顶空气相色谱-质谱测定橄榄调和油中橄榄油含量


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蒋万枫, 张宁, 张凤艳, 杨钊

青岛市食品药品检验研究院, 山东青岛 266071

收稿日期：2017-02-24

通讯联系人：蒋万枫, Tel:(0532)85716057, E-mail:jwfvip@126.com

摘要：建立了测定橄榄调和油中橄榄油含量的顶空气相色谱-质谱分析方法。对样品量、加热温度、加热时间、进样量、进样模式、色谱柱进行了优化。通过化学计量学方法发现了橄榄油的特征化合物。取1.0 g样品放置于20 mL顶空瓶中，在180 ℃加热振摇2700 s，取1.0 mL顶空气体进样，通过HP-88色谱柱分离和质谱检测。结果表明，方法的线性范围为0~100%（橄榄油含量），线性相关系数（r²）大于0.995，检出限为1.26%~2.13%，模拟橄榄调和油中橄榄油含量测定的偏差为-0.65%~1.02%，相对偏差为-1.3%~6.8%，相对标准偏差为1.18%~4.26%（n=6）。该方法不使用任何溶剂，操作简单、快速、环保，灵敏度和准确度高，适用于橄榄调和油中橄榄油含量的测定。

关键词：顶空气相色谱-质谱橄榄油调和油

Determination of olive oil content in olive blend oil by headspace gas chromatography-mass spectrometry

JIANG Wanfeng, ZHANG Ning, ZHANG Fengyan, YANG Zhao

Qingdao Institute for Food and Drug Control, Qingdao 266071, China

Abstract: A method for the determination of the content of olive oil in olive blend oil by headspace gas chromatography-mass spectrometry (SH-GC/MS) was established. The amount of the sample, the heating temperature, the heating time, the amount of injection, the injection mode and the chromatographic column were optimized. The characteristic compounds of olive oil were found by chemometric method. A sample of 1.0 g was placed in a 20 mL headspace flask, and heated at 180℃ for 2700 s. Then, 1.0 mL headspace gas was taken into the instrument. An HP-88 chromatographic column was used for the separation and the analysis was performed by GC/MS. The results showed that the linear range was 0-100%(olive oil content). The linear correlation coefficient (r²) was more than 0.995, and the limits of detection were 1.26%-2.13%. The deviations of olive oil contents in the olive blend oil were from -0.65% to 1.02%, with the relative deviations from -1.3% to 6.8% and the relative standard deviations from 1.18% to 4.26% (n=6). The method is simple, rapid, environment friendly, sensitive and accurate. It is suitable for the determination of the content of olive oil in olive blend oil.

Key words: headspace gas chromatography-mass spectrometry (SH-GC/MS) olive oil blend oil

食用调和油是根据食用油的化学组分, 以大宗高级食用油为基质油, 加入另一种或一种以上具有功能特性的食用油, 经科学调配、具有增进营养功效的食用油^[1]。作为我国的特色产品, 食用调和油含多种植物油成分, 可以平衡脂肪酸的摄取, 均衡营养, 是我国居民生活的重要食品之一^[2]。但是, 调和油的相关标准严重缺失, 没有标准规定必须在标签上标示调和比例, 由此导致了调和油在命名上的随意性, 也给部分制造商提供了“哪种油身价高就用哪种油命名”的理由^[3], 为调和油的质量带来了巨大的安全隐患。许多调和油产品的首要指标是价格, 原料油以次充好、以假乱真, 造成了消费者认为“调和油=品质差的油或价格低的油”, 使真正营养价值好的调和油无法在市场立足^[4]。生活中, 人们往往通过食用油的气味来判断其种类, 但食用油气味是由浓度极低、种类繁多且结构复杂的各种挥发性风味物质组成, 仅靠感官无法完成调和油的准确定性定量鉴定, 必须借助现代仪器分析技术对食用调和油的风味物质进行客观、系统的研究与分析。目前, 检测调和油调和成分比例的方法较少, 主要有气相色谱法^[5-6]、离子迁移谱法^[7]、红外和近红外光谱法^[8-12]、拉曼光谱法^{[13, 14]}、荧光光谱法^{[15, 16]}等。其中色谱法主要通过植物油脂肪酸组成来计算调和油成分比例。而顶空气相色谱-质谱测定调和油的方法尚未见报道。

橄榄油(olive oil)含有丰富的不饱和脂肪酸、角鲨烯等物质, 具有抗氧化、调节胆固醇等功效, 被称为“液体黄金”, 价格比其他食用植物油高很多^[17]。橄榄调和油中橄榄油的含量成为广大消费者关注的问题^[18-20]。本文采用顶空气相色谱-质谱法对橄榄调和油中橄榄油含量进行了测定。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

6890N-5975N气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司); COMBI PAL型全自动三位一体进样器(美国安捷伦公司); AL 204天平(瑞士梅特勒特里多仪器有限公司); 20 mL顶空瓶(美国安捷伦公司); 美国国家标准与技术研究院(NIST)谱库带自动质谱解卷积和鉴定软件(AMDIS); Mass Profiler Professional (MPP)差异化分析软件(美国安捷伦公司)。

纯橄榄油、花生油(peanut oil)、葵花籽油(sunflower seed oil)、玉米油(corn oil)以及橄榄花生调和油(olive peanut blend oil)、橄榄葵花籽调和油(olive sunflower seed blend oil)、橄榄玉米调和油(olive corn blend oil)均购于市场。

1.2 实验方法

1.2.1 顶空进样条件

样品量:1.0 g; 进样加热箱温度:180 ℃; 振摇频率:500 r/min; 平衡时间:2 700 s; 进样量:1.0 mL。

1.2.2 色谱条件

色谱柱:HP-88毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)。升温程序:初始温度40 ℃, 保持5 min; 以5 ℃/min升温至245 ℃, 保持5 min。进样口温度:250 ℃, 进样模式:脉冲不分流进样, 脉冲压力103.4 kPa, 持续1.0 min; 载气:高纯氦气; 恒流流速:1.0 mL/min。

1.2.3 质谱条件

传输线温度:280 ℃; 电离模式:EI源; 数据采集方式:全扫描、选择离子监测; 质量扫描范围:20~400 amu; 溶剂延迟时间:8.3 min。

2 结果与讨论

2.1 采集条件的优化

顶空进样过程中, 样品量、加热温度、加热时间、进样量等都是影响测定效果的重要因素。为得到最佳采集条件, 优化顶空进样加热箱温度。60、80、100、120、140、160、180、200 ℃的实验结果表明, 200 ℃得到的峰最多, 响应值最高。但是考虑到仪器的耐受性和安全性, 选择180 ℃作为顶空进样加热箱温度。优化加热时间, 1 800、2 100、2 400、2 700、3 000 s的实验结果表明, 随着时间的延长, 得到的化合物越来越丰富, 但2 400 s后变化不明显, 2 700 s与3 000 s基本相同。所以选择2 700 s作为顶空进样加热时间。优化样品量, 0.1、0.25、0.5、0.75、1.0、2.5、5.0、7.5、10 g的实验结果表明, 随着样品量的增加, 化合物的种类和响应值呈现递减的趋势。综合考虑称样准确性因素, 样品量选择1.0 g。

2.2 色谱柱的选择

从上述实验中发现, 顶空气相色谱-质谱法测得的物质主要是植物油成分在高温下氧化分解生成的挥发性风味物质, 大多为醛、酮、醇、酚、酯、烃类, 性质相似。考察了HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)和HP-88毛细管色谱柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)的分离效果。结果表明:选用HP-5MS色谱柱时, 分离效果不佳; 选用HP-88色谱柱时, 化合物分离度变大, 大多数物质能够达到基线分离, 因此选用HP-88色谱柱。

2.3 进样模式的选择

在0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL范围内对进样量进行优化, 发现增加进样量能提高被测组分的响应, 但较高的进样量会导致响应不稳定。样品量增大, 在衬管中停留的时间变长, 进样时间增加, 色谱峰就变宽, 样品量大于衬管容量时还会溢出, 造成重复性变差。因此本实验采用脉冲不分流进样方式以降低进样口的影响。所谓“脉冲进样”即用程序调控压力, 采用较高的进样口压力减少待测物在衬管中的停留时间, 增加样品量。兼顾检测灵敏度和稳定性, 最终选择1.0 mL为分析时的进样量, 进样脉冲压力为103.4 kPa, 脉冲时间为1.0 min。

2.4 特征化合物的发现

按照1.2节方法, 使用顶空气相色谱-质谱联用法采集纯橄榄油、葵花籽油、玉米油、花生油等各品种植物油样品信息(见图 1), 利用NIST AMDIS结合自带谱库(NISTFF香料香精库), 在SIMPLE模式处理所得GC/MS数据文件, 解卷积参数峰宽(component width)设置为15, 相邻峰差减(adjacent peak subtraction)设置为one, 分辨率(resolution)、灵敏度(sensitivity)和峰形要求(shape requirements)均设置为medium, 保留匹配因子(match factor)大于70的组分。将AMDIS创建的FIN(已鉴定化合物)和ELU(未鉴定化合物)文件导入MPP软件, 共得到286个化合物(强度阈值为10 000)。从主成分分析图(见图 2)可以看出4种植物油的差异, 它们均能被很好地区分开, 其中橄榄油与其他3种在X轴上的区分度最大。分别采用标志筛选、频率筛选、单因素方差分析逐级筛查不同类型植物油的最具特征化合物。通过逐级筛查, 化合物数量降低, 再将橄榄油与其他组分进行分组解析。通过T检验查找到差异明显的化合物, 通过样品变异筛查寻找在不同品牌同一种植物油中变化较小的特征化合物, 从286个化合物中发现2个橄榄油的特征化合物(见图 3), 分别为m/z 41.0@35.73 min和m/z 59.0@13.58 min。二者在橄榄油中含量比较稳定, 且在玉米油、葵花籽油、花生油中含量极少, 并与橄榄油的含量呈线性关系。经NIST谱库检索为3, 7-二甲基-2, 6-辛二烯酮和2, 2-二甲基-3-乙基环氧乙烷(见图 4)。经过综合考虑灵敏度、重复性等方法学评价因素, 最终确定2, 2-二甲基-3-乙基环氧乙烷为特征化合物, 以m/z 59.0为定量离子, m/z 41.0、58.0、85.0为定性离子, 其选择离子监测色谱图见图 5。

图 1 4种植物油的总离子流色谱图 Fig. 1 Total ion current chromatograms of four kinds of vegetable oils

图 2 4种植物油的主成分分析图 Fig. 2 Principal component analysis figure of four kinds of vegetable oils

图 3 (a)筛查前、(b)T检验筛查后和(c)样品变异筛查后的轮廓图 Fig. 3 Profile plots (a) before flitting, (b) after T test and after (c) sample variability flitting

图 4 化合物m/z 59.0@13.58 min和m/z 41.0@35.73 min的NIST谱库检索结果 Fig. 4 National Institute of Standards and Technology (NIST) library search results of compounds m/z 59.0@13.58 min and m/z 41.0@35.73 min

图 5 4种植物油的选择离子监测色谱图 Fig. 5 Selected ion monitoring (SIM) chromatograms of four kinds of vegetable oils

2.5 线性范围、线性方程和检出限

橄榄油与花生油、葵花籽油、玉米油等其他种类植物油分别混合, 橄榄油的含量分别为0、10、20、30、50、70、90、100%。取上述8个水平的混合样品各1.0 g进行测定。使用外标法定量, 以橄榄油含量为横坐标, 以所选取的特征标记物的特征离子峰面积为纵坐标, 制作标准曲线。线性相关系数(r²)大于0.995, 表明橄榄油含量与特征化合物的峰面积具有良好的线性关系。取花生油、葵花籽油、玉米油等其他植物油分别进行20次测定, 计算标准偏差S, 按照公式3S/k计算检出限, 其中k为标准曲线的斜率。检出限范围为1.26%~2.13%(见表 1)。

表 1 3种混合样品中橄榄油含量的回归方程、相关系数、线性范围及检出限 Table 1 Regression equations, correlation coefficients (r²), linear ranges and limits of detection (LODs) of the olive oil contents in three kinds of mixed samples

2.6 准确度和精密度

通过制作模拟调和油验证方法的准确度和精密度。取花生油、葵花籽油、玉米油, 分别配制橄榄油含量为10%、30%和50%的模拟橄榄花生调和油、橄榄葵花籽调和油和橄榄玉米调和油, 对每个含量水平进行6次平行测定, 结果见表 2。3种模拟橄榄调和油中橄榄油含量测定的偏差为-0.65%~1.02%, 相对偏差为-1.3%~6.8%, 相对标准偏差为1.18%~4.26%(n=6)。

表 2 3种模拟橄榄调和油中橄榄油含量测定的偏差、相对偏差、相对标准偏差(n=6) Table 2 Deviations, relative deviations and relative standard deviations (RSDs) of the olive oil contents in three kinds of simulated olive blend oils (n=6)

2.7 耐用性

改变实验参数, 分别采用进样平衡时间2 700、3 000 s, 顶空平衡温度180、200 ℃, 进样量0.5、1.0 g, 对10%、30%、50%模拟调和油样品进行测定, 计算回收率。结果显示, 在改变后的条件下系统适用性仍能满足要求, 回收率为97.3%~107%, 方法耐用性良好。样品量耐用性实验中发现, 样品量为0.2~0.6 g时, 峰面积随样品量增加而增加, 但在0.6~1.25 g范围内时, 峰面积变化不明显(见图 6)。利用格鲁布斯(Grubbs)法进行检验判断, 最小值统计量T=1.29, 最大值统计量T=1.51, 均小于T_{α, n}(查表^[21]得T_{α, n}=1.82, 置信度95%, α=0.05, n=6), 表明样品量为0.6 g至1.25 g时峰面积无异常值, 说明特征化合物的峰面积在该条件下只与橄榄油的含量有关, 而与样品量无关。

图 6 峰面积与样品量的关系 Fig. 6 Relationship between the peak area and the sample mass

2.8 实际样品的检测

采用本方法对3个橄榄调和油样品进行了检测, 测得1个橄榄花生调和油样品中橄榄油含量为57.01%, 标签标示橄榄油含量为50%; 1个橄榄葵花籽调和油样品中橄榄油含量为9.54%, 标签未标示橄榄油含量; 1个橄榄玉米调和油样品中橄榄油含量为5.18%, 标签标示橄榄油含量为10%, 该样品的测定结果与标示含量差别较大, 橄榄油含量没有达到标签标示值。

3 结论

通过优化样品量、加热温度、加热时间、进样量、进样模式、色谱柱等条件, 运用化学计量学方法发现了橄榄油特征化合物, 建立了顶空气相色谱-质谱测定橄榄调和油中橄榄油含量的分析方法。该方法前处理过程简单, 不使用任何溶剂, 灵敏度高, 线性关系、准确度和精密度等均满足方法学指标, 适用于橄榄调和油中橄榄油含量的检测。

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