利用NMR技术保证大豆油的质量

简介

乳化剂在众多行业中都发挥着重要作用，包括农业化学品、洗浴用品、化妆品、食品制造和制药行业。这些乳化剂通常以复合脂质混合物的形式存在。由于乳化剂混合物中不同脂质的相对配比决定了其最终性能，因此了解脂质的精确构成可提升其价值，如实现对脂质乳化剂的定向使用，以达到某种特定的功能。并且，这对于保障消费者健康和安全而言，也是至关重要的。

尽管许多现有的技术都具备分析脂质混合物的潜力，但它们都不是最理想的。鉴于单个方法都有其局限性，因此往往需要一系列的互补手段来获取需要的表征结果。这不仅耗时，且是一种资源浪费。此外，一些所需方法必须由有经验的技术人员来进行操作。

因此，人们的聚焦点转向了寻找一种快速可靠且重复性高的方法，可以对各行各业中广泛应用的脂质乳化剂进行精确的分析。

脂质混合物的应用领域

含有高浓度单酯和双酯的混合物可生产出价值极高的功能性乳化剂[文献1]，如丙二醇（1,2-丙二醇）酯以及由单、双甘油酯构成的混合物。乳化剂的作用是在混合物中分散的小滴周围形成一层由薄膜，以防止它们聚结在一起，或降低混合物的界面张力。这些作用至关重要——它可增强两种具有自然分离倾向的成分之间的混合。欧洲和北美市场对这类乳化剂的需求正日益剧增。

通过对丙二醇进行酯化或酯交换反应，可得到丙二醇单酯。其被广泛应用于食品工业中，以改善食品的特性。如，在冰淇淋中加入这种乳化剂，可以使冷冻过程中的冰激凌乳状液保持一定流动性[文献2]。通过调控加入的乳化剂成分和含量，可以改变冰激凌的稠度，如可以更软一点便于挤出到甜筒中，或者更硬一点便于舀成冰激凌球。加入不到0.3%的丙二醇单酯便足以抑制冰淇淋中冰的再结晶[文献3]。

丙二醇酯还能与双酯结合起来，作为烘焙业中使用的乳化剂，以提高面包和蛋糕混合物的性能。添加这类乳化剂可让蛋糕体积更膨大且质地结构更均匀，还可以通过改变面团的筋性以及均匀面包孔洞的大小来提高面包面团的品质[文献2，4]。

为了实现所需的产品特性，应在乳化剂生产过程中考虑以下几个变量，如制备方法、乳化剂的添加量、乳状液形成的各个阶段中的物理化学性质，以及乳状液中存在的其他功能成分。因此，为了确保所需特性能得以实现，对乳化剂进行精确的表征是必不可少的。

对于食品和饮料、制药、个人护理产品、化妆品和农业化学品等行业而言，找到一种快速可靠且重复性高、并能用于准确分析复合脂质乳化剂混合物的方法，是至关重要的。

对脂质混合物进行分析

对于食品行业中使用的乳化剂而言，其成分和纯度决定了产品的安全性和性能。由于丙二醇酯与单酯及双酯的混合物在营养学和功能性上都具有突出优势，因此它们作为配料，被越来越广泛地应用于食品生产中。这也就导致了对分析方法的迫切需求。这些方法不仅可为甘油酯、丙二醇以及乳化剂混合物中的其他成分（如生育酚、植物固醇）提供详细的定性以及定量分析，并且还能提供脂肪酸组成的信息。

滴定法和熔点测定法这样的传统湿化学分析方法，虽然其成本较低且得到了广泛的应用，但会产生大量废弃溶剂且需要经验丰富的分析人员。现代仪器的优势在于可使用较小的样品、具有自动化方向发展的潜力，并能提供客观且重复性高的数据。

诸如气-液相色谱和高性能液相色谱（ HPLC ）这样的分离技术，可用于测定成分，而核磁共振波谱（NMR）、紫外和红外光谱，以及质谱技术，则可提供详细的结构信息。这些技术通常会互相结合起来，对复合乳化剂进行全面的分析检测。

由于NMR可快速地获取结果而无需任何如甲酯化或分馏之类的预处理[文献5]，因此它是最为理想的技术。此外，与高性能液相色谱（ HPLC ）不同的是，NMR无需计算响应系数[文献6]。使用优化过的1H NMR技术，可在一分钟内确定葵花籽油。橄榄油和亚麻籽油的脂肪酸含量[文献7]。

对大豆油进行NMR分析

仅需最基本的样品制备，NMR便可在不造成破坏的条件下，同时对混合物的所有成分进行识别和量化分析。NMR所具有的诸多特点使其当之无愧地成为分析复合脂质混合物的最佳选择。事实上，它已经是一种公认的用于测定脂肪酸组成的有效方法[文献8，9]。令人惊讶的是，至今鲜有研究人员利用NMR来分析那些直接从未纯化的酶催化醇解反应中得到的脂质混合物[文献10]。

目前，NMR可成功地对大豆油进行定性和定量分析[文献11]。在超临界二氧化碳系统中进行酶法醇解，可将大豆油转化为一种含有高单酯的复合脂质混合物。通过使用布鲁克 Avance III 500波谱仪，研究人员可对原大豆油以及高单酯大豆油混合物(HMMS)进行分析，以测定甘油及丙二醇内的单酯和双酯、生育酚和脂肪酸组成。实验中使用了三种不同的NMR技术：1H NMR、13C NMR和31P NMR。

这三种NMR技术都能对HMMS这种复合乳化剂混合物进行分析，而无需纯化。研究表明，HMMS所含有的不饱和脂肪酸多于饱和脂肪酸，且在HMMS中同时检测到了多不饱和脂肪酸（PUFA）和单不饱和脂肪酸。

相对于1H波谱而言，13C波谱具有更大的波谱色散，从而能对单酯和双酯进行更好的表征和量化。与13C相比，31P的灵敏度则更高。

总而言之，31P NMR谱是众所周知的最实用的方法。其具有很高的可重复性，能精确检测和量化复合脂质混合物中的部分酯化甘油和游离脂肪酸。

参考文献：

1. Szela̧g H, Sadecka E. Industrial & Engineering Chemistry Research 2009;48:8313–8319. https://doi.org/10.1021/ie8019449
2. Shaw J-F, et al. Food Chemistry 2003;81(1): 91-96.
3. Goff HD, Hartel RW. In Mix ingredients; H. D. Goff &R. W. Hartel (Eds.) 2013: Ice cream (pp. 45–87). Boston, MA: Springer US. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6096-1_3
4. Ahmad A, et al. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 2014;54:208–224. https://doi.org/10.1080/10408398.2011.579697
5. Merkle S, et al. Food Control 2017;73:1379–1387. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2016.11.003
6. Dais P, et al. Analytical Methods 2015;7:5226–5238. https://doi.org/10.1039/C5AY00794A
7. Castejon D, et al. Food Analytical Methods 2014;7:1285–1297. https://doi.org/10.1007/s12161-013-9747-9
8. Barison A, et al. Magnetic Resonance in Chemistry 2010;48:642–650. https://doi.org/10.1002/mrc.2629
9. Nagy M, et al. Fuel 2009;88:1793–1797. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.01.020