食品中反式脂肪酸的危害及減控技術研究進展

左丹　汪妮妮

摘 要：TFAs（Trans fatty acids，TFAs）是一類含有一個或者多個非共軛反式雙鍵的不飽和脂肪酸異構體，它普遍存在于常見油脂或含油脂食品中，與人類健康有著密切的聯系。本文就目前文獻中TFAs的來源、對人體健康的危害及減控技術進行綜述，以期為我國高品質油脂及其制品研究開發提供參考依據。

關鍵詞：TFAs危害;減控技術;研究進展

TFAs（Trans fatty acids，TFAs）是所有含有反式非共軛雙鍵的不飽和脂肪酸的總稱，由于空間結構上碳碳雙鍵上連接的氫原子分布于碳鏈的兩側而得名。反式脂肪具有穩定性好、口感好、加工功能性好等特點，植物氫化油加工技術出現以后就廣泛地應用于食品工業，如甜點、油炸食品的加工生產。然而，近年來很多研究報道指出大量食用含有TFA的食物會影響人體的健康，植物氫化油的安全性開始受到人們的質疑。一些專家學者甚至把人造TFAs評為“人類最后悔發明的6種災難性食物之一”[1]。為避免過量攝入過量TFA帶來的風險，世界衛生組織（WHO）在2003年建議TFA的供能比應低于1%。各國依據本國的TFA攝入情況對TFA的限量或標簽標識提出不同要求[2]，美國食品藥品監督管理局（FDA）于2015年宣布將在3年內禁止在食品中使用人造TFAs，以降低心臟疾病發病率。我國在《食品安全國家標準 嬰兒配方食品》和《食品安全國家標準 較大嬰兒和幼兒配方食品》兩個標準中明確規定“TFAs最高含量不得超過總脂肪酸的3%”[3-4]。

我國居民TFAs的攝入量低于西方國家，但受西方文化的影響，膳食結構發生了一定變化，如西式食品（西式快餐、西式糕點）逐漸大眾化，TFAs攝入量逐漸增加，這對我國居民的健康是一個潛在的威脅。本文綜述了TFAs的來源、對人體健康的危，并總結了油脂加工中TFAs減控技術的研究進展，以期為我國高品質油脂及其制品研究開發提供參考依據。

1 TFA的來源

TFA有兩個來源[5]：一類是天然來源如反芻動物TFAs（rTFA），另一類為工業TFAs（iTFA），源于食用油脂的氫化加工和精煉脫臭等過程。此外，焙烤和油炸等食品加工過程也會產生一定量的iTFA。

1.1 天然來源

反芻動物（如牛、馬、羊）的脂肪組織及其乳和乳制品是TFA的主要天然來源。飼料中的部分不飽和脂肪酸在反芻家畜的瘤胃中經細菌的氫化作用變為TFA，其中丁酸弧菌屬菌群是最主要的氫化細菌。放養季節和飼料中脂肪酸的種類會影響TFA的組成及其異構體種類[6]。這種天然來源的TFA可以部分轉化為對人類健康有益的共軛亞油酸，目前普遍認為在正常日常膳食攝入量下，天然來源TFA對人類的健康沒有危害，且對人體健康有一定益處[7]。

1.2 油脂的氫化加工和精煉脫臭

油脂中的TFAs主要在工業生產過程中產生，油脂氫化工藝是產生TFAs最多的途徑。為了克服天然動植物油脂熱穩定性差、易氧化、易腐蝕等缺點，人們常常對動植物油脂進行氫化，其機理大致為[8]：在催化劑的作用下，氫原子與不飽和脂肪酸的雙鍵發生加成反應，油脂分子中一部分雙鍵被飽和，另一部分雙鍵發生位置異構，或轉變為反式構型從而形成TFAs。TFAs的形成受溫度、氫氣壓力、催化劑類型和攪拌速率的影響。加氫溫度越高，壓力越小，油中反式脂肪的比例越高[9]。

在油脂精煉脫臭工藝中，為了脫除油脂異味及油脂內游離脂肪酸、醛、酮、膠質與色素等物質，通常需要230～250 ℃下高溫處理2 h，在這一過程中會產生一定數量TFA。有研究表明[10]，油品在加熱至240 ℃時，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長，TFAs的種類和含量均增加，含量甚至可達原油的2倍。此外，在存儲過程中，暴露在空氣中會使油中的TFAs含量增加[11]。

1.3 食品加工

大部分的TFAs主要是由于高溫或長時間烹調煎炸致使順式脂肪酸異構化所形成的，加熱溫度、加熱時間和油脂的種類是影響TFAs形成和變化的主要因素，隨著加熱溫度的升高或加熱時間的延長，食用油中TFAs種類和含量都不斷增加 [12]。控制溫度是阻止TFAs生成的有效手段，順式油酸的異構化溫度控制在145 ℃以下即可達到無反式油酸的目的[13]。鄭藝等[14]研究可花生油、大豆油、菜籽油、24°棕櫚油以及42°棕櫚油5種油脂炸薯條、油條和雞塊，對油炸食品中TFA含量的影響，結果表明使用不同種類油脂油炸的薯條、油條和雞塊均產生TFA，其中42°棕櫚油所產生的TFA最少。于殿宇等[15]的研究證實H3PO4或NaOH處理均會增加加熱過程中出現油脂反式異構體的概率，其中NaOH處理的影響最大。

2 TFAs對人體健康的危害

2.1 誘發阿爾茨海默病

阿爾茲海默癥是一種退行性腦部疾病，可分為原發性和繼發性兩種[16]。研究表明攝入富含TFAs的食品會增加阿爾茲海默癥等癡呆癥的患病風險，機制可能為[17]：攝入TFAs導致腦內β-淀粉樣蛋白（ Amyloid-β，Aβ）含量增加，引起腦神經細胞氧化損傷、腦神經細胞內質網應激-線粒體損傷，促進炎癥反應發生，誘導內皮功能紊亂、抑制Na+-K+-ATP酶活性、降低二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）含量，減弱其對認知記憶的保護作用。張甜甜[18]研究表明TFA可通過引起腦組織中抗氧化系統損傷、降低ATP酶活性、影響乙酰膽堿酯酶（AChE）和一氧化氮合酶（NOS）活性、引起機體必需元素水平失衡，并且可引起大鼠海馬發生形態學改變，從而導致神經系統損傷。余輝艷等[19]研究證實大量攝入TFAs可通過上調氧化損傷相關基因和蛋白表達引起肥胖大鼠血液和腦發生氧化損傷。

2.2 導致心血管疾病

心血管疾病（Cardiovascular diseases，CVD）是威脅人類健康和生命的“頭號殺手”，主要包括心臟和血管疾病、肺循環疾病和腦血管疾病。研究表明，過多攝入TFA可使血液膽固醇增高，從而增加發生心血管疾病的風險[20]。據流行病學研究顯示：TFAs可通過改變人體血脂組成，干擾正常的脂質代謝，刺激系統炎性反應誘導內皮細胞損傷心血管疾病的發生和發展[21-22]。金戈等[23]應用不同含量的TFAs飼料喂養大鼠90 d后分別進行血脂、炎癥相關因子的測定，研究結果表明TFAs可增加人體中甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的含量，降低HDL-C的含量，降低高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）含量。值得注意的是，并不是所有的TFA都會危害心血管健康。Pfeuffer等[24]研究表明天然來源的TFAs可以在體內代謝過程中通過去飽和轉化成為共軛亞油酸，發揮心血管保護作用。

2.3 對肝臟影響

Antwi等[25]研究表明工業TFAs能誘導膽固醇相關合成基因的表達，可通過增加甾醇調控元件結合蛋白2（SREBP-2）誘導膽固醇生成，從而增加肝臟膽固醇含量，導致非酒精性脂肪肝。李剛等[26]研究證實高劑量TFAs通過誘導脂質過氧化，引起氧化應激，影響肝組織結構，導致肝損傷。

2.4 糖尿病

在我國，糖尿病患病率正呈快速上升的趨勢，成為繼心腦血管疾病、腫瘤之后另一個嚴重危害人民健康的重要慢性非傳染性疾病[27]。大部分流行病學和膳食干預研究提示飽和脂肪酸、TFAs是糖尿病的危險因素。對于糖尿病患者來說飽和脂肪酸攝入量不應超過飲食總能量的7%，單不飽和脂肪最適宜食用，應盡量減少TFAs攝入[28]。美國的一項前瞻性研究顯示，調整好其他的風險因子后，TFAs的攝入與糖尿病的發病率呈顯著的正相關（p<0.05）[29]。經大量研究證實TFAs造成糖尿病最主要的機制是降低胰島素受體的敏感性，造成胰島素抵抗發生。

2.5 其他

TFAs能通過胎盤或母乳傳遞給胎兒，使嬰幼兒患必需脂肪酸缺乏癥，從而影響嬰幼兒的生長發育[30]。另外，Li等[31]的研究結果表明，TFAs的攝入量與5年后中年女性抑郁癥的發病率有著密切關系，強調了TFAs在預防中年女性嚴重抑郁癥方面的重要性。也有研究表明TFAs能誘發癌癥，如乳腺癌等。此外，TFAs會造成生育能力下降，增加罹患排卵障礙的風險。王冰瑩等[32]以線蟲為模型研究TFAs的毒理作用發現0.05%、0.5%、5%的TFAs對線蟲的生殖能力具有負面影響，并且具有多代累積作用。

3 TFAs減控技術

油脂中降低或脫除TFAs的方法主要有油料基因改良技術、優化制油工藝、優化加工條件、優化酯交換技術、添加天然可食用抗氧化劑等。

3.1 氫化過程控制與改進

如何降低氫化反應過程中的TFAs含量一直是油脂改性領域的研究熱點，氫化工藝中影響TFAs生成的因素包括：溫度、壓力、攪拌速率和催化劑等，因此需要嚴格控制氫化反應條件，研制高活性、低TFAs、低消耗的催化劑體系，如非晶態催化劑、離子液體及超臨界催化技術等。Tonglin等[33]研究證實在大豆油氫化過程中使用鎳硼非晶態合金納米催化劑（Ni-B）可減少TFAs的生成。Ximena等[34]首次報道了高大氣壓冷等離子體（HVACP）處理能夠替代傳統催化加氫加工工藝，具有用常溫、常壓、無催化劑等優勢，且所產生的氫化油不含TFAs。

此外，載體材料對負載型金屬催化劑的催化加氫性能有一定影響。金屬和載體發生強相互作用生成的金屬簇使得催化劑的性能有了質和量的提升。熊貴志等[35]根據H-冷等離子體還原傳統油脂氫化催化劑（B 催化劑），得到HP-B4、CIM（化學革新材料）催化劑，且研究證實載體和活性組分的強相互作用使得催化劑性能CIM>HP-B4>B4;CIM催化劑易實現大規模制備，具有廣闊的應用前景。Iida等[36]研究表明載體和金屬之間的電子相互作用對部分氫化油中的TFAs含量有顯著影響，其中中等電負性金屬離子載體TFAs含量最高，采用電負性較高的金屬離子載體制備的負載型鉑催化劑能夠有效降低TFAs含量。

3.2 精煉過程控制

精煉加工需要經過脫膠、脫酸、脫色與脫臭等加工工藝來確保食用油脂的質量，其中脫臭工段是產生TFAs最多的階段，脫臭溫度、時間、脫臭塔的類型等均對TFAs含量有較大影響[37]。因此，可通過優化脫臭工藝，引進和開發低溫、短時、少汽的工藝和設備減控TFAs生成，如采用填料板式組合塔（軟塔），雙重低溫脫臭系統（DTDS）、凝縮真空脫臭（FVSD）系統等。劉寶珍等[38]研究表明優化精煉工藝和改進脫臭塔能將精煉大豆油中TFAs含量控制在1.0%以內，最佳的脫臭工藝為：脫臭溫度236～237 ℃、脫臭時間80～100 mim。劉靜[39]采用雙塔雙溫分段脫臭工藝技術有效控制了玉米油精煉過程中TFAs的形成，產出的玉米油中的TFAs含量不超過0.3%。楊穎[40]等研究報道了化學精煉對小麥胚芽油品質劣變的影響明顯小于物理精煉，尤其是在防止TFAs含量增加、維生素E含量損失等方面，效果顯著。

3.3 酯交換代替氫化

酯交換是油脂改性的重要手段之一，一種酯與脂肪酸、醇或其他酯類作用引起酰基交換或分子重排生成新酯，主要分為化學法和酶法兩大類。酯交換可以有效提高油脂的可塑性，既改變油脂物理性狀，又不產生TFAs，保持了油脂的營養特性，因此成為目前的研究熱點。Farmani等[41]的研究表明，經酶法酯交換的卡諾拉油、棕櫚油和大豆油適合作為低TFAs人造奶油的基料油。

3.4 其他

張偉敏等[42]研究表明天然抗氧化劑（如鼠尾草酸、L-抗壞血酸棕櫚酸酯）可以作為高溫油脂的異構化調控劑通過抑制不飽和脂肪酸（油酸甲酯）和油脂熱氧化反應來阻止油脂在高溫加熱過程中生成TFAs，其抑制效果與抗氧化活性成分的羥基氫、熱穩定性、結構和不飽和脂肪酸甘油三酯結構及雙鍵的含量有關。Jala 等[43]用南極假絲酵母脂肪酶A（CAL-A）選擇性水解大豆油中的TFA，結果表明當CaL-A的選擇性因子為4.26、水解度為46.5%時，對總TFAs的最大去除率為73.3%。此外，可通過油料基因改造技術改造油料的基因，提高某種不易異構脂肪酸的比例，例如油酸，從而降低制油工藝或再加工產生的TFAs[44]。

4 總結

隨著人們生活水平的提高，對TFAs的潛在危害越來越重視，TFAs問題已經成為食品安全事件的一個熱門話題，了解其來源，并采取減控措施對保障大眾的身體健康具有重要意義。為了充分降低油料油脂中的TFAs水平，對多個煉油步驟應用綜合緩解策略，實現精準適度加工至關重要。此外，在脫除油脂中TFAs的同時必須兼顧營養、風味成分保留以及油脂產品得率和節能降耗等綜合生產效果。

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