CN102419308B

CN102419308B - 基于溶剂萃取耦合ftir分析食用油中微量水分的方法

Info

Publication number: CN102419308B
Application number: CN 201110256403
Authority: CN
Inventors: 孟祥河; 潘秋月
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: CN102419308A

Abstract

本发明提供了一种基于溶剂萃取耦合FTIR分析食用油中微量水分的方法。首先采用溶剂萃取，分相，然后采用傅里叶中红外透射光谱分析该萃取相，溶剂萃取水分同时，绝大部分油脂留在萃余相中，因此干扰少，分析精度高，而且粘度低可连续进样，通量高，标准曲线采用纯溶剂直接添加蒸馏水，FTIR分析建立。本发明法操作简单，可连续操作，测定准确性好，精度高，灵敏，环境友好，操作安全，适于各种食用油的微量水分分析。

Description

基于溶剂萃取耦合FTIR分析食用油中微量水分的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种基于溶剂萃取耦合FTIR分析食用油中微量水分的方法。

(二)背景技术

水分是油脂的重要质量参数，不仅影响油脂的精炼操作而且与油脂的储藏稳定性密切相关。通常油脂中水分含量有限，一般含量0.05％～0.3％，但从加工方面讲，精炼油水分含量应低于0.1％，通常在0.05％左右。较高的水分含量容易引起油脂水解，而产生的脂肪酸易于氧化，进一步造成异味/蛤拜及烟点降低等问题.

关于食用油及相关产品的水分分析，AOCS有一系列标准方法，但各有利弊。如干燥法(Ca 2b-38，Ca 2c-25，Ca 2d-25)简单但不精确，共沸蒸馏法(Ca 2a-45)较准确，但灵敏度不足(不适合水分小于0.05％的样品分析)。目前Karl Fischer法(AOCS Ca 2e-84)依然是最权威的水分分析方法，该法适合广泛水分含量的样品(1～25000ppm)。其缺点是需要复杂的滴定仪和较高技巧的操作人员，并需使用存在环境问题的化学试剂。此外，尚有系列因素使得卡尔费修水分分析法错综复杂，广为关注的因素即为水分以外的成分消耗滴定试剂、产生水分，影响滴定终点和准确定量。为消除该卡尔费修法内在的弊端，研究人员大量的改进，使得对该方法几乎可以满足各类产品的分析。然而分析的精度却取决于众多变量及操作参数的选择。因此，尽管标准条件(设备、试剂等)该方法在实验室内的重现性很好，但由于采用的K F试剂包和所用的仪器差异，不同实验室间的结果差异显著，使得同一样品不同来源的检测结果难以比较。

作为传统湿化学法的替代，FTIR法高效、快速、准确，环境友好，目前已广泛用于食用油酸碱值，碘价，过氧化物的检测。Chen-Man等曾探讨了基于3600～3200cm^-1OH伸缩振动吸收带的FTIR技术分析原棕榈油的水分，并尝试应用于棕榈油来源的皂的水分分析。但其研究中水分含量相对高，同时没有考虑基线吸收问题，更重要的是由于采用衰减全反射(ATR)技术，一方面检测精度低，另一方面产品暴露容易从空气中吸水，因此该法不适合微量水分含量分析(0～-500ppm)。Van de voort等采用FTIR透射光谱技术耦合水分与二甲氧丙烷定量反应生成丙酮，然后测量生成丙酮的υ(CO)吸收间接测定水分含量。该方法精确，适合成分单一的矿物基润滑油，但由于食用油的酯键与丙酮的羰基重叠因此不适用。近红外光谱法虽然研究较多，但要建立精确的模型需要大的样本容量，此外其也主要适于水分含量较高的样品，尚未见到微量水分的分析。

(三)发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种基于溶剂萃取结合FTIR光谱分析的食用油水分快速分析方法，并结合波谱的二阶导数处理减少基线吸收问题，实现了食用油中微量水分的精确分析。

本发明采用的技术方案是：

一种基于溶剂萃取耦合FTIR分析食用油中微量水分的方法，所述方法包括：

(1)标准曲线制备：采用1055μmCaF₂样品池，记录溶剂的原始波谱S_0，扫描次数32，分辨率0.5cm^-1，波谱范围4000-400cm^-1；分别取溶剂添加纯水得到浓度范围在20～2000ppm的梯度浓度溶剂水溶液标准品，于相同条件(采用1055μmCaF₂样品池，扫描次数32，分辨率0.5cm^-1，波谱范围4000-400cm^-1)下记录不同浓度下标准品的波谱S_std，然后做波谱减法运算即S_std-S_0得到不同浓度下标准品的差谱值S_differspectra，接着对差谱进行二阶求导(由红外仪器自带的软件自动完成)，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱S_2nd derivative，读取不同浓度下标准品的差谱或差谱的二阶导数图谱S_2nd derivative1590～1700cm^-1间最大吸收峰的强度(在差谱或二阶导数图谱上直接读值，软件自动完成)，以最大吸收峰强度为横坐标、标准品含水量(单位：ppm)为纵坐标，绘制得到标准曲线；

(2)样品水分含量测定：将待测油脂样品用溶剂萃取后，取上层溶剂萃取液在步骤(1)相同条件(采用1055μmCaF₂样品池，扫描次数32，分辨率0.5cm^-1，波谱范围4000-400cm^-1)下记录波谱，记为Spectra 3；另外取待测油脂样品经密封干燥至少15天后获得的干油用等量溶剂萃取，取上层萃取液在步骤(1)相同条件下记录波谱，记为Spectra 2，对Spectra 2、Spectra 3作减法，即Spectra 3-Spectra 2，得到差谱进行二阶求导，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱，读取差谱或差谱的二阶导数图谱1590～1700cm^-1间最大吸收峰的强度，对照相应标准曲线得出待测样品中的水分含量(若溶剂萃取过程中有稀释，即萃取剂和样品油体积比大于1，则结合稀释倍数进行换算，通常以质量倍数计算较为准确)。

所述溶剂为下列之一：乙腈，DMSO，甲醇或乙醇；优选为乙腈；

所述食用油为下列之一：大豆油，菜籽油，花生油，玉米油，橄榄油，向日葵油。

萃取时，乙腈、待测样品油脂体积比优选为1.5～2.0∶1。

本发明的有益效果主要体现在：本发明法操作简单，可连续操作，测定准确性好，精度高，灵敏，环境友好，操作安全，适于各种食用油的微量水分分析。

(四)附图说明

图1为乙腈萃取FTIR分析菜籽油中水分的典型红外图谱及解释；1.样品菜籽油的乙腈萃取物；2.“干”菜籽油的乙腈萃取物；3.“干”乙腈；4.Spectra3-Spectra 2；5.Spectra 4的二阶导数图谱；

图2为植物油中水分溶剂萃取/FTIR分析示意图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

1.标准曲线的准备

分别取Sigma光谱级乙腈，DMSO，甲醇等纯溶剂，采用1055um CaF₂样品池，记录原始波谱S_0，扫描次数32，分辨率0.5cm^-1，波谱范围4000-400cm^-1。同时分别取上述溶剂适量，添加纯水得到20，50，100，200，500，1000，1500，2000ppm的相应上述溶剂的水溶液，如上记录系列标准样品的波谱S_std，然后做波谱减法运算即S_std-S_0得到差谱系列S_differ spectra，接着对差谱进行二阶求导(5，5差分法)，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱S_2^nd derivitice。典型的红外图谱解释见图1。分别测量系列差谱S_differ spectra和系列二阶导数图谱S_2^nd derivative1590～1700cm-1间最大吸收峰的强度(不同溶剂萃取时H-O-H弯曲振动的最大吸收峰见表1)，以最大吸收峰强度为横坐标、标准品含水量为纵坐标，得到相关标准曲线如表1：

表1：基于不同溶剂萃取及不同波谱处理的标准曲线

适宜的溶剂，首先应该能与水混溶，对水分有充足的萃取力(强极性)以保障水分的完全萃取，同时对萃取油脂的溶解度尽量低，以减少波谱干扰。据此，比较了上述四种极性溶剂，结果表明这四种溶剂的水分标准曲线均表现出优良的线性关系，而且总体来讲基于二阶导数图谱的标准曲线精度明显优于差谱(甲醇除外)，四种溶剂中乙腈的水分标准曲线精度最高，不论基于3541，3620cm^-1处OH伸展震动峰还是1631cm-1摆动峰定量，其方差均小于10ppm，尤其测定二阶导数图谱1631cm^-1伸缩振动峰所的标准曲线标准差接近3ppm，故后续试验均采用标准曲线“H₂O(ppm)＝15.04Abs+4.10”，其中Abs为1590～1700cm^-1间最大吸收峰强度。

2.标准水分含量油脂的准备

取适量精炼食用油如大豆油，卡诺拉油，花生油，玉米油，添加20％的3A分子筛(经280度预干燥3小时)密封干燥至少15天，得到“干”油。然后以此“干”油为基础，定量添加纯水的到一系列准确水分含量的标准品，待测。为使添加的水分能均匀分散于食用油中，试验采用能与油/水均互溶且波谱简单不干扰水分特征峰的二氧烷作为介质传递水分。

3.溶剂萃取耦合FTIR分析食用油样品中水分含量的方法

分别准确移取10mL标准水分含量的油脂样品于30mL具塞玻璃管中，准确称重(准确至0.0001g)，添加20mL溶剂，准确记录乙腈的重量(准确至0.0001g)，密封，剧烈混合萃取1min，静置30～60min或4000rpm离心10min，取上相(溶剂层)，采用1055um CaF₂样品池记录4000-400cm^-1红外光谱Spectra 3，另外记录萃取“干”油的溶剂光谱Spectra 2，操作流程如示意图2所示。对Spectra 2、Spectra 3作减法，即Spectra 3-Spectra 2，得到差谱Spectra 4，然后对差谱Spectra 4进行二阶求导(5，5差分法)，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱S_2nd derivative。测量系列差谱或差谱的二阶导数图谱S_2nd derivative 1590～1700cm^-1间最大吸收峰的强度(不同溶剂萃取时H-O-H弯曲振动的最大吸收峰见表1)，带入标准曲线，再结合稀释倍数即可换算出原始样品中的水分含量(此处溶剂与油脂体积比为2∶1，而换算时以质量计较为准确，因此萃取物水分含量需乘以萃取用乙腈的质量再除以样品油的质量)。以下除特殊说明外，均以差谱的二阶导数图谱定量。

3.1不同溶剂萃取分析大豆油十分含量的比较

分别以光谱纯的极性溶剂DMSO、甲醇、乙醇、乙腈萃取分析285、1005ppm水分含量的大豆油，结果列于表2。

表2：不同溶剂做萃取剂的效果

由于上述溶剂的极性有所不同，因此萃取水分的溶剂的红外波谱中H-O-H弯曲振动的波数略有偏移，如DMSO(1664cm^-1)，甲醇(1668cm^-1)，乙醇(1665cm^-1)，乙腈(1631cm-1)。由表2中的数据不难判断，乙腈和甲醇的分析结果更为准确，尤其对高水分含量的样品。但商业上＜100ppm甲醇溶剂不易获得，而且容易吸湿保藏困难，加之当样品中水分含量达到一定值时会与水分形成较强的氢键，不利于得到准确的分析结果，故后续实验均以乙腈为萃取剂来优化研究。

3.2不同萃取比例对分析准确度的影响

以不同比例乙腈萃取分析水分含量分别为285.02及1005ppm的大豆油，相关结果列于表3。

表3：萃取比例的影响

注：萃取剂乙腈起始水分含量76ppm.每个样品重复二次，结果以均值表示

如果乙腈萃取能力充分的前提下，萃取比例通常不会影响分析的准确性.对于高水分含量的大豆油(1005ppm)，萃取比例对分析结果影响较小，乙腈/大豆油体积比从0.5∶1提高到10∶1，测得的水分含量均在可接受的误差范围内，而对于低水分含量的样品，随萃取比例增加，结果的误差逐渐增大，这是因为本方法是根据萃取溶剂萃取前后水分含量差计算样品中水分含量，当萃取比例增大时即萃取溶剂的质量相对于被萃取的油脂样品非常大，而样品中水分含量又很低，这时萃取的水分不会显著改变萃取溶剂的水分浓度，因此微小的变化就会造成较大的误差。综合考虑乙腈、油脂的比例以1.5～2∶1为宜。

3.3乙腈起始水分含量的影响

以不同起始水分含量的乙腈萃取分析水分含量分别为40.6ppm及1005ppm的大豆油，考察其萃取能力实验结果如下表4所示。

表4：萃取剂乙腈起始水分含量的影响

注：乙腈/大豆油体积比2∶1，每个样品重复二次，结果以均值表示

结果表明，萃取剂乙腈的起始水分含量在25～250ppm之间，对其萃取能力及分析的准确性没有明显的影响。商业上的色谱级乙腈水分一般在100ppm左右，完全满足作为水分萃取剂使用。

3.4分析不同油脂水分含量的准确性及精确性的研究

试验以国内外食用油市场上大宗植物油，如大豆，卡诺拉，葵花籽，玉米油，橄榄油为对象，添加系列水分含量，以前述方法进行检测，水分标准值及测定值的比较见表5。

表5：基于不同波谱定量分析不同油脂水分含量的比较

对不同油脂水分添加值及所有油脂水分添加值与FTIR预测值回归，结果如表5所示。由表5可见，虽然基于差谱得到结果也能较准确地反映样品的水分含量，但精度明显不如基于差谱的二阶导数图谱，对于水分含量低于300ppm的样品尤其如此。二阶导数的全局预测值与标准值高度一致，相关系数均高于0.995，标准差为22ppm，除玉米油外，实验误差均在2％以内，体现了该方法优良的准确性及精确性(见表6)。

表6：FTIR法分析不同油脂水分含量的有效性

Claims

1.一种基于溶剂萃取耦合FTIR分析食用油中微量水分的方法，所述方法包括：

（1）标准曲线制备：采用1055 μmCaF₂样品池，记录溶剂的原始波谱S_0，扫描次数32，分辨率0.5 cm^-1，波谱范围4000-400 cm^-1；分别取溶剂添加纯水得到浓度范围在20~2000 ppm的梯度浓度溶剂水溶液标准品，于相同条件下记录不同浓度下标准品的波谱S_std，然后做波谱减法运算即S_std-S_0得到不同浓度下标准品的差谱S_differ spectra，接着对差谱进行二阶求导，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱S_2nd derivative，读取不同浓度下标准品的差谱或二阶导数图谱S_2nd derivative 1590~1700cm^-1间最大吸收峰的强度，以最大吸收峰强度为横坐标、标准品含水量为纵坐标，绘制得到标准曲线；

（2）样品水分含量测定：将待测油脂样品用溶剂萃取后，取上层萃取液在步骤（1）相同条件下记录波谱，记为Spectra 3；另外取待测油脂样品经密封干燥至少15天后获得的干油用等量溶剂萃取，取上层萃取液在步骤（1）相同条件下记录波谱，记为Spectra 2，对Spectra2、Spectra 3作减法，即Spectra 3- Spectra 2，得到差谱进行二阶求导，并放大-10000倍，得到差谱的二阶导数图谱，读取差谱或二阶导数图谱1590~1700cm^-1间最大吸收峰的强度，对照标准曲线得出待测样品中的水分含量；

所述溶剂为下列之一：乙腈，DMSO，甲醇或乙醇；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（2）中，萃取用溶剂与待测油脂样品体积比为1.5~2.0：1。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述溶剂为乙腈。