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第三节
密度和折射率测定技术

图3-4 花生油密度随温度变化而变化(Davis等,2008)

密度是单位体积物质所具有的质量。折射率又称折光指数,为光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。

花生油密度和折射率随温度变化而变化(图3-4)。一定温度下,一定范围内,花生油油酸、亚油酸含量与密度、折射率均呈直线关系,油亚比与密度、折射率呈曲线关系(Davis等,2013)(图3-5),因此可测定花生油密度或折射率值,据此推断所测样品是否为高油酸花生。

图3-5 油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)含量与20℃下花生油密度和折射率呈直线关系,油亚比与密度和折射率呈曲线关系(花生油来自混合样品)(Davis等,2013)

一、密度

Davis等(2013)用Anton-Paar(Graz,Austria)DMA5000振荡管密度计(oscillating tube density meter)在20℃下测定花生油的密度。由图3-6可见,在高油酸花生和普通花生分列的情况下,花生油油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)含量与20℃下花生油密度间的直线关系也成立。但目前测定密度的设备至少约需2 ml花生油,按单粒花生种子重0.6g、出油约40%计,需若干粒花生,因此尚不能满足判定单粒花生种子是否为高油酸的需要。

图3-6 花生油油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)含量与20℃下花生油密度呈直线关系(高油酸花生和普通花生分列)(Davis等,2013)

二、折射率

折射率很早就用于液态油脂脂肪酸测定,现已广泛用于天然油脂表征。植物油中存在着不同碳链长度和饱和度的脂肪酸,其折射率可以反映油脂的饱和度。Khan等(1974)曾用花生油折射率计算碘值并评估花生杂交分离群体的脂肪酸组成。

根据高油酸花生与普通花生折射率差异,目前国内外已有几个实验室建立了根据单粒或多粒花生油折射率判断花生是否为高油酸类型的方法。此法操作简单、成本低,但固体杂质影响折射率测定结果,故榨取的花生油在测定之前必须过滤(Davis等,2013)。

折射率截止值或称临界值(cutoff RI)可根据油酸或亚油酸含量与折射率的关系确定(图3-7),也可根据油亚比与折射率的关系确定(图3-8),但似乎后者界限更为分明。

图3-7 20℃下单粒花生油折射率与油酸(左)、亚油酸(右)含量的关系(Davis等,2013)

图3-8 20℃下单粒花生油折射率与油亚比的关系,注意在折射率为1.46895处有一间断竖线基本可将高油酸花生和普通花生区分开(Davis等,2013)

中国农业科学院油料作物研究所花生育种团队雷永(2010)利用油酸含量差异较大的一批花生材料提取油脂分别测定油酸含量和花生油折射率,建立标准曲线方程以及环境温度下折射率校正为标准温度25℃下折射率的换算公式。若以油酸含量≥70%作为高油酸花生的标准,那么标准温度25℃下的折射率≤1.4667即可作为高油酸花生材料的判断标准。在标准温度25℃下测定未知花生材料折射率,若折射率≤1.4667则可判断未知花生材料属于高油酸材料,并可利用方程换算出油酸含量。结果可靠性达到95%以上。

类似地,河南省开封市农林科学研究院花生育种团队曾采用折射率法研究高油酸和普通油酸杂交组合杂种后代高油酸性状的遗传规律,以折射率≤1.468作为高油酸花生的判断依据(谷建中等,2006)。

(一)普通折射率仪花生高油酸判定操作程序

1.花生油提取

(1)机械挤压法:机械挤压法提取花生油所需器具有千斤顶、铁框、挤压棒和挤压皿。提取步骤:准备好待测样品花生脱去种皮的子仁,取3~5粒放入挤压皿底端,把挤压棒装入挤压皿中。将千斤顶置于铁框中,将挤压皿放在千斤顶正上方,缓缓上升千斤顶。待少量花生油浸入油槽,停止上升千斤顶,提取到待测样品花生油。

采用机械挤压取样时,每次提取完花生油后要把挤压皿和油槽擦干净。

(2)石油醚萃取法:取待测花生脱去种皮的子仁样品0.5g,装入2 ml离心管中,用玻棒捣碎,加入1.0ml沸程为60~90℃的石油醚,剧烈振荡,室温静置3~4h后,10000g离心5min,将离心管中上清液转移到新的1.5ml离心管中。盛有上清液的新离心管敞口置于通风橱中,60~70℃水浴6~7h,使石油醚挥发干净,得到待测样品花生油。

2.折射率测定 折射率测定可采用多种型号的数字式或手持式简易折光仪进行。

下面以日本ATAGO公司生产的N3000手持式折光仪为例(图3-9)加以说明。

操作步骤:测定每个样品前后一定要用擦镜纸把折光棱镜擦干净,以免造成误差。掀开盖板,用移液器吸取待测材料花生油20~30μl,滴于折光棱镜表面,盖上棱镜盖板,轻轻按压。将折光棱镜对准光亮方向,调节目镜,通过目镜读取待测材料折射率(明暗分界处,读取刻度)。

图3-9 N3000手持式折光仪

3.高油酸与非高油酸类型的判定 待测材料在标准温度(25℃)下的折射率≤1.4667,则判定其属于高油酸材料;如待测材料在标准温度(25℃)下的折射率>1.4667,则判定其不属于高油酸材料。

当环境温度不是25℃时,需将环境温度下测定的折光指数校正为标准温度(25℃)下的折射率。换算公式为:nD 25 =nD X +0.00038×( X -25)。其中,nD 25 为25℃下的折射率,nD X 是环境温度为 X 时的折射率。

将待测材料标准温度(25℃)下的折射率代入油酸含量与折射率线性关系的标准曲线方程 Y=- 9104.6 ×X+ 13424中,可得到待测样品的油酸含量。其中, X 表示待测样品标准温度(25℃)下的折射率, Y 表示待测样品的油酸含量。上述方法可在任意温度下进行测定,然后通过经验公式计算得出结果,但只能估计油酸大致含量,而不能测定油亚比。

利用可控温的折光仪可以省去折射率换算的步骤。Sweigart等(2011)提出了测定单粒花生油折射率的方法,用以判断其是否为高油酸类型。同一团队的Davis等(2013)以油亚比≥9作为高油酸花生的标准,在20℃下利用可控温的Anton-Paar(Graz,Austria)Abbemat 550折光仪(refractometer)测得折射率。折射率≤1.46895的花生即判定为高油酸花生。折射率仪稳健(robust)、易维护,如样品是置于室温下,20℃单纯测定1份样品30s内即可完成。因温度影响折射率,故仍需恒温测定。用该法测定了200粒花生种子的折射率,据此判定花生高油酸类型,有2粒误判,成功率为99%(Davis等,2013)。

(二)中国农业科学院油料作物研究所便携式高油酸花生鉴定仪操作程序

据淮东欣等(2021),20℃下测定的油酸含量不低于75%的高油酸花生油,折射率低于1.4680(折射率截止值)。中国农业科学院油料作物研究所花生育种团队新研发出一套基于折射率的便携式高油酸花生鉴定仪(图3-10)。

图3-10 便携式高油酸花生鉴定仪花生油压榨操作步骤(淮东欣等,2021;中国农业科学院油料作物研究所)

1~2.使用液压钳将花生油从待测种子中压榨出来;3.使用注射器从油槽中吸取油样;4.使用0.8μm的滤膜过滤油样;5.将过滤后的油样滴入鉴定仪的滴液槽中,合上遮光盖,按“测量键”进行测定;6.根据仪器显示结果判定所测花生是否为高油酸花生

如显示屏显示“HO”,则检测样品为高油酸花生油;如显示屏显示“nO”,则检测样品为普通油酸花生油

操作步骤分使用液压钳压榨花生油、花生油过滤和测定三大步,详述如下。

(1)取2~4粒花生仁装入压榨模具的空腔盖中(如图3-10 1B),将具有凸柱的模具装入空腔中(如图3-10 1C),再将装配好的压榨模具装入液压钳的钳头(图3-10D),装入时将模具两侧的凸起部分对准钳头的凹槽顺势推入,插入插销(如图3-10A所示)。

(2)把液压钳的回油阀门(图3-10 2左下方箭头所指)顺时针旋至OFF,将液压钳直立起来,左手扶固定手柄,右手扶活动手柄,将活动手柄沿图3-10 2右上方弯箭头方向来回移动挤压花生(感觉到压力大的时候放慢速度),花生油顺着模具凸柱流至凹槽中。

(3)待花生油压榨完毕,保持液压钳直立,把液压钳的回油阀门(图3-10 2左下方箭头所指)逆时针旋至ON,拔开钳头插销,缓慢取下压榨模具并将其分开,使用注射器吸取凹槽中的花生油。

(4)在注射器顶端安装一次性过滤膜。

(5)按“开机键”(图3-10 5左上箭头所指)打开高油酸花生鉴定仪,将花生油(0.4ml以上,4~5滴)通过滤膜滴入鉴定仪滴液槽中,合上遮光盖,按“测量键”(图3-10 5左下箭头所指)进行测定。

(6)根据仪器显示结果判定所测花生是否为高油酸花生。如果显示屏显示“HO”,则为高油酸花生油;如果显示屏显示“nO”,则为普通花生油。

设备清理与保护:压榨模具使用后立即用纸巾擦拭干净,以备下一个样品或下次使用。注射器和滤膜为一次性器具,不可重复使用。滴液槽中的花生油可用纸巾清理,然后用酒精擦拭干净即可。

与气相色谱仪和近红外光谱仪相比,这款设备优势明显(表3-1),检测可在5min内完成(淮东欣等,2021)。利用该设备检验了30个花生品系是否为高油酸花生,其结果均与其油酸含量化学值一致(淮东欣等,2021)。

表3-1 便携式高油酸花生鉴定仪与气相色谱仪和近红外光谱仪比较

数据来源:淮东欣等(2021)。本书第十章中提到的近红外仪相关数据未包括在此表中。

长期贮藏会导致植物油脂折射率升高,低温压榨(压榨温度80~90℃)和高温压榨(压榨温度120℃以上)花生油折射率均低于冷榨花生油(压榨温度60℃以下)。使用该设备建议鉴定贮藏时间在1年以内的花生,并在常温下榨取花生油(淮东欣等,2021)。 EwxPG+72I8QVc3JSS62foO0yDnY0guNKGdUh1CR7OWRVKaITxBzMiFonFCAfmTSD

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