FT-IR法测定温度对牛奶脂肪酸结构的影响

国晓炜，李丽华，张金生，韩伟秀

（辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁 抚顺 113001）

牛奶是我们身边“最接近完美的食品”，牛奶中的脂肪营养价值非常高，因为脂肪球颗粒很小，所以喝起来口感细腻，极易消化。乳脂肪中含有人体必需的脂肪酸，是营养价值很高的脂肪[1]。脂肪酸存在于牛奶的脂肪中，据相关研究表明牛奶总脂肪酸中大约2%是不饱和脂肪酸（PUFA），70%是饱和脂肪酸（SFA），牛奶中的脂肪酸以长链脂肪酸为主[2]。近年来很多国家开始重视脂肪酸对人类健康的影响，而我国在此方面的研究还比较少。脂肪酸按饱和度分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸是人体和生命健康所必需的。由此可见，牛奶中的不饱和脂肪酸可以为我们的健康提供必需的营养成分。不饱和脂肪酸又分为单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。在不饱和脂肪酸分子中，因双键位置的不同产生异构化分子，形成反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA），摄入过多的反式脂肪酸会影响人体的健康[3]。

近年来，在温度变化下牛奶中的脂肪酸结构是否会发生变化，还未引起大家的关注。本试验采用傅里叶变换红外光谱法对不同温度下的牛奶进行测定，分析其脂肪酸结构的变化。结果表明，温度对牛奶中的脂肪酸结构影响比较大，在日常生活中人们应该注意牛奶的加热温度，减少有害的脂肪酸的摄入。

1 材料与方法

1.1 样品、试剂与主要仪器

1.1.1 样品与试剂

无水乙醚（分析纯）、石油醚（60℃～90℃）、无水甲醇（分析纯）、氢氧化钾（光谱纯）。

牛奶：购于超市。

1.1.2 主要仪器

WQF-520型傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）：北京瑞利分析仪器公司；76-3型远红外辐射干燥箱：上海阳光实验仪器有限公司；KQ-250B型超声波清洗仪：昆山市超声波仪器有限公司；FA2104N型电子天平：上海精密科学仪器有限公司。80-2离心机：上海手术器械厂。

1.2 方法

1.2.1 牛奶中脂肪酸的萃取及甲酯化

分别准确移取20 mL的牛奶于1～8号圆底烧瓶中，并在 25、35、45、55、65、75、85、95 ℃的水浴中加热30 min，另取20 mL的牛奶于9号烧瓶中，利用电炉加热30 min（温度设定为105℃）。取不同温度的牛奶样品5.0 mL于具塞离心管中，加入样品提取液（石油醚+无水乙醚=3+1）2.0 mL，超声波提取10 min，浸提油脂。加入2 mL0.5 mol/L KOH/CH3OH溶液，摇匀放置10min，使其充分甲酯化反应。以3000r/min离心5min，取上清液进行测定[4]。

1.2.2 傅里叶红外光谱法测定牛奶中的脂肪酸

采用傅里叶变换红外光谱仪进行扫描：仪器预热稳定后，扫描红外吸收光谱，扫描范围400 cm-1～4000 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描次数10。采用液膜法进行测定、分析。

2 结果与讨论

依据参考文献[4]可知，牛奶中饱和脂肪酸包括豆蔻酸 C14：0，棕榈酸 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。不饱和脂肪酸有油酸C18：1，亚油酸C18：2，亚麻油酸C18：3，棕榈油酸C16：2。所以红外吸收峰的位置主要是长链饱和脂肪酸中—CH3，—CH2中C—H键的伸缩振动，脂类的C===O基伸缩振动，C===C双键的伸缩及变形振动[5]。

2.1 25℃～55℃牛奶中脂肪酸的红外谱图分析

25、35、45、55℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图见图1。表明，样品在2967、2931、2859 cm-1处均有吸收，这部分谱带为长链饱和脂肪酸烷基的C—H的伸缩振动，1743 cm-1处是脂肪酸中C===O基的特征吸收峰，1641 cm-1处是C===C的伸缩振动，且是多个C===C的吸收峰，1463 cm-1处是—CH3的不对称伸缩振动，1379cm-1处是—CH3的对称伸缩振动。1241cm-1处是脂类C—H与C===C共轭的伸缩振动，1170 cm-1处是丙酸及以上脂类的C—H伸缩振动，1117 cm-1左右是醚类的C—O—C的伸缩振动（主要是样品提取液中所含的醚类产生）。

图1 25、35、45、55℃牛奶中脂肪酸的红外谱图Fig.1 FTIR spectra of fatty acids in milk 25,35,45,55℃

在25℃与35℃，这2个样品红外吸收峰的波数和峰形基本相似，说明两者的结构未发生明显变化。但45℃和55℃时牛奶中的脂肪酸则开始发生变化，从谱图可知，在974 cm-1处出现了1个小的吸收峰，由相关文献[6]知974 cm-1处是C===C双键以反式结构存在时产生的特征吸收峰，说明在45℃时不饱和脂肪酸出现了异构化，即不饱和脂肪酸中的C===C双键由顺式变为反式结构。不饱和脂肪酸的异构反应，实质上是氢质子的位置异构与几何异构的综合，是使双键发生变化的重要反应之一。立体结构的变化可在加热条件下，使不饱和脂肪酸由顺式转化为反式。比较45℃与55℃时牛奶中脂肪酸的谱图主要的峰位没有变，说明牛奶中的脂肪酸结构在45℃与55℃变化较小。

2.2 65℃与75℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图分析

图2是65℃与75℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图见图2。

图2 65℃与75℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图Fig.2 FTIR spectra of fatty acids in milk 65℃and 75℃

由图 2 可知，样品在 2967cm-1，2931cm-1，2859cm-1，1743 cm-1，1641 cm-1，1463 cm-1，1379 cm-1，1241 cm-1，1117 cm-1处的吸收峰位置无变化，说明在这些峰位置的官能团未发生变化。65℃时在1051 cm-1处出现1个吸收峰，它是醚类的C—O—C的伸缩振动产生的，在974 cm-1处的吸收峰强度增强，说明不饱和脂肪酸中大部分的C===C发生了异构化。在75℃时不饱和脂肪酸中的部分C===C依然有反式结构存在。一般来说，顺式异构体内能比较高，表明它们的热稳定性较低。因此，顺式异构体通过加热往往能够转变为反式异构体，即在足够高的温度下，补充足够的能量，就能实现异构化[7]。

2.3 85、95、105℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图分析

图3是85℃，95℃与105℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图。

图3 85、95、105℃牛奶中的脂肪酸的红外谱图Fig.2 FTIR spectra of fatty acids in milk 85,95,105℃

由图3可知，这3个样品在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处的吸收峰位置基本上没有变化，说明在这些吸收峰位置的官能团没有发生变化。由谱图分析知，95℃与85℃样品相比，牛奶中的脂肪酸主要的出峰位置没有变化，说明牛奶中的脂肪酸结构在95℃与85℃均未明显变化。在105℃时974 cm-1处的吸收峰仍然存在，说明牛奶中的不饱和脂肪酸中的C===C异构化结构趋于稳定，即不饱和脂肪酸中的部分C===C依然是反式结构，由于不饱和脂肪酸由顺式转化为反式的异构化是热力学平衡的过程，因而反式异构体很少能以加热的方法异构化为顺式异构体[7]。

3 结论

在45℃～105℃时牛奶中不饱和脂肪酸中的C===C易发生异构化，即不饱和脂肪酸中的C===C由顺式结构变为了反式结构。而在25、35℃时以顺式结构存在。温度对牛奶中的不饱和脂肪酸影响很大，所以人们在饮用时应该注意牛奶的加热温度，减少有害脂肪酸的摄入。

[1]伍金华,蔡春,江黎明,等.3种国产牛奶中脂肪酸营养价值分析[J].中国公共卫生,2006,22(12):1491

[2]马燕芬.通过调控草料改善牛奶中脂肪酸成分[J].饲料工业,2008,29(11):14

[3]肖海龙,芮昶,林赛君,等.气相色谱法测定食品油脂中的十八碳反式脂肪酸[J].化工时刊,2007,21(7):49

[4]林秋萍,李瑾,冯书惠,等.气相色谱法快速测定牛奶中脂肪酸[J].食品科学,2005,26(8):348

[5]张华.有机波谱分析[M].北京:化学工业出版社,2005:71-74

[6]聂小安,王定选.不饱和脂肪酸及甲酯共轭反应规律的研究(Ⅰ)[J].中国油脂,1997,22(4):45

[7]李锋,王敏.顺反异构化过程及其机理[J].化学试剂,2005,27(1):22