FT-IR法測定溫度對牛奶脂肪酸結(jié)構(gòu)的影響

國曉煒，李麗華，張金生，韓偉秀

（遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

牛奶是我們身邊“最接近完美的食品”，牛奶中的脂肪營養(yǎng)價值非常高，因為脂肪球顆粒很小，所以喝起來口感細膩，極易消化。乳脂肪中含有人體必需的脂肪酸，是營養(yǎng)價值很高的脂肪[1]。脂肪酸存在于牛奶的脂肪中，據(jù)相關(guān)研究表明牛奶總脂肪酸中大約2%是不飽和脂肪酸（PUFA），70%是飽和脂肪酸（SFA），牛奶中的脂肪酸以長鏈脂肪酸為主[2]。近年來很多國家開始重視脂肪酸對人類健康的影響，而我國在此方面的研究還比較少。脂肪酸按飽和度分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸是人體和生命健康所必需的。由此可見，牛奶中的不飽和脂肪酸可以為我們的健康提供必需的營養(yǎng)成分。不飽和脂肪酸又分為單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸。在不飽和脂肪酸分子中，因雙鍵位置的不同產(chǎn)生異構(gòu)化分子，形成反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA），攝入過多的反式脂肪酸會影響人體的健康[3]。

近年來，在溫度變化下牛奶中的脂肪酸結(jié)構(gòu)是否會發(fā)生變化，還未引起大家的關(guān)注。本試驗采用傅里葉變換紅外光譜法對不同溫度下的牛奶進行測定，分析其脂肪酸結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，溫度對牛奶中的脂肪酸結(jié)構(gòu)影響比較大，在日常生活中人們應(yīng)該注意牛奶的加熱溫度，減少有害的脂肪酸的攝入。

1 材料與方法

1.1 樣品、試劑與主要儀器

1.1.1 樣品與試劑

無水乙醚（分析純）、石油醚（60℃～90℃）、無水甲醇（分析純）、氫氧化鉀（光譜純）。

牛奶：購于超市。

1.1.2 主要儀器

WQF-520型傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）：北京瑞利分析儀器公司；76-3型遠紅外輻射干燥箱：上海陽光實驗儀器有限公司；KQ-250B型超聲波清洗儀：昆山市超聲波儀器有限公司；FA2104N型電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司。80-2離心機：上海手術(shù)器械廠。

1.2 方法

1.2.1 牛奶中脂肪酸的萃取及甲酯化

分別準(zhǔn)確移取20 mL的牛奶于1～8號圓底燒瓶中，并在 25、35、45、55、65、75、85、95 ℃的水浴中加熱30 min，另取20 mL的牛奶于9號燒瓶中，利用電爐加熱30 min（溫度設(shè)定為105℃）。取不同溫度的牛奶樣品5.0 mL于具塞離心管中，加入樣品提取液（石油醚+無水乙醚=3+1）2.0 mL，超聲波提取10 min，浸提油脂。加入2 mL0.5 mol/L KOH/CH3OH溶液，搖勻放置10min，使其充分甲酯化反應(yīng)。以3000r/min離心5min，取上清液進行測定[4]。

1.2.2 傅里葉紅外光譜法測定牛奶中的脂肪酸

采用傅里葉變換紅外光譜儀進行掃描：儀器預(yù)熱穩(wěn)定后，掃描紅外吸收光譜，掃描范圍400 cm-1～4000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)10。采用液膜法進行測定、分析。

2 結(jié)果與討論

依據(jù)參考文獻[4]可知，牛奶中飽和脂肪酸包括豆蔻酸 C14：0，棕櫚酸 C16：0，硬脂酸 C18：0，月桂酸C12：0，十三酸 C13：0，十七酸 C17：0，花生酸 C20：0。不飽和脂肪酸有油酸C18：1，亞油酸C18：2，亞麻油酸C18：3，棕櫚油酸C16：2。所以紅外吸收峰的位置主要是長鏈飽和脂肪酸中—CH3，—CH2中C—H鍵的伸縮振動，脂類的C===O基伸縮振動，C===C雙鍵的伸縮及變形振動[5]。

2.1 25℃～55℃牛奶中脂肪酸的紅外譜圖分析

25、35、45、55℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖見圖1。表明，樣品在2967、2931、2859 cm-1處均有吸收，這部分譜帶為長鏈飽和脂肪酸烷基的C—H的伸縮振動，1743 cm-1處是脂肪酸中C===O基的特征吸收峰，1641 cm-1處是C===C的伸縮振動，且是多個C===C的吸收峰，1463 cm-1處是—CH3的不對稱伸縮振動，1379cm-1處是—CH3的對稱伸縮振動。1241cm-1處是脂類C—H與C===C共軛的伸縮振動，1170 cm-1處是丙酸及以上脂類的C—H伸縮振動，1117 cm-1左右是醚類的C—O—C的伸縮振動（主要是樣品提取液中所含的醚類產(chǎn)生）。

圖1 25、35、45、55℃牛奶中脂肪酸的紅外譜圖Fig.1 FTIR spectra of fatty acids in milk 25,35,45,55℃

在25℃與35℃，這2個樣品紅外吸收峰的波數(shù)和峰形基本相似，說明兩者的結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。但45℃和55℃時牛奶中的脂肪酸則開始發(fā)生變化，從譜圖可知，在974 cm-1處出現(xiàn)了1個小的吸收峰，由相關(guān)文獻[6]知974 cm-1處是C===C雙鍵以反式結(jié)構(gòu)存在時產(chǎn)生的特征吸收峰，說明在45℃時不飽和脂肪酸出現(xiàn)了異構(gòu)化，即不飽和脂肪酸中的C===C雙鍵由順式變?yōu)榉词浇Y(jié)構(gòu)。不飽和脂肪酸的異構(gòu)反應(yīng)，實質(zhì)上是氫質(zhì)子的位置異構(gòu)與幾何異構(gòu)的綜合，是使雙鍵發(fā)生變化的重要反應(yīng)之一。立體結(jié)構(gòu)的變化可在加熱條件下，使不飽和脂肪酸由順式轉(zhuǎn)化為反式。比較45℃與55℃時牛奶中脂肪酸的譜圖主要的峰位沒有變，說明牛奶中的脂肪酸結(jié)構(gòu)在45℃與55℃變化較小。

2.2 65℃與75℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖分析

圖2是65℃與75℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖見圖2。

圖2 65℃與75℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖Fig.2 FTIR spectra of fatty acids in milk 65℃and 75℃

由圖 2 可知，樣品在 2967cm-1，2931cm-1，2859cm-1，1743 cm-1，1641 cm-1，1463 cm-1，1379 cm-1，1241 cm-1，1117 cm-1處的吸收峰位置無變化，說明在這些峰位置的官能團未發(fā)生變化。65℃時在1051 cm-1處出現(xiàn)1個吸收峰，它是醚類的C—O—C的伸縮振動產(chǎn)生的，在974 cm-1處的吸收峰強度增強，說明不飽和脂肪酸中大部分的C===C發(fā)生了異構(gòu)化。在75℃時不飽和脂肪酸中的部分C===C依然有反式結(jié)構(gòu)存在。一般來說，順式異構(gòu)體內(nèi)能比較高，表明它們的熱穩(wěn)定性較低。因此，順式異構(gòu)體通過加熱往往能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榉词疆悩?gòu)體，即在足夠高的溫度下，補充足夠的能量，就能實現(xiàn)異構(gòu)化[7]。

2.3 85、95、105℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖分析

圖3是85℃，95℃與105℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖。

圖3 85、95、105℃牛奶中的脂肪酸的紅外譜圖Fig.2 FTIR spectra of fatty acids in milk 85,95,105℃

由圖3可知，這3個樣品在2967 cm-1，2931 cm-1，2859 cm-1，1743 cm-1，1641 cm-1，1463cm-1，1379 cm-1，1241 cm-1，1117 cm-1處的吸收峰位置基本上沒有變化，說明在這些吸收峰位置的官能團沒有發(fā)生變化。由譜圖分析知，95℃與85℃樣品相比，牛奶中的脂肪酸主要的出峰位置沒有變化，說明牛奶中的脂肪酸結(jié)構(gòu)在95℃與85℃均未明顯變化。在105℃時974 cm-1處的吸收峰仍然存在，說明牛奶中的不飽和脂肪酸中的C===C異構(gòu)化結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，即不飽和脂肪酸中的部分C===C依然是反式結(jié)構(gòu)，由于不飽和脂肪酸由順式轉(zhuǎn)化為反式的異構(gòu)化是熱力學(xué)平衡的過程，因而反式異構(gòu)體很少能以加熱的方法異構(gòu)化為順式異構(gòu)體[7]。

3 結(jié)論

在45℃～105℃時牛奶中不飽和脂肪酸中的C===C易發(fā)生異構(gòu)化，即不飽和脂肪酸中的C===C由順式結(jié)構(gòu)變?yōu)榱朔词浇Y(jié)構(gòu)。而在25、35℃時以順式結(jié)構(gòu)存在。溫度對牛奶中的不飽和脂肪酸影響很大，所以人們在飲用時應(yīng)該注意牛奶的加熱溫度，減少有害脂肪酸的攝入。

[1]伍金華,蔡春,江黎明,等.3種國產(chǎn)牛奶中脂肪酸營養(yǎng)價值分析[J].中國公共衛(wèi)生,2006,22(12):1491

[2]馬燕芬.通過調(diào)控草料改善牛奶中脂肪酸成分[J].飼料工業(yè),2008,29(11):14

[3]肖海龍,芮昶,林賽君,等.氣相色譜法測定食品油脂中的十八碳反式脂肪酸[J].化工時刊,2007,21(7):49

[4]林秋萍,李瑾,馮書惠,等.氣相色譜法快速測定牛奶中脂肪酸[J].食品科學(xué),2005,26(8):348

[5]張華.有機波譜分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:71-74

[6]聶小安,王定選.不飽和脂肪酸及甲酯共軛反應(yīng)規(guī)律的研究(Ⅰ)[J].中國油脂,1997,22(4):45

[7]李鋒,王敏.順反異構(gòu)化過程及其機理[J].化學(xué)試劑,2005,27(1):22