脂类的测定
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食品中的脂类主要包括脂肪(甘油三酯)和一些类脂质,如脂肪酸、脂、糖脂和固醇类k食物中的脂类 95%是甘油三酯,5%是其他脂类。人体贮存的脂类中,甘油三酯高达 99%。脂类的共同特点是具有脂溶性,不仅易溶解于有机溶剂,还可溶解其他脂溶性物质如脂溶性维生素等。人类膳食脂肪主要来源于动物的脂肪组织和肉类以及植物的种子。动物脂肪相对饱和脂肪酸和单个不饱和脂肪酸多,而多不饱和脂肪酸含量较少。植物油主要不饱和脂肪酸。
脂肪是食品中重要的营养成分之一。脂肪可为人体提供体内不能产生而是必需的脂肪酸;脂肪是一种富含热能营养素,是人体热能的主要来源,每克脂肪在体内可提39.7kj(9.46kcal)热能,比碳水化合物和蛋白质高一倍以上;脂肪还是脂溶性维生素的良好溶剂,有助于脂溶性维生素的吸收;脂肪与蛋白质结合生成的脂蛋白,在调节人体生理机能和完成体内生化反应方面都起着十分重要的作用。但过量摄人脂肪对人体健康也是有害的。食品中脂肪的存在形式有游离态的,如动物性脂肪及植物性油脂;也有结合态的。如天然存在的磷脂。糖脂、脂蛋白及某些加工食品(如焙烤食品及麦乳精等)中的脂肪,与蛋白质或碳水化合物等成分形成结合态。
对大多数食品来说,游离态脂肪是主要的,结合态脂肪含量较少。在食品加工生产过程中,原料、半成品、成品的脂类含量对产品的风味、组织结构、品质、外观、口感等都有直接的影响。蔬菜本身的脂肪含量较低在生产蔬菜罐头时,添加适量的脂肪可以改善产品的风味,对于面包之类焙烤食品,脂肪含量特别是卵磷脂等成分,对于面包心的柔软度、面包的体积及其结构都有影响。因此,在含脂肪的食品中,其含量都有一定的规定,是食品质量管理中的一项重要指标。测定食品中的脂肪含量,可以用来评价食品的品质,衡量食品的营养价值,而且对实行工艺监督,生产过程的质量管理,研究食品的储藏方式是否恰当等方面都有重要的意义。
食品的种类不同,其中脂肪的含量及其存在形式就不相同,测定脂肪的方法也就不同。常用的测定脂类的方法有:索氏提取法、酸分解法、罗紫一哥特里法、巴布科克氏法、盖勃氏法和氯仿一甲醇提取法等。过去普遍采用的是索氏提取法,此法至今仍被认为是测定多种食品脂类含量的有代表性的方法,但对于某些样品测定结果往往偏低。酸水解法能对包括结合态脂类在内的全部脂类进行定量n而罗紫一哥特里法主要用于乳及乳制品中脂类的测定。
一、提取剂的选择及样品的预处理
(一)提取法的选择:
天然的脂肪并不是单纯的甘油三酯,而是各种甘油三酯的混合物,它们在不同溶剂中的溶解度因多种因素而变化,这些因素有脂肪酸的不饱和性、脂肪酸的碳链长度、脂肪酸的结构以及甘油三酸酯的分子构型等。显然,不同来源的食品,由于它们结构上的差异,不可能企图采用一种通用的提取剂。脂类不溶于水,易溶于有机溶剂。测定脂类大多采用低沸点的有机溶剂萃取的方法。常用的溶剂直乙醚、石油醚、氯仿一甲醇混合溶剂等。其中乙醚溶解脂肪的能力强,应用最多。
但它沸点低(34.6℃),易燃,可含有约 2%的水分,含水乙醚会同时抽出糖分等非脂类成分,所以实用时,必须采用无水乙醚做提取剂,并要求样品无水分。石油醚溶解脂肪的能力比乙醚弱些,但含水分比乙醚少,没有乙醚易燃,使用时允许样品含有微量水分。这两种溶剂只能直接提取游离的脂肪,对于结合态脂类,必须预先用酸或碱破坏脂类和非脂成分的结合后才能提取。因二者各有特点,故常常混合使用。具体提取这些结合脂类时,要根据各种食品不同情况作具体处理,并无固定不变的程式,因此,只能对基本原理和共同性的规律作简单介绍。一般说来,在提取之前,必须首先破坏脂类与其他非脂成分的结合,不然就无法得到满意的提取效果。
根据相似溶于相似的经验规律,非极性的脂肪要用非极性的脂肪溶剂.极性的脂肪则可用极性的醇类进行提取。有时,·结合脂类与溶剂之间也会发生混溶,这是由于分子之间的相互作用。例如,存在于卵黄中的卵磷脂,分子中的季胺碱使它呈碱性,它可溶解于弱酸性的乙醇等溶剂中,以钾盐形式存在于花生中的丝氨酸磷脂,其结构与卵磷脂有相似之处,但它是极性的、酸性较强的化合物,它不溶解于弱酸性的乙醇,而溶解于极性较弱的氯仿,它们之间所以能够混溶,这是由于氯仿很容易和酸性的极性化合物发生缔合现象的缘故。
值得注意的是,当有另一种脂类存在时,还会影响到某种脂类的溶解度。例如卵磷脂与丝氨酸磷脂共存时,丝氨酸磷脂可在乙醇中部分溶解。氯仿通常是一种有用的脂肪溶剂,可是若有糖脂或蛋白质存在,则氯仿在提取、定量这类结合脂肪的效果并不能令人满意。
有时,可以采用醇类使结合态的脂类与非脂成分分离,它或者可以直接作为提取剂,或者可以先破坏脂类与非脂成分的结合,然后,再用乙醚或石油醚等脂肪溶剂进行提取。常用的醇类有乙醇或正丁醇。以水饱和的正丁醇是一种谷类食品脂肪的有效提取剂,但它无法抽出其中的全部脂类,又由于正丁醇有令人不快的气味,以及驱除它所需的温度较高,这些缺点使它的应用范围受到了一定限制。
氯仿一甲醇是另一种有效的提取剂。它对于脂蛋白、蛋白质、磷脂的提取效率很高。适用范围很广。特别适用于鱼,肉、家禽等类食品。牛乳中的脂类在牛乳中并不呈溶解状态,而是以脂肪球呈乳浊液状态存在,它周围有层膜,使脂肪球得以在乳中保持乳浊液的稳定状态,这种膜是一群化合物,是以穿插配列的形式,吸附于脂肪球与乳浆的界面间的。其中:有蛋白质、磷脂等许多物质。巴布科克用一定浓度的硫酸,使非脂成分溶解。
脂肪球膜被软化破坏,于是乳浊液亦破坏,脂肪即可分离出来。这是一种公认的标准分析方法。可是对于含有糖类或巧克力的某些乳制品,采用本法将糖类焦化,巧克力则进人脂肪中,不能满足测定要求。对于加糖乳制品,改进的方法很多,如碱性乙醚提取法,它不用腐蚀性大的浓酸。
(二)样品的预处理
处理方法决定于样品本身的性质。相对说来,牛乳预处理非常简单,而植物或动物组织的处理方法则较为复杂。
在预处理中,有时需将样品粉碎,粉碎的方法很多,不论是切碎,碾磨、绞碎或均质等处理方法,应当使样品中的脂类的物理、化学性质变化以及酶的降解减少到最小程度。为此,要注意控制温度并防止发生化学变化。
水分含量是一重要因子。乙酸渗入细胞中的速度与样品的含水量有关。样品很潮湿时,乙醚不能渗人组织内部。而且,乙醚被水分饱和以后,抽提脂肪的效率降低,因此,只能提取出一部分脂类。样品干燥方法要掌握适当,低温时要设法使酶失去活力或降低活力,以免脂肪降解,温度过高,则可能使脂肪氧化,或者,脂类与蛋白质及碳水化合物形成结合态的脂肪,以致无法用乙酸提取。一般说来,较理想的方法是冷冻干燥法,由于样品组成分及结构的变化较少,样品的表面积也较大,它对提取效率的影响最小。可是,也并不是说样品的含水量越低越好。实践证明,对于磨碎的小麦试样,水分含量控制在11%,其提取效率比低含水量的高一些。样品中水被提取的程度还取决于它的颗粒度大小。有的样品易结块,可加人4~6倍量的海砂,有的样品含水量较高,可加人无水硫酸钠,用量以样品呈颗粒状为宜。
对于面粉及其焙烤制品,如面包、鸡蛋面、通心面之类,由于乙醚不能充分渗入样品颗粒内部,或由于脂类与蛋白质或碳水化合物形成结合脂类,而脂类不能用非极性溶剂直接提取,用酸水解法则可解决这个问题。在加热条件下,蛋白质及碳水化合物被水解,细胞壁破坏,脂肪以游离态析出。除上述谷类食品外,还可用于干酪、蛋及蛋制品、鱼及鱼制品等多种食品。自从出现氯仿-甲醇提取法以来,人们对酸水解法的应用范围持有不同看法,由于磷脂可求解.酸水解法似不宜用于磷脂含量较高的食品。
三、脂类提取法
(一)索氏提取法
本方法适用于脂类含量较高,结合态的m类含量较少,能烘干磨细,不易吸湿结块的样品的测定
1、原理:样品用无水乙醚或石油醚等溶剂抽提后,蒸去溶剂所得的物质在食品分析上称为脂肪或粗脂肪。
2、试剂
(1)乙醚脱脂过的滤纸及白色棉线;
(2)无水乙醚或石油醚;
(3)海砂:取用水洗去泥土的海砂或河砂,先用6mol/L盐酸煮沸0.5h水洗至中性,再用6mol/L氢氧化钠溶液煮沸0.5h,用水洗至中性,经105℃干燥备用。
1 仪器:索氏提取器(图4—4):分析天平、恒温水浴锅、干燥器①固体样品:精密称取2~5g(可取测定水分后
的样品),必要时拌以海砂,全部移人滤纸筒内。
②液体或半固体品:称取5.0~10.0g,置于蒸发皿中,加人海砂约20g于沸水浴上蒸干后,再于95~105℃干燥,研细,全部移人滤纸筒内。蒸发皿及附有样品的玻棒,均用蘸有乙醚的脱脂棉擦净,并将棉花放人滤纸筒内。
(2)抽提:将滤纸筒放人脂肪抽提器的抽提筒内,连接已干燥至恒量的接受瓶,由抽提器冷凝管上端加人无水乙醚或石油醚至瓶内容积的2/3处,于水花上加热,使乙醚或石油醚不断回流提取,一般抽提6-12h。
(3)称量:取下接受瓶,回收乙醚或石油醚,待接受瓶内乙醚剩 1~2 ml时在水浴上蒸干,再于 95~105℃干燥 2h,放于燥器内冷却0.5min后称量。
6、说明:
(1)本法所测定结果为粗脂,因为除脂外,还含有色素及挥发油、蜡、树脂等物质。
(2)本法抽提所得的脂肪为游离脂肪。若测定游离及结合脂肪总量可采用酸水解法。
(二)酸性乙醚提取法
本方法适用于各类食品中脂类的测定,对固体、半固体、粘稠稠液体或液体,特别是加工后的混合食品,容易吸湿结块,不易烘干的食品.不能采用索氏提取法时。用本法效果较好。
1、原理:食品样品经盐酸水解后,用乙醚提取脂肪.然后在沸水浴中回收和除去溶剂,称重而获得游离和结合的脂肪含量。
2、试剂:盐酸;95 %乙醇;乙醚;石油醚
3、仪器:索氏抽脂瓶或锥形瓶。
4、操作方法:
(l)准确称取固体样品 2.00 g,移人 50 ml大试管中,加入蒸馏水8 m,混匀后再加人盐酸 10 ml(液体样品称取 10.00 g,加人盐酸 10 ml于大试管中);将试管移人 70—80℃水浴中加热,每隔 5~10 min摇动一次至全部样品完全消化为止。时间约 40~50 min。
(2)取出试管,冷却,加人乙醇 10 ml,然后将全部样液移人 125 ml分液漏斗中,以 25 ml乙醚分次洗涤试管。将乙醚移人分液漏斗中,加塞,振摇1min。振摇时不断地放出气体,以免样液溅出。静置 15 min,并用等量的石油醚一乙醚混合试剂冲洗瓶塞及分液漏斗瓶口,以使将附着的脂肪洗涤于瓶内。静置 10~20 min,待上层有机层清晰,把下层水层放人小烧杯后,将乙醇等试剂层放至已恒重的锥形瓶中,再将水层移人分液漏斗中,再加人 6 ml乙醚,如此反复提取两次,将乙醚收集于恒重锥形瓶中,利用索氏抽脂装置或其他冷凝装置回收乙醚及石油醚,将锥形瓶置于沸水浴中完全蒸干,置于100~105℃干燥 2 min.取出放人干燥器内冷却 30 min后称重。
(三)碱性乙醚提取法
本法适用于各种液壮乳(生乳、加工乳、部分脱脂乳、脱脂乳等),各种炼乳、奶粉、奶油及冰淇淋等能在碱性溶液中溶解的乳制品.也适用于豆乳或加水呈乳状的食品
本法为国际标准化组织(ISO)、联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)等采用,为乳及乳制品脂类定量的国际标准法。
1、原理:利用氨-乙醇溶液破坏乳的胶体性状及脂肪球膜,使非脂成分溶解于氨一乙醇溶液中,而脂肪游离出来,再用乙醚一石油醚提取出脂肪,蒸馏去除溶剂后.残留物即为乳脂肪。
2、试剂:25%氨水(相对密度0。91);96 %乙醇;乙醚(不含过氧化物);石油醚(沸程30~60℃)。
3、仪器:抽脂瓶:内径2.0~2.5 cm,容积100 ml。
4、测定方法:取一定量样品(牛奶吸取10.00ml;乳粉精密称取约1g用 60℃10 ml水,分数次溶解)于抽脂瓶中,加人回.25 ml氨水,充分混匀置 60℃水浴中加热 5 min,再振摇 2 min,加人 10 ml乙醇,充分摇匀,于冷水中冷却后,加人 25 ml乙醚,振摇半分钟,加人 25 ml石油醚,再振摇半分钟,静置 30 min,待上层液澄清时;读取醚层体积,放出一定体积醚层于一已恒重 的烧瓶中,蒸馏回收乙醚和石油醚,挥干残余醚后,放人100~105℃烘箱中干燥回1.5h,取出放人十燥器中冷却后称重,重复操作直至恒重。
6、说明:
(1)操作时加人乙醇,使乙醇溶解物留在溶液内。
(2)加人石油醚可使乙醚不与水混溶,而只抽提出脂肪。石油醚还可使分层清晰。
(四)氯仿-甲醇改良法
本法对样品组织内所包含的脂质及磷脂等抽提十分彻底,特别适用于鱼肉和家禽等食品脂肪的提取。酸分解法可使部分磷脂分解,而本法却不会分解。
1、原理:用极性甲醇和非极性氯仿作溶剂,可与样品中水分形成三元抽取体系,将样品组织中结合的脂质变成游离脂肪,同时也能将诸如磷脂类极性脂质提取出(即将全部脂肪提取出),然后挥发掉溶剂。称重定量。
2、试剂:
(1)氯仿:甲醇混合液(2:1),简称CM溶液。
(2)石油醚:沸程 30~60 ℃。
(3)无水硫酸钠:130℃干燥2min,于密封容器保存。
3、仪器
(1)CM提取装置见图4-5。
(2)具塞离心管;离心机(3000r/min)。
4、操作方法:准确称取样品约5g,置于具塞三角瓶内(高水分食品可加适量硅藻土使其分散),加人CM混合溶液60ml(干燥食品加人 2~3ml水)(图 4-5),连接提取装置,于65℃水浴中加热,从微沸开始计时提取 1h。取下三角烧瓶,用玻璃过滤器(G3)过滤,用另一具塞三角烧瓶收集溶液。用CM混合溶液洗涤烧瓶、滤器及滤器中试样残渣,洗涤液并人滤液中,把烧瓶置于65~70℃水浴中蒸发回收溶剂,至烧瓶内物料呈浓稠态(不能使其干涸),冷却后加人25 ml石油石油醚溶解内容物,再加人无水硫酸钠15g,立即加塞振荡 1min,将醚层移人具塞离心沉淀管进行离心分离(3 000 r/min)5 min,用移液管迅速吸取离心管中澄清的醚层 10ml,置于已恒重的称量瓶内,蒸发去除石油醚后,于 100—105℃烘箱中烘至恒重(约需 30量相比减量在0.3mg以下即认为达到恒重)。
2、试剂:硫酸:相对密度1.820~1.825。
3、仪器:
(1)巴布科克氏乳脂瓶:颈部刻度有0.0~8.0%和 0.0~10.0%两种,最小刻度值为0.1%。
(2)乳脂离心机。
4、测定:精确吸取17石ml样品,倒人巴布科克氏乳脂瓶(图 4-6)中,再取 HZgr17.5 ml,沿瓶颈缓缓倒人瓶中,边加硫酸边将瓶颈回旋,使之充分混合,至呈均匀的棕色液体。将乳脂瓶置于乳脂离心机上.以约1000r/min的转速离心分离5 min.取出,置80℃水浴中,加人80℃的水至瓶颈基部,再置离心机中离心分离2 min,取出后再置 80℃水浴中,加人 80℃的水至脂肪浮到 2或 3刻度处,再置离心机中离心分离 1min.取出后置 55~60℃水浴中.5加n后,取出立即
5、说明:
(1)硫酸的浓度要严格遵守规定的要求,如过浓会使乳炭化成黑色溶液而影响测定;过稀则不能使酪蛋白完全溶解,会使测定值偏低或使脂肪层浑浊。
(2)硫酸除可破坏脂肪球膜,使脂肪游离出来外,还可增加液体的密度,使脂肪容易浮出。
(3)巴布科克法中采用17.6ml标准吸管取样,实际上注人巴氏瓶中的样品只有17.5ml,牛乳的相对密度为1.03,故样品重量为17.5X1.03=18 g。巴氏瓶颈的刻度(0~10%)共 10个大格,每大格容积为0.2ml,在 60℃左右,脂肪的平均相对密度为0.9,故当整个刻度部分充满脂肪时,其脂肪重量为0.2x10x0.9=1.8g。18g样品中含有1.8g脂肪,即瓶颈全部刻度表示为脂肪含量10%.每一大格代表1%的脂肪。故瓶颈刻度读数即为样品中脂肪百分含量。