xué)研究均符合要求[11],但SHS法的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度與靈敏度均優(yōu)于HS-SPME法。

Comparison of determination of hexanal in edible oils by static headspace and headspace-SPME method

ZHOU Wei-jing,JIANG Xiao-ming*,WANG Shu

(Wuhan institute for food and cosmetic control,Wuhan 430000,China)

TwomethodsfordeterminationofhexanalinedibleoilswereanalyzedbyStaticHeadspace(SHS)andHeadspace-SolidPhaseMicroextraction(HS-SPME)respectively.Thehexanalwerequantitativelyanalyzedbythegaschromatography(GC).HS-SPMEandSHSwerecomparedintermsoflinearresponse,precision,accuracy,anddetectionlimit.Theresultsshowedthatbothtwomethodshadgoodlinearcorrelationbetween0.00and1.0μg/g,thecoefficientwereabove0.999.Atthesametime,theresultofSHShadgoodstability,reproducibilityandsamplerecoverywith98.63%～100.02%andRSDwas0.74%～2.92%,whichwasbetterthanthatoftheHS-SPME.AndthedetectionlimitofSHS(5.3ng/g)waslowerthanSPME(31.5ng/g).Therewerenosignificantdifferencebetweenthetwomethods,However,theSHSwasmorereliableandaccurate,itcouldbeconsideredastheoptimummethodfortheanalysisthecontentsofhexanalinedibleoilswhenappliedinthelab.

SHS;HS-SPME;GC;edibleoils;hexanal

2016-04-01

周瑋婧(1985-)，女，碩士，工程師，研究方向：食品安全，E-mail:elfinlife221@163.com。

*通訊作者:江小明(1970-)，女，本科，高級(jí)工程師，主要從事食品分析方面的研究工作，E-mail:944703609@qq.com。

TS207.3

A

1002-0306(2016)19-0311-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.052