王　梅

(蘇州大學 分析測試中心，江蘇 蘇州　215123)

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研究報告(165～168)

傅里葉變換紅外光譜法分析乳制品的成分

王梅

(蘇州大學 分析測試中心，江蘇 蘇州215123)

利用甲醇沉淀進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉水溶液中的蛋白質(zhì)，所得上清液用二氯甲烷萃取，再經(jīng)傅里葉變換紅外光譜法(FT-IR)分析沉淀物和各相中物質(zhì)的成分. 試驗結(jié)果表明：3種樣品沉淀物中均含有蛋白質(zhì)和脂肪酸甘油三酯，在萃取時均有乳糖析出. 三者上層(水+甲醇)均含有糊精；而下層(二氯甲烷-甲醇)進口奶粉中含有磷脂酰膽堿，國產(chǎn)奶粉中含有磷脂酰膽堿和長碳鏈伯酰胺，奶茶粉中含有咖啡因.

傅里葉變換紅外光譜法；奶粉；奶茶粉

1　試驗部分

1.1儀器與試劑

德國布魯克公司VERTEX70傅立葉變換紅外光譜儀，美國Pike公司金剛石晶體衰減全反射(ATR)附件，DLATGS檢測器. QUINTIX224-1CN精密電子天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司. 80-2B臺式離心機，江蘇正基儀器有限公司.

進口奶粉樣品為某海購網(wǎng)站購買的高鈣全脂成人牛奶粉，國產(chǎn)奶粉和奶茶粉樣品為某購物網(wǎng)站購買的牛奶粉和咸味炒米奶茶. 無水甲醇(分析純)為國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn)，二氯甲烷(分析純)為江蘇強盛功能化學股份有限公司生產(chǎn).

1.2樣品制備

準確稱取奶粉和奶茶粉樣品各1.00 g,置于10 mL燒杯中，加入3 mL 65 ℃蒸餾水，充分攪拌10 min，加入無水甲醇7 mL，攪拌均勻后靜置15 min，過濾. 甲醇沉淀機理是降低水的介電常數(shù)，導(dǎo)致具有表面水層的蛋白質(zhì)脫水，相互聚集，最后析出. 沉淀物用蒸餾水清洗，過濾后烘干待用. 兩種奶粉的濾液為淺黃色透明膠體，奶茶粉的濾液為棕黃色液體. 濾得的液體用5 mL二氯甲烷萃取兩次，合并下層溶液. 奶粉樣品在萃取中易產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，可采用3 500 r/min的速度離心15 min得到下層清液. 將上層和下層的清液分別滴在鋁箔紙上，待溶劑揮發(fā)后進行紅外測試. 隨著體系溫度的降低各樣品的上層清液在萃取后放置24 h后有白色粉末析出，過濾后烘干待用.

1.3測試

粉末樣品的紅外測試:可將粉末直接覆蓋在ATR附件的金剛石晶體上，將壓力桿對樣品施壓后進行測試.

鋁箔紙上的樣品:可將含有樣品的一面直接覆蓋在ATR附件的金剛石晶體上,再施壓進行測試 .

首先對3組邊坡各指標進行量化處理，結(jié)果見表3。再將其代入隸屬函數(shù)中(公式(3)～公式(6))，得出相應(yīng)的指標隸屬，考慮篇幅限制僅以K136+500—K136+800為例，計算結(jié)果見表4。

各樣品紅外測試條件如下：掃描范圍4 000～600 cm-1，掃描次數(shù)16次，分辨率4 cm-1.

2　結(jié)果與討論

2.1未處理樣品的紅外譜圖

進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉的紅外譜圖如圖1所示. 從圖1可以看出樣品中蛋白質(zhì)、油脂和糖類的特征峰. 1 649 cm-1處較強寬峰為蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶C=O伸縮振動，1 535 cm-1處中等強度的峰為酰胺Ⅱ帶N-H面內(nèi)彎曲振動和C-N伸縮振動峰. 2 922 cm-1和2 853 cm-1處較強尖峰為油脂中亞甲基的C-H反對稱和對稱伸縮振動峰，1 743 cm-1處較強尖峰為油脂的C=O伸縮振動峰. 3 020～3 640 cm-1中等強度寬峰為糖類O-H伸縮振動峰，925～1 200 cm-1最強寬峰為C-O伸縮振動產(chǎn)生. 3種未處理的樣品除了代表各種組分的峰相對強度的差異外，各譜峰峰形、峰位幾乎沒有太大的差異.

圖1　未處理奶粉、奶茶粉的紅外光譜圖(a) 進口奶粉，(b) 國產(chǎn)奶粉，(c) 奶茶粉Fig.1　FT-IR spectra of untreated milk powder and milk tea powder(a) imported milk powder，(b) China-made milk powder，(c) milk tea powder

2.2沉淀物的紅外光譜

進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉沉淀物的紅外譜圖如圖2所示. 由圖2可以看出沉淀物中含有蛋白

圖2　奶粉、奶茶粉沉淀的紅外光譜圖(a) 進口奶粉，(b) 國產(chǎn)奶粉，(c) 奶茶粉Fig.2　FT-IR spectra of precipitates(a) imported milk powder，(b) China-made milk powder，(c) milk tea powder

質(zhì)和脂肪酸甘油三酯的特征峰. 蛋白質(zhì)的特征峰：3 282 cm-1弱峰為N-H伸縮振動峰，1 639 cm-1和1 535 cm-1分別為酰胺Ⅰ、Ⅱ帶. 脂肪酸甘油三酯的特征峰：2 922 cm-1和2 853 cm-1分別為亞甲基的反對稱和對稱伸縮振動峰，1 458 cm-1為亞甲基C-H彎曲振動峰，1 744 cm-1為酯羰基C=O伸縮振動峰， 1 098、1 160和1 236 cm-1均為C-O伸縮振動產(chǎn)生，其中1 160 cm-1強度最強，720 cm-1為長碳鏈中C-C骨架振動峰.

2.3水相主成分紅外譜圖

進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉經(jīng)處理后上層(水+甲醇)紅外譜圖如圖3所示. 從圖3可以看出，三者均表現(xiàn)為糊精的特征峰. 2 996～3 630 cm-1中等強度寬峰為O-H伸縮振動峰，950～1 200 cm-1較強寬峰為C-O伸縮振動峰. 771 cm-1和869 cm-1為糊精中吡喃糖α-異構(gòu)體的特征峰. 此外，C-O伸縮振動區(qū)峰較寬，進一步證明該糖類為聚合形式存在[6].

圖3　奶粉、奶茶粉中糊精的紅外光譜圖(a) 進口奶粉，(b) 國產(chǎn)奶粉，(c) 奶茶粉Fig.3　FT-IR spectra of dextrin (a) imported milk powder，(b) China-made milk powder，(c) milk tea powder

體系溫度降低引起進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉樣品溶液中有白色物質(zhì)析出，3種白色物質(zhì)的紅外光譜圖如圖4所示. 由圖4可以看出三者均表現(xiàn)為乳糖的特征峰. 一分子乳糖由一分子β-D-半乳糖和一分子α-D-葡萄糖形成β-1，4-苷鍵相連，因此在紅外光譜中出現(xiàn)α-異構(gòu)體的914 cm-1的振動峰，同時出現(xiàn)β-異構(gòu)體899 cm-1的特征峰，在750～777 cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)兩種環(huán)的擴張運動引起的寬峰. 與糊精的紅外圖相比，乳糖因相互連接的單糖只有兩個，分子中形成的氫鍵的種類相對于糊精要少，因此乳糖在O-H和C-O振動區(qū)域表現(xiàn)出比糊精更多的峰[6].

圖4　奶粉、奶茶粉中乳糖的紅外光譜圖(a) 進口奶粉，(b) 國產(chǎn)奶粉，(c) 奶茶粉Fig.4　FT-IR spectra of lactose(a) imported milk powder，(b) China-made milk powder，(c) milk tea powder

2.4有機相主成分紅外光譜

乳脂肪中的大部分是脂肪酸甘油三酯，還有少量的磷脂、甾醇、游離脂肪酸以及脂溶性維生素等. 奶粉和奶茶粉中的脂肪酸甘油三酯在蛋白質(zhì)沉降過程中隨蛋白質(zhì)一起沉降，但磷脂因其兩親性特點易與水結(jié)合形成膠束狀從而保留在水+甲醇相中，經(jīng)過二氯甲烷萃取進入二氯甲烷+甲醇相.

進口奶粉、國產(chǎn)奶粉和奶茶粉經(jīng)處理后下層(二氯甲烷+甲醇)紅外譜圖如圖5所示. 從圖5(a)中可以看出磷脂酰膽堿的特征峰. 2 922 cm-1和2 852 cm-1強吸收峰為亞甲基C-H反對稱伸縮和

圖5　奶粉、奶茶粉中有機相的紅外光譜圖(a)進口奶粉，(b) 國產(chǎn)奶粉，(c) 奶茶粉Fig.5　FT-IR spectra of materials in organic phase (a) imported milk powder，(b) China-made milk powder，(c) milk tea powder

對稱伸縮振動峰，1 466 cm-1為亞甲基C-H彎曲振動峰，1 378 cm-1為甲基C-H彎曲振動峰，721 cm-1為長碳鏈中C-C骨架振動峰. 1 222 cm-1為PO2-反對稱伸縮振動峰，1 178 cm-1為C-O-C伸縮振動峰，1 086 cm-1為PO2-對稱伸縮振動峰，1 062 cm-1為P-O-C伸縮振動峰，970 cm-1為磷脂中膽堿聚集體N+(CH3)3的不對稱振動峰. 1 740 cm-1強吸收峰為酯的C=O伸縮振動產(chǎn)生，由紅外譜圖可以看出進口奶粉樣品下層含有磷脂酰膽堿[7]. 此外，樣品還含有不飽和雙鍵，3 009 cm-1較弱的峰為不飽和C-H伸縮振動產(chǎn)生，1 420 cm-1為與雙鍵相連的碳的C-H彎曲振動峰，1 648 cm-1為C=C伸縮振動峰.

從圖5(b)可以看出國產(chǎn)奶粉處理后下層(二氯甲烷+甲醇)與進口奶粉相比差別較大，樣品中含有代表磷脂酰膽堿特征的965 cm-1和990～1 300 cm-1的峰但強度較低，而與長碳鏈有關(guān)的2 919、2 850、1 468、720 cm-1的峰強度較高，同時亦存在代表雙鍵的3 009 cm-1的峰. 此外，出現(xiàn)伯胺N-H反對稱和對稱伸縮振動峰3 393 cm-1和3 196 cm-1、酰胺Ⅰ帶特征峰1 646 cm-1、酰胺Ⅲ帶特征峰1 421 cm-1、酰胺Ⅴ帶氨基N-H面外彎曲振動647 cm-1的寬峰，綜合以上可判斷樣品中存在長碳鏈伯酰胺.

圖5(c)為奶茶粉處理后下層(二氯甲烷+甲醇)的紅外光譜. 代表長碳鏈特征峰的2 919、2 850和720 cm-1依然存在，氨基特征峰3 392 cm-1和3 196 cm-1也存在. 但由于600～1 800 cm-1區(qū)域有很強的其它物質(zhì)吸收峰，導(dǎo)致無法判斷樣品中是否含有磷脂酰膽堿和長碳鏈伯酰胺. 除去上述長碳鏈和氨基特征峰，剩余峰與咖啡因紅外譜圖相吻合，咖啡因的結(jié)構(gòu)式如圖6所示. 各譜峰歸屬為：3 114 cm-1

圖6　咖啡因的結(jié)構(gòu)式Fig.6　Structure of caffeine

為不飽和C-H伸縮振動峰，1 697 cm-1為2號C=O伸縮振動峰，1 650 cm-1為6號C=O伸縮振動峰，1 600 cm-1為C=C伸縮振動峰，1 549 cm-1為C=N伸縮振動峰，1 486、1 457、1 431和1 404 cm-1為飽和C-H彎曲振動峰[8].

3　結(jié)論

未處理乳制品的紅外光譜圖均含有蛋白質(zhì)、油脂和糖類特征峰. 經(jīng)甲醇-二氯甲烷處理，乳制品中蛋白質(zhì)和脂肪酸甘油三酯發(fā)生沉淀，而過濾后的清液中測定出水相中含有糊精和乳糖. 有機相進口奶粉中含有磷脂酰膽堿，國產(chǎn)奶粉中含有磷脂酰膽堿和長碳鏈伯酰胺，奶茶粉中含有咖啡因，可能還含有磷脂酰膽堿和長碳鏈伯酰胺. 因此，通過甲醇沉淀蛋白質(zhì)再用二氯甲烷萃取的方法，可以方便、快速地獲得乳制品中的主成分信息.

本文方法操作簡單，所用試劑少，儀器普及率高,但因共沉淀和萃取效率等問題容易引起體系中各組分的損失，因此，此方法不適用于定量分析. 雖然此方法不能定量，但是從整個試驗現(xiàn)象上看，糊精和乳糖含量較高，磷脂酰膽堿和長鏈伯酰胺是溶解在有機相的物質(zhì)，含量較少，利用紅外ATR的技術(shù)可以檢測. 同時，對這些物質(zhì)進行測定可以對奶粉是否摻假、是否添加有害成分進行初步的定性.

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Analysis of Ingredients of Milk Product Via FTIR Spectrosmetry

WANG Mei

(AnalysisandTestCenter,SuzhouUniversity,Suzhou215123，JiangsuChina)

Proteins in imported milk powder, China-made milk powder and milk tea powder were precipitated via the addition of methanol.The supernatant was extracted by dichloromethane. Then the components of precipitates and substance in the two phases were analysised by Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR). Reasults were as follows: Precipitates of the powders contained proteins and triglyceride. Lactose was separated out during the extraction. The upper layer(mixture of water and methanol)of the powders contained dextrin. The lower layer(mixture of dichloromethane and methanol) of the imported milk powder contained phosphatidylcholine, while that of the China-made milk powder contained phosphatidylcholine and long carbon chain amide, and that of the milk tea powder contained caffeine.

FT-IR;milk powder;milk tea powder

2016-06-07;

2016-08-11.

王梅(1981-)，女，碩士研究生，從事分子光譜分析研究工作,E-mail:wangmei1222@suda.edu.cn.

O657.33

A

1006-3757(2016)03-0165-04

10.16495/j.1006-3757.2016.03.007