非线性电化学图谱技术鉴别山茶油的应用研究

◎ 佘媛媛，喻文凯，刘绚艳，梁美东

（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412000）

山茶油由山茶籽榨取提炼而成，富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸（90%以上）[1]，有助于降脂助消化，是我国特有的传统高端食用植物油，具有极高的营养价值。茶油中含有的茶多酚、山茶甙、角鲨烯等成分具有一定的抗氧化性，在改善心脑血管疾病、抑制癌细胞生长、美容护肤等方面有一定功效[2]。然而，市面所售山茶油种类繁多，产地、品牌及成分均有差异，还有多种油品（如高油酸葵花籽油、高油酸菜籽油、高油酸花生油）调制而成的调和油，其质量难以保证，急需一种快速、简便、准确的测量鉴别茶油真伪及品质的方法。

近年来关于山茶油真伪鉴别的报道，主要集中于理化指标分析法、色谱方法、光谱法等[3-5]。理化性质分析主要集中在折光率、碘值、酸价、挥发成分等指标的简单测定，如海铮等[6]通过电子鼻技术简单、快捷地鉴别出茶籽油、芝麻油中是否掺杂大豆油，但仅是一种定性分析，在油脂的鉴别方面有一定的局限性。光谱法主要通过添加油样中与掺杂物反应的物质来鉴别掺杂及真伪，鉴别指标单一，局限性强。色谱分析则是集中在油脂脂肪酸测定，该法快速、灵敏度高，但样品处理难度较大。非线性电化学指纹图谱鉴别技术[7-8]应运而生，该技术主要监测振荡体系中还原反应、氧化反应交替进行时的电势变化，反映了待检复杂体系的整体集群特征，样品处理要求不高，操作简单。本文利用非线性指纹图谱技术对山茶油复杂体系鉴别进行探索研究，主要从山茶油样用量对图谱特征参数如最大振幅、振荡寿命、振荡波数的影响来确定山茶油的最佳检出范围，进行振荡机理分析，为其他油脂、食品、药品等复杂体系的鉴别提供一定的理论研究依据。

1.1 仪器及实验装置

实验仪器：ZD-BZ 振荡实验装置（南京桑力电子设备厂）；
SYC-15B 超级恒温水浴（成都明萱电子科技有限公司）；
213-01 型铂电极（上海仪电科学仪器股份有限公司）；
217 型双盐桥甘汞电极（上海精密仪器仪表有限公司）；
电子天平（SHIMADZU BX 420H，d=0.001 g）及5 mL 注射器。

实验装置：夹套加热的反应器中加入山茶油为底物的H+-Mn2+-BrO3--丙酮振荡反应体系，以超级恒温水浴仪控制反应温度，磁力搅拌器控制混合速度，213-01 型铂电极为指示电极，217 型双盐桥甘汞电极为参比电极，测量的电位E（mV）与时间t（s）的振荡曲线。

1.2 实验试剂及样品

试剂：硫酸、丙酮、硫酸锰、溴酸钠、溴化钠和十二烷基苯磺酸钠，均为分析纯，其溶液均用二次蒸馏水配制，浓度分别为H2SO4（1.0 mol·L-1）、CH3COCH3（0.6 mol·L-1）、MnSO4（0.10 mol·L-1）、NaBrO3（0.80 mol·L-1）、NaBr（0.001 mol·L-1）、十二烷基苯磺酸钠（0.2 mol·L-1）。重铬酸钾洗液（由重铬酸钾和硫酸组成，用于清洗铂电极片）。

样品：山茶油（湖南山润）。

1.3 实验方法

向恒温夹套玻璃反应器中定量加入H2SO4溶液40 mL、十二烷基苯磺酸钠1.5 mL、MnSO4溶液5 mL、CH3COCH3溶液 5 mL，在电磁搅拌500 r·min-1条件下，控制恒温（37±0.5）℃，加入一定量山茶油样以及适量的十二烷基苯磺酸钠，同时插入213-01 型铂电极和217 型双盐桥参比甘汞电极，采集该振荡体系的非线性电化学指纹图谱。待电极测定电势稳定10 min 后，用注射器加入已经恒温好的NaBrO3溶液3 mL，测定反应体系的电位随时间变化E-t曲线，根据曲线特征参数解析图谱，探讨其振荡反应机理。

2.1 山茶油为有机底物的振荡反应体系典型指纹图谱及机理分析

按实验步骤，山茶油样取1.5 mL，十二烷基苯磺酸钠1.5 mL，得到山茶油样为底物的BrO3--Mn2+-H2SO4-丙酮振荡体系非线性典型指纹图谱（图1）。由图1可知，该振荡反应分诱导期、振荡期两个阶段，诱导期发生主要反应为

NaBrO3氧化Mn2+生成Mn3+，电势升高，丙酮作用下生成Br2。

Br2作用下Mn3+还原为Mn2+，电势降低，Br-提高，此过程为诱导过程（不可逆）。导期过后为振荡期，主要发生反应为

A 阶段：消耗Br-，积聚HBrO2。

B 阶段：生成BrO3-，积聚自由基HBrO2，氧化Mn2+，电势升高。

C 阶段：还原性有机底物将电势降低，一个振荡周期结束，周而复始。

该振荡体系随着Br-的浓度变化，依次发生着A →B →C →A →B →C 的循环振荡反应过程，Mn3+还原为Mn2+电势降低，Mn2+还原为Mn3+电势升高，除丙酮及山茶油为消耗物外，其余组分均在体系中振荡复原不损耗。

图1中表征振荡反应快慢的参数为振荡周期t周期，表征底物还原能力的参数为诱导时间t诱导（与Br-浓度有关）、最大振幅ΔEmax，表征耗散物用量的特征参数为振荡寿命t寿命、振荡波数n，其他还有最高电位Emax、最低电势Emin、平衡电位E平衡。重复实验3组，其特征参数及RSD 值见表1。由表1可知，各参数RSD 值小于3%，可认为该振荡反应体系重现性良好。

图1 山茶油为底物的非线性电化学典型指纹图谱

表1 山茶油为底物的非线性化学指纹图谱特征参数表

2.2 山茶油用量对非线性电化学振荡反应的影响

按实验步骤，改变山茶油用量（0.2～4.5 mL）以及合适的十二烷基苯磺酸钠用量，采集E-t数据并制得系列指纹图谱（图2）。由图2可知，山茶油加入量为0.5 mL以下时，由于油样浓度较低，故诱导期较长，振荡周期t周期较长；
又因为丙酮耗散物过量，山茶油样基本被氧化，故振荡波数n较少。在山茶油加入量为4.5 mL以上时，由于油样浓度过高，山茶油与Mn3+反应过快，振荡反应几乎完全被抑制。在加入量为0.5～4.5 mL 时，振荡反应波数稳定（山茶油样过量，而丙酮耗散物消耗殆尽，故振荡次数由丙酮的加入量决定，因此波数稳定），反应速率逐渐加快，振荡周期逐渐缩短。

图2 不同山茶油加入量（0.2～4.5 mL）的非线性电化学典型指纹图谱图

为进一步验证以上结论，分别将0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL 和2.5 mL 山茶油加入振荡体系，并加入适量的十二烷基苯磺酸钠进行油水增溶，采集E-t数据并制得系列指纹图谱（图3）。

因考虑到山茶油浓度较低时，t诱导过长，而加入少量NaBr 提升Br-初始浓度，进而缩短t诱导。由图3可知，在山茶油加入量为0.5～2.5 mL，随着山茶油加入量的增加，振荡反应速度加快，t周期缩短，达到振荡平衡的时间缩短，振荡波数n及波形基本保持不变，而振幅ΔE在山茶油加入量2.0 mL 以下山茶油加入量时保持不变，2.0 mL 以上则略有减小。同时，也进一步考察了微量（0～0.5 mL）、过量（4.5～5.0 mL）加入山茶油时振荡反应的E-t曲线，得出微量、过量加入山茶油时振荡曲线特征参数的变化规律，此处不做进一步讨论。

图3 不同山茶油加入量（0.5～2.5 mL）的非线性电化学典型指纹图谱图

山茶油为有机底物的BrO3--Mn2+-H+-丙酮振荡体系反应分诱导期和振荡期，诱导期积聚Br-，为体系进入振荡期提供足够的Br-，振荡期则随着Br-浓度的变化，周期性的发生Mn3+与Mn2+（氧化或还原）转化反应，丙酮和山茶油为耗散物，其他物质则随着振荡反应的进行周期性的复原。本研究还考察了在丙酮量一定的情况下，微量（0～0.5 mL）、常量（0.5～2.5 mL）及过量（3.5～4.5 mL）加入山茶油时的E-t曲线，找出了山茶油加入量与诱导时间、振幅和振荡寿命等特征参数的变化规律，为振荡体系用于食用油、食品、药品等复杂体系的鉴别应用尤其是取样量的确定提供了一定的理论依据。复杂体系成分众多，机理复杂，本研究所述机理仅为部分已知成分的反应过程，还有待进一步深入的研究。