于宏伟,翟桂君,张雨萱,栗亚钊,刘昊雨,刘逸波
(石家庄学院 化工学院,河北 石家庄 050035)
植物油脂通过代谢提供的能量比糖类和蛋白质高约一倍[1-2]。在长时间储存或加热条件下,植物油脂的品质会发生改变[3-5]。TD-IR 光谱技术广泛应用于有机物的热稳定性研究领域[6-9]。
豆油(金龙鱼AE 一级大豆油,石家庄市北国超市长江店售);花生油(鲁花 5S 压榨一级花生油,石家庄市北国超市长江店售);玉米油(西王玉米胚芽油,石家庄市北国超市谈固店售);橄榄油(欧丽薇兰纯正橄榄油,石家庄市北国超市谈固店售)。
Spectrum 100型红外光谱仪(美国PE公司);单次内反射ATR-FTIR变温附件(英国Specac公司);ATR-FTIR变温控件(英国Specac公司)。
1.3.1 红外光谱仪操作条件
在室温条件下,对植物油脂样品累加扫描8次。测定频率范围为4000~600 cm-1,测温范围为303~393 K,变温步长为10 K。
1.3.2 数据处理
处理植物油脂一维 IR 光谱数据,采用 Spectrum v 6.3.5 软件;处理植物油脂二阶导数IR光谱数据,采用 Spectrum v 6.3.5 软件(平滑点为 13)。
2.1.1 植物油脂一维IR光谱研究
如图1所示,2923 cm-1频率处的吸收峰是豆油亚甲基不对称伸缩振动模式(νasCH2-一维-豆油),2854 cm-1频率处的吸收峰是豆油亚甲基对称伸缩振动模式(νsCH2-一维-豆油),1744cm-1频率处的吸收峰是豆油羰基伸缩振动模式(νC=O-一维-豆油),1459 cm-1频率处的吸收峰是豆油亚甲基弯曲振动模式(δCH2-一维-豆油),1160 cm-1频率处的吸收峰是豆油碳氧键伸缩振动模式(νC-O-C-一维-豆油),722 cm-1频率处的吸收峰是豆油亚甲基平面摇摆振动模式(ρCH2-一维-豆油)。花生油、玉米油和橄榄油的红外光谱研究情况,分别见图2、3、4。相关光谱数据见表1。
表1 植物油脂的一维IR光谱数据(303 K)
图1 豆油一维 IR 光谱(303 K)
图2 花生油一维 IR 光谱(303 K)
图3 玉米油一维 IR 光谱(303 K)
图4 橄榄油 IR 红外光谱(303 K)
2.1.2 植物油脂二阶导数IR光谱研究
豆油二阶导数IR光谱研究情况见图5。如图5所示,豆油的二阶导数IR光谱分辨能力强于相应的一维 IR 光谱。 2958 cm-1频率处的吸收峰是豆油甲基不对称伸缩振动模式(νasCH3-二阶导数-豆油),2873 cm-1频率处的吸收峰是豆油甲基对称伸缩振动模式(νsCH3-二阶导数-豆油)。1378 cm-1频率处的吸收峰是豆油甲基对称弯曲振动模式(δsCH3-二阶导数-豆油),而 1160 cm-1(νC-O-C-1-二阶导数-豆油)和 1100 cm-1(νC-O-C-2-二阶导数-豆油)频率处的吸收峰是豆油碳氧键伸缩振动模式(νC-O-C-二阶导数-豆油)。花生油、玉米油和橄榄油的二阶导数IR光谱研究情况分别见图6、7、8,相关光谱数据见表2。
表2 植物油脂的二阶导数IR光谱数据(303 K)
图5 豆油二阶导数IR光谱(303 K)
图6 花生油二阶导数IR光谱(303 K)
2.2.1 植物油脂一维TD-IR光谱研究
图9—12分别描述了采用一维TD-IR光谱技术研究豆油、花生油、玉米油和橄榄油四种植物油脂热稳定性的情况,相关光谱数据见表3。
在表3中,↓ 代表随着测定温度的升高,植物油脂分子官能团对应的红外吸收强度降低。随着测定温度的升高,植物油脂(νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂和νC=O-植物油脂)对应的红外吸收频率发生蓝移,而植物油脂(δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)对应的红外吸收频率发生红移;随着测定温度的升高,植物油脂(νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)对应的红外吸收强度均有所降低。
图7 玉米油二阶导数IR光谱(303 K)
图8 橄榄油二阶导数IR光谱(303 K)
图9 豆油变温一维TD-IR光谱(303~393 K)
图10 花生油变温一维TD-IR光谱(303~393 K)
图11 玉米油变温一维TD-IR光谱(303~393 K)
图12 橄榄油变温一维TD-IR光谱(303~393 K)
表3 植物油脂的一维TD-IR光谱数据(303~393 K)
图13—16分别描述了采用二阶导数TD-IR光谱技术进一步研究豆油、花生油、玉米油和橄榄油四种植物油脂的热稳定性的情况,相关光谱数据见表4。
图13 豆油二阶导数TD-IR光谱(303~393 K)
图14 花生油二阶导数TD-IR光谱(303~393 K)
图15 玉米油二阶导数TD-IR光谱(303~393 K)
图16 橄榄油二阶导数TD-IR光谱(303~393 K)
表4 植物油脂的二阶导数TD-IR光谱数据(303~393 K)
在表4中,↓ 代表随着测定温度的升高,植物油脂分子官能团对应的红外吸收强度降低。随着测定温度的升高,植物油脂(νasCH3-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂和δsCH3-植物油脂)对应的频率出现了蓝移现象,而植物油脂(δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)对应的频率出现了红移现象;随着测定温度的升高,植物油脂(νasCH3-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δsCH3-植物油脂、δCH2-植物油脂、νC-O-C-植物油脂和ρCH2-植物油脂)对应的红外吸收强度均有所降低。
本文通过研究植物油脂的TD-IR光谱数据发现:在 303~393 K 的温度范围内,植物油脂主要官能团对应的红外吸收频率、峰型及强度并没有发生明显的改变。实验证明,在短时间加热过程中,植物油脂的分子结构并没有发生明显的改变。
本文通过研究四种植物油脂的 IR 光谱发现:四种植物油脂主要存在 νasCH3-植物油脂、νasCH2-植物油脂、νsCH3-植物油脂、νsCH2-植物油脂、νC=O-植物油脂、δCH2-植物油脂、δsCH3-植物油脂、νC-O-C-植物油脂(包括:νC-O-C-1-植物油脂,νC-O-C-2植物油脂)和ρCH2-植物油脂等红外吸收模式。而在 303~393 K的温度范围内,采用TD-IR光谱技术进一步研究四种植物油脂的热稳定性。研究结果显示,在短时间加热的条件下,四种植物油脂具有良好的热稳定性。