反式脂肪酸的检测方法研究进展综述

反式脂肪酸的检测方法研究进展综述赵琦（福州大学生物和医药技术研究院，福建福州350108）摘要：综述了红外光谱分析法、气相色谱法、银离子薄层色谱法、气相色谱质谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳法等反式脂肪酸的检测方法,分析了TFA的性质、危害、来源与控制措施。关键词：反式脂肪酸；危害控制；检测方法AdvanceofResearchonDetectionMethodsofTrans-fattyAcidZhaoQi（InstituteofBiomedicalandPharmaceuticalTechnology,FuzhouUniversity,FuzhouFujian350108,China）Abstract:Thisarticlefocusesonthedetectionmethodsoftrans-fattyacids,includinginfraredspectroscopy,gaschromatography,thinlayersilverionchromatography,gaschromatographyqualityspectrometry,highperformanceliquidchromatography,capillaryelectrophoresisetc,anditsnature,hazards,sourcesandcontrolmeasures.Keywords:trans-fattyacids；hazardcontrolmeasures;；detectionmethod0引言自2006年的“麦当劳反式脂肪酸”事件后,反式脂肪酸问题作为食品安全领域的焦点已引起全社会的共同关注[1]。TFA包括单不饱和反式脂肪酸和多不饱和反式脂肪酸，其化学结构分别对应一个或多个非共轭的双键构型。许多研究表明大量食用含TFA的食物会加速动脉硬化，容易导致心脑血管疾病、冠心病糖尿病和老年痴呆等疾病，已成为近年来相关领域关注的热点[2]。了解其来源与预防措施对保障大众的身体健康具有重要意义。为此，笔者在总结前人研究成果的基础上，结合最新研究动态，就TFA的性质、危害、来源、检测方法、控制措施和研究进展等方面进行综述。1TFA的性质、危害及来源1.1性质TFA是普通植物油经过人为改造为“氢化油”过程中产生的。经过人工催化，向不饱和脂肪酸为主的植物油中适度引入氢分子，就可以将液态不饱和脂肪酸变成易凝固的饱和脂肪酸，从而使植物油变成像黄油一样的半固态甚至固态。其中，有一部分剩余不饱和脂肪酸发生了”构型转变”从天然的”顺式”结构异化成”反式”结构,就是TFA。TFA反式双键的存在使脂肪酸的空间构型产生了很大的变化，脂肪酸分子呈刚性结构，表现出的一些特性是介于饱和脂肪酸和顺式脂肪酸之间的。1.2危害TFA对心血管系统有不良影响，能升高人体血清中低密度脂蛋白(LDL)胆固醇含量，同时能降低高密度脂蛋白(HDL)胆固醇含量，因而促进动脉硬化,促进血栓形成，影响婴幼儿生长发育，增加妇女患Ⅱ型糖尿病的概率[3]，导致大脑功能的衰退，易患老年痴呆症，致癌性（尚存争议）。1.3来源反式脂肪酸的来源分为天然的和加工过程中生成的反式脂肪酸两大类，具体为以下几个方面。1.3.1来自反刍动物的肉及乳制品天然反式脂肪酸主要来自于反刍动物(如牛、羊)的肉及乳制品，但其中含量很低，主要是由饲料中的部分不饱和脂肪酸经过反刍动物瘤胃中微生物的生物氢化作用而形成。乳制品中反式脂肪酸的含量普遍较低随季节、地区、饲料组成以及动物品种的不同，乳制品中反式脂肪酸的含量和组成也会产生较大的差异，如羊奶中的反式脂肪酸含量低于牛奶。1.3.2来自于油脂的氢化油脂氢化是指将氢通过加成反应加到脂肪酸链的双键的过程在氢化过程中，油先与催化剂(通常是镍)混合后加热到所需温度(140～225℃)压力达到413.69KPa下与氢作用。在此过程中一部分双键被饱和，另一部分双键发生位置异构或转变为反式构型(即反式脂肪酸)反式脂肪酸的含量和种类由于氢化条件氢化深度和原料中不饱和脂肪酸含量的不同而有较大的差异传统氢化是在镍的催化下进行的，由于反式脂肪酸具有比顺式脂肪酸更稳定的结构，因此在高温高压的催化条件下能够大量生产，故而传统的氢化工艺产生的反式脂肪酸较多，通过原料选择和工艺优化可在一定程度上降低反式脂肪酸的生成量。超声波氢化和电化学氢化等新工艺所产生的反式脂肪酸比传统工艺少，酶技术的应用更能大大提高产物的选择性，但技术含量较高。1.3.3来自于油脂的精炼油脂的精炼是指清除植物油中所含固体杂质，游离脂肪酸、磷脂、胶质、蜡、色素、异味等的一系列工序的统称[4]。在精炼过程中，反式脂肪酸的产生主要发生在脱臭阶段。天然植物油均由顺式不饱和脂肪酸所构成，而基本不含有反式脂肪酸或含量很低。但在进行脱臭处理时，油脂中的不饱和脂肪酸暴露在空气中，在高温环境下发生热聚合反应，更易发生异构化，使TFA含量增加，通常会形成3%～6%的反式异构体。在该过程中，TFA的产生量与加热温度、温度保持时间以及植物油的种类有关，脱臭阶段温度较高、高温状态保持时间较长，故TFA的形成量也较多。1.3.4来自于食品的加工过程日常食用的很多加工食品中存在含量不等的反式脂肪酸，主要来自配料中存在的和加工过程中吸附的油脂。一些焙烤和油炸食品如油饼、丹麦馅饼、炸鸡、炸土豆条等，以及假奶酪、人造奶油、冰淇淋、糖果等食品TFA含量可能较高，其中有很大部分是由于加工时使用了部分氢化油脂所致，其TFA含量随氢化油用量和饱和度的不同而产生较大差异。当煎炸油或加工原料中含有较多的TFA时，产品中也会有较多的TFA。未添加氢化油脂的焙烤食品中反式脂肪酸主要产生于加热过程，食物高温烹调过程中可遇到光、热和其他催化作用，顺式脂肪酸在这些因素的作用下，通过异构化转变为反式脂肪酸。2检测方法评述2.1反式脂肪酸的分析方法TFA的分析方法已有较多报道，包括红外光谱（IR），气相色谱（GC），液相色谱，气相色谱-质谱联用（GC-MS）以及一些结合使用的方法。2.1.1红外光谱法（IR)原理：TFA分子的反式构型双键由于其C-H的平面外振动，使得TFA在966cm处存在最大吸收，而顺式构型的双键和饱和脂肪酸在此处却没有吸收。因此利用这一原理可确定油脂中是否存在TFA并进行定量分析。方法：需要使用二硫化碳作为稀释溶剂，将油脂中的脂肪酸甲酯化,然后在900-1050cm-1范围内进行IR分析,把得到的光谱数据与标准溶液数据对照,计算TFA含量优点：IR所定量的是脂肪酸中TFA的总量,不受TFA体结构的影响缺点:a经过样品处理过程后,方法的灵敏度和检出限都大大降低；b不能同时获得异构体组成的信息；c目标分析物体系中的共轭双键含量不能大于1%(共轭双键的吸收带在950cm-1和990cm-1处)；d测定体系中不能存在游离的羧基和甘油羟基(O-H的平面外振动最大吸收在935cm-1处),否则会干扰反式构型双键中C-H的最大吸收,降低测定值的精确度；e样品中TFA含量应不低于5%,否则测定结果的误差较大,精度不高。改进方法：采用标准加入法以消除共轭双键对TFA定量的影响结果：改进后的方法可用于对总脂肪含量低于5%且TFA含量低于总脂肪含量10%的样品的测定。2.1.2傅里叶变换近红外光谱(FTIR)原理：利用反式双键在966cm-1处有吸收，进行红外分析。优点:可提高信噪比及高波长的校准精度，增加光通量，且可自动进行样品处理和数据分析,并能够快速定量检测TFA比IR更准确，更方便缺点：准确性很大程度上取决于背景参照物的选择（最合适的参照物是不含TFA且和油脂的脂肪酸组成尽可能相似的物质）2.1.3气象色谱法（GC法）原理：脂肪酸的碳链长度、不饱和度和双键的几何构型等结构上的差异,使脂肪酸在气相色谱柱上的保留时间有所不同。脂肪酸在非极性气相色谱柱上的保留时间主要由碳链长度决定;在极性气相色谱柱上的保留时间由极性和碳链长度共同决定,因此极性气相色谱柱对不饱和脂肪酸的分离更有效[5]。优点：操作比较简单，设备比较便宜，易推广2.1.4银离子(Ag+)相关技术原理:Ag+与不饱和脂肪酸的双键间存在作用力，该作用力随双键数量的增多而增强，随键长的增加而减弱，并且Ag+与顺式脂肪酸的结合比与TFA牢固,故而实现了顺、反式脂肪酸的分离。方法：①Ag+-SPE对样品进行预分离，可消除顺式脂肪酸对TFA产生的干扰，以达到准确定量TFA的目的。缺陷：没有研究被分离脂肪酸的回收率，且没有对各种不同基质萃取的脂肪酸的分离效果进行评价。②Ag+-TLC可将脂肪酸甲酯中的顺、反式异构体分离，再用GC分析各条带的脂肪酸，能避免样品整体分析时顺、反式异构体的色谱峰重叠，使TFA得到更好的分离。缺陷：Ag+-TLC中的银离子的真实浓度难以确定，且在薄板的浸渍过程中，银离子易氧化，不易被均匀的吸附，因此对操作技术要求较高，且样品用量大，分离步骤繁琐，分离时间长、易污染。③Ag+-HPLC采用Ag+溶液浸渍色谱柱，以正己烷-乙腈进行洗脱，紫外(UV)检测器检测，可分离氢化油样品中部分C18：1的位置异构体。使用单柱Ag+-HPLC对脂肪酸的顺、反式异构体的分离并不理想，将多根色谱柱串联完全可以满足大多数分析的要求，但检测费用较高。缺陷：商业化生产的银离子高效液相柱较少、价格昂贵且易打碎[6]。2.1.5毛细管电泳法(CE)原理：CE是以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的分离技术。优点：对扩散系数小的生物大分子而言，其柱效要比HPLC高得多。与普通电泳相比，由于其采用高电场，因此分离速度要快得多。缺点：分离效果远不及GC和Ag+-HPLC；多采用含水电解质，影响油脂的溶解度，且UV检测器灵敏度较低，使CE在油脂分析中的应用受到限制。2.1.6核磁共振法(NMR)方法：采用碳谱(C-13NMR)检测氢化植物油中顺/反式及双键位置异构体组成[7]，通过比较样品各个峰的面积与各种标准品在核磁谱中的面积进行定量。优点：同气相色谱法相比，核磁法最大的优点是速度快，非常适合食品中反式脂肪酸的快速检测2.2总述FTIR只能对TFA的总量进行定量,不能给出TFA的结构信息(包括双键位置和链长),但操作起来快速简便,适用于营养标签的常规分析,可用于植物油、部分氢化植物油及人造奶油中TFA的测定。值得指出的是,在对TFA进行定量分析的时候,应注意是否存在共轭亚油酸,FTIR用于营养标签的常规分析时应去除共轭亚油酸的干扰。高极性的气相色谱柱的使用在很大程度上提高TFA的定性、定量分析水平,但如果单独使用GC对TFA进行分析,部分脂肪酸的顺、反式异构体不能完全分离,且有部分TFA和其他脂肪酸存在共洗脱现象,降低了TFA定量的准确性[8]。使用Ag+-TLC、Ag+-SPE或Ag+-HPLC对TFA进行预分离处理,可使上述缺陷得到一定改善,达到较好的定量效果,但此类方法操作繁琐、对检测条件要求较高、检测周期较长、实用性较差、不推荐用于常规分析。3控制措施及研究进展3.1控制措施目前,国内控制TFA的措施一般有以下几种：1.改进油脂氢化过程的条件,采用新型昂贵金属作催化剂或超临界一体液化反应2.减少油脂氢化技术的使用,添加抗氧化物质,利用胶化剂替代或采用油脂之间的调配技术3.改善油脂脱臭工艺,采用瑞典Alafalaval公司开发的脱臭用薄膜式填料塔与热脱色用传统塔盘组合新型软塔脱臭系统4.采用酯交换技术,一般分为化学法酯交换反应和酶法脂交换反应5.进行油料育种改良,降低植物油料中的多不饱和脂肪酸含量,并作为氢化加工的原料油6.食用不饱和脂肪酸含量低的椰子油和棕榈油的分提产物7.日常合理膳食,尤其是儿童3.2研究进展国外关于食品中TFA的研究比较系统。有关食品中TFA的产生、危害和形成途径以及检测方法等都做了较深入的研究，取得了可喜的成果，但尚不完善，还有很多工作要做。在TFA与人体健康方面，有关TFA在疾病发生中的作用机理以及究竟是哪种TFA存在问题，还有待于研究确认。在TFA的检测方面，现有的测定方法都比较繁琐[9]，对