核磁共振氢谱法分析食用油氧化产物

孟令璐，李 徐，杨铭扬，薛晓凡，郭 伟，唐天培，张 帆，吴羽琦，周远喆，刘睿杰

(江南大学 食品学院， 江苏 无锡 214122)

食用油和含油食品是人类重要的营养和能量来源，在加工过程中油脂氧化酸败不但导致食物失去原有的风味，而且造成有益脂肪酸和微量营养物的严重损失，伴随产生的特定氧化产物甚至会危害人体健康[1]。表征食用油品质的指标包括脂肪酸组成、环氧化物、醇类、醛类等，其中环氧化物、醇类、醛类等需采用气相色谱、气相色谱质谱联用、液相色谱质谱联用等方法检测，需消耗大量有机溶剂，预处理耗时，操作烦琐[2-3]。因此，需要一种更为快捷且可靠的食用油品质检测方法。

高场核磁共振(NMR)是一种基于原子核磁性的波谱技术，在化学动力学研究和有机化合物结构鉴定等多领域得到了广泛应用，近年来已应用到油脂品质检测领域。核磁共振氢谱法检测食用油品质，具备测试速度快、重现性好的优点。李强强[4]、高虹[5]等综述了高分辨率NMR波谱技术对果蔬制品、肉制品、乳制品、油脂类食品及其他食品的成分分析、分子结构分析以及食品品质优劣检测、溯源检测等方面的应用。王乐等[6]利用脉冲式核磁共振法高效鉴别食用油掺伪餐饮废油脂。杨扬等[7]采用核磁共振测定了大豆油等10种食用油并且采集了地沟油与之对比,分析了各种油的区别并对地沟油进行鉴定。Martínez-Yusta[8-9]、Guillén[10]等应用核磁共振法研究了煎炸过程中的油脂品质变化。国外此类方法检测已相对成熟，应用广泛，而国内此领域研究仍处于早期阶段。

本研究通过高温加热实验加速油脂劣变，制备不同氧化程度大豆油样品，利用高场核磁共振仪采集样品的氢谱数据，积分氢谱各指纹峰，计算各时间点油脂氧化产物的相对含量，实现应用核磁共振氢谱法分析食用油氧化产物。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大豆油，购于本地超市；氘代溶剂，内含0.03%四甲基硅烷(TMS)。

Bruker Avance 400核磁共振仪、直径5 mm核磁管，美国布鲁克公司。

1.2 实验方法

1.2.1 不同氧化程度大豆油样品的制备

将3 g油样置于玻璃试管，在空气流速20 L/h、加热温度120℃下分别加热0、1.5、2.5、3、3.5、4、5、6 h，制备不同氧化程度的大豆油样品。

1.2.2 核磁共振氢谱数据采集

吸取不同氧化程度的大豆油样品20～50 μL置于直径5 mm核磁管，以500 μL氘代氯仿溶解，溶剂内含0.03%四甲基硅烷作为内标，混合均匀。以高场核磁共振仪采集样品的氢谱数据，积分氢谱各指纹峰；以四甲基硅烷峰为化学位移零点，核磁共振仪采集参数参考Guillén等[10]，设置为：频率400 MHz及以上，光谱宽度5 000 Hz，弛豫时间3 s，扫描次数64次，采集时间3.744 s，脉冲宽度90°，总采集时间12.9 min，温度25℃。

2 结果与讨论

2.1 核磁共振氢谱的谱峰归属

以加热时间为6 h的大豆油为例，其核磁共振氢谱谱图如图1所示，谱峰归属如表1所示。

图1 大豆油的核磁共振氢谱谱图

编号化学位移(δ)峰型耦合常数/Hz质子和功能基团A1.94～2.14m-—CH2—CH CH—(酰基基团)B2.63m-(反-9,10-环氧化十八烷基团)C2.77t6.5 HC—CH2—CH (亚油酸酰基基团)D2.80t6.3 HC—CH2—CH (亚麻酸酰基基团)E2.88m-(顺-9,10-环氧化十八烷基团)F3.54～3.59m-—CHOH—(仲醇)G3.62t6.4—CH2OH—(伯醇)H4.10～4.32dd4.3,5.9,11.9—CH2OCOR(甘油基团)

续表1

编号化学位移(δ)峰型耦合常数/Hz质子和功能基团I9.49dd7.9—CHO(反-2-烯醛)J9.52dd8.0—CHO(反,反-2,4-二烯醛)K9.55dd7.7—CHO(4,5-环氧化-2-烯醛)L9.58dd7.9—CHO(4-羟基-反-2-烯醛)M9.60dd8.0—CHO(顺,反-2,4-二烯醛)N9.75dt1.8—CHO(n-烷醛)O9.78dt0.5—CHO(4-氧代-烷醛)

2.2 大豆油中脂肪酸及氧化产物的计算公式

大豆油脂肪酸和氧化产物的计算公式如表2所示，具体包括亚麻酸、亚油酸、油酸、饱和及改性的脂肪酸、反-9，10-环氧化物、顺-9，10-环氧化物、仲醇、伯醇及7种醛类。

表2 大豆油中脂肪酸及氧化产物的计算公式

2.3 加热过程中大豆油中脂肪酸组成及氧化产物的变化

加热过程中大豆油肪酸组成及氧化产物的变化如图2所示。

图2 加热过程中大豆油中脂肪酸组成及氧化产物的变化

由图2可知，大豆油中含有较高比例的油酸、亚油酸及较少的亚麻酸，加热自由基链式反应引发不饱和脂肪酸氧化分解。同时油脂在氧化过程中也形成其他新化合物，包括不同类型的环氧物、醇类和醛类。

核磁共振氢谱中检测到环氧化物的基团信号，主要包括反-9，10-环氧化物、顺-9，10-环氧化物，利用公式计算出含量，值得注意的是，顺-9,10-环氧化物含量在加热实验的最后1 h内迅速增长，最高达到61.61 mmol/mol(见图2(b))，且在任何时间段内顺式环氧化物含量都要高于反式。除此之外，在核磁共振氢谱谱图中还反映出伯醇及仲醇的指纹峰，利用公式计算醇含量，仲醇含量高于伯醇，二者含量变化与自由基链式反应机理的引发和传递阶段相符。核磁共振氢谱中检测所得醛类主要为：反-2-烯醛、4，5-环氧化-2-烯醛、4-羟基-反-2-烯醛、反，反-2，4-二烯醛、顺，反-2，4-二烯醛，其中反-2-烯醛含量在加热6 h时高达17.94 mmol/mol，其余n-烷醛、4-氧代-烷醛的含量远低于前几种。值得注意的是，醛类物质的不饱和度越高，其细胞反应性和细胞毒性越强。

3 结 论

本文应用核磁共振氢谱技术分析了食用油氧化产物。所有氧化产物与自由基链式反应机理的引发和传递阶段相符合。氧化全程顺式环氧化物含量高于反式，仲醇含量高于伯醇，醛类物质中反-2-烯醛含量最高，加热6 h后其含量高达17.94 mmol/mol。虽然高场核磁共振设备昂贵，但同时也因其操作简单、测量精确、重复性高、检测快速的优点，在食用油品质控制领域有巨大潜在应用价值。