金青哲谢 峰丁志华施峰华王兴国

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室1,无锡 214122)

(江南大学食品学院2,无锡 214122)

(山东鲁化集团有限公司3,莱阳 265200)

花生油和玉米油掺合物的碳同位素比值质谱法检测研究

金青哲1,2谢 峰1丁志华3施峰华1王兴国1,2

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室1,无锡 214122)

(江南大学食品学院2,无锡 214122)

(山东鲁化集团有限公司3,莱阳 265200)

利用碳同位素比值法进行花生油和玉米油掺合物的检测研究。用气相色谱仪获得 C4转化途径的玉米油和 C3转化途径的花生油的脂肪酸组成,再用气相色谱 -燃烧 -同位素比值质谱仪确定三种主要脂肪酸C16∶0、C18∶1、C18∶2的δ13C值。利用所测得的数据,构建了玉米油与花生油混合油中主要脂肪酸的δ13C值 -混合比例的标准曲线。结果表明,玉米油与花生油的δ13C值差异很大。应用试验中将花生油与一种未知的其他植物油进行掺和,可以检出 15%以上花生油的掺合水平。

花生油 玉米油 掺伪 气相色谱 同位素比值法

目前,花生油的掺假现象日益严重,严重危害消费者的利益和健康。常规的物理化学方法、色谱法、计量化学法、核磁共振法等检测掺伪的效果并不理想[1]。目前,同位素比值法已迅速推广到食品、药品等领域,如鉴别海洛因的来源,蜂蜜的真伪等[2-3],也有望成为一种检测花生油掺伪的新方法。

人工、天然产物分子具有特殊的同位素比例,这就称为“同位素签字”。δ13C值是为了表示碳同位素比例而引出的一个新概念,单位为‰,定义如下[4]:

式中:R=13C/12C,RPDB为国际标准物 Pee Dee Belemitella(PDB,产于美国南卡莱罗那州的一种化石)的13C/12C值,RPDB=0.011 237 2±0.000 009。

植物碳素转化途径分为三类,即 C3途径、C4途径和 CAM途径,它们的δ13C间有较大差异。Smith等[5]报道了植物不同光合作用途径在碳同位素上的生物歧视效应,对12C/13C比值产生了微小的但可检测的变化。Woodbury等[6]尝试利用稳定碳同位素检测技术检测玉米油掺假问题,结果表明有较高精度。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花生油,玉米油,棕榈油、大豆油等,均为一级精炼油,由山东鲁化集团有限公司、上海嘉里粮油工业有限公司提供,其他试剂均为AR级。

1.2 仪器

GC-14B气相色谱仪:日本岛津制作所;sp-3420气相色谱仪:美国 Varian公司;Finnigan Mat Delta质谱分析仪:美国菲尼根玛特质谱公司。

1.3 方法

1.3.1 脂肪酸组成分析

原料油的脂肪酸组成采用 GC-14B气相色谱仪分析。

原料油甲酯化后,用微量进样器吸取样品液1μL,进入气相色谱仪,记录色谱图。

色谱条件:SI L-88石英毛细管柱 (100 m×0.32 mm);初始温度为 120℃,停留 3 min,以 8℃/min的速率升至 176℃,停留 28 min,然后以 3℃/min的速率升至212℃,恒温 20 min;载气为99.999%氮气,流速 1.0 mL/min;进样口温度 250℃,检样口温度 250℃;N2压强 210 kPa,H2压强 60 kPa,空气压强 50 kPa。

1.3.2 碳同位素比值分析

原料油中三种主要脂肪酸的δ13C值采用气相色谱 -燃烧 -同位素比值仪 (GC-C-I RMS)进行测定[6]。

原料油甲酯化后,用微量进样器吸取样品液1μL,进入气相色谱 -燃烧 -同位素比值仪,记录质谱图。

色谱条件:SI L-88毛细管非极性柱 (60 m× 0.32 mm);初始温度为 100℃,停留 2 min,以 15℃/min的速率升至 250℃,停留 3 min,然后以 20℃/min的速率升至 200℃,停留 20 min,最后以 20℃/min的速率升至 290℃,恒温 5 min;载气为99.999%氮气,流速 1.0 mL/min,分流比为 80∶1;进样口温度 250℃,检样口温度 250℃。

质谱条件:源温 250℃,真空度 1.9×10-4Pa(分子泵),6×10-4Pa(前级泵),加速电压 3 kV,发射电流 1.5 mA,积分时间 0.25 s。

1.3.3 混合油中主要脂肪酸δ13C值标准曲线的构建

假设有A和B两种油,某一脂肪酸的含量分别是 YA、YB,对应的脂肪酸的δ13C值分别为δ13C(A)、δ13C(B)。如将A以 XA的混合比例 (按质量)掺入 B中,C并设此时该脂肪酸含量为 X,则该脂肪酸的δ13C值为δ13C(A+B),按下式计算:

按质量将花生油以 0%、4%、9%、17%、30%、59%和 100%的比例与玉米油混合,根据式 (2)计算出以上 7种比例的混合油中三种主要脂肪酸的δ13C值,以此来构建标准曲线。

1.3.4 应用试验

将花生油与一种未知的其他植物油进行掺和,得到混合油,其中花生油的质量分数为 15%,然后将混合油进行甲酯化后,作 GC-C-IRMS分析,测得三种主要脂肪酸的δ13C值,与式 (2)计算出的混合油中三种主要脂肪酸的δ13C值对比,鉴定该油样是否发生掺伪,如果发生掺伪,指出是何种植物油,并计算其理论掺伪程度。

2 结果与讨论

2.1 原料油脂肪酸组成的分析

几种原料油的脂肪酸组成见表 1。

表1 原料油的脂肪酸组成/%

同位素比值质谱法有二种技术,一种是针对纯净样品的,类似于有机化合物的元素定量测定方法,将有机物中的碳转化为二氧化碳,然后进行同位素的比值测定,故称为元素分析 -同位素比值质谱法;另一种是针对非纯净样品的,经过气相色谱分离,然后再燃烧,将形成的二氧化碳等进行测定,这称为气相色谱 -燃烧 -同位素比值质谱法 (GC-CI RMS)。本试验采用的是后一种方法。由表 1结合常见植物油的脂肪酸组成[7],可知这几种植物油分别为未掺假的花生油、玉米油、棕榈油、大豆油,符合本研究对原料油的要求。

2.2 原料油的同位素比值分析

花生油、玉米油的脂肪酸的 GC-C-I RMS分析如图 1、图 2所示。

图1 花生油的GC-C-IRMS图

图2 玉米油的GC-C-IRMS图

图 1中,23.97、35.43、35.98 min处分别为棕榈酸、亚油酸和油酸的出峰。由于 GC-C-I RMS分析的油样是脂肪酸甲酯,并非脂肪酸,为了确定脂肪酸甲酯中脂肪酸的δ13C值,需要对碳原子进行校正。根据用 Jones的质量守恒方程[8],可得到式(3)、(4)。

对于 C16∶0,

对于 C18∶1和 C18∶2,

式中:DFFA为游离脂肪酸的δ13C值;DFAME为脂肪酸甲酯的δ13C值;-29‰为衍生碳的δ13C值[9]。

由此,可以得到花生油、玉米油三种主要脂肪酸的δ13C,结果见表 2。

表 2 两种原料油主要脂肪酸的δ13C值/‰

由表 2中可知,花生油属于C3植物油,主要脂肪酸的δ13C值落在 -22‰～-33‰范围内;而玉米油主要脂肪酸的δ13C值落在 -10‰～-20‰范围内,属于 C4植物油。

大豆油、棕榈油等植物油也作了 GC-C-IRMS分析,结果表明,其脂肪酸δ13C值相差不大,均为 C3植物油,故不作详细表述。

花生油作为 C3植物油,与 C4转化途径的代表——玉米油对比,主要脂肪酸的δ13C值差异很大。玉米油 C16∶0、C18∶1、C18∶2的δ13C值都远大于花生油 12‰以上,这种差距已远远超过了仪器本身存在的误差,因此,通过 GC-C-IRMS分析检出花生油与玉米油之间的掺合程度是可能的。

2.3 不同比例混合油中主要脂肪酸的δ13C值变化规律

将花生油按 0%、4%、9%、17%、30%、59%和100%的质量比与玉米油进行混合。根据式 (2),可以得到不同比例混合油中主要脂肪酸的δ13C值。然后以混合油中主要脂肪酸的δ13C值为纵坐标,混合比例 XA为横坐标,可作出花生 -玉米混合油中主要脂肪酸δ13C值,如图 3所示。

由图 3可知,C16∶0和 C18∶2标准曲线为凹曲线,在低混合比例时,斜率比较小,较大的混合比例的变化只能导致较小δ13C值的变化,故这两种曲线灵敏度较低,如果仅用这两条曲线用来鉴定植物油的掺合程度,检测出来的结果就会产生较大的误差。而 C18∶1标准曲线却呈现凸状态,在低混合比例时,斜率较大,很小混合比例的变化就能引起较大δ13C值的变化,故这条曲线灵敏度较高,适合验证花生 -玉米混合油之间的掺合程度。

图 3 花生 -玉米油混合油中主要脂肪酸δ13C值的标准曲线

2.4 应用实例

二种混合油盲样的 GC-C-IRMS分析如图 4、图5所示。

图4 盲样1的 GC-C-IRMS图

图5 盲样2的 GC-C-IRMS图

同样可以得到两种盲样主要脂肪酸的δ13C值,见表3。

表 3 盲样主要脂肪酸的δ13C值

应用试验中,只知道混合油盲样中肯定含有花生油,混入的另一种植物油未知。

由表 3可知,盲样 1中主要脂肪酸的δ13C值远远超过了纯品花生油主要脂肪酸的δ13C值,故该油样不是纯花生油,肯定发生了掺合。

由于实测值 1与 C4植物油主要脂肪酸的δ13C值较为接近,可初步推测,盲样 1中的另一种油可能为玉米油。

采用灵敏度较高的 C18∶1标准曲线计算盲样 1中玉米油的混入比例,结合式 (2),由盲样 1中油酸的δ13C(A+B)=-16.70‰,可以算出该盲样 1的掺伪程度 XA=14.58%。与配置时掺和比例 15%真实值相比,相对误差仅为 -2.8%。

盲样 2中,主要脂肪酸的δ13C值在 -28‰左右,处于 C3植物油的范围内,与纯品花生油的主要脂肪酸的δ13C值非常接近,可见,盲样 2是一种掺合了 C3植物油的花生油,但具体为何种油,此法未能解决。

3 结论

纯品植物油的 GC-C-I RMS分析表明,玉米油为C4植物油,花生油等为C3植物油,它们之间的δ13C值差异很大。把花生油与玉米油进行掺和,可检出15%以上的掺合水平。对 15%以下掺合程度的检出,有待进一步研究。

同位素比值法在有望成为检测食用油掺伪的一种新方法。

[1]王江蓉,周建平,张令夫,等.植物油掺伪检测方法的应用与研究进展[J].中国油脂,2007,32(6):78-81

[2]汪聪慧,孙伟,张大明,等.同位素比值质谱法鉴别缴获的海洛因来源[J].中国司法鉴定,2002,9:19-22

[3]胡福良,詹耀锋.现代分析技术在蜂蜜质量检测中的应用[J].蜜蜂杂志,2003.12(12):24-26

[4]Hamilton R J,Hamilton S.Lipid analysis-a practical ap2 proach[M].Oxford:Oxford University Press,1992

[5]潘建国,邓兆活.稳定性碳同位素比值分析法 (SCIRA)最新发展与应用展望[J].中国养蜂,2002,54(1):9-10

[6]Woodbury S E,Evershed P R,Rossel J B,et al.Detection of vegetable oil adulteration using gas chromatography com2 bustion/isotoperation mass spectrometry[J].Analytical Chemistry,1995,67(15):2685-2690

[7]魏明,曹新志,廖成华.常见植物油鉴别及掺伪的气相色谱新检测法[J].食品科学,2003,24(12):103-106

[8]JonesD M,Carter J F,Eglinton G,et al.Determination of delta 13-C values of sedimentary straight chain and cyclic alcohols by gas chromatography/isotope ratio mass spectrome2 try[J].BiologicalMass Spectrometry,1991,20:641-646

[9]Woodbury S E,Evershed R P,Rossell J B.Purity assess2 ments ofmajor vegetable oils based onδ13C values of individ2 ual fatty acids[J].Journal of the American Oil Chemists’So2 ciety,1998,75(3):371-379.

Detection ofBlend of Corn Oil and Peanut Oil by Carbon Isotope Ratio

Jin Qingzhe1,2Xie Feng1Ding Zhihua3Shi Fenghua1Wang Xingguo1,2
(State KeyLaboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University1,Wuxi 214122)
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University2,Wuxi 214122)
(Shan Dong Lu Hua Group Co.Ltd3,Lanyangi 265200)

The detection of corn oil blended with peanut oil is studied by the carbon isotope ratio method.The fatty acid composition data of peanut oil produced from C3translation path and corn oil produced from C4translation path were obtained by gas chromatography;and thenδ13C values for main individual fatty acids,i.e.,C16∶0, C18∶1,and C18∶2,are deter mined by gas chromatography combustion-isotope ration mass spectrometry(GC-C -I RMS).Using the data measured,the standard curves between theδ13C values and the blend ratio of corn oil and peanut oilwas constructed.Results:Theδ13C values of corn oil and peanut oil are quite different.For corn oil blen2 ded with peanut oil,adulteration with peanut oil over 15%can be detected using thismethod.

peanut oil,corn oil,adulteration,gas chromatography,gas chromatography combustion-isotope ration mass spectrometry(GC-C-IRMS)

TS224 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0095-05

国家科技支撑计划(2009BADB9B08)

2009-06-16

金青哲,男,1962年出生,副教授,博士,油脂化学