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二阶导数傅里叶变换红外光谱鉴别植物油和地沟油

发布日期:2017-10-24 中国油脂网

 张培强,张进,樊智楠,王宾,童小凡,吴旭
 
(沈阳工业大学理学院,沈阳110870)
 
摘要:利用傅里叶变换红外光谱法测定了食用植物油、地沟油和模拟的复热油的光谱并进行二阶导数处理分析。结果表明:地沟油和模拟的复热油的饱和脂肪酸、反式脂肪酸的含量均明显高于正常食用油的;二阶导数光谱中3009、1737、966、723cm-14处特征吸收峰的变化可作为判定是否为地沟油的参考。用此方法鉴别油品用量少且无需样品预处理,分析速度快,可为地沟油检测方法的建立提供依据。
 
关键词:傅里叶变换红外光谱;地沟油;植物油;二阶导数
 
中图分类号:TS225.1;TS227文献标识码:A
 
文章编号:1003-7969(2017)08-0086-04
Discerning of vegetable oils and swill-cooked dirty oils by second derivative
Fourier transform infrared spectroscopy
ZHANG Peiqiang, ZHANG Jin, FAN Zhinan, WANG Bin, 
TONG Xiaofan, WU Xu
(College of Sciences, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870,China)
 
 
Abstract:The second derivative spectra of edible vegetable oils, swill-cooked dirty oils, and simulated reheated edible vegetable oils were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy method. The results showed that the contents of saturated fatty acids and trans fatty acids in swill-cooked dirty oils and simulated reheated edible vegetable oils were significantly higher than those of normal edible oil. The changes of characteristic absorption peaks at 3 009,1 737,966,723 cm-1 in second derivative spectra could be used to identify swill-cooked dirty oils. The method had the items of less consumption of samples, no pre-treatment and rapid velocity of analysis. The results provided the foundation to establish an identification method of swill-cooked dirty oils.
Key words:Fourier transform infrared spectroscopy; swill-cooked dirty oil; vegetable oil; second derivative spectra

近年来地沟油已成为全民关注的社会问题,其鉴别一直缺乏有效的方法,目前国内尚未制定地沟油检测的国家标准,其主要原因是地沟油成分比较复杂,检测的特异性指标还处于研讨阶段,准确定性、定量比较困难[1-4]。因此,地沟油的检测方法成为分析工作者研究的热点。
 
傅里叶变换红外光谱法具有快速、高灵敏度、检测试样用量少、能分析各种状态试样等特点。物质在中红外光谱(MIRS)频段范围(400~4000cm-1)内的光谱信息具有良好的指纹特征,目前红外光谱技术已被用于食用油脂的掺假掺杂[5-7]、品质检测[8-9]、种类鉴定[10]和其他定性和定量检测以及地沟油的鉴定[11-14]。
 
本文利用傅里叶变换红外光谱法对多种植物油、加热不同时间和温度的复热油[15]以及地沟油样品的中红外光谱和二阶导数光谱进行分析比较,从峰型、峰高的变化研究多种食用植物油中饱和脂肪酸、反式脂肪酸含量[16]的改变,为地沟油及反复加热食用植物油检测方法的建立提供依据。
 
1材料与方法
 
1.1实验材料
 
1.1.1原料与试剂
 
食用油样品为市售大豆油9种、葵花籽油5种、芝麻油7种、玉米油2种、玉米胚芽油2种、亚麻籽油3种、橄榄油1种、菜籽油1种,沙棘油1种,椰子油1种,葡萄籽油1种,稻米油1种,核桃油1种、调和油1种共36种,地沟油4种。其中9种食用油样品的基本信息如表1所示。溴化钾(光谱纯,PIKETechnologies公司)。
 
 
 
1.1.2仪器与设备
 
IRPrestige-21型傅里叶变换红外光谱仪(日本岛津公司),BS244S分析天平,DZF-6050型真空干燥箱。
 
1.2实验方法
 
1.2.1复热油样品制备
 
分别移取50mL大豆油、稻米油油样于250mL烧瓶中,分别在120、190、300℃加热15h,分别在1、5、10、15h各取样1次,每次取5mL。
 
1.2.2样品红外光谱采集
 
均匀涂抹一薄层油样(2μL)于两个光滑的溴化钾片之间,以两个溴化钾片作为空白,分辨率4cm-1,扫描范围4000~400cm-1,DTGS检测器,扫描次数10次。应用IRSolution软件采集、保存、处理红外光谱图。
 
2结果与讨论
 
2.1食用油的红外吸收光谱
 
对36种食用油样品的红外光谱进行对比分析(9种食用油的红外吸收光谱如图1所示),发现常温下不同种类和品牌的食用油傅里叶变换红外光谱图相近,没有明显差别。各食用油红外光谱出现的吸收峰峰位与峰型基本相同。这表明食用油的主要成分基本相同。特征吸收峰的归属如下:3009cm-1处为不饱和碳链的C—H伸缩振动峰,2924、2852cm-1处为饱和碳链C—H伸缩振动峰,1742cm-1处为饱和脂肪酸酯CO伸缩振动峰,1463、1375cm-1处为亚甲基的弯曲振动峰,1165cm-1处为甘油三酯中C—O的伸缩振动峰,966cm-1处为烯烃反式面外伸缩振动峰,723cm-1处为亚甲基的面内摇摆振动峰。
 
 
 
2.2复热油的红外吸收光谱和二阶导数光谱
 
2.2.1不同加热温度下复热油的红外吸收光谱和二阶导数光谱图
 
对在120、190℃和300℃下加热5、10h的油样的红外光谱图进行分析,发现加热温度300℃时,在966cm-1处出现了在加热120、190℃时没有出现的新的吸收峰;加热温度在300℃时,3009cm-1处吸收峰强度明显弱于加热温度120、190℃下在此处的吸收峰。且加热5h的吸收峰变化更为明显。大豆油加热10h的红外吸收光谱图如图2所示。
 
将上述谱图转换成二阶导数光谱,见图3。从图3可以看出,波数在966、723cm-1处,吸收峰强度与加热温度成正比。因为随着加热温度的升高,不饱和脂肪酸烯烃碳链结构变得不稳定,从烯烃的顺式结构变成反式结构;同时,双键打开,不饱和脂肪酸变成饱和脂肪酸。
 
 
 
 
 
2.2.2不同加热时间的复热油二阶导数光谱图
 
将大豆油在300℃下,加热1、5、10h的二阶导数光谱图进行比较,如图4所示。
 
 
 
 
 
从图4可以看出,3种油样均在波数为3009、1737、723cm-1处有规律性变化。3009cm-1处峰值高低体现出不饱和碳氢键含量的多少,峰值越高,所含不饱和碳氢键越多,随着加热时间的延长峰高明显降低;1737cm-1处峰值高低体现出不饱和碳氧双键含量的多少,峰值越高,所含不饱和碳氧双键越多,随着加热时间的延长峰高明显降低;723cm-1处峰值高低体现出亚甲基含量的多少,峰值越高,所含亚甲基含量越多,亚甲基含量增多是由于不饱和碳氢键转变为饱和碳氢键,随着加热时间的延长峰高明显升高。以上说明不饱和碳氢键、碳氧双键经过不断加热变得不稳定,烯烃双键、碳氧双键打开变成饱和键。
 
2.3食用油与地沟油的二阶导数光谱
 
2种地沟油、大豆油与模拟的复热油的红外谱图转换为二阶导数光谱,如图5所示。
 
 
 
 
从图5可以看出,2种地沟油和模拟的复热油在3009cm-1处峰高明显变小说明它们本身具有的不饱和脂肪酸烯烃的碳链经过一系列加工过程变得不稳定,烯烃双键打开变成饱和脂肪酸;1号和2号地沟油在1737cm-1处没有吸收峰,模拟的复热油在此处的峰值也明显减弱,说明模拟的复热油CO含量明显低于正常食用油;模拟的复热油在966cm-1处的峰值明显加强,说明经过高温加热,食用植物油的不饱和脂肪酸烯烃碳链变得不稳定,从烯烃的顺式结构变成反式结构,可通过观察此处的吸收峰来判断是否为复热油样。
 
3结论
 
本文以食用油、地沟油和模拟的复热油为研究对象,利用傅里叶变换光谱法结合二阶导数光谱进行对比分析,发现地沟油和模拟的复热油与正常食用油相比不饱和脂肪酸含量明显减少,这是因为地沟油经过一系列加工过程使得不饱和脂肪酸的烯烃结构双键打开变成更稳定的饱和脂肪酸,碳氧双键打开变为碳氧单键。研究发现二阶导数光谱在3009、1737、966、723cm-14处特征吸收峰强度成规律性变化,以此来判定是否为地沟油,为快速鉴别地沟油奠定了基础。

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