基于紫外光谱的食用油酸值检测

王 宁，高 媛，于修烛*，徐立荣

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

基于紫外光谱的食用油酸值检测

王 宁，高 媛，于修烛*，徐立荣

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100）

为实现食用油酸值的快速准确检测，利用游离脂肪酸与邻苯二甲酰亚胺钾快速反应生成邻苯二甲酰亚胺以及邻苯二甲酰亚胺在紫外光谱290 nm波长处有特征吸收峰的原理，建立食用油酸值检测模型，不同酸值的验证样品及盲样对模型进行验证，并与滴定法进行比较分析。结果表明：模型预测酸值与滴定法所得酸值结果非常相近，决定系数（R2）均大于0.99，表明模型预 测效果好且不受油脂种类的影响；模型预测酸值相对误差范围为0.22%～6.87%，相对标准偏差为1.34%，说明该模型具有较高的准确度和精确度。因此，利用紫外光谱对食用油酸值检测的方法是可行的。

食用油；酸值；紫外光谱；测定

油脂在加工和贮藏过程中，由于水分、温度、光、脂肪酶等因素的作用会发生酸败变质，油脂逐步水解成甘油和游离脂肪酸[1]，从而降低油脂的营养价值[2-3]。食用油中游离脂肪酸的含量一般以酸值或酸价的形式表示，酸值是评价食用油品质好坏和加工工艺合理与否的重要安全性指标之一，以中和l g食用油中的游离脂肪酸所消耗氢氧化钾的毫克数来表示[4-7]。目前，食用油酸值的测定方法有：酸碱滴定法[8]、试纸法[9-10]、比色法[11]、电位滴定法[12-14]、伏 安法[15-16]、近红外和中红外光谱法[1,17-19]等，其中GB/T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》中热乙醇测定法是最主要的测定方法，其实质为酸碱滴定法，但易受油样本身颜色或在中性乙醚-乙醇混合液中反应产生浑浊的影响，难以判别指示终点而导致测定误差大[20]。同时，测定所需油脂样品量大，滴定耗时长，结果易受外界影响，灵敏度和精确度较低[21]，难以满足食用油酸值的简便、快速、准确检测的要求[22]。

为提高酸值的检测精度和速度，Al-Alawi等[23]利用邻苯二甲酰亚胺钾与食用油中的游离脂肪酸反应生成邻苯二甲酰亚胺和相应脂肪酸盐的原理，基于近红外光谱建立食用油酸值测定方法，取得了很好的结果，但所用仪器价格昂贵，限制了其广泛应用。紫外光谱（ultraviolet，UV）作为一种常用检测手段，具有分析快速、精确度高、仪器价格低廉等特点，被广泛应用于食品、医药、环境等领域[24-25]。本实验以常见食用油为原料，双光束紫外分光光度计为检测工具，利用邻苯二甲酰亚胺钾与食用油中的游离脂肪酸反应生成邻苯二甲酰亚胺，基于紫外光谱建立酸值测定方法，以期为食用油酸值快速检测方法的建立提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

菜籽油、花生油、芝麻油、橄榄油、苦杏仁油、谷物调和油、玉米油、葵花籽油、山茶油、大豆油、鱼油等食用油均为市购。

正丙醇、氢氧化钾、乙醚、无水乙醇（均为分析纯）天津博迪化工公司；邻苯二甲酰亚胺钾（分析纯） 美国Sigma公司；配制邻苯二甲酰亚胺钾-正丙醇溶液（10 g/L），临用前配制并用磁力搅拌器保持搅拌待用。

1.2 仪器与设备

UV-2550型双光束紫外分光光度计 日本岛津公司。1.3 方法

1.3.1 化学计量分析

弱碱邻苯二甲酰亚胺钾可以与游离脂肪酸反应形成邻苯二甲酰亚胺和相应的脂肪酸盐，无其他副产物，避免中性油发生皂化反应。采集样品在240～340 nm波长处的紫外光谱，得到邻苯二甲酰亚胺的特征吸收峰。测定是基于邻苯二甲酰亚胺钾能与食用油中的游离脂肪酸快速反应生成邻苯二甲酰亚胺，其化学计量反应式如下[23]：

1 mol邻苯二甲酰亚胺钾（相对分子质量为185.22）能使1 mol游离脂肪酸转化成脂肪酸盐，同时产生1 mol邻苯二甲酰亚胺（相对分子质量为147.13）。在一定温度条件下，依据上述计量反应，生成的邻苯二甲酰亚胺的含量与食用油中游离脂肪酸成正相关，因此可通过邻苯二甲酰亚胺的特征吸收间接检测食用油中的酸值。

1.3.2 标样和验证样品的制备

1.3.2.1 校正集样品

称取 零酸值菜籽油4.000 g（零酸值菜籽油是通过活化硅胶柱除去游离脂肪酸等物质获得不含游离脂肪酸的油样，并用GB/T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》滴定法测定确认，酸值为未检出，下同）与正己酸混合配制成0～3 mg/g酸值（以油酸计，下同）的标准油样，将标准油样与正丙醇等比例混合均匀得到混合液，移取3 mL上述混合液分别与3 mL邻苯二甲酰亚胺钾-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，离心取上清液稀释20 倍配制成标准样品液和参比液。

1.3.2.2 验证集样品

称取油样4.000 g，油样与正丙醇等比例混合得到混合液，3 mL上述混合液分别与3 mL邻苯二甲酰亚胺钾-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，离心取上清液稀释20 倍配制成验证样品溶液和参比液。配制2 个系列油样来验证模型，一个样品集的酸值介于0～2 mg/g之间，用高酸值的菜籽油（酸值约2 mg/g）与零酸值菜籽油按照比例混合配制而成；另一个样品集的酸值介于0～1 mg/g之间，用花生油（酸值约1 mg/g）与零酸值菜籽油按照一定比例混合配制而成；从市场上随机抽取11 个不同种类的油样进行盲样验证分析。

1.3.3 光谱采集条件

采集条件：采样间隔2 nm；扫描速度为中等；光谱带宽2.0 nm；波长范围240～340 nm；每个样品扫描3 次。

1.3.4 分析过程

在室温（25 ℃左右）条件下，称取油样4.000 g正丙醇等比例混合得到混合液，移取3 mL上述混合液分别与3 mL邻苯二甲酰亚胺钾-正丙醇溶液（10 g/L）和3 mL正丙醇混合后，离心取上清液稀释20 倍配制成样品液和参比液，采集样品的紫外光谱，测定290 nm波长处的吸光度，根据所建模型，计算出该油样的酸值。

1.3.5 酸值测定

参照GB/T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》[26]。

2 结果与分析

2.1 光谱分析

为确定邻苯二甲酰亚胺的特征吸收峰，采集酸值为0、0.6、1.0、1.4、1.8、2.2、2.6、3.0 mg/g标准样品在240～340 nm波长范围内紫外光谱，其光谱如图1所示。

图1 标准样品的紫外光谱Fig.1 UV spectra of standard samples

由图1可以看出，零酸值菜籽油与正己酸混合配制成0～3 mg/g酸值的标准样品均在290 nm波长处有特征吸收。零酸值的标准样品在290 nm波长处的吸光度最小，随着酸值的 增加，290 nm波长处吸光度呈上升趋势。因此，可以选择290 nm波长处吸光度变化来衡量食用油中的游离脂肪酸与邻苯二甲酰亚胺钾生成邻苯二甲酰亚胺的情况，通过邻苯二甲酰亚胺生成量来表征食用油中的酸值。

2.2 模型建立

采用零酸值菜籽油与正己酸混合配制成0～3 mg/g左右酸值的标准油样，样品进行分析处理，采集紫外光谱。得出标准油样酸值与吸光度具有线性关系为y=3.948 2x+0.097 5，R2为0.995 4，相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）为0.055 3，表明模型线性关系良好。

2.3 模型验证

2.3.1 相同种类油脂验证

用高酸值的菜籽油（酸值约2 mg/g）与零酸值菜籽油按照比例混合配制成酸值介于0～2 mg/g之间的样品集，利用酸值模型来预测油样酸值，并用滴定法对应测定其酸值，结果如图2所示。

图2 预测值与实测值的关系Fig.2 Good linear relationship between the true and predicted acid values of mixtures of rapeseed oils with high and zero acid values

由图2可以看出，方程斜率接近于1，截距接近于0，R2为0.994 2，表明紫外法预测酸值结果与滴定法测定结果高度线性相关。P为0.778大于0.05，两者间无显著性差异，模型预测性好。

2.3.2 不同种类油脂验证

图3 紫外光谱法预测值和滴定法实测值与花生油加量关系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（酸值约1 mg/g）与零酸值菜籽油按照比例混合配制成酸值介于0～1 mg/g之间的样品集，样品集中花生油所占体积分数分别为0.0%、12.5%、25.0%、37.5%、50.0%、62.5%、75.0%、100%，利用酸值模型预测油样酸值，并用滴定法平行对应测定其酸值，结果如图3所示。

由图3可以看出，2 种方法测定的酸值与花生油含量呈线性相关，R2值均大于0.99。相关方程表明，它们有相似的斜率，2 种方法的 测定结果基本一致。滴定法RSD为0.031 3，紫外光谱法RSD为0.026 2，紫外光谱法的RSD低于滴定法，说明紫外光谱法重复性好于滴定法。同时也表明不同种类油脂混合对模型基本没有影响。

2.3.3 盲样验证

为进一步研究油脂种类对模型的影响，选取11 种不同的油脂用模型预测酸值，并用滴定法对应测定其酸值，其结果见图4。

图4 油脂种类对紫外光谱法和滴定法测定结果的影响Fig.4 Good agreement of acid values of different types ofoils determined by UV and titration

由4可以看出，2 种方法测定结果线性相关性良好，R2为0.997 8，RSD为0.014 5。方程斜率接近1，截距接近于0，说明2 种方法测定结果非常接近，同时也表明模型不受油脂种类的影响。

2.4 准确度和精密度分析

为确定方法的准确度和精密度，对盲样预测集值和实测值进行配对t检验，其t值为0.15，小于临界值t0.05（10）= 2.228，P值为0.883大于0.05，所以预测集值和实测值没有显著性差异，表明可以利用紫外光谱法快速测定食用油中的酸值。随机取5 个样品测定其平均相对误差，其相对误差范围为0.22%～6.87%，均小于10%，表明模型具有较高的准确度；对菜籽油进行5 次光谱扫描，由模型获得各组分含量的预测值，并得到5 次测量结果的RSD，酸值的RSD为1.34%，表明方法重复性较好。

3 结 论

利用邻苯二甲酰亚胺钾与游离脂肪酸的定量反应以及产物邻苯二甲酰亚胺在紫外光谱290 nm波长处有特征吸收峰的原理，建立了食用油酸值检测模型y=3.948 2x+ 0.097 5，R2为0.995 4、RSD为0.055 3，说明建立的模型线性关系良好。分别采用不同酸值的验证样品及盲样对模型进行验证并与滴定法进行比较分析，结果表明2 种方法测定的酸值非常接近，无显著性差异，模型预测效果好，不受油脂酸值和种类的影响；模型预测酸值相对误差范围为0.22%～6.87%，RSD为1.34%，说明模型有较高的准确度和精确度。采用紫外光谱测定食用油酸值的方法是可行的。

[1] 于修烛, 张静亚, 李清华, 等. 基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测[J]. 农业机械学报, 2012, 43(9): 150-154; 159.

[2] 华红慧, 林燕奎, 韩瑞阳, 等. 油脂中酸值测定方法的比较[J]. 中国油脂, 2006, 31(9): 56-58.

[3] 陆浩, 毕艳兰, 赵紫薇, 等. 油脂检测技术的发展现状[J]. 中国油脂, 2009, 34(4): 1-6.

[4] 陈洁, 金华丽, 李建伟. 油脂化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004: 83-215.

[5] 李书国, 陈辉, 李雪梅, 等. 食用油酸价分析检测技术研究进展[J].粮油食品科技, 2008, 16(3): 31-33.

[6] 郝小波. 植物油酸价测定新方法的研究[J]. 黑龙江科技信息, 2008(1): 18.

[7] 张书健. 浅谈食用植物油酸价的几种检验方法[J]. 现代经济信息, 2012(5): 266.

[8] 戚承星, 陈昌兰. 食用植物油酸价测定方法的探讨[J]. 预防医学论坛, 2005, 11(6): 696-697.

[9] 杨漓, 覃良君, 李学军. 食用油酸价快速检测方法[J]. 食品工业科技, 2002, 23(1): 68-69.

[10] 李文智. 食用油酸价和过氧化值快速检测试纸法的评价[J]. 四川粮油科技, 2002, 10(5): 51-53.

[11] 严梅荣, 李丽思. 比色法测定油脂酸价的研究[J]. 食品科学, 2006, 27(11): 408-411.

[12] 崔庆安. 电位滴定法测棉籽油酸价[J]. 中国棉花加工, 1994(1): 21-22.

[13] 杨慧萍, 宋伟, 曹玉华. 电位滴定法测定粮食脂肪酸值的研究[J]. 中国粮油学报, 2003, 18(6): 78-82.

[14] 窦玉平. 电位滴定法测定玉米脂肪酸值[J]. 粮油仓储科技通讯, 2004(3): 47-49.

[15] FUSE T, KUSU F, TAKAMURA K. Determination of acid values of fats and oils by flow injection analysis with electrochemical detection[J]. Canadian Metallurgical Quarterly, 1997, 15(9/10): 1515-1519.

[16] TAKAMURA K, FUSE T, ARAI K, et al. A review of a new voltammetric method for determination acids[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 1999, 468(1): 53-63.

[17] CHE M Y B, MOH M H, van de VOORT F R. Determination of free fatty acids in crude palm oil and refi ned-bleached-deodorized palm olein using Fourier transform infrared spectroscopy[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 1999, 76(4): 485-490.

[18] AL-ALAWI A, van de VOORT F R, SEDMAN J. A new FTIR method for the analysis of low levels of FFA in refined edible oils[J]. Spectroscopy Letters, 2005, 38(4/5): 389-403.

[19] da COSTA P A. Developing a rapid and sensitive method for determination of trans-fatty acids in edible oils using middleinfrared spectroscopy[J]. Food Chemistry, 2014, 158: 1-7.

[20] 于修烛, 杨晨, 杜双奎, 等. 基于反应过程碱液电导率变化的食用油酸值检测[J]. 农业机械学报, 2011, 42(9): 146-150.

[21] 赖耀英. 影响油脂酸价检验准确性的因素与对策[J]. 广东科技, 2010, 19(6): 66-67.

[22] 张辉, 吴迪, 李想, 等. 近红外光谱快速检测食用油必需脂肪酸[J].农业工程学报, 2012, 28(7): 266-270.

[23] AL-ALAWI A, van de VOORT F R, SEDMAN J. New FTIR method for the determination of FFA in oils[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2004, 81(5): 441-446.

[24] 赵娟, 杨志岩, 闫仲丽, 等. 油脂中总不饱和脂肪酸的紫外光谱测定[J]. 天津科技大学学报, 2012, 27(2): 39-43; 78.

[25] 王曦. 紫外光谱在有机化学中的应用探析[J]. 中国化工贸易, 2013, 5(2): 145.

[26] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 5530—2005 动植物油脂酸值和酸度测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.

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

陕西省科技攻关项目（2012K02-11）

王宁（1989—），女，硕士研究生，主要从事功能性油脂及其安全检测研究。E-mail：ninger369@163.com

*通信作者：于修烛（1974—），男，副教授，博士，主要从事功能性油脂及其安全检测研究。E-mail：xiuzhuyu1004@hotmail.com