橄榄油被核磁共振和化学计量学

路易莎麦纳,^a、bAnatoli p .水列夫^b和Annalaura塞格雷^b

^一个莫利塞大学农业学院,86100年坎,意大利
^b化学方法研究所,00016年中国北车Monterotondo Staz。罗马,意大利

介绍

核磁共振(NMR)是光谱学的一个分支,是基于事实,许多面向原子核可能由一个强大的磁场,将吸收射频半岛综合体育官方APP下载德甲辐射的特征频率。可以测量的参数产生的谱线(线位置、强度、线宽、多样性和瞬变时间实验)可以解释在分子结构、构象、分子运动和其他流程。化学家,核磁共振的有效性在很大程度上源于发现任何给定的同位素(如。¹H,¹³C,^31日P…)在不同的化学环境中产生不同的chemically-shifted光谱线。因此,可以观察到一个特定的同位素在特定环境中即使在复杂的结构,在溶液和固态。不同的核磁共振实验和设备,如高分辨率核磁共振、低分辨率的NMR和磁共振成像,产生不同的信息。高分辨率核磁共振一个可以执行的定性和定量分析样品的解决方案,可用于结构研究和成分分析。

食品化学

评估核磁共振的作用在食品化学,我们必须知道哪些特定的问题必须解决,有确凿的证据是来自核磁共振调查如何与其他方法可以给同样的问题。出版文献中,许多NMR研究使用各种核磁共振技术已经报道了不同类型的食物和饮料包括葡萄酒、橄榄油、咖啡、果汁、西红柿,牛奶,肉,鸡蛋,淀粉颗粒和面粉。在本文中,我们将介绍高分辨率核磁共振的贡献的描述橄榄油。¹

核磁共振实际考虑

磁场

分析评价的一个主要目标任何食物的成分进行分析,而不需要任何提取和分离。典型的食品将包含许多物种存在于广泛的浓度,这意味着组件出现在ppm必须发现高浓度的其他物种的存在。这个描述可以由核磁共振光谱分光计,提供有一定的性能特征。半岛综合体育官方APP下载德甲一个关键一是磁场的强度,因为信号分离与电场强度成正比。此外,核磁共振在本质上是一个低灵敏度方法,信号强度依赖于磁场强度的3/2次方。因此,最佳性能使用高场强磁铁是必要的。总的原则是“越高越好”。

动态范围和检测极限

测量电核磁共振(自由感应衰减,FID)信号收集作为时间的函数都必须转换成数字形式执行之前为了获得数字傅里叶变换频谱在频率域。analogue-to-digital转换器(ADC)样本电压,输出转换成一个二进制数与它成正比(核磁共振的典型单词长度是12到16位)。是有利的ADC代表最大可能的信号的比特数。ADC还必须有一个适当的动态范围,否则可能出现变形问题,由于ADC不能准确地处理信号,极其脆弱,而最强的信号。然而在现代光谱仪,动态范围总是高于10⁵如今,相敏模拟探测器在范围广泛的线性信号大小。全数字仪器也可以增加敏感性而不引入任何相位失真。

在执行一个核磁共振测量之前,重要的是决定所需的光谱分辨率;等效信噪比,收购时间分辨率的倒数成正比。为了增加分辨率,可以增加内存大小或减少NMR光谱宽度。从羰基地区所需的分辨率¹³C NMR时域光谱橄榄油相应大小为256 k字是必要的!

标准的可测量的参数

基本信息中观察到核磁共振光谱(只是一个特征谱线的强度、谱线宽度和谱位置(光谱频率)。给定的谱线的标准可测量的参数有:

• 线的中心的位置(共振):被称为它的化学位移。它通常是在ppm来源于:
• 化学位移(ppm) = 10⁶(采样频率——参考频率)/载波频率(光谱仪操作))。
• 分线的多样性:来自邻居交互和的大小(分裂)称为分离耦合常数。
• 线强度:它是正确衡量线和下的面积反映了在这种环境下的细胞核数量准确。如果线强度测量的瞬态时间实验,收益率其他动态参数,这是有用的在物理化学系统的描述。
• 线宽:它是通常在一半高度的测量信号,包含的信息流程,包括分子运动的速度。

¹H频谱分配

的一些基本特性¹H NMR光谱如图1所示(一个);这是600.13 MHz¹H的三油精,见方案1。为了便于观察,给出相应的信号在不同的颜色。

图1所示。1 h (a)和13 c (b)核磁共振光谱的三油精CDCl3在300 k。山峰被确定为方案1中报道。

方案1。三油精和相对编号。

重要的是要注意,线强度(积分)的严格与质子的数量成正比的信号出现在每个功能组。

上述由2 d NMR光谱赋值可以很容易地确定方法。

¹³C频谱分配

的一个例子¹³图1中给出了C的三油精(b)。的赋值¹³C谱可以使用不同的二维和一维选择性实验,涉及几个步骤。对三油精后的实验要求:

• ¹³C样品的光谱,见图1 (b)。所有¹³C信号的三油精。
• ¹H的光谱样本,如图1所示(一个)。所有¹H的信号显示三油精。
• 2 d heterocorrelated实验。这个实验允许一个关联¹H和¹³C光谱。
• 二维实验不足。这个实验,尽管麻烦和很不敏感,是,然而,能够连接附近的C原子的共振。当两个¹³C共振足够分开在2 d解决实验,这个实验可以让我们获得¹³C赋值。
• 1 d选择性实验不足,参见图2。在这个实验中,一次一个共振很兴奋。由于附近的碳原子共振,只有这些,将会出现反相紧身衣。选择性激发的三油精的情况下,C -16,产生两个信号由于邻近碳原子,即C -15和C -17:C -选择性激励3由于C -产生了两个信号2和C -4。这个过程可以重复,直到一个完整的频谱分配。

图2。前跟踪:¹³C范围在22.0 - -34.0 ppm范围的三油精。选中的共振激发后的选择性反相不足对比观察。选中的共鸣与箭证明,中间C-16跟踪和颈底部痕迹。

使用上面的过程中,它已经可以分配¹³许多化合物的C频段。特别是,它可以指定“标准”化合物的光谱出现在食物。有些标准化合物共同tri-alkyl软脂酸甘油酯等酯类,三油精,trilinolein tri-11-eicosenoin。的分配这些标准化合物的光谱可以用于分析植物油等天然混合物的光谱。尽管如此,为了正确地分配标准化合物存在于混合物的共振,有时候是有用的使用“加法”的方法。这个简单的方法需要下面的光谱的采集:

• 光谱的样品
• 光谱标准的化合物
• 光谱的样品+标准化合物。

在样品的光谱+标准化合物,只有信号由于标准化合物将显示一个增量增加强度。该方法被用于的全部任务¹³C频段的橄榄油。少量的tri-alkyl软脂酸甘油酯等酯类,三油精,trilinolein,三硬脂酸甘油酯,11-vaccenic三酯等加入橄榄油,见图3;光谱的分析之前和之后的标准化合物使的全部任务¹³C频段的橄榄油。

图3。羰基的地区扩张¹³C光谱(a) 11-vaccenic三酯,(b)橄榄油+ 11-vaccenic三酯,(C)橄榄油。一个= tri-vaccenic脂肪链。sn1、3和sn2是位置1、3和2甘油一半。

定量核磁共振

的¹橄榄油的H NMR谱如图4所示。光谱的橄榄油,它总是需要进行仔细的基线校正和正常化的光谱选择合适的共振。因此所有主要在质子共振反过来将正常化的等价物。一个不错的选择是设置为1000共振的强度为1.61 ppm的CH₂在β有限公司集团。

图4。600.13 MHz,¹H NMR谱选择橄榄油和扩张的地区(a - c)。¹³C卫星标有*的象征。

的¹³C同位素有自旋½和天然丰度为1.108%。同位素的存在在所有有机化合物会引起强烈的分裂¹从质子直接绑定到H NMR线¹³C碳原子,产生了所谓的卫星。卫星的信号是一个完美的选择内标定量核磁共振分析较弱的共鸣。

橄榄油质量和掺假

欧洲共同bdapp官方下载安卓版体的监管(2568)需要许多不同的分析的分析定义橄榄油质量。²

游离酸度

最著名的传统之一是游离酸度的测定,分析其与传统化学方法获得。的¹在CDCl H NMR谱的橄榄油₃/ DMSO不允许一个直接获取这些信息;然而,它可能是一个间接测量游离酸度使用双甘酯的可测量的量。的¹H NMR光谱显示的共鸣sn1、2、sn1、3 di-glycerides在3.639和3.994 ppm,分别见图5。总双甘酯和1,2:1,3比密切相关的橄榄油的质量和新鲜度;事实上,¹H NMR谱lampante橄榄油,图5 (b),显示了一个更高的总双甘酯如果特级初榨橄榄油的光谱相比,图5(一个)。

图5。3.4 - -4.4 ppm质子光谱区域的扩张。1、2和1、3 di-glyceride (DG)共振。(一)特级初榨橄榄油;(b)“lampante”橄榄油。

脂肪酸概要

另一个重要的传统分析是脂肪酸的测定,通常得到的气相色谱分析。气相色谱方法给脂肪链的全部成分没有甘油脂肪酸链分布信息;的分布可以很容易地从分析获得¹³C NMR谱,参见图6 (a)。光谱的羰基地区允许观察两组的共鸣。一组是由于脂肪链在位置1,3丙三醇的一部分,另一组是由于脂肪酸在位置2。因此,气相色谱法¹³C NMR是两种方法,必须考虑补充而不是替代。(酶方法测定甘油脂肪酸链分布的太不准确的是,即使他们是官方承认欧洲方法。)bdapp官方下载安卓版

图6.150兆赫,¹³C NMR谱的橄榄油。(一)羰基地区扩张,S =饱和链;y = eicosenoic vaccenic链;X =十八烯链;L =罂链;(b)¹³C双键,O =十八烯链;E = eicosenoic vaccenic链;L =罂链;Ln =亚麻链。* =由于同步信号共振sn1、3和sn2链;•=共振由于2信号。sn1、3信号;由于O =产生共振sn2信号。

不饱和脂肪酸

传统的方法用于确定的总未饱和的程度是衡量碘值(在)。不饱和脂肪酸的在不是一个定量测量;这是一个有用的经验数量定义未饱和的总量。从一个¹H NMR谱不饱和现象的一个可以获得定量测量方式不同。所有共振的反式双键隔5和5.2 ppm,是由于两个质子;所有甲基共振,三个质子,介于0.85和0.95 ppm;因此总数量未饱和,在摩尔,是由正常积分之间的比例这两个光谱区域。然而,在一个更详细的方法,通过观察仔细的光谱区120 - 130 ppm¹³C频段,参见图6 (b),我们可以获得完整的作文不饱和链甘油一半以及他们的立场。

固醇分析

固醇的常规分析执行使用气相色谱方法。在¹H NMR光谱的所有山峰中观察到的范围0.57 - -0.70 ppm是由于甲基位置18的类固醇,因此获得类固醇成分我们可以解释这些光谱信息的方式类似于色谱图,见图4 (a)。

特别有趣的是榛子油的情况下,图7 (a),这几乎完全缺乏任何亚麻酸C18:3和非常低的饱和脂肪酸,图7 (b)。因此,低强度C18:3甲基共振的橄榄油¹H NMR谱可能意味着榛子掺假,当这种共振太强烈,籽油可能是补充道。一个非常弱的存在共振1.20 ppm,参见图7 (b),必须再次检查自饱和链含量很低,也许是因为掺假。在这些情况下仔细和色谱分析¹³C NMR光谱必须执行。

图7。(一)扩张0.55 - -1.00 ppm质子光谱区域的橄榄(底部)和榛子(上)油:α=¹³C卫星的主要甲基共振(δ);β=终端甲基亚麻链;σ= CH₃-18β-sitosterol。(b)扩张1.3 - -1.00 ppm质子光谱区域的橄榄(底部)和榛子(上)油:* =饱和脂肪酸共振。

角鲨烯的决心,cycloarthenol Mg-depleted叶绿素

角鲨烯总是存在于橄榄油,在大量的订单12.5 - -75.0毫克/ 1000克油。的¹H的这种化合物是相当复杂的,但它的一个共振为1.620 ppm出现明显的复杂的光谱模式橄榄油,如图8所示(一个)。缺少这个共振总是由于全面整改样品或说明掺假。

Cycloarthenol是一个复杂的类固醇的特点是三人环的存在。¹由于cyclopropanic H共振环被发现在高场光谱范围完全空的共振,见图8 (b)。通常两种共振。一套确实是由于cycloarthenol,而另一个是由于换位的双键甾醇结构。总之cycloarthenol产品的数量可以精确测量。

叶绿素有时是提高橄榄油的绿色。在这种情况下通常添加产品是有缺陷的,缺乏协调的镁和包含NH组织中心的大循环卟啉的结构。在这种情况下,¹H NMR谱的橄榄油显示了一个广泛的信号在-0.42 ppm,见图8 (c),表明产品的掺假。

图8。扩张的¹氢谱的橄榄油:(a)共振由于角鲨烯;(b)共振由于cycloarthenol和(c)共振由于NH群Mg耗尽叶绿素卟啉。

橄榄油感官品质

橄榄油的感官属性通常是通过所谓的面板测试评估。积极和消极属性是由于特定化合物的存在如茶多酚、醛类、萜烯、氧化产品等。一些共振负责特定属性已确定,可以观察和量化¹氢谱,见图9。

图9。¹H光谱区域特定的橄榄油。特征共振贴上:(a) X苦橄榄油;(b) Y尖酸的品尝橄榄油;(c)和(d) P和W在存在大量的可溶性酚类在糟糕的情况下从蔬菜水油分离;(e)甲醛存在于橄榄油列为辛辣;(f) K和H green-fruity橄榄油中的醛类物质。

数据准备多变量分析

任何统计程序适合生产集群根据特定标准的产品必须完成后仔细选择变量。在橄榄油中不同变量选择特定的问题。应用程序现在上面的概念进行了讨论。

提出的统计程序执行选定的共振的强度是:

1. 方差分析(方差分析)大多数核磁共振共振为了选择X共振;
2. 主成分分析(PCA)在X选择共振获得少量的线性组合没有重大损失有用的信息;
3. 树聚类分析(柠檬酸)X选择没有任何共鸣先天的假设;
4. 线性判别分析(LDA)在X选定的共鸣的先天的假设PCA分析建议的。例如生产油的许多地方,或在其他情况下品种的数量。
5. 系统的可靠性。为了证明的可靠性统计系统,一些随机选择橄榄油样品并不包括在发展但被用作未知样本统计分析模型进一步计算。如果选择未知的样本分类,系统是稳定的和可用于实际系统。

为每一个特定问题的统计程序允许选择最重要的共鸣。由于核磁共振共振的可变性是取决于很多不同的因素,如环境、品种、橄榄油和今年的特定缺陷是很重要的每次重复统计分析。这意味着正确的共振,即那些拥有最高的辨别能力,必须确定根据具体问题。例如,共振由于特定的化合物可能是重要的非欧洲橄榄油的歧视,但在欧洲集团无关。bdapp官方下载安卓版

身份验证的橄榄油

正如前面所示的,如图6所示,¹³C共振的位置确实是敏感脂肪酸甘油一半。因此,核磁共振方法代表了一种强大的方法确定不仅脂肪酸成分,而且分布在甘油。

任何橄榄油的棕榈残留在位置2的甘油必须被视为一种欺诈行为。

¹H NMR可以用来分析油等不同植物来源的石油和种籽油精制榛子。为了评估检测的可能性榛子油存在于橄榄油掺假样品,可以使用核磁共振及气相色谱。即使没有一个特定的标志,榛子油的存在能被探测到的基础上其含量低亚麻酸和棕榈酸和角鲨烯。这种方法允许一个检测榛子油除了程度约为12%(欧盟项目MEDEO)。

性状的选择

为了找出哪些品种生长在极端的气候条件是最好的,获得的橄榄油的成分从几匹配地中海品种生长在实验领域位于意大利和阿根廷的卡塔马卡地区的检查。橄榄油被核磁共振分析,气相色谱法和统计分析。从橄榄油温和的气候下种植在欧洲可以从他们的阿根廷总统很容易被bdapp官方下载安卓版认出来,见图10。然而,一些橄榄品种保持更好的原来的字符。地中海品种少受气候条件影响的卡塔马卡,出现在阿根廷,从西西里“Cerasuola”。事实上,柠檬酸分析表明,Cerasuola橄榄油生产在阿根廷与意大利的组合在一起,见图10。因此这个品种可以被推荐为殖民植物的卡塔马卡地区的极端pedoclimatic条件。

图10。(上)显示集群基于柠檬酸系统树图¹³C NMR数据意大利和阿根廷的橄榄油。两层对应于不同数量的组明显。(底部)线性判别分析情节基于相同的数据。注意橄榄油样品“Arbeq”生长在阿根廷从西班牙品种不同于其他人。

品种在橄榄油成分橄榄oils-Pedoclimatic分类效果

¹³C轨迹NMR和气相色谱结合多元统计过程允许一组monovarietal橄榄油属于特定的品种。这些技术被用来分析60特级初榨橄榄油来自同一个意大利地区(西南西西里)和普利亚区获得四个monovarietal品种。³的核磁共振或GC山峰基于他们对不同品种的敏感性进行使用多元方差分析(MANOVA)。然后,对实验技术,PCA,柠檬酸和LDA进行MANOVA选定的山峰。橄榄油分组根据特定的品种出现¹³C共振所有属于脂肪链sn1,3丙三醇一半的位置,见图11。

图11。三维线性判别分析的60西西里特级初榨橄榄油。LDA的基础上选定的山峰¹³C频段。样品标签来自同一品种相同的象征。

PDO:保护原产地名称、地理的效果

立法的一个重要行为,PDO(保护原产地名称)(欧盟,1992)允许一些地中海特级初榨橄榄油的名字与他们产生的地理区域。这认证提高了价值的意大利,希腊和西班牙的产品,保证产品的高质量的起源和定义。

表1。

复合	1H (ppm)
β-sitosterol	0.623
角鲨烯	1.621
萜烯	4.530
萜烯	4.627
萜烯	4.654
Cycloartenol	4.881
甲醛	8.007
己醛	9.705
支链醛	9.528
支链醛	9.616
Trans-2-hexenal	9.448

在这里,一个非常简单的情况下基于五名意大利地区的报道。⁴在四个地区,卢卡,阿雷佐,拉齐奥和加尔达湖,各种品种存在不少属于同一品种的样品,在五分之一区,Seggiano(托斯卡纳南部),只有monovarietal石油生产(品种Seggianese)。基于11 LDA¹H选择共振(β-sitosterol、角鲨烯、四萜烯和四个醛),见表1,给出了完美的分离报告如图12所示。pedoclimatic效果很歧视和我们能够独立油来自不同的地理区域,即使这些地区是连续的。在这方面NMR能力区分橄榄油的基础上他们的地理起源似乎是独一无二的。

图12。特级初榨橄榄油的线性判别分析来自五名意大利地区(加尔达湖,卢卡,阿雷佐,Seggiano,拉齐奥)。椭圆表示每组的95%置信区域。样品标签相同的符号来自同一地区。

我们已经表明,在更大的基地¹H NMR是能够执行一个地理选择橄榄油不管他们的品种,即使不同的年份。⁴

引用

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2. bdapp官方下载安卓版欧洲共同体监管2568/91,欧洲共同体官方j .bdapp官方下载安卓版L248。
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4. l·麦纳m . Patumi:蓝光,d .低音部和A.L.塞格雷,“地理特征的意大利特级初榨橄榄油使用高场¹核磁共振光谱半岛综合体育官方APP下载德甲法”,j . Agr。食物。化学。49岁,2687 - 2696 (2001)。https://doi.org/10.1021/jf001408i