王鸣洁 龙 娟 杨 昊 肖新生 易晶晶

(湖南科技学院化学与生物工程学院，永州 425199)

食材在食用油中进行高温煎炸的过程中会发生美拉德反应[1]、褐变反应等一系列复杂的反应，形成食品特有的风味和色泽，但同时也可能会生成杂环胺类、挥发性亚硝胺、苯并芘等有毒的致癌物[2]。而食用油经过长时间的高温加热，会发生水解、氧化和聚合等反应，产生大量醛、酮、酸、酯和聚合物等组分。高温煎炸产生的极性组分反映了煎炸油的质量劣变水平[3]。传统评价食用油品质的指标有极性组分含量、茴香胺值以及羰基值等。我国合格食用植物油的极性组分质量分数标准为≤27%[4]。

目前，测定食用油极性组分含量的国标法为柱层析法，但此法的实施需要大量的样品、洗脱溶剂和固定相，同时装柱、过柱、检测等操作步骤耗时费力，难以实现实时在线监测。近来，薛斌等[5]开发了制备型快速柱层析检测煎炸油极性组分含量的方法，张紫莺等[6]开发了压电传感快速检测煎炸油极性组分含量的方法，检测效率较国标法有明显提高，但还是存在溶剂耗费量大，样品量较多或装置清洗麻烦等问题。故开发新型快速、经济和环保的煎炸油极性组分含量检测技术具有重要的意义。核磁共振波谱技术(简称NMR技术)是一种以原子核磁性为基础的波谱技术，对于测定化合物的结构具有重要意义[7]。原子核受到外加能量(射频场)的磁化时，自旋角动量发生进动，当外加能量与原子核达到共振时，原子核吸收能量发生能级跃迁，并产生共振吸收信号[8]。核磁技术根据射频场频率的不同分为低场核磁技术、高场核磁技术。本研究采用高场NMR技术，通过核磁共振波谱图中信号峰的化学位移推导出化合物的基本结构。

本研究将以菜籽油为煎炸油，投入不同食材进行高温煎炸。使用高场NMR技术检测煎炸油样品的谱图特征峰相对峰面积，结合柱层析法测定煎炸油中极性组分含量的结果，建立NMR技术测定的煎炸油特征峰相对峰面积与柱层析法测定的煎炸油的极性组分含量之间的曲线关系。通过重复性实验与显著性差异分析实验验证NMR技术测定煎炸油的极性组分含量方法的适用性，为煎炸油中极性组分含量快速检测工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

UV2800紫外可见分光光度计,HS-7恒温磁力加热搅拌器,Bruker Avance III HD 400核磁共振波谱仪,TD-2000电热恒温鼓风干燥箱,R-1001UN旋转蒸发仪,SHB-Ⅲ台式循环水真空泵,菜籽油(国标一级)，新鲜熟馒头、无芽土豆、鸡胸肉、草鱼肉，分析纯氘代氯仿、乙醚、石油醚、乙酸乙酯。

1.2 实验方法

1.2.1 煎炸食材的前处理

选择新鲜无腐败的熟馒头、无芽土豆、鸡胸肉、草鱼肉作煎炸食材，仔细清洗后沥干表面水分，分别切成大小相等的长条状(3 cm×1 cm×1 cm)备用[9]。

1.2.2 煎炸油的制备

量取四份菜籽油各150 mL分别置于四个恒温磁力加热搅拌器中，各加热器均控制温度在(160±3) ℃加热。称取四种煎炸食材各100 g分别置于四个恒温磁力加热搅拌器中进行煎炸，每个加热器中放置一种食材。每连续煎炸30 min，停止加热 5 min，停止加热期间向恒温磁力加热搅拌器中放置相同质量和种类的煎炸食材。每天同时煎炸8 h，重复连续煎炸6 d，在煎炸过程中一旦食材炸至金黄立即捞出[10]。煎炸前16 h(即前2 d)，每隔2 h用玻璃吸量管取一次油样置于洁净塑料离心管中[11]。煎炸第16～48 h(即后4 d)，每隔1 h取一次油样。样品冷却后，置于4 ℃的冰箱中储存备用[12]。

1.2.3 NMR法检测样品及分析数据的方法

将1.2.2中收集的煎炸油样品分别取0.04 mL于直径为5 mm的干燥洁净核磁管中，各加入0.5 mL氘代氯仿试剂，混合溶解均匀后待测。利用Bruker Avance III HD 400核磁共振波谱仪检测各个煎炸油样品的核磁共振信号，选择氢谱扫描16次，以核磁共振波谱仪采集样品的氢谱数据进行积分[13]。使用MestReNova软件对上一步得到的氢谱进行数据处理。将测得样品的核磁共振信号原始数据导入MestReNova，找到氢谱特征峰，对其中一个特征峰积分并计算峰面积，再以该峰的积分为基准对图谱中其他特征峰进行分段积分，积分后得到各个峰的峰面积[11]，再综合研究各谱图间特征峰的变化规律[14]。

1.2.4 柱层析法测定煎炸油中极性组分含量

采用柱层析法(具体操作参照国标中第二法[15])测定煎炸油中极性组分含量。

1.2.5 NMR技术测定煎炸油中极性组分含量

1.2.5.1 煎炸油的相对峰面积与极性组分含量之间相关性的建立

选取(160±3) ℃下高温煎炸土豆0 、6 、10 、14 、16 h时的煎炸油样品各一份，用NMR技术分别检测每份煎炸油样品，得到每份样品各自的核磁谱图，分析寻找特征峰，积分得到特征峰的相对峰面积，然后以特征峰的相对峰面积为横坐标，极性组分含量为纵坐标作标准曲线，建立煎炸油的相对峰面积与极性组分含量之间相关性。

1.2.5.2 NMR技术和柱层析法分别检测煎炸油极性组分的重复性实验[16]

选取1.2.2中第10 h煎炸馒头、鸡胸肉、鱼、土豆的4种煎炸油样品各一份，各样品用NMR技术和柱层析法分别检测，对这4种煎炸油样品进行8组平行检测。以Bruker Avance Ⅲ HD400核磁共振波谱仪检测得到各样品的氢谱图，得到的图谱采用MestReNova软件进行处理分析，将处理所得样品煎炸油的特征峰相对峰面积代入已建立的NMR技术测定极性组分含量方法的线性方程中计算出煎炸油的极性组分含量，并根据计算出的煎炸油的极性组分的含量结果按如下公式计算标准偏差σ和相对标准偏差Vσ。采用同样方法，将柱层析法检测所得煎炸油极性组分含量的结果代入以下公式中进行标准偏差和相对标准偏差的计算，最后将两种方法检测及计算得到的相对标准偏差进行比较。

1.2.5.3 NMR技术和柱层析法分别测定煎炸油样品极性组分含量的显著性分析实验

选取1.2.2中的(160±3) ℃下第8 h煎炸土豆的煎炸油样品，将此油样用NMR技术和柱层析法分别检测。利用Bruker Avance Ⅲ HD400核磁共振波谱仪检测，得到样品的氢谱图，并使用MestReNova软件分析所得图谱的特征峰相对峰面积，将该特征峰相对峰面积代入已建立的NMR技术测定的煎炸油中极性组分含量的标曲方程中得到对应的煎炸油样品的极性组分的含量结果。同样地，将柱层析法检测所得的煎炸油极性组分含量的结果代入已建立的NMR技术测定的煎炸油中极性组分含量的标曲方程中，得到对应的煎炸油样品的极性组分的含量结果。利用Excel工具将二法所得油样的极性组分含量结果进行显著性差异分析。

2 结果与讨论

2.1 煎炸油的特征峰相对峰面积与极性组分含量之间的关系分析

选择δ 4.20～4.07范围对应甘油基中的亚甲基基团的相对峰面积为基准并设为10，对δ 2.9～2.7进行积分处理分析，如图1、图2所示，在δ 2.9～2.7范围之间的基团主要是亚油酸甘油酯中2个烯键之间的亚甲基和亚麻酸甘油酯中3个烯键之间的亚甲基[17]。食用油在高温加热过程中，多不饱和脂肪酸双键之间的亚甲基容易氧化形成氢过氧化物，进一步分解产生醛、酮、酸和醇类等极性化合物。极性组分的含量随烯键之间亚甲基的减少而上升。研究中以核磁共振氢谱中甘油骨架上亚甲基的峰面积为基准(该两个氢加热过程中相对稳定，本研究将其峰面积定为10)，积分出δ 2.9～2.7范围之间峰的相对面积。

图1 (160±3) ℃的第6 h的煎炸油的1H NMR谱

图2 (160±3) ℃煎炸油随煎炸时间变化的1H NMR谱

选取(160±3) ℃温度下煎炸土豆第0 、6 、10 、14 、16小时的煎炸油样品分别采用NMR技术与柱层析法进行测定，并建立煎炸油的特征峰(亚油酸酯中2个烯键之间的亚甲基和亚麻酸甘油酯中3个烯键之间的亚甲基的氢谱峰)相对峰面积与极性组分含量之间的关系。1H NMR谱图进行归一化处理后表明在δ 2.9～2.7的特征峰的相对峰面积有下降的趋势，结果见图3。

由图3可看出随着煎炸时间的延长，煎炸油的特征峰相对峰面积呈下降的趋势，煎炸油的极性组分含量逐渐增加。δ 2.9～2.7处为碳碳双键后第一个碳上的氢原子，亚油酸、亚麻酸在此处有吸收峰，菜籽油经过高温煎炸会发生氧化、水解、聚合等一系列复杂的化学变化[1]，在此过程中油脂的双键会不断地减少，有毒物质也不断生成，易挥发和难挥发的极性组分也会不断的产生。因此菜籽油在高温煎炸的过程中，煎炸油的特征峰相对峰面积会逐渐小于未煎炸的菜籽油，极性组分含量也会随煎炸时间的延长不断增加。

图3 煎炸油的特征峰相对峰面积与极性组分 含量随煎炸时间的变化曲线

接下来以NMR技术测定的煎炸油的特征峰相对峰面积数据为横坐标，以柱层析法测定的煎炸油中的极性组分含量为纵坐标，绘制极性组分含量与特征峰面积之间的关系曲线。通过线性回归分析可知，煎炸油的相对峰面积与极性组分含量之间的曲线关系是y=-8.327 6x+90.215，相关系数R2=0.977 3，说明煎炸油特征峰相对峰面积与极性组分之间有良好的线性相关性，可采用NMR 技术检测煎炸油的极性组分含量。

2.2 NMR技术测定煎炸油中极性组分含量的重复性分析

选取(160±3) ℃下的第10小时的馒头、鸡胸肉、鱼、土豆4种煎炸油样品各一份，每份样品都使用NMR技术与柱层析法分别检测，对这4个煎炸油样品做8组平行实验。将NMR技术测定煎炸油样品的特征峰相对峰面积检测的结果代入y=-8.327 6x+90.215得到煎炸油样品的极性组分含量并进行标准偏差和相对标准偏差的计算。同样地将柱层析法测定的煎炸油极性组分含量进行标准偏差和相对偏差的计算，再将二者进行比较，结果见表1、表2。

表1是使用柱层析法测定8组平行的煎炸油极性组分含量的结果，相对标准偏差范围为1.19%～1.68%。

表1 柱层析法测定的煎炸油的极性组分含量

表2 NMR技术检测煎炸油极性组分含量的结果

由表2可看出NMR技术检测的8组平行的煎炸油极性组分含量相对标准偏差范围为1.72%～2.53%，相较于柱层析法检测所得结果，NMR技术检测的8组平行的煎炸油极性组分含量相对标准偏差范围略大，但仍小于5%，表明NMR技术检测煎炸油的极性组分含量实验有较好的重复性。

2.3 NMR技术与柱层析法检测的显著性差异分析

实验首先选取(160±3) ℃下煎炸土豆8 h的煎炸油样品，作为中等极性组分含量的样品的代表。用柱层析法和NMR技术先后对煎炸油样品的极性组分含量进行8组平行检测，然后对柱层析法和NMR技术检测煎炸油样品的极性组分含量的结果进行显著性差异分析，并比较二法之间的差异性。测定结果如表3所示。

表3 NMR技术与柱层析法测定煎炸8 h煎炸油的极性组分含量

由表3看出，两种检测煎炸油极性组分含量的方法平均值相近，NMR技术检测相对标准偏差较柱层析法的稍大。利用Excel对这两种方法进行单因素方差分析，结果如表4所示。由表4中单因素方差分析结果可知，P=0.601>0.05，F=0.29

表4 煎炸8 h煎炸油两种方法测定结果的单因素方差分析

实验接着选取(160±3) ℃下煎炸土豆16 h的煎炸油样品，作为高极性组分含量的样品的代表，然后分别采用柱层析法和NMR技术对煎炸油样品进行8次平行测定。测定结果如表5所示。

表5 NMR技术与柱层析法测定煎炸16 h的煎炸油的极性组分含量

对表5中的数据进行单因素方差分析，结果如表6所示。由表6中单因素方差分析结果可知，P=0.839>0.05，F=0.043 1

表6 煎炸8h煎炸油两种方法测定结果的单因素方差分析

3 结论

通过本研究对8组煎炸油样品的极性组分含量的测定，实验得出采用NMR技术测定煎炸油的特征峰相对峰面积与极性组分含量之间的线性回归方程为y=-8.327 6x+90.215，确证了随着煎炸时间的延长，煎炸油中极性组分含量将逐渐增加；对于同样的煎炸油样品，分别采用NMR技术和柱层析法检测煎炸油中极性组分的含量，并进行重复性实验和显著性差异分析，对比实验结果表明了二法检测所得效果无显著差异。本研究证明了NMR技术测定煎炸油中极性组分含量方法的可重复性及便捷性，同时验证了NMR技术测定煎炸油的极性组分含量的方法的适用性。使用NMR技术替代柱层析法检测煎炸油中极性组分含量，这有助于实时对煎炸油的品质劣变程度进行监控并评价。总之，NMR技术的高效性、准确性、简便性有助于大量粮样品中极性成分的精确测定。