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气相色谱-质谱法测定食用油中3-氯丙醇酯

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2016年11月 中国粮油学报 Joumal of the Chinese Cereals and Oils Association Vo1.31,No.11 NOV.2016 第3l卷第1 1期 气相色谱一质谱法测定食用油中3一氯丙醇酯 苗雨田 杨悠悠 王 浩 刘 佟 杨永坛 (中粮营养健康研究院北京市营养健康与食品安全重点实验室,北京摘要102209) 采用碱水解方式,基于苯基硼酸(PBA)衍生化方法并结合气相色谱一质谱(GC—MS)联用仪 测定了食用油中3一氯丙醇(3一MCPD)酯的含量。经试验可知,水解时间是碱水解样品前处理方法的关键 因素,经优化,大豆油等不同品类的食用油的最佳水解时间为1~6 min。另外,以大豆油为基质,考察了基于 碱水解方式的分离分析方法的回收率、重复性以及检出限。其中,在150~1 500 g/kg范围内进行3水平加 标回收试验,回收率为94%一105%、RSD为3.7%一10.8%、检出限为15 g/ ,定量限为50 g/ 。本方法 能够满足日常样品中3一氯丙醇(3一MCPD)酯的检测。 关键词3一氯丙醇(3一MCPD)酯食用油碱水解水解时间 气相色谱一质谱 中图分类号:TQ646.4 文献标识码:A 文章编号:1003—0174(2016)ll一0135—05 3一氯丙醇(3一MCPD)酯是由甘油酯中1号或 HFBI可与许多氯丙醇作用,在羟基上引入七氟丁酰 基,HFBI法衍生前需要确保溶液经过充分的脱水, 此外还要采用硅藻土基质固相分散萃取法净化,操 作复杂、繁琐,并且HFBI试剂价格很高¨ ;PBA只能 与二醇类发生专一性化学反应,可直接在水溶液中与 3一MCPD反应 ,所需前处理步骤较少,成本较低, 在3一MCPD酯检测中较为常用。目前间接法测定 3一MCPD酯的检出限为27一l 000 g/ 。 本研究采用间接测定方式,利用碱水解对样品 者3号位的羟基被氯原子取代而形成的一氯取代 物,无色,具有愉快性香味。易溶于乙醇,水,乙醚, 丙酮…。1980年Davidek等 在酸水解植物蛋白 (HVP)中发现3一氯丙醇(3一MCPD)酯,此后陆续 有研究者在各类热加工食品中发现不同水平的3一 MCPD酯 -6 J。3一MCPD酯主要形成于食品的加工 过程中,尤其是热加工过程,如油脂的精炼、氢化、脱 臭等 。3一MCPD酯目前引起人们的广泛关注主要 是由于3一MCPD酯被人体摄人后,会被脂肪酸酶水 解成游离的3一MCPD,3一MCPD具有潜在的致癌 性,并且能抑制雄性激素的分泌,使精子数减少,精 子活性降低,生殖能力减弱,甚至不育 J。 3一MCPD酯测定方法的研究已经成为食品安全 检测的热点之一 ,目前对油脂中3一MCPD的测定 主要有间接测定和直接测定的方法,间接测定的原 理是将3一MCPD酯水解形成游离的3一MCPD,再将 进行样品前处理,优化了不同食用油的水解时间;使 用PBA作为衍生化试剂,评价了衍生化时间对测定 结果的影响;最后,使用GC—MS进行了目标化合物 的测定。 1 材料与方法 1.1原料与试剂 3一MCPD进行衍生,使用GC—MS进行测定,而直接 测定是将样品净化后经液相色谱分离再使用质谱测 定¨ 。直接分析的方法比较难获得所需要的标准品 且费用较高。问接法经济,所需标准品种类少,且灵 大豆油、花生油、菜籽油等9种食用油:市售; 3一MCPD酯标准品(纯度98%、氘代同位素3一 MCPD—d5酉旨(3一MCPD一1,2一dilaurate—ds)标准 品(纯度98%):加拿大Toronto Research Chemicals 敏度较高。间接法测定过程中,衍生化试剂有丙酮、 全氟酰基咪唑(HFBI)和苯基硼酸(PBA)等 。丙 公司;甲基叔丁基醚(MTBE,色谱纯)、苯基硼酸 (PBA,分析纯):德国Sigma—Aldrich公司。 1.2仪器与设备 酮在衍生时,需要利用甲苯一4一磺酸进行催化 ; 基金项目:中粮集团应用基础项目(2013一C2一FO07) 收稿日期:2015—03—24 作者简介:苗雨田,女,1988年出生,硕士,食品质量与安全 通讯作者:杨永坛,男,1971年出生,研究员,食品质量与安全 安捷伦GC 7890B一5977MS气相色谱一质谱联 用仪、HP一5MS色谱柱(30 m×0.25 mm x 0.25 xIm):安捷伦科技有限公司;1-rL—DC II氮吹仪:北 京同泰联科技发展有限公司。 136 中国粮油学报 2016年第11期 1.3试验方法 1.3.1碱水解 分别称取(100-4-5)mg大豆油等9种食用油样 品,加入氘代同位素内标3一MCPD~d5酯标准品溶 液和100 ILL甲基叔丁基醚(MTBE),漩涡使其充分 溶解并混匀。向其中加入200 25 g/L NaOH甲醇 溶液(25 g NaOH溶解到1 L甲醇中,现用现配),漩 涡震荡0.5、1、1.5、2、2.5、3、5、7、10 min后立即加入 600 ILL NaBr—H2sO4混合溶液(3.5 mL 25%H2SO4 溶解在100 mL 600 g/L的NaBr溶液),涡旋充分混 匀。其后加入600 L正己烷,充分涡旋后静置至少 5 min,待溶液分层后,弃去上层正己烷溶液,重复萃 取2次。最后加入600 L乙醚一乙酸乙酯混合溶液 (3:2),充分涡旋后静置,将上层溶液转移至10 mL 装有少量无水MgSO 玻璃试管中,重复萃取3次。 合并萃取液待用。 1.3.2衍生化 向碱水解萃取液中加入100 txL饱和苯基硼酸 (PBA)溶液(溶剂为乙醚),涡旋混匀,反应时间为 1—12 min。 1.3.3纯化 将衍生液用氮气缓慢吹干,用1 mL正己烷复 溶,涡旋1 min,静置1 min。将上清液过膜转移至 2 mL/J',瓶中,GC—MS分析。 1.3.4 GC—MS分析 色谱条件:进样口温度:280 oC;程序升温条件:初 始温度85℃,保持12 min,以20 ̄C/min升至165℃, 保持10 min,然后再以20 ̄C/min升至300℃,保持8 arin;载气:高纯氦气,流速为1 mL/min;进样方式:脉 冲不分流;进样体积:1 L。 质谱条件:电子轰击离子源(EI),离子源温度 230 oC;四级杆温度150℃;溶剂延迟6 min;扫描方 式:选择离子监测(SIM)模式。 2 结果与讨论 2.1 3一MCPD和3一MCPD—d5衍生物定性离子与 定量离子的确定 样品中的3一MCPD酯在水解后会生成游离的 3一MCPD,经过PBA衍生后形成相应的衍生物。 m/z=196,198分别为3一MCPD衍生物氯35和氯37 的分子离子峰,m/z=201,203分别是3一MCPD—d 衍生物氯35和氯37的分子离子峰。m/z=147,150 分别是3一MCPD衍生物和3一MCPD—d5衍生物分 子离子峰失去一CH C1和一CD C1后形成的基 峰 。因此,选用m/z=147和m/z=150分别作为 3一MCPD衍生物和3一MCPD—d 衍生物的定量离 子,具有干扰小,灵敏度高等优点。定性离子则分别 为:m/z=91、147、196、198和m/z 149、150、201、203。 另外,如图1所示,采用SIM模式时,3一MCPD衍生 物和3一MCPD—d 衍生物的分离情况较好,且互不 干扰,满足高灵敏度高准确度的要求。 X 10 d5~3一MCPD \1 ̄3-MCPD l6.85 16.95 17.05 l7.15 l7.25 t/min 图1 3一MCPD和3一MCPD—d5选择离子图 2.2碱水解样品前处理条件优化 2.2.1水解时间 水解时间过短,可能会造成水解反应不彻底,不 能得到全部的游离3一MCPD,若水解时间过长,3一 MCPD酯已经被完全水解,在强碱性条件下,3一 MCPD会进一步发生反应,影响测定结果的准确度。 因此,衍生化时间的优化至关重要。 图2结果显示,不同食用油最佳水解时间不相 同。以棕榈油为例,当水解时间为2 min时,响应值 为最大响应值的78.6%。当水解时间为2.5 min时, 响应值达到最大,相应值为12 402。水解时间延长 后,响应值逐渐降低,当水解时间为10 rain时,响应 值仅为最大响应值的41.9%。因此在0.5~2.5 min,3一MCPD酯处于水解阶段,而在2.5~10 min是 3一MCPD的消除阶段。因此水解时间选择为2.5 min。由图2可知,大豆油的最佳水解时间为1 min。 花生油在水解时间为1.5 min时,响应值达到最大。 芝麻油和橄榄油的最佳水解时间分别为2.5 min和 1.5 min,而玉米油、葵花籽油和葡萄籽油的最佳水解 时间都为2 min。本研究中菜籽油在水解时间为2.5 min时,响应值达到最大,而傅武胜等¨ 对菜籽油的 水解时间进行优化,结果为1 min,与本试验结果的 2.5 min不相同,这是由于NaOH甲醇溶液的用量或 NaOH浓度不同造成。 第3l卷第11期 苗雨田等气相色谱一质谱法测定食用油中3一氯丙醇酯 137 嚏 髫 霉 刊 耀 盆 U 皇 图2水解时间对9种食用油3一MCPD衍生物响应值的影响 2.2.2衍生化时间 3一MCPD是含有2个醇羟基,极性较大,容易造 成衬管内的吸附。另外,分离时会造成色谱峰的拖 尾。因此,测定时需要先将3一MCPD衍生化,本研 究采用PBA为衍生化试剂,可与3一氯丙醇反应为 极性较小的苯基硼酸3一氯丙二醇酯。 以棕榈油为研究对象,分别衍生1~12 min,重复 试验3次(图3)。结果显示,3一MCPD衍生物的响 应与衍生时间并无线性关系,随着衍生时间的变化, 衍生物响应值无明显变化,因此本试验衍生时间选 用1 min。 × 埴 髫 盆 U 皇 图3 衍生时间对3一MCPD酯衍生物响应的影响 2.3方法学验证 2.3.1 回归方程、检出限和定量限 以内标3一MCPD—d 衍生物和3一MCPD衍生 物面积比值y和折算后样品中3一MCPD酯的浓度 (p.g/kg)(以3一MCPD浓度计)计算线性回归方程。 以3倍信噪比(S/N=3)作为检出限,lO倍信噪比 (S/N=10)作为定量限。在最优条件下,线性回归方 程、检出限和定量限的结果见表1。 墨 熊 堡立鎏旦塑 堡 方法 回归方程 相关系数 碱水解Y=O.765 4X+0.024 1 0.999 8 50—12 000 2.3.2精密度和回收率 以大豆油为基质,进行3个水平的3一MCPD 酯的加标回收试验,各加标水平重复6次,碱水解 方法下,3一MCPD的加标回收率为94%一105%, 3一MCPD] ̄测定结果的相对标准偏差(RSD)为 3.7%一10.8%。结果见表2。 表2 3一MCPD酯碱水解前处理方法回收率 注:ND表示未检出,余同。 通过回归方程、检出限、定量限、精密度及回收 率等方法学参数可知,回收率和精密度均符合GB/T 27404--2008的要求。本方法对食用油中3一MCPD 酯的测定具有灵敏度高,特异性好,精密度高的特 点,能够满足Et常检测的需求。 2.4实际样品检测 采用碱水解样品前处理方法建立的食用油中 3一MCPD酯的气相色谱一质谱检测方法对市场中常 见9种植物油中的3一MCPD酯含量进行了检测分 析,如表3所示,大豆油和橄榄油中未检出3一MCPD 酯。而花生油等食用油中3一MCPD酯均有检出。 其中,葵花籽油含量最低,棕榈油中含量最高,应进 一步加强对食用油中3一MCPD酯的监测和管理。 植物油脂中3一MCPD酯的形成尚未完全清晰,多数 研究表明是以酰基甘油为前体生成3一MCPD酯¨引。 可能是在油脂脱臭过程中甘油三酯直接被氯化生成 3一MCPD酯[1 2o_,或者甘油三酯先生成了环酰氧翁 离子再与氯离子反应生成3一MCPD酯 。 表3 9种食用油中3一MCPD酯的含量(以3一MCPD计) 食用油 含量/mg/kg 大豆油 花生油 菜籽油 棕榈油 芝麻油 玉米油 橄榄油 葡萄籽油 葵花籽油 研究显示,当温度超过200 oC时,3一MCPD酯的 形成急剧增加,尤其是超过240 oC 。在大豆油精 炼过程中采用的是水化脱胶,在脱臭过程中酸性物 138 中国粮油学报 2016年第11期 质较少,与氯离子的反应较少。而在棕榈油等植物 油的精炼过程中采用的是磷酸脱胶和活化白土脱色 的工艺 ,高温脱臭过程中酸性条件较强,加大了氯 离子的取代反应,增加了3一MCPD酯的生成。因 此,大豆油中未检测到3一MCPD酯,而在棕榈油中 3一MCPD酯的含量较高,为7.31 mg/kg。从国内外 近年来的相关报道可以知道,油脂精炼过程是产生 3一MCPD ̄的主要途径,因此,在油脂精炼工序中, 要加强对一些工艺因素如加水量、酸用量、酸种类、 脱臭温度、脱臭时间等的控制和优化。 3 结论 本方法针对不同食用油对碱水解中所需水解时 间进行了优化,方法学考察结果显示,经优化的碱水 解方法具有定性准确,精密度高,灵敏度高等特点, 能满足对食用油中3一MCPD酯分析的要求。采用 本方法对市场中9种食用油的分析结果显示,除大 豆油、橄榄油外,均含有不同含量的3一MCPD酯,其 中,棕榈油含量最高,因此应加强对食用油中3一 MCPD酯的监管。 参考文献 [1]Davidek J,Velisek J,Kubelka V,et a1.Glycerol chlorohy— drins and their ester as products of the hydrolysis of tripalmi- tin,tristearin and triolein with hydrochloric acid[J].Leb— ensmittel—Untersuehung und—Forschung,1980,17 1:14一 l7 [2]Svejkovska B,Novotny O,Divinova V,et a1.Esters of 3一 chloropropane一1,2一diol in foodstuffs[J].Czech Journal of Food Sciences,20o4,22:190—196 [3]Dolezal M,Chaloupska M,Divinova V,et a1.Occurrence of 3一chloropropane一1,2一diol fatty acid esters in coffee[J]. 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Key words 3一chloropropanol一1,2一diol esters,edible oil,alkaline hydrolysis,hydrolysis time,gas chro— matography/mass spectrometry 

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