定量結(jié)構(gòu)-色譜保留相關(guān)聯(lián)方法分析食用植物油中脂肪酸組成

李 煥，陳僑僑，劉 輝，張生萬*

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

定量結(jié)構(gòu)-色譜保留相關(guān)聯(lián)方法分析食用植物油中脂肪酸組成

李 煥，陳僑僑，劉 輝，張生萬*

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器分別測(cè)定8種食用植物油中脂肪酸組分的色譜保留時(shí)間，并結(jié)合定量結(jié)構(gòu)-色譜保留相關(guān)聯(lián)（quantitative structure-retention relationship，QSRR）方法和標(biāo)準(zhǔn)品分別對(duì)每種植物油中的脂肪酸組分進(jìn)行定性分析，將這2種方法的定性分析結(jié)果作對(duì)比，以驗(yàn)證QSRR方法在食用油中脂肪酸定性分析方面的實(shí)際應(yīng)用能力。結(jié)果表明：QSRR方法的定性結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)脂肪酸的定性結(jié)果基本一致，QSRR方法具有很好的實(shí)際應(yīng)用性，為脂肪酸的測(cè)定提供了一條新途徑，對(duì)食用植物油中脂肪酸的分析測(cè)定有一定的參考價(jià)值。

食用植物油；脂肪酸；氣相色譜保留時(shí)間；定量結(jié)構(gòu)-色譜保留相關(guān)

食用油脂作為人體三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，除了能夠?yàn)槿梭w提供熱量以外，也是機(jī)體生命活動(dòng)所需的脂肪酸的重要來源。無論是動(dòng)物油脂還是植物油脂，其主要組成成分均為脂肪酸。脂肪酸的組成是衡量某種食用油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，因此食用油中脂肪酸組成的分析測(cè)定顯得尤為重要。目前，使用最為普遍且技術(shù)較為成熟的脂肪酸分析檢測(cè)方法有氣相色譜（gas chromatography，GC）法[1-2]和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）法[3-4]。而定量結(jié)構(gòu)-色譜保留（quantitative structure-retention relationship，QSRR）方法的相關(guān)研究對(duì)預(yù)測(cè)保留時(shí)間、選擇分離條件及探索色譜保留機(jī)理都有重要意義[5]，該方法利用化合物的色譜保留值及其保留規(guī)律之間的關(guān)系進(jìn)行定性，是色譜定性分析工作中較為簡(jiǎn)單的方法。近幾年，對(duì)脂肪酸QSRR方法的研究相繼有一些文獻(xiàn)報(bào)道。景舉華等[6]將三維全息原子場(chǎng)作用矢量和脂肪酸氣相色譜保留指數(shù)相關(guān)聯(lián)，研究了脂肪酸定量結(jié)構(gòu)與色譜保留指數(shù)之間的關(guān)系，并建立了定量構(gòu)效關(guān)系模型。陸建堅(jiān)等[7]選用分子連接性指數(shù)，探討了12種脂肪酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其氣相色譜保留值之間關(guān)系。Farkas等[8]比較了描述符的不同選取方法，并建立了預(yù)測(cè)脂肪酸保留指數(shù)的QSRR模型。但這些工作只是停留在理論研究上，而實(shí)際應(yīng)用QSRR方法定性識(shí)別脂肪酸方面的工作尚未見報(bào)道。

李煥等[9]選用文獻(xiàn)[10]中32種脂肪酸的數(shù)據(jù)進(jìn)行定量構(gòu)效關(guān)系的研究，建立了預(yù)測(cè)脂肪酸氣相色譜保留時(shí)間的QSRR模型。首先對(duì)37種脂肪酸進(jìn)行氣相色譜分離，然后采用三維分子結(jié)構(gòu)信息（steric and electronic descriptors，SEDs）表征了脂肪酸甲酯的結(jié)構(gòu)特征，并與其色譜保留時(shí)間進(jìn)行了相關(guān)性研究，建立了脂肪酸甲酯的結(jié)構(gòu)與其氣相色譜保留時(shí)間的QSRR模型[11]。在上述研究基礎(chǔ)之上，本研究對(duì)幾種市售食用植物油中脂肪酸組分進(jìn)行氣相色譜分離，并運(yùn)用已建立的QSRR模型對(duì)主要脂肪酸做定性識(shí)別；同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)品定性，以此驗(yàn)證QSRR方法定性結(jié)果的準(zhǔn)確性，以期為脂肪酸的測(cè)定提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菜籽油 盂縣西煙鎮(zhèn)農(nóng)家自榨；華健純香胡麻油、福臨門一級(jí)小磨香油、魯花濃香葵花仁油、魯花5S一級(jí)壓榨花生油、多力橄欖油、長(zhǎng)壽花金胚玉米油、招財(cái)魚冷榨一級(jí)核桃油均購(gòu)于當(dāng)?shù)爻校?7種脂肪酸甲酯混標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品 上海安譜科學(xué)儀器有限公司；正己烷（≥95.0%，色譜純） 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；GC-7890A氣相色譜儀（配有FID檢測(cè)器） 美國(guó)Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 油樣甲酯化處理

取0.2 g油樣于比色管中，加入5 mL正己烷，振蕩使油樣完全溶解，然后加入1.4 mL 2 mol/L的KOH-甲醇溶液，充分振蕩1 min后，靜置15 min，然后每次加入2 mL超純水搖勻，靜置分層，除去水相，重復(fù)2次，有機(jī)相用無水Na2SO4干燥，得甲酯化樣品，冰箱保存待測(cè)。

1.2.2 色譜條件

色譜柱：R t x-W a x石英毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.5 ?m）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱流量0.60 mL/min；升溫程序：50 ℃保持2 min，以5 ℃/min升到140 ℃，保持10 min，以1 ℃/min升到160 ℃，保持10 min，以1 ℃/min升到180 ℃，保持10 min，以1 ℃/min升到200 ℃，保持10 min，以1 ℃/min升到220 ℃，保持10 min，然后以2 ℃/min升到230 ℃，保持30 min；檢測(cè)器溫度250 ℃；檢測(cè)器氣體：氫氣；氣體流速40 mL/min；空氣流速450 mL/min；尾吹氦氣流速30 mL/min；進(jìn)樣量0.2 μL；分流比10∶1。

1.2.3 定性、定量方法

定性方法：在上述色譜分離條件下，測(cè)定各食用植物油甲酯化樣品中各組分的保留時(shí)間，并與QSRR模型預(yù)測(cè)值比較，進(jìn)行定性。用于定性識(shí)別食用植物油中脂肪酸組分的QSRR模型及其建立方法均引自文獻(xiàn)[11]，所建QSRR模型如下所示：

式中：Tvcon指全價(jià)連接；SVDe指分子中所有原子點(diǎn)價(jià)之和；Windex指分子骨架中各碳原子間距離總和；Bindex是建立在分子圖的距離矩陣基礎(chǔ)上而構(gòu)造產(chǎn)生的，反映了分子的大小和形狀等結(jié)構(gòu)信息；N為回歸樣本數(shù)；m為變量個(gè)數(shù)；R為相關(guān)系數(shù)；SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差；F為Fisher檢驗(yàn)值；RCV、SDCV、FCV分別為繼以留一法（leave-one-out，LOO）交互檢驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)偏差和F檢驗(yàn)值。

定量方法：采用峰面積歸一化法，確定每種脂肪酸甲酯的相對(duì)含量，即為脂肪酸的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 油樣中脂肪酸組分測(cè)定及QSRR方法定性分析

采用1.2.1節(jié)甲酯化方法對(duì)上述8種食用植物油樣品進(jìn)行甲酯化前處理，并運(yùn)用1.2.2節(jié)方法對(duì)甲酯化的樣品油進(jìn)行氣相色譜測(cè)定，得到每種油中脂肪酸甲酯的色譜保留時(shí)間。將樣品油中脂肪酸組分的色譜保留時(shí)間與QSRR模型的預(yù)測(cè)值比較，模型對(duì)8種油樣中主要脂肪酸組分的定性結(jié)果見表1。

2.2 QSRR方法定性分析與采用標(biāo)準(zhǔn)品驗(yàn)證的結(jié)果

為了驗(yàn)證QSRR模型對(duì)油樣中脂肪酸組分確認(rèn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也測(cè)定了標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間。在1.2.2節(jié)所述的色譜條件下對(duì)37種脂肪酸甲酯混標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1、表2所示。不同方法對(duì)測(cè)試樣品油中脂肪酸的定性結(jié)果及脂肪酸的相對(duì)含量見表1。

圖1 37種脂肪酸甲酯混標(biāo)氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of a mixture of 37 fatty acid methyl esters

表1 2種方法對(duì)樣品油中脂肪酸定性、定量結(jié)果Table 1 Qualitative and quantitative analysis results of fatty acids in vegetable oils by two methods

續(xù)表1

表2 37種脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品氣相色譜保留時(shí)間Table 2 GC retention times of 37 fatty acid methyl esters

如表2所示，將QSRR方法定性結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)品定性結(jié)果相比較，結(jié)果表明所建模型能夠?qū)Σ煌秤弥参镉椭械闹舅峤M分進(jìn)行較為準(zhǔn)確的識(shí)別，具有較好的實(shí)際應(yīng)用性，對(duì)于實(shí)際油樣中脂肪酸的檢測(cè)分析有一定的參考價(jià)值和適用性。QSRR方法對(duì)油酸和反油酸、亞油酸和反亞油酸2組順、反異構(gòu)體定性識(shí)別時(shí)，是結(jié)合其相對(duì)含量來確定的，植物油中脂肪酸以順式結(jié)構(gòu)為主，所以當(dāng)某一油樣中同時(shí)含有順、反異構(gòu)體時(shí)，含量高的為順式（油酸或亞油酸），含量低的為反式（反油酸或反亞油酸）。另外，模型對(duì)樣品中檢出的個(gè)別化合物的識(shí)別不夠準(zhǔn)確，例如通過標(biāo)準(zhǔn)品定性，在華建純香胡麻油、福臨門一級(jí)小磨香油、多力橄欖油、長(zhǎng)壽花金胚玉米油、招財(cái)魚冷榨一級(jí)核桃油及菜籽油中，都檢測(cè)出α-亞麻酸，但由于QSRR模型對(duì)α-亞麻酸和γ-亞麻酸的預(yù)測(cè)時(shí)間是相同的，故模型無法確定該物質(zhì)是α-亞麻酸還是γ-亞麻酸；對(duì)華健純香胡麻油和菜籽油中的脂肪酸組分確認(rèn)時(shí)，模型將n-3-二十碳三烯酸誤認(rèn)為是花生四烯酸；模型將菜籽油中的二十四碳烯酸誤認(rèn)為是二十二碳六烯酸，說明模型對(duì)這4種物質(zhì)的識(shí)別存在一定的缺陷。另外，模型對(duì)油樣中檢測(cè)到的另外某些化合物尚不能識(shí)別預(yù)測(cè)，這些化合物可能是植物油中的非脂肪酸類物質(zhì)，也可能是建模時(shí)引用的37種脂肪酸以外的其他脂肪酸，說明模型只能應(yīng)用在用于建模的37種脂肪酸的識(shí)別預(yù)測(cè)，存在一定局限性。

2.3 脂肪酸相對(duì)含量

植物油中脂肪酸組成的測(cè)定結(jié)果與食用植物油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比較，大部分脂肪酸均在標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定范圍[12-19]。其中，菜籽油的芥酸含量較高（16.940%），屬于高芥酸菜籽油，長(zhǎng)期食用有害健康。另外菜籽油中還檢出少量n-3二十碳三烯酸。此外，在8種被測(cè)食用植物油中均檢出少量反式脂肪酸，但其含量都在2%的安全范圍之內(nèi)[20]。

脂肪酸組成作為食用植物油的重要指標(biāo)，是衡量其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要依據(jù)。由表1可知，日常食用植物油中的脂肪酸絕大多數(shù)以順式結(jié)構(gòu)存在，最主要的有棕櫚酸（C16∶0）、硬脂酸（C18∶0）、油酸（C18∶1）和亞油酸（C18∶2），被測(cè)油樣中均含有這4種脂肪酸，且以不飽和脂肪酸為主。單不飽和脂肪酸主要是油酸，多不飽和脂肪酸主要是亞油酸。上述8種測(cè)試油樣中，不飽和脂肪酸的相對(duì)含量均在75%以上，而招財(cái)魚冷榨一級(jí)核桃油和菜籽油中不飽和脂肪酸達(dá)到了90%以上。其中，花生油中飽和脂肪酸的含量相對(duì)較高，為22.258%，其他植物油中飽和脂肪酸的含量都在17%以下；單不飽和脂肪酸含量最高的為橄欖油（76.337%），主要是油酸，其次是菜籽油（49.279%）；多不飽和脂肪酸含量較高的有招財(cái)魚冷榨一級(jí)核桃油、華健純香胡麻油、魯花濃香葵花仁油、長(zhǎng)壽花金胚玉米油，分別為79.249%、67.745%、65.219%、51.115%，均在50%以上。另外，某些植物油有其特征脂肪酸：華健純香胡麻油中α-亞麻酸的含量高達(dá)54.032%；芥酸屬于菜籽油的特征脂肪酸，文獻(xiàn)[21]報(bào)道，長(zhǎng)期食用高芥酸含量的食用油，可導(dǎo)致心肌脂肪沉積和血管壁增厚，易誘發(fā)血栓和心肌梗塞。本實(shí)驗(yàn)測(cè)試的菜籽油是未經(jīng)過精煉加工的，其芥酸含量高達(dá)16.940%，超過了聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織及世界衛(wèi)生組織對(duì)菜籽油中芥酸含量的規(guī)定上限（5%）[21]。

隨著健康意識(shí)的不斷提高，人們對(duì)膳食中脂肪酸的比例問題越來越重視，而現(xiàn)在發(fā)病率較高的心腦血管疾病可能主要是由脂肪酸攝入不均衡所導(dǎo)致的[22-25]。目前，國(guó)際及國(guó)內(nèi)公認(rèn)的膳食脂肪酸比例應(yīng)符合飽和脂肪酸∶單不飽和脂肪酸∶多不飽和脂肪酸為1∶1∶1，多不飽和脂肪酸中n-6∶n-3為（4～6）∶1[26]。通過分析上述被測(cè)植物油的脂肪酸組成發(fā)現(xiàn)，任何單一植物油中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸及多不飽和脂肪酸的比值都無法達(dá)到1∶1∶1，而且n-6多不飽和脂肪酸與n-3多不飽和脂肪酸的比例除了招財(cái)魚冷榨一級(jí)核桃油接近（4～6）∶1（6.158），其他測(cè)試植物油中均差距較大。因此，僅從某一種食用植物油中獲得脂肪酸是無法達(dá)到體內(nèi)脂肪酸平衡的，必須結(jié)合其他脂肪酸來源或多種食用油搭配食用，以保證膳食脂肪酸的均衡。

3 結(jié) 論

以往的文獻(xiàn)報(bào)道中，對(duì)脂肪酸QSRR方法的研究只是停留在理論上，而沒有真正應(yīng)用QSRR方法來分析測(cè)定實(shí)際油樣中脂肪酸組分的相關(guān)報(bào)道。本研究運(yùn)用已建立的預(yù)測(cè)脂肪酸氣相色譜保留時(shí)間的QSRR模型，對(duì)8種市售食用植物油中的主要脂肪酸進(jìn)行定性識(shí)別，取得了較為滿意的結(jié)果，盡管模型無法確認(rèn)油樣中個(gè)別檢出物，但對(duì)實(shí)際油樣中絕大多數(shù)檢出物的識(shí)別是準(zhǔn)確的，仍具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性。結(jié)果表明采用QSRR方法能夠在一定程度上代替標(biāo)準(zhǔn)品或質(zhì)譜法對(duì)脂肪酸進(jìn)行定性、定量分析，大大節(jié)約了檢測(cè)成本。本研究為植物油中脂肪酸組分的分析測(cè)定提供了一條新途徑，尤其對(duì)脂肪酸的定性分析工作具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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[18] 國(guó)家糧食局標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量中心, 國(guó)家糧食局西安油脂食品及飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心. GB 1534—2003 花生油[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003.

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Analysis of Fatty Acid Composition in Edible Vegetable Oil Using Quantitative Structure-Chromatographic Retention Relationship Method

LI Huan, CHENG Qiao-qiao, LIU Hui, ZHANG Sheng-wan*
(College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

The retention times of fatty acids in eight kinds of edible vegetable oils were determined by gas chromatography with flame ionization detector. Comparative quantitative analysis of the fatty acid composition of each vegetable oil was carried out by quantitative structure-chromatographic retention relationship (QSRR) method and standard calibration method with the aim of verifying the practical applicability of QSRR method in fatty acid analysis. Results indicated that the qualitative results obtained by QSRR method were basically consistent with those from standard calibration method, suggesting good practical applicability of QSRR method as a new way for the determination of fatty acids in edible vegetable oils.

edible vegetable oils; fatty acids; gas chromatographic retention time; quantitative structure-retention relationship (QSRR)

TS221

A

1002-6630（2014）04-0086-05

10.7506/spkx1002-6630-201404018

2013-05-30

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31171748）；山西省普通高校特色重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目

李煥（1987—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。E-mail：1615089247@qq.com

*通信作者：張生萬（1955—），男，教授，本科，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)、藥物合成。E-mail：zswan@sxu.edu.cn