脂肪酸的色谱保留时间规律与质谱特征研究及其在食品分析中的应用.pdf

脂肪酸的色谱保留时间规律与质谱特征研究 及其在食品分析中的应用吴惠勤3黄晓兰 林晓珊 黄 芳 朱志鑫 马叶芬(中国广州分析测试中心广东省化学危害应急检测技术重点实验室,广州510070)摘 要 用石油醚提取食品中的脂肪,经甲酯化反应后,采用HP288(100 m×0. 25 mm, 0. 33μm)弹性石英毛细管柱分离脂肪酸甲酯的同系物及异构体, GC/MS法测定研究了不同链长脂肪酸的同系物及异构体的气相色谱出峰顺序,得到其保留时间规律;研究了不同脂肪酸的质谱断裂规律,选择3个特征离子来鉴定脂肪酸成分建立了3个特征离子确定脂肪酸碳数及双键数目,色谱保留时间规律确定脂肪酸顺反异构体及双键位置异构体的方法本法无需标准品即可快速测定脂肪酸同系物及异构体的含量,适用于脂肪酸组成的研究;及油脂、 食品中脂肪酸,特别是反式脂肪酸的测定关键词 脂肪酸,同系物,顺反异构体,保留时间规律,质谱特征离子,气相色谱/质谱,食品2006210217收稿; 2007202205接受 3E2mail: wu_hui_qin@tom. com1 引 言脂肪酸是人体不可缺少的营养成分之一,与健康密切相关的多不饱和脂肪酸有防治心血管疾病的 作用。

但研究表明,反式脂肪酸( trans2fatty acids, TFAS)却起反作用,它降低了人体中有益的高密度胆 固醇的含量,而使有害的低密度胆固醇含量增加,导致心脑血管疾病、 动脉阻塞硬化、 糖尿病、 乳腺癌和 老年痴呆症,还可能影响儿童生长发育和神经系统健康[1 ]丹麦、 美国、 巴西等国已相继出台对食品中反式脂肪酸的限量规定然而,目前尚未出台反式脂肪 酸的检测标准,也没有理想的方法测定食品中的反式脂肪酸[2 ]脂肪酸的分析已有许多文献报道[3～6],但对脂肪酸顺反异构体的分析仅见有油酸及亚油酸的报 道[7, 8 ],而且还需要昂贵的脂肪酸甲酯标准品进行定性本研究采用气相色谱/质谱技术初步建立了食 品中反式脂肪酸的测定方法[9 ],并在文献[9 ]基础上进一步研究了不同链长的脂肪酸同系物、 顺反异构 体、 双键数目及位置不同的异构体的气相色谱保留时间规律,研究了脂肪酸的质谱断裂规律,根据质谱 特征离子确定脂肪酸的组成,结合色谱保留时间规律鉴定脂肪酸同系物及各种异构体,建立了无需标样 可测定脂肪酸含量的新方法本方法操作简便、 快捷、 准确、 可靠,适用于脂肪酸组成的研究及油脂、 食 品中反式脂肪酸含量的测定。

2 实验部分2. 1 仪器及工作参数2. 2. 1 GC条件 色谱柱: HP288 (100 m×0. 25 mm, 0. 2μm)弹性石英毛细管柱,柱温170℃,恒温2 min,以10℃/min程序升温至200℃,保持32 min进样口温度250℃,载气He,柱前压265 kPa,分流比10∶1,进样量0. 5μL2. 2. 2 M S条件 EI离子源,电子能量70 eV,质量扫描范围29～450 u,四极杆温度150℃,离子源温 度230℃,电子倍增器电压2300 V, GC/MS接口温度280℃,标准质谱图库W iley275. L2. 2. 3 分离与鉴定 酯交换反应得到的脂肪酸甲酯经气相色谱石英毛细管柱分离,质谱仪记录质谱 图,得到GC2MS总离子流图根据质谱图及标准品的色谱保留时间确定各种脂肪酸异构体成分,并用面积归一化法测定其相对含量第35卷2007年7月分析化学(FENXIHUAXUE) 研究报告Chinese Journal ofAnalytical Chemistry第7期998～10032. 2 脂肪的提取和甲酯化衍生 准确称取脂肪5 g,以石油醚为溶剂,用索氏提取法提取出脂肪,挥干溶剂,准确称出总脂肪质量,并 计算出样品中总脂肪的含量。

按文献[10, 11 ]方法将脂肪酸甘油酯转化为脂肪酸甲酯取约0. 1 g提取出的脂肪,置于10 mL容 量瓶中,加入1 mL乙醚/正已烷,摇匀,然后加入1 mL无水甲醇,摇匀,再加入1 mL 0. 8 mol/L氢氧化 钾 2 甲醇溶液,摇动5 min,加水至刻度,静置分层,取上层溶液进行GC/MS测定3 结果与讨论3. 1 脂肪酸的色谱分离及保留时间规律3. 1. 1 顺反异构体的分离 由于反式和顺式脂肪酸只是立体结构不同,其物理、 化学性质非常相似,用图1 C18∶2顺反异构体标样的GC/MS总离子流色谱图Fig . 1 GC/MS TI C ofcis2,trans2C18∶2常用的30m FFAP或PEG220M毛细管柱难以将 顺、 反式脂肪酸分开故实验选专用的HP288(100 m×0. 25 mm, 0. 2μm)弹性石英毛细管柱,摸索出合适的分离条件,可将顺、 反式脂肪酸完全 分开,并得到脂肪酸顺反异构体的色谱出峰规律: 反式脂肪酸先出峰,顺式脂肪酸后出峰(如图1 所示)3. 1. 2 双键位置不同的异构体分离 研究了含双键位置不同的脂肪酸顺反异构体的分离条件, 顺、 反式 28, 112 十八碳二烯酸,顺、 反式 29, 122 十八 碳二烯酸的保留时间见表1,色谱图见图1,获得满意的分离效果。

由图1可以得出双键位置不同的异 构体保留时间规律:离羰基近的异构体,即双键位置数字小的异构体先出峰;离羰基远的,即双键位置数 字大的异构体后出峰;两个以上双键,其位数之和小的先出峰,位数之和大的后出峰3. 2 脂肪酸的质谱特征3. 2. 1 饱和脂肪酸的质谱特征 以硬脂酸为例,其质谱图见图2质谱断裂机理:硬脂酸甲酯的分子 离子峰m /z298,通过麦氏重排,α断裂,得到离子m /z74,此离子在含有6～26个碳原子的脂肪酸甲酯 中均为基峰; CC键断裂失去烃基C3H7得到[M - 43 ]的离子m /z255;系列离子为m /z43, 55, 74,87, 101, 143, 199, 255, 298,其碎裂方式见图3由此可得到饱和脂肪酸的特征离子:m /z74, [M - 43 ]+, 分子离子峰[M ]+3. 2. 2 单不饱和脂肪酸质谱特征 以油酸甲酯为例,其质谱见图4质谱断裂机理:油酸甲酯的分子 离子峰m /z296,通过 γ氢转移、i诱导断裂,产生[M - 32 ]+离子m /z264;双键迁移进行 α断裂产生C4H+ 7离子m /z55;系列离子为m /z41, 55, 69, 83, 97, 111, 123, 180, 222, 264, 296,其碎裂方式见图5。

由此可得到单不饱和脂肪酸的特征离子:m /z55, [M - 32 ]+,分子离子峰双键位置不同的异构体的质999第7期吴惠勤等:脂肪酸的色谱保留时间规律与质谱特征研究及其在食品分析中的应用 谱图相同,这是由于双键有活动性的缘故3. 2. 3 双不饱和肪酸质谱特征 以亚油酸甲酯为例,其质谱见图6质谱断裂机理:亚油酸甲酯的分 子离子峰m /z294,羰基发生α断裂,产生[M - 31 ]+;双键迁移进行 α断裂产生C5H7+离子m /z67;系 列离子为m /z41、55、67、81、95、109、123、263和294由此得到双不饱和脂肪酸的特征离子:m /z67,[M - 31 ]+,分子离子峰双键位置不同的异构体的质谱图基本相同3. 2. 4 多不饱和脂肪酸质谱图特征 以亚麻酸(C18∶3)甲酯为例,亚麻酸甲酯的质谱图见图7其质谱断裂机理:亚麻酸甲酯的分子离子峰m /z292,羰基发生 α2 断裂,产生[M - 31 ]+;双键迁移进行 α断 裂产生C6H+ 7离子m /z79;多不饱和脂肪酸的基峰为m /z79,系列离子为m /z41, 55, 67, 79, 95, 108,121, 236, 261和292。

由此得到多不饱和脂肪酸的特征离子:m /z79, [M - 31 ]+,分子离子峰含3个 以上双键的基峰离子一般都是m /z79,相同双键数目但位置不同的异构体的质谱图相同EPA (C20∶5)甲酯和DHA (C22∶6)甲酯的分子离子峰分别为m /z316和m /z342,但随着双键数目 增加、 碳链增长,分子离子峰强度减弱双键迁移进行α断裂产生C6H+ 7离子m /z79,α断裂产生[M -29 ]+峰m /z287和313,其特征离子:m /z79, [M - 29 ]+,分子离子峰 综上所述,脂肪酸及其顺反异构体的保留时间规律及质谱特征离子见表1表1 各种脂肪酸甲酯出峰顺序及质谱特征离子 Table 1 Gas chromatographic retention ti me rule and mass spectrometric characteristic ions of fatty acidsmethyl esters出峰顺序 Peak order脂肪酸 Fatty acids缩写形式 Abbreviation双键数目 Double2bond基峰离子 Basis peakion(m /z)特征离子 Characteristic ions1癸酸Decatoic acidC10∶007474 143 1862月桂酸Dodecanoic acidC12∶007474 171 2143肉豆蔻酸Tetradecanoic acidC14∶007474 242 1994反 2 十四碳一烯酸trans2Tetradecenoic acidC14∶115555 208 2405顺 2 十四碳一烯酸cis2Tetradecenoic acidC14∶115555 208 2406棕榈酸Palmitic acidC16∶007474 227 2707反 2 十六碳一烯酸trans2Hexadecenoic acidC16∶115555 236 2688顺 2 十六碳一烯酸cis2Hexadecenoic acidC16∶1155555 236 2680001 分 析 化 学第35卷续表1(continued to Table 1)出峰顺序 Peak order脂肪酸 Fatty acids缩写形式 Abbreviation双键数目 Double2bond基峰离子 Basis peakion(m /z)特征离子 Characteristic ions9硬脂酸Stearic acidC18∶007474 255 29810反 2 油酸trans2Oleic acidC18∶1155555 264 29611顺 2 油酸cis2Oleic acidC18∶1155555 264 29612反,反 2 亚油酸trans, trans2Linoleic acidC18∶226767 263 29413顺,反 2 亚油酸cis, trans2Linoleic acidC18∶226767 263 29414顺,顺 2 亚油酸cis, cis2Linoleic acidC18∶226767 263 29415反,反,反 2 亚麻酸trans, trans, trans2Linolenic acidC18∶337969 261 29216反,反,顺 2 亚麻酸trans, trans, cis2Linolenic acidC18∶337929269 26117反,顺,顺 2 亚麻酸trans, cis, cis2Linolenic acidC18∶337969 261 29218顺,顺,顺 2 亚麻酸cis, cis, cis2Linolenic acidC18∶337969 261 29219花生酸Eicosanoic acidC20∶007474 283 32620反 2 花生烯酸trans2Eicosanoic acidC20∶115555 292 32421顺 2 花生烯酸cis2Eicosanoic acidC20∶115555 292 32422反,反,反,反 2 二十碳四烯酸t。