植物油脂脂肪酸组成及位置分布研究进展

1、植物油脂脂肪酸组成及位置分布研究进展周文化 1, 2, 郑仕宏 1, 蒋爱民 2(1. 中南林业科技大学食品科学学院, 湖南长沙410004;2. 华南农业大学食品学院, 广东广州510642摘要:天然甘油三酯很少含有三个相同酰化脂肪酸, 而由多种不同脂肪酸组成。该文对天然植物油脂油样预处理技术和测定方法及手段进行综述, 同时对甘油三酯脂肪酸位置分布与油脂理化 性质关系进行分析。 关键词:植物油; 脂肪酸; 甘油三酯Research advance in composition of fatty acid and distribution oftriglyceride in plant oil

2、ZHOU Wen-hua1, 2, ZHENG Shi-hong1, JIANG Ai-ming2(1. College of Food Science, Central South Forestry University, Changsha 410004, China; 2. College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, ChinaAbstract:It rarely contains three of the same acylation fatty acids in natu

3、ral triglyceride but there are many different kinds of fatty acids. It was summarized the plant natural oils pretreatment technology improvement and measuring methods and means held in this paper, And it was analyzed the fatty acid position distribution of sample oil physical and chemical properties

4、 .Key words:plant oil; fatty acid; triglyceride 中图分类号:TS201.2+2文献标识码:A文章编号:1008 9578(2011 03 0004 03收稿日期:20110126基金项目:国家科技支撑项目 (2007BAD76B03 作者简介:周文化 (1969 , 男, 副教授, 在读博士生, 主要从事植物油脂深加工和微生物发酵方面教学、 科研工作。脂肪酸既是油脂主要组分, 又是工业用途广泛原 料, 脂肪酸在甘油三酯中 1、 2、 3位分布研究早已引起油脂化学家广泛重视 1。甘油三酯系由 1个甘油分 子和 3个脂肪酸分子组成, 甘油 3个羟基与

5、不同脂肪 酸进行结合可能生成很多不同甘油三酰酯分子。天 然油脂甘油三酰酯中脂肪酸分布, 很少含有三个相同 酰化脂肪酸, 而是由多种不同脂肪酸组成。在 20世 纪 50年代应用胰脂酶定向水解方法后, 人们认为脂 肪酸在 Sn1、 2、 3位分布并不呈随机性, 而是有选择 性 Sn2位与 Sn1、 Sn3位脂肪酸组成有较大区别, 这一区别是与生物体内甘油三酯代谢规律有一定联 系 2 。20世纪 60年代发现胰脂酶对水解甘油三酯具 有选择性功能, 利用这一选择性可区别甘油三酯Sn2位脂肪酸与 Sn(1、 3 位脂肪酸分布, 从而开始明确 脂肪酸在甘油三酯中 1、 2、 3位分布具有很大不随机 性,

6、并不是如经典假说所称均匀分布或随机分布, 这对研究甘油三酯结构来说是一个划时代进展 1。为 研究植物油脂脂肪酸化学结构、 并为利用和寻找特需 脂肪酸提供线索与依据, 进一步探讨与研究脂肪酸在 甘油三酯中分布具有实践和理论意义。 1 检测油样预处理技术改进传统分析油脂 Sn2位脂肪酸分布方法是通过胰 脂酶水解油脂, 磷脂酶 A 具有定向水解 1、 2二酰基 Sn3磷脂的Sn2脂肪酸而保留Sn1位功能, 而对2, 3二酰基 Sn1磷脂则无水解反应。胰脂酶对甘油三 酯进行部分水解, 然后将样品经薄层色谱 (TLC 对水解产物中 Sn2单甘油酯进行分离纯化, 甲酯化后用气相色谱 (GC 对 Sn2单甘

7、油酯脂肪酸组成进行测定 13。其基本思路是:胰脂酶定向水解是测 定甘油三酯 Sn2位脂肪酸组成基础, 其选择性水解 Sn1、 3位酰基, 在一定条件下对 Sn2位不水解, 过 程如下:1OH 3OH2132OH OH +FA胰脂酶 Brockerhoff 等 4 建 立 一 种 较 通 用 脂 肪 酸 位置 分 析 方 法, 称 之 格 利 雅 试 剂 降 解 法 (Grignard reagentdeaeylationmethod, 以下简称 “格法” 。后来 该 法 虽 得 到 许 多 改 进, 但 其 基 本 操 作 不 变, 即:用 Grignard 试剂或脂肪酶对甘油三酯进行部分水解

8、, 形 成 Sn1, 2和 Sn2, 3甘油二酯, 然后将其制备为磷脂衍生物, 随后用磷脂酶 A 2进行水解(磷脂酶 A 2只与 Sn1, 2磷脂衍生物作用 , 使 Sn2位上脂肪酸释放 出, 再采用 TLC 分离纯化水解产物, 并进行酯化反应, 然后用 GC 法对脂肪酸组成进行测定。实验证明, “格 法” 与 “酶法” 在研究卡诺拉菜籽油及与其相类似油 脂甘油三酯结构方面效果相一致。但由于 “格法” 简 单方便, 并又是甘油三酯立体专一分析必需基础, 其在一定程度上要比 “酶法” 具有更广用途 5。Foglia 等 6 以对 Sn1, 3位具专一性脂肪酶为催化剂, 在有机溶剂中对甘油三酯进行

9、部分水解, 应用 TLC 分离出 游离脂肪酸和 Sn1, 2(或 Sn2, 3 甘油二酯后, 将其 转化为相应脂肪酸甲酯, 并用 GC 法对之进行测定。 这些方法虽可对甘油三酯脂肪酸位置分布进行测定, 但均需先采用 TLC 进行分离, 不仅费时、 费力, 且可 能导致产物污染及酰基转移, 从而使测定结果发生较 大偏差。Williams 等 7 建立一种新方法, 即利用不同 衍生化试剂对水解产物进行选择性甲酯化, 然后进行 GC 分析, 从而避免采用 TLC 进行分离提纯, 简化分 析过程, 且只需少量样品就可对油脂甘油三酯脂肪酸 组成及其位置分布进行确定。William 3 等已证明, RPH

10、PLC 通过大气压化学离子化 (APCI 接口与质 谱仪联机可得到极佳定性结果, 且通过质谱可区分出 有完全重叠峰不同甘油三酯, 许多没标准物质种子油 脂都可做到这一点。使用 RP 一 HPLC 氢火焰离子化 检测器 (FID 或蒸发光散射检测器 (ELSD 分析甘油 三酯组成已很常见。这些检测器对检测不同食品中甘 油三酯提供较为满意定性、 定量信息, 但这种方法不 能检测没标准物质甘油三酯, 且不能区分保留时间相 同的不同甘油三酯。在某种情况下, 重叠峰存在导致 测定某种甘油三酯含量偏高, 而另一种甘油三酯 (重 叠 又无法识别。采用 RPHPLC/APCIMS 方法特 点是不打碎甘油三酯分

11、子, 从而有利于推断各脂肪酸 在甘油骨架上位置, 可精准测定出现重叠甘油三酯的 峰面积 8 。2 测定脂肪酸位置分布方法改进传统方法对甘油三酯脂肪酸位置分布基本思路 是通过对 Sn2位脂肪酸及总脂肪酸测定分析, 计算 出 Sn1、 3位脂肪酸构成。根据 VanderWal、 Coleman 和Fulton独立提出Sn1, 3随机Sn2随机分布假说, 推测出油脂中各种甘油三酯构成及含量, 从而推测该 种油脂理化性质 912 。传统方法在对甘油三酯脂肪 酸位置分布进行测定时需先采用 TLC 进行分离, 不仅 费时、 费力, 且在脂肪酸甲酯化回流过程中可能造成 合成结构脂质中短碳链脂肪酸损耗, 同时

12、 GC 检测要 求较高温度易使多不饱和脂肪酸发生变化造成定量 不准 1012 。采用气相色谱法测定脂肪酸种类及其位 置分布存在一定局限性。首先, 短链脂肪酸甲酯挥 发性较强, 在酯化介质中回流时可能会损耗掉 12 ; 其次, 在甲酯化过程中不饱和脂肪酸可能被降解, 同 时结构发生改变 13 。油脂脂肪酸经衍生化后再用 HPLC 分 析, 弥 补 GC 存 在 缺 点, HPLC 方 法 不 会 破 坏脂肪酸衍生物, 有利于进一步分析脂肪酸异构体, 在 生 物 体 系 中 已 有 很 好 应 用 1415 。HPLC 法 与 传 统 GC 法相比, 虽测定效果相当, 但方法简单易行, 省 去传统

13、 GC 法繁琐费时 TLC 分离步骤, 采用少量油样 和脂肪酶就可进行位置分布测定, 同时使 HPLC 法对 油脂脂肪酸位置分布测定成为可能。HPLC 法检测油 脂脂肪酸位置分布, 首先对标准甘油三酯进行皂化反 应, 使其形成游离脂肪酸后, 再进行衍生化反应, 生成 苯乙酰甲酯, 然后通过 HPLC 分析就可测出油脂所有 脂肪酸组成。如果所分析样品是脂肪酸和甘油三酯混 合物, 需同时进行两个衍生化反应, 即:对样品直接进 行衍生化反应, 可测出混合物中游离脂肪酸组成; 对 样品进行皂化、 衍生化反应, 所测结果减去游离脂肪 酸值, 便可计算出甘油三酯脂肪酸组成。超 高 效 液 相 色 谱 (U

14、PLC与 HPLC 相 比, 大 大 提 高分离速度和灵敏度。采用具 Sn1, 3位专一性脂肪 酶对甘油三酯进行部分水解, 形成游离脂肪酸和甘油 酯混合物, 然后利用 2 溴苯乙酮对混合物中游离脂 肪酸直接进行衍生化, 形成苯乙酰甲酯; 同时对另一 份混合物进行皂化, 提取出游离脂肪酸后再进行衍生 化反应。此法是利用 2 溴苯乙酮仅与游离脂肪酸而 不与酯化脂肪酸作用特点, 建立一种简单、 高效液相 色谱 (HPLC 分析方法, 不但可对甘油三酯脂肪酸位 置分布进行测定, 又避免 GC 法缺陷。3 脂肪酸位置分布与油脂理化性质关系天然植物油脂主要脂肪酸为 C 16 0、 C 18 0、 C 18

15、 1、 C 18 2、 C 18 3酸及少量 C 20C24脂肪酸, 其中以不饱 和脂肪酸为主, 尤以 C 18 1, C 18 2酸居多。不同来源 油脂因各种脂肪酸含量不同, 及脂肪酸碳链长短、 双 键数、 双键位置不同而呈现不同化学和物理性质。目 前国外研究表明, 脂肪酸在甘油三酯中位置分布是研 究油脂营养一个重要影响因素。脂肪酸在甘油三酯分 布并不呈随机性, 而按照一定规律分布; 且与品种、 来 源等密切相关。如花生油 50% C 18 2酸分布在 Sn2位, 大豆油 57.14% C 18 1酸和 37.65% C 18 2酸分布 在 Sn2位, 玉米油 43.40% C18 2酸分布

16、在 Sn2位, 菜籽油 53.97% C18 2酸分布在 Sn2位, 茶油 36.67% C 18 1酸和 66.67% C18 2酸分布在 Sn2位。这说明 天然植物油甘油三酯中不饱和脂肪酸 (C18 1、 C 18 2 分布在 Sn2位上比分布在 Sn1, 3位上要多, 而饱和 脂肪酸 (C16 0、 C 18 0 则在 Sn2位上分布很少, 其主 要是分布在 Sn1, 3位上。脂肪酸在甘油三酯位置分 布决定甘油三酯吸收代谢及其油脂应用价值, 例如棕 榈酸是人乳主要脂肪酸组分 (占脂肪酸总质量 25% , 其中 70%以上位于 Sn2位置, 被体内胰脂酶水解为 2 甘油一酯后, 与胆汁盐形

17、成乳糜微粒而被机体吸 收。从吸收角度看, 人体对不同脂肪酸组成甘油三酯 消化吸收也有所不同, 如不饱和、 及中链脂肪酸比长 链饱和脂肪酸更易吸收, Sn2位上脂肪酸比 Sn1, 3位上脂肪酸更易吸收等。植物油由于不饱和脂肪酸 含量高, 且主要分布在 Sn2位上, 因此较易于消化吸 收 1617 。而牛乳和婴儿配方乳中棕榈酸主要分布在 Sn1, 3位, 其被胰脂酶水解为游离脂肪酸, 易与 Ca 2+形成钙皂, 不能被人体很好吸收利用 78 。研究也发 现, 若硬脂酸处 Sn1, Sn3位时, 不具有升高血脂和 胆固醇作用, 而位于 Sn2位时则与 C 14 0、 C 16 0酸一 样具有升高血中

18、胆固醇作用。另外酰化位置对血浆脂 肪酸分布也有重要影响 18 。故油脂中脂肪酸组成固 然重要, 但脂肪酸位置分布也不容忽视, 为此需对油 脂的脂肪酸位置分布进行测定 1920 。参考文献 1 张根旺 . 油脂化学 M. 北京:中国财政经济出版社, 1999. 2 Swern D. Baile s Industrial oil and fat products M. Vol 1, 1979. 3 William C Byrdwell. Atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry for analysis of lipid

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