加工食品中反式脂肪酸研究进展

◎ 陈清平，沈俊毅

（上海市虹口区疾病预防控制中心，上海 200082）

加工食品（如烘焙食品、油炸食品）越来越受到消费者的欢迎，在人们日常摄入中占的比重越来越大。在食品工业中，通常需要植物油氢化来生产半脂肪食品，如人造黄油、饼干、油炸快餐、煎饼、煎蛋卷等，以此改善食品风味并延长产品的保质期。此外，为了增强食用油中不饱和脂肪酸的稳定性，植物油通过氢化生产起酥油或人造黄油，氢化过程易导致顺式脂肪酸异构化，使得反式脂肪酸含量普遍较高[1-2]，部分氢化植物油中反式脂肪酸的含量可高达60%，反式十八烯酸的不同亚型占总反式脂肪酸含量的80%～90%[3]。而越来越多的研究证明反式脂肪酸会对人的身体健康产生危害，引发肥胖症、心血管疾病、癌症、糖尿病和冠心病等疾病[4-7]。因此，世界许多国家针对反式脂肪酸摄入制定了法规，同时加强了食品中反式脂肪酸的含量检测，以控制食品反式脂肪酸的含量摄入。目前反式脂肪酸的研究集中在危害及其检测方法等方面，但是对反式脂肪酸的抑制生成途径的总结、检测分析方法优缺点的汇总和适用性以及新型联用技术原理介绍较少。基于此，本文在综述国内外文献研究的基础上，从反式脂肪酸性质、对人体危害、反式脂肪酸的抑制生成途径、检测分析方法优缺点的汇总和适用性、新型联用技术原理等方面进行综述，旨在为控制加工食品中反式脂肪酸含量、保护人体健康提供理论指导和参考。

1 反式脂肪酸结构性质及形成方式

1.1 反式脂肪酸结构性质

反式脂肪酸是脂肪酸的一种。脂肪酸根据碳氢链的饱和程度可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸又根据含有的双键数目分为单不饱和脂肪酸（碳氢链上只有一个双键）和多不饱和脂肪酸（碳氢链上有两个及以上双键）[8-9]。不饱和脂肪酸结构中，碳碳双键的存在限制了双键碳原子的旋转，造成碳链的空间异构化；当碳碳双键上的氢原子在双键的同一侧时，碳链会以盘旋的形式构成空间结构，此时为顺式脂肪酸；当氢原子在双键的两侧时，碳链会以直链结构的形式存在，此时为反式脂肪酸，其空间结构与饱和脂肪酸相似，成线性[10-11]。反式脂肪酸、顺式脂肪酸和饱和脂肪酸结构示意图见图1。

图1 顺式脂肪酸、反式脂肪酸和饱和脂肪酸结构对比图

分子结构的差异导致化合物的性质不同，顺式脂肪酸形成的油脂多为液态，拥有较低熔点；而反式脂肪酸的油脂多为固态和半固态，拥有较高熔点。

1.2 反式脂肪酸的形成

食品中的反式脂肪酸一般通过不饱和脂肪酸异构化产生，包含两种发生途径：瘤胃生物氢化和加工诱导的异构化。瘤胃生物氢化产生的反式脂肪酸属于天然来源，多存在于反刍动物（如牛、马、羊）的肉和乳制品中，含量较少。反刍动物反式脂肪酸中最主要的反式异构体是反异油酸。不饱和脂肪酸加工诱导异构化产生的反式脂肪酸属于工业来源，也是食品中反式脂肪酸的主要来源，主要发生于油脂加工过程，该过程产生的反式脂肪酸占总膳食反式脂肪酸的80%[12]。在加热过程中，不饱和脂肪酸的双键依次通过异构化生成单反异构体、双反异构体和多反异构体[13]。研究表明，反式脂肪酸多由单不饱和脂肪酸（C18 ∶1）和多不饱和脂肪酸（C18 ∶2，C18 ∶3 等）异构化形成，主要异构化为反式C18 ∶1，反式C18 ∶2 和反式C18 ∶3 异构体。油脂精炼、氢化、煎炒和油炸等过程易产生反式脂肪酸[14]。CUI 等[14]采用气相色谱串联质谱法（Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，GC-MS）研究了煎炸工艺对10 种植物油（花生油、大豆油、菜籽油、玉米油、葵花籽油、米糠油、橄榄油、芝麻油、亚麻籽油、牡丹籽油）脂肪酸组成的影响。结果表明，菜籽油在蔬菜色拉油中反式脂肪酸含量最高，占总脂肪酸的2.88%；葵花籽油在炒制和煎炸后的反式脂肪酸含量从0%分别增加到1.53%和1.29%；花生油在油炸12 h 时反式脂肪酸含量最低，为0.74 mg·g-1。MANZOOR 等[15]研究油炸频率对油炸油和用这些油炸的食物中反式脂肪酸形成的影响。结果表明，油炸时间的增加导致反式脂肪酸含量增加，其中反式18 ∶1 浓度较高（0.87%～2.41%），其次是反式18 ∶3（0.38～1.70%）和反式18 ∶2（0.22%～1.37%），反式18 ∶2 的生成速率相对较快；与芥末油食品相比，用于油炸富含脂肪的食物的大豆油积累的反式脂肪酸含量最高，其次是蛋白质、碳水化合物和植物性食品；在大豆油和芥末油中煎炸鱼片时，每30 min 煎炸1 次、2 次和3 次的反式脂肪酸含量分别增加了2.56、2.98、3.29 倍和2.38、2.70 和3.15 倍。因此，食物的类别和油脂的脂肪酸组分及油炸次数对油炸过程中反式脂肪酸的形成起着关键作用。

2 反式脂肪酸的危害

流行病学研究表明，反式脂肪酸会增加肥胖症、癌症、不孕症、糖尿病、心血管疾病、冠心病等的风险[6-7,16-19]，也有可能与中年女性抑郁症相关[5]。相关研究显示，反式脂肪酸摄入量每增加2%，心血管疾病的风险就会增加23%[20]；每天摄入5 g 反式脂肪酸会使罹患缺血性心脏病的风险增加25%[21]。有相关对比研究发现，纽约州内与没有工业反式脂肪酸限制的地方相比，对工业反式脂肪酸有3 年或更长时间限制地区的居民的心肌梗死发病率平均降低了7.8%，心血管疾病死亡率降低了4.5%[22-24]。

3 反式脂肪酸生成抑制途径和替代物

鉴于摄入反式脂肪酸对健康的不利影响，科学家在减少食品反式脂肪酸含量方向有诸多研究。关于控制加工食品内反式脂肪酸摄含量的相关研究主要分为两类。①抑制加工食品过程反式脂肪酸的生成量，以减少人类反式脂肪酸的摄入。②寻找反式脂肪酸替代品。

3.1 反式脂肪酸生成抑制途径

根据反式脂肪酸生成途径研究减少反式脂肪酸产生的方法，一般通过炼油过程的优化控制、添加添加剂等方式抑制或减少反式脂肪酸的产生。炼油除臭过程温度过高，易产生反式脂肪酸。研究结果表明，当除臭过程中温度控制在230 ℃以下时，油原料的不饱和脂肪酸组成与反式脂肪酸的类型有关，并且与反式脂肪酸的产生量成正比，与反式脂肪酸的含量成正比[13]。因此，在除臭过程通过优化控制温度，能够尽可能地减少反式脂肪酸的产生。此外，一些添加剂[25-27]如丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、白藜芦醇、植物甾醇、维生素E 和迷迭香提取物等具有抑制反式脂肪酸产生的作用。但是丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚等是人工合成添加剂，长期使用会累积毒性；而白藜芦醇、植物甾醇等一些天然添加剂已有成为研究热点的趋势，比如李甜等[26]研究发现白藜芦醇可以降低异构化反应的速率，提高反式脂肪酸形成的能垒，从而显著抑制花生油中反式脂肪酸的形成，且对总反式脂肪酸的抑制率随着温度的增加而减少，最高为30.30%。

3.2 反式脂肪酸替代物

在研究消除食品加工过程反式脂肪酸生成的过程中，有另一种新途径进入研究视野，即寻找氢化油替代物，一般利用酯交换技术制备反式脂肪替代品。由于脂肪酸在甘油分子上的位置对于制备出具有反式脂肪替代品所需的适当物理性质的脂肪非常关键，该技术核心是脂肪酸在三酰甘油分子上的重新排列[28]。硬脂酸和棕榈酸都是饱和脂肪酸，通常用于酯交换反应。虽然这些替代品可以减少反式脂肪酸对人类健康的影响，但是替代品对人类健康的影响还有待进一步研究。

4 国内外对反式脂肪酸的防控法规

许多国家已采取行动限制或消除食品供应中工业生产的反式脂肪酸。世界卫生组织和多个国家均给出膳食指南建议[29]，将反式脂肪酸摄入量限制在总热量摄入的1%以下，以降低慢性病风险[30-31]。反式脂肪酸的供能比是指反式脂肪酸提供的能量占膳食摄入总能量的百分比。在欧洲一些国家，如丹麦要求反式脂肪供能比小于2%；英国医用食品与营养政策委员会建议将反式脂肪酸供能比限定在2%以下；法国食品安全局反式脂肪酸的健康风险与效益分析报告中建议反式脂肪酸摄入不宜超过2%；在澳大利亚、奥地利、匈牙利、冰岛、挪威和瑞士等国家，食品中几乎禁止含有反式脂肪酸[18,32]。

我国为降低人们反式脂肪酸的摄入量，保护消费者健康，发布并实施了《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》（GB 28050ü 2011），该通则规定：食品配料含有或生产过程中使用了氢化和（或）部分氢化油脂时，在营养成分表中还应标示出反式脂肪（酸）的含量。以能量和营养成分功能声称时，使用“每天摄入反式脂肪酸不应超过2.2 g”“反式脂肪酸摄入量应少于每日总能量的1%”等标准用语，以此作为降低反式脂肪酸摄入和保护消费者健康的一项措施。此外，我国也规定婴幼儿配方食品中反式脂肪酸低于总脂肪酸的3%[33]。

为了解我国居民反式脂肪酸摄入量，2013 年我国食品安全风险评估中心发布《中国居民反式脂肪酸膳食摄入水平及其风险评估》，指出加工食品是城市居民膳食反式脂肪酸摄入的主要来源，占总摄入量的71.2%；威化饼干、夹心饼干、奶油蛋糕等烘焙食品中反式脂肪酸含量较高，糕点、饼干和面包三者反式脂肪酸摄入贡献率之和约9%。随着社会的发展和生活方式的变化，加工食品种类和消费量持续增加，烹调用植物油的消费量也在增加，但是仍要持续关注反式脂肪酸带来的危害。

5 反式脂肪酸的分析检测

随着食品中反式脂肪酸关注度增高，人们对准确检测不同食品基质中反式脂肪酸含量的要求也越来越高，因此反式脂肪酸分析检测技术也不断更新。在进行分析检测技术的优化更新时，除了考虑方便和快速外，还要重视方法的可重复性、灵敏度和精密度。

5.1 食品前处理方法

前处理方法包括脂肪的提取、净化和浓缩等过程。为方便净化和浓缩，通常选用氯仿、甲醇、二氯甲烷、己烷、异丙醇、乙醚等有机溶剂进行萃取。目前提取方法较多，常用索氏提取、液液萃取、固相萃取、固相微萃取、超声辅助提取等方式提取食品基质中总脂肪，以准确测定反式脂肪酸含量。不同的提取方式在提取效率、稳定性和操作简便性等方面各有特点。索氏提取是较为经典的脂肪提取方法，拥有标准化操作提取程序，在常规实验室内应用较为普遍，可用于各种食品基质中脂肪的提取分析；但是该方法存在有机溶剂使用量大、操作时间耗时等缺点。通常可通过一些辅助超声萃取、微萃取等技术减少有机溶剂使用量和萃取时间，这些技术已逐渐成为一种新兴互补的萃取技术。固相微萃取和固相萃取技术已被应用于反式脂肪酸的富集和纯化，与传统方法相比，该方法简便易操作，可以有效节省时间和有机溶剂。此外一些自动化技术的发展，使得实验人员提取净化更加方便。

5.2 反式脂肪酸的分析技术

5.2.1 红外光谱法和拉曼光谱法

红外光谱法（Infrared Absorption Spectrometry，IR）和拉曼光谱法都属于光谱法范畴。IR 是一种吸收光谱，而拉曼光谱是一种散射光谱，两者主要应用于物质分子结构研究。由于分子振动期间分子偶极矩（IR）和极化率（拉曼光谱）的变化，红外光谱法和拉曼光谱法是互补的，可结合两种光谱信息对化合物结构进行判定，以识别化合物信息。在反式脂肪酸检测方面已有相关研究报道[34-35]。

IR 是根据分子中原子之间的相对振动和分子旋转的信息来确定物质的分子结构并识别化合物，是较早用于检测脂肪和油中反式脂肪酸的分析技术，该方法可以无损检测食品基质中反式脂肪酸，但是该方法具有检出限高、易受干扰等缺点。在此基础上，一些新兴改进的技术逐渐发展，例如傅里叶变换红外光谱法、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法[36-38]等，使得反式脂肪酸分析的准确性和重现性不断提高[13]。我国出入境检验检疫行业标准《食品及油脂中反式脂肪酸含量的检测 傅立叶变换红外光谱法》（SN/T 2326ü 2009）[36]中利用傅里叶变换红外光谱法检测棕榈油、乳酪、饼干和薯条中反式脂肪酸含量。

拉曼光谱是通过入射光频率不同的散射光谱进行分析得到分子振动、转动方面的信息，从而进行分子结构的研究[39]。拉曼光谱也可应用于油脂内反式脂肪酸的无损检测[40]。IR 和拉曼光谱的结合可以提供每种物质特有的分子信息，以此提供更加准确的定性定量信息，因此关于IR 结合拉曼光谱的方法测定脂肪酸的相关研究逐渐成为研究热点。

5.2.2 核磁共振技术

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是通过静磁场的具有固定磁矩的原子核（如1H、13C、31P等）在交变磁场作用下引起的能量交换现象。在磁场中，不同能级的原子核吸收了从低能态到高能态转变中两个能级差的能量，会产生共振光谱，可以用来确定分子中一些原子的数量、类型和相对位置。1H 和13C核磁共振可以准确地提供有机化合物的结构信息，并已广泛用于有机化合物的结构鉴定。目前1H 和13C 核磁共振已被用于区分脂肪酸的顺式和反式，并测定脂肪和油脂中的单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸[41-42]。NMR 拥有诸多优势，比如样品制备最少、无损样品、快速数据采集以及具有定性和定量能力等。

5.2.3 紫外光谱法

通常利用带紫外检测器的高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）对反式脂肪酸进行分离检测。该方法中，样品前处理过程无须进行衍生化操作，可用于一些热不稳定的长链不饱和脂肪酸的分析检测。但是反式脂肪酸的紫外信号响应较弱，对反式脂肪酸检测并不敏感，通常需要对样品中的反式脂肪酸进行高效提取和富集。由于反式脂肪酸和顺式脂肪酸的化学性质非常相似，当采用HPLC 进行分离检测时，反式和顺式异构体存在峰形重叠或混合的情况，因此分离度差。有研究通过银离子修饰的高效液相色谱（Ag-HPLC）来提高反式脂肪酸的分离度，实现异构体的分离[43]，但是存在重现性低等缺点。近年来，随着新技术的发展，与在线检测、固相微萃取等技术联用的HPLC 方法也得到了改进和发展。WANG 等[44]研究设计一种银离子功能化修饰共价有机聚合物，为了平衡选择性和提取能力，将银离子掺入新型多孔有机共价聚合物材料，可以作为不饱和脂肪酸甲酯在线固相微萃取的选择性吸附剂。

5.2.4 质谱法

质谱法（Mass Spectrometry，MS）是通过电子电离化合物形成带电离子，利用离子碎片的荷质比识别不同化合物[45]。MS 一般和GC 或者HPLC 联用，即HPLC-MS、GC-MS。此外，随着质谱技术的发展，一些高分辨质谱也应用于反式脂肪酸的检测分析，如飞行时间质谱[46]。

GC-MS 和GC 是应用较多的反式脂肪酸分析方法。GC 利用化合物沸点、极性或者吸附性等差异，实现化合物的分离，然后经质谱分析检测，可实现复杂混合物的定性定量分析，并且受基质干扰较小，但是无法区分顺式/反式几何异构体。GC 是利用火焰离子化检测器进行分析检测，在灵敏度、准确性等方面低于质谱检测器。一般需要将反式脂肪酸催化衍生化生成反式脂肪酸甲酯，经GC 分离多种反式脂肪酸甲酯，再进行测定分析。催化方式有碱性催化（甲醇/氢氧化钠）、酸性催化（盐酸/甲醇和三氟化硼/甲醇）。碱性催化适用性较广，可应用于乳制品和油脂等食品；酸性催化不适用于乳制品，因为酸性催化可以产生氧化衍生物和异构体；三氟化硼（BF3）是应用最广泛的催化剂，具有催化反应时间短、酯化效率高等优点，但它会对色谱柱造成不可逆的损坏[13]。GC-MS一般利用保留时间定性，峰面积定量，定量方式有内标法和外标法。田春霞等[47]利用GC-MS 测定婴幼儿奶粉中12 种反式脂肪酸，检测结果显示12 种反式脂肪酸经碱性催化、甲酯化后的反式脂肪酸在一定的质量浓度内与其相应的峰面积呈线性关系，其检出限为0.42～1.45 mg·L-1，加标回收率为75.5%～107.0%，测定值的相对标准偏差（n=5）在1.1%～8.5%。ZHANG 等[48]建立了食用植物油中13 种反式脂肪酸的GC-MS 快速常规定量分析方法，其加标回收率均在90%～119%，相对标准偏差均小于9%，该方法具有较低的检测限（0.001～0.002 g/100 g）和定量限（0.002～0.007 g/100 g），该方法适用于常规分析。两者都有较高的回收率、准确性和稳定性。此外，HEATHER 等[49]利用同位素内标法建立了人体血液中反式脂肪酸的GC-MS 法，包含23 种常见脂肪酸和4 种反式脂肪酸的检测分析。因此，GC-MS 适用于复杂基质的分析，利用内标法能够更加准确地定性和定量。

HPLC-MS也是分析检测反式脂肪酸的重要技术，同GC-MS 一样，HPLC 用于分离，质谱用于分析测定。相对于HPLC，HPLC-MS 有更高的灵敏度和准确性[50-51]。

6 结语

反式脂肪酸对人体可造成多种健康危害，随着经济的发展和生活方式的变化，居民摄入量可能会增加。因此，仍要重点关注反式脂肪酸含量摄入。为控制加工食品中反式脂肪酸含量以减少摄入量，后续研究方向可从以下方向进行：积极研究食品加工工艺，致力于生产低含量或者零反式脂肪酸的食品；寻找天然或者合成添加剂以抑制反式脂肪酸的生成，也要关注添加后加工食品的安全性问题；此外，要积极发展优化检测分析技术，将色谱、质谱和光谱等分析技术联合应用形成新型分析技术，发掘出能够快速、准确、易操作的检测反式脂肪酸的方法，以严格监控食品内反式脂肪酸含量，保护人们健康。