固相微萃取技术在食用植物油分析中的应用

吴翠蓉，孙 楠，柴振林，杨 柳，朱杰丽

（1. 浙江工业大学，浙江 杭州 310014；2. 浙江省林产品质量检测站，浙江 杭州 310023）

固相微萃取技术在食用植物油分析中的应用

吴翠蓉1,2，孙 楠1，柴振林2，杨 柳2，朱杰丽2

（1. 浙江工业大学，浙江 杭州 310014；2. 浙江省林产品质量检测站，浙江 杭州 310023）

介绍了固相微萃取（SPME）技术的装置device、原理、萃取模式、影响因素、技术特点和应用范围；概述了SPME技术在植物油溶剂残留、香气组分分析、污染物的测定以及评估植物油氧化程度或氧化稳定性中的应用。关键词：固相微萃取；影响因素；植物油；香气分析；氧化

1 SPME技术介绍

固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)技术是20世纪90年代兴起的一项新型的样品前处理与富集技术，是符合现代色谱分析工作所需的崭新的样品预处理技术，具有无溶剂、简便、经济、效率高、选择性好及实用性强等特点[1]。

1.1 装置、原理及萃取模式

固相微萃取装置类似于一支气相色谱的微量进样器，萃取头是在一根石英纤维上涂上固相微萃取涂层，外套细不锈钢管以保护石英纤维不被折断，纤维头可在钢管内伸缩。操作时，将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待平衡后将直接将固相微萃取针管插入分析仪器进样口，推出纤维头，使用高温热解吸或溶剂洗脱方式解吸出所吸附的目标化合物，被萃取物在汽化室内解吸后，靠流动相将其导入色谱柱，进而直接进行目标组分的定性定量检测[2]。

SPME有3种不同的萃取模式：直接萃取（Direct SPME）、膜保护萃取（membrane-protected SPME）和顶空萃取（Headspace SPME）[3]。直接萃取是将涂有萃取固定相的石英纤维直接插入到样品基质中进行萃取。直接萃取多适用于基质比较干净的半挥发性和不挥发性样品，以免产生严重的基体干扰。当基体比较复杂时，应采用膜保护萃取，以保护萃取固定相不受到损伤。膜保护萃取对难挥发性物质组分的萃取富集更为有利。对于挥发性和半挥发性样品来说，典型的方法就是顶空萃取，即把SPME纤维头置于待测物样品的上部空间，萃取扩散到气相中的待测物质。该方法适合于待测物容易逸出进入上部空间的挥发性特别强的样品[4]。

1.2 影响因素与关键技术

固相微萃取技术的影响因素有：萃取时间、萃取温度、无机盐效应与pH值、衍生化反应的作用、基质的搅拌、纤维表面固定相等[5]。

萃取时间是指待测物在各相中达到平衡所需的时间，与待测物的分配系数、样品基质、扩散速率等因素有关。通常挥发性有机物10 min内即可达平衡；较复杂的基质或半挥发性有机物平衡时间为30 ～ 60 min。

萃取温度直接影响待测物质在各相间的分配系数，决定萃取效率。通过对待测样品适当加热，可加快待测物的扩散速度，缩短萃取平衡时间。但从热力学角度看，涂层吸附是一个放热过程，温度过高反而会使分配系数下降，降低检测灵敏度[6]。因此，实践中应当综合考虑参数条件，使萃取介质温度较高，而萃取纤维表面保持低温，优化得到最佳萃取温度条件。

无机盐效应与pH值对有机物在水中的溶解度有很大影响。样品中添加无机盐，如NaC1、Na2SO4等，利用盐析效应，使样品体系水溶液的离子浓度增大、有机待测物溶解度降低，分配系数提高，从而增加萃取纤维头固定相对待测组分的吸附，提高萃取效率和检测的灵敏度[7]。顶空萃取一般可添加无机盐，但直接萃取时无机盐的存在容易使萃取纤维头损坏。同时添加的盐浓度不能太高，否则反而使体系的粘度增加，影响扩散的速度，产生负效应。适当的调节体系的pH值，可避免液体试样中待测物质的离子化，增加亲脂性，降低有机物在水中的溶解度，增大分配系数，从而提高萃取效率和分析的灵敏度。对于弱酸和弱碱性的化合物，调节体系的PH值是很有必要的，pH值会直接影响其存在的状态。但是同样要注意，pH值过高或过低都会影响固定相涂层的使用寿命[8～9]。

衍生化反应目的是减小极性化合物的极性，如酚、脂肪酸等，可提高其发挥性，增强被固定相吸附的能力[10]。固相微萃取时，可直接向试样中加入衍生剂，或将衍生剂附着于石英纤维固定相涂层上，促进衍生化反应发生。

搅拌基质则是促使待测物分布均匀，增加基质的传递速度，使得体系更快达到分配平衡，待测物加快吸附到涂层纤维上，提高萃取的效率。常用搅拌方式有磁力搅拌、超声振荡等。

固相微萃取技术的关键在于选择不同的石英纤维上的涂层，其目的是要使目标化合物能吸附在涂层上，而干扰化合物和溶剂不吸附[11]。一般根据相似相溶原理进行选择，极性大的待测物质选择强极性的涂层，极性小的选择弱极性的涂层材料。最常用的固相涂层物质是聚甲基硅氧烷（PDMS）和聚丙烯酸酯（PA），前者用于非极性化合物、多环芳烃、芳香烃等，后者则多用于极性化合物如苯酚类化合物。厚膜萃取头如100 m萃取头多适用于易挥发、分子量小的化合物，涂层薄的萃取头如10 m适于较难挥发、分子量大的化合物。涂层越厚，待测组分吸附量越大，检出限越低，灵敏度越高，但所需平衡萃取时间越长，分析速度越慢。中等涂层厚度萃取头的极性或非极性萃取头在综合考虑分析物的极性和挥发性可选择使用。随着SPME的不断发展，新型的涂层材料也不断出现：涂有石墨碳黑的石英纤维表面多孔、热稳定性好、不保留水、吸附容量大；极性涂层材料Omegamax250性能好，干扰峰少；多孔二乙烯基苯聚合物类涂层材料检出限低[12]。

目前，SPME技术已广泛应用于环境、生物、工业、食品、临床医学等诸多领域。固相微萃取技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。如SPME可以对环境中的污染物：农药残留、酚类、醛类、胺类、苯系物、多氯联苯、多环芳烃、脂肪酸、非离子表面活性剂以及有机金属化合物、无机金属离子等进行检测[13～16]。

2 SPME技术在植物油分析中的应用

2.1 溶剂残留的分析

食用植物油生产工艺有两种，一是压榨法，二是浸出法。浸出法是指有机溶剂与粉碎后的油料充分混合，使油脂溶解在溶剂中，然后进行蒸馏，使溶剂和油脂分离。浸出法能极大提高出油率，故广泛应用于菜籽油、大豆油等食用植物油的生产工艺中[17]。然而浸出油中残留溶剂的污染问题也日益严重，当其含量过高时，不但会降低油脂卫生品质，还会给消费者的健康带来危害，因为溶剂内含有的烷烃、环烷烃、烯烃和芳香烃等化合物对人体呼吸中枢等有毒害作用[18]。

常用测定油脂中浸出油溶剂残留方法主要有GB/T5009.37-1996、SN/T 0801.23-2002等顶空气相色谱法，灵敏度较低。蓝芳[19]等采用顶空—固相微萃取—气相色谱法方法进行食用植物油中溶剂残留主要成分正己烷的测定，并对萃取条件进行了优化。选取35 m新型溶胶凝胶富勒烯涂层萃取探头，萃取温度：90℃，平衡时间10 min，解析温度210℃，解析时间3 min。气相条件：DB-5石英毛细管柱（30 m/0.25 mm/0.25 m），进样口210℃，检测器（FID）280℃，柱温50℃保持4 min，以30℃/min升温至200℃，再以4℃/min升温到280℃，保持16 min。该方法的检出限为1.47 g/kg。在相同色谱条件下，该方法的灵敏度较GB/T 5009.37方法高20 ～ 100倍。

Magdalena Ligor等[20]采用固相微萃取气相色谱和静态顶空气相色谱同时测定了测定 16种植物油的残留溶剂：正己烷、丙酮、苯和甲苯。SPME-GC-FID和SHS-GC-FID线性范围分别为0.005 ～ 0.119 mg/kg、0.003 ～ 0.728 mg/kg，相关系数R2≥0.992，前者正己烷的检出限为0.002 4 mg/kg，后者丙酮的检出限为0.002 mg/kg。两种方法测定所得植物油中残留溶剂量的线性回归方程为y = 1.1603x＋0.004，相关系数r = 0.996。

2.2 香气组分分析

芝麻油、油茶籽油、菜籽油、大豆油、花生油等植物油都具有独特而浓郁的香味，而这些油变质后则会有发霉、哈喇等气味。香气是评价植物油质量的一个重要指标，但通常使用的感官评价法受到环境等多种因素限制。

Stefania Vichi[21]利用SPME-GC/MS和SPME-GC/FID检测初榨橄榄油的香气成分，比较四种不同萃取头结果的灵敏性、重现性、检出限等，分离并表征出100多种物质。

李萍萍[22]采用顶空固相微萃取与气相色谱—质谱联用（HS-SPME-GC-MS）测定了 9种芝麻油的挥发性成分，鉴定了164种化合物，确认了其中16种芝麻油重要香气成分，建立了以16种香气物质的相对含量为变量的主成分分析法的芝麻油香气质量评价模型，通过感官评价法对模型评价结果进行检验，结果显示两种方法一致性良好。

刘晓君[23]采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱技术，建立了花生油挥发性成分分析方法。通过单因素分析得出最佳萃取条件为：PDMS-DVB萃取头，搅拌状态，萃取温度50℃，萃取时间40 min，解吸时间5 min。GC-MS初步分析鉴定出花生油挥发性成分有53种，主要是吡嗪、吡啶、呋喃等含氮、氧杂环化合物。固相微萃取法测定植物油中挥发性成分，具有对挥发性成分进行充分的富集，防止杂质干扰的优点[24]。

2.3 植物油中污染物的测定

多环芳烃（PAHs）是煤、石油、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的含多个苯环的芳香族化合物，是重要的环境和食品污染物，属于持久性有机污染物，已被国际癌症研究中心列为致癌物。PAHs广泛分布于环境中，可能存在于我们生活的每一个角落。植物油加工生产工艺的诸多环节中同样可能产生或引入一些污染物，导致植物油中含有例如苯并芘等多环芳烃类污染物[25]。

固相微萃取在植物油中多环芳烃类污染物的测定中同样具有借鉴意义。Giorgia purcaro等[26]采用SPME-GC ×GC-TOF-MS方法测定植物油中16种欧盟关注PAHs。选用15 m Carbopack Z/PDMS萃取头，在室温磁力搅拌下进行直接萃取吸附30 min，再用正己烷作为溶剂洗脱1 min，最后用GC×GC-TOF-MS检测。结果显示16种PAHs检出限为0.1 ～ 1.1 g/kg，回收率34.8% ～ 120.9%。除几种PAHs外，大多数PAHs的重复性和回收率在理想范围，其中苯并芘在2.0 g/kg和20 g/kg加标水平的回收率为100.1%、93%，6次平行测试相对标准偏差为6.8%。综合结果显示，该方法可以满足欧盟2005/10/EC指令对于食用油中苯并芘的质量控制。

邻苯二甲酸酯类是指邻苯二甲酸的酯化衍生物，是塑胶工业中最为常见的塑化剂，在工业中被广泛添加于高分子塑胶产品的生产，如聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、泡棉、胶合剂、涂料、油墨中等。塑化剂被称为工业环境荷尔蒙，危害特别大，能干扰生殖、发育，增加癌症风险。中国优先污染物黑名单中包括：邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二正丁酯和邻苯二甲酸二辛酯[27]。自2011年3月台湾塑化剂事件以来，人们对于食品中塑化剂含量的关注度越来越高。

Katerina Holadova等[28]采用HS-SPME-GC测定植物油中的6种邻苯二甲酸酯。取1 g油样，加入1 mL甲醇作为基质改进剂，磁力搅拌，平衡温度40℃，100 m PDMS萃取头顶空萃取20 min。6种邻苯二甲酸酯线性范围0.5 ～ 2mg/kg，相关系数R2= 0.970 ～ 0.999，在2 mg/kg加标水平，5次平行相对标准偏差为14% ～ 23%。

2.4 评价植物油氧化程度或氧化稳定性

植物油大多含有丰富的不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等，这些不饱和脂肪酸对于促进人体生长和健康非常重要。由于不饱和脂肪酸对人体的诸多益处，评价食用植物油氧化程度或氧化稳定性对于人类健康具有重要意义。

不饱和脂肪酸发生氧化后，生成不稳定的初期产物过氧化物，再经过许多复杂的分裂和相互作用，产生二级产物，最终形成小分子挥发性物质，如醛、酮、酸、醇、环氧化物或聚合成聚合物[29]。通常用于判断植物油氧化程度的手段有测定色、黏度、过氧化值、酸价、TBA值、碘价等项目，已评价油脂的变质情况[30]。由于过氧化物的不稳定性，一些项目存在一定的主观性和较大的误差，利用更精密仪器测定过氧化物最终产物含量变化来判断植物油氧化程度，准确度更高，而SPME技术以其简单、快速、高效、无溶剂特点，倍受青睐。

Gtilgfin Yildiz Tiryak[31]利用HS-SPME/GC技术，通过测定亚油酸的二级氧化产物乙醛含量变化，判断大豆油氧化程度。优化得到最佳实验条件：Car-PDMS萃取头；50℃下热平衡30 min，吸附时间5 min，解析温度210℃，解析时间3 min。气相条件：DB-1701石英毛细管柱（15 m/0.32 mm/1 m）；进样口230℃；检测器250℃；柱温40℃保持2 min，以10℃/min升温至80℃，保持4 min；载气流量1.5 mL/min；不分流进样。重复11次，方法CV = 6.13%，在过氧化值为10 ～ 18 meq/kg范围，乙醛含量与过氧化值呈线性相关。

A. Beltrán等[32]利用SPME-GC-MS和ATR-FTIR监测杏仁油氧化进程，研究中将杏仁油分别置于100℃烤箱1、3、5、7、10、15、20 d，模拟杏仁油氧化过程，用SPME-GC-MS技术测定杏仁油氧化后的挥发性化合物，选取己醛、反-2-庚烯醛、壬醛等七种主要醛类评估杏仁油氧化稳定性，发现氧化时间不同，七种醛类含量有明显变化，并以ATR-FTIR加以方法验证，证实HS-SPME-GC-MS是测定杏仁油氧化后挥发物的宝贵方法。

3 小结

SPME分析技术在油脂分析领域是一项快速、稳定、高效的新型检测技术，对挥发性成分分析，残留溶剂检测、通过挥发物测定判断油脂氧化程度等都很有借鉴意义，具有灵敏、快速、高重现性等特点，萃取条件温和、过程环保，减少了传统方法如溶剂萃取等引起的二次污染，在分析微量、痕量组分中有着无可比拟的优势。近几年来，随着联用技术的发展，越来越多国内外研究人员利用SPME预处理技术来分析植物油中多种化合物，并取得很大进展。更多新型涂层材料制作的萃取头的研制开发，包括适用于油脂分析的萃取头的研发，也将使得SPME技术在更多关于植物油组分及食用植物油掺杂等的研究上不断发挥出重要作用。

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Application of SPME in Analysis of Edible Vegetable Oil

WU Cui-rong1,2，SUN Nan1，CHAI Zhen-lin2，YANG Liu2，ZHU Jie-li2
（1 Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China; 2. Zhejiang Forest Product Quality Testing Station, Hangzhou 310023, China）

Solid phase microextraction (SPME) is a new technology for pretreatment. Introduction was made on device, principles, extraction technology, influence factors, technical features and application of SPME. Presentations were made on application of SPME in determination of solvent residues, aroma compositions and contamination in plant oil and assessment of its oxidation progress and stability.

SPME; influence factors; vegetable oil; aroma analysis; oxidation

S786

B

1001-3776（2013）03-0085-05

2012-11-10；

2013-01-10

浙江省农产品安全标准与检测技术重点创新团队项目（2010R50028）

吴翠蓉（1985－），女，江西上饶人，硕士生，从事色谱技术及其应用研究。