乳及乳制品中磷脂的含量、功能、分离及检测技术研究进展

2021-10-31 11:26段国霞刘丽君李翠枝吕志勇
食品科学 2021年19期
关键词:牛乳磷脂乳制品

胡 雪,段国霞,刘丽君,李翠枝,吕志勇,唐 烁

(内蒙古伊利实业集团股份有限公司,内蒙古 呼和浩特 010110)

磷脂是一类含有磷酸基团的脂质,其广泛存在于植物油、大豆、蛋黄、乳制品、肉类中[1-2]。磷脂也是一类被熟知的极性脂类,根据其主体碳链结构的不同,可主要分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类[3-4]。甘油磷脂主要包含了磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)和磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS),鞘磷脂则主要为神经鞘磷脂(sphingomyelin,SM)。除了以上常见的5 种磷脂外,学者们还发现了一些微量磷脂成分,如磷脂酸(phosphatidic acid,PA)、磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol,PG)、溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine,LPC)、溶血磷脂酰乙醇胺(lysophosphatidylethanolamine,LPE)、缩醛磷脂、葡糖神经酰胺(glucoceramide,GluCer)和乳糖神经酰胺(lactose ceramide,LacCer),其中GluCer和LacCer都属于鞘磷脂,LPC和LPE分别为PC和PE的代谢产物[5-8]。磷脂在乳中的存在形式为乳脂肪球滴,是乳脂肪球膜(milk fat globule membrane,MFGM)的主要组成物质,由于其两亲性特征,磷脂在乳中起到了维持乳脂物理稳定性的作用,也通常被用作乳化剂添加到食品中[9-11]。磷脂种类繁多,因拥有多种同分异构体和异形物,使得其检测方法异常复杂。目前,GB 5009.272—2016《食品安全国家标准 食品中磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇的测定》阐述了使用紫外检测器测量食品中PC、PE和PI的方法,GB/T 35867—2018《粮油检测 卵磷脂中磷脂含量的测定》高效液相色谱蒸发光散射检测法和ISO 11701-2009Vegetable fats and oils-Determination of phospholipids content in lecithins by HPLC using a light-scattering detector阐述了使用蒸发光散射检测器(evaporative light scattering detector,ELSD)测定卵磷脂中磷脂含量的方法。然而,以上标准的适用范围为大豆磷脂、大豆油、花生油等基质,并不包含乳及乳制品。国外有部分学者对食品包括乳品中磷脂的含量、分布和检测手段发表了一些综述[7-10],但检测技术的发展日新月异,文献报道往往具有其时限性;国内就此领域发表的相关报道不多,针对乳制品基质的更是少之又少。基于以上事实,本文就最近20 年(2000—2020年)发表的关于乳及乳制品中磷脂分布、含量、功能性、分离提取、检测手段的相关学术报道进行了细致而全面的综述,以期为相关检测行业提供技术参考。近年来,众多婴幼儿食品企业已将磷脂作为营养强化剂添加入配方乳粉中,但磷脂成分标识缺乏完整的信息,且国内外针对乳制品中磷脂含量的相关检验标准仍未颁布,其含量与标识值是否一致也无从验证。因此,梳理和总结乳及乳制品中磷脂类化合物的检测手段对乳制品行业具有一定的现实意义。

1 乳及乳制品中磷脂的含量

1.1 母乳中磷脂的含量

随着近年来分析化学的发展,母乳中磷脂的含量和组成被来自中国、西班牙、法国、新加坡和马来西亚等国家的科研团队报道。概括来说,磷脂在母乳中的质量浓度为13.3~40.6 mg/100 mL,占乳脂的比例为0.4%~1.4%[12-17],各组分所占比例为PC:16.8%~28.5%;PE:9.3%~40.0%;SM:24.0%~45.9%;PI:2.0%~9.5%;PS:2.6%~16.7%。可以看出;母乳中含量最多的磷脂为SM;其次为PE和PC。多篇文献指出母乳中磷脂含量会随着母亲所处的泌乳阶段、饮食习惯和所处地区发生显著改变,一些研究人员对母亲在不同泌乳时期(初乳期、过度乳期、成熟乳期)所产乳中磷脂含量的变化进行了研究[17-20],其中Ma Lin等[18]的结果显示初乳、过度乳和成熟乳中磷脂总量分别为32.7、26.3、21.5 mg/100 g,表明乳中磷脂含量会随着泌乳时间的递增而呈递减趋势;而母亲的年龄通常不是影响母乳中磷脂含量的显著因素,但早产儿母亲所产的乳中磷脂含量会比足月儿更低[20]。来自不同国家的母亲所产乳中磷脂含量也存在显著差异,这主要是由各自不同的饮食习惯所引起的。例如,日本的母亲长期以来有着摄入大量海产品的饮食习惯,她们所产的母乳中可能含有更高的PE,因为深海鱼虾中富含多种组成该类磷脂的不饱和脂肪酸;而来自中国的母亲会在生产后的第一个月补充大量的鸡蛋、鱼类和其他肉类食品,俗称“坐月子”,她们所产的母乳中可能也会含有较高的PE,因为鸡蛋中富含PE[21]。

1.2 牛乳中磷脂的含量

近年来也有诸多文献对牛乳中磷脂的含量和分布进行了分析和总结。通常,磷脂在牛乳中的质量浓度为4.6~49.1 mg/100 mL,其在乳脂中的相对含量为0.2%~1%[22],其各组分相对含量为PC:19.1%~36.6%,PE:22.6%~42.0%,SM:17.0%~41.1%,PI:2.9%~9.3%,PS:1.7%~10.5%。与母乳不同的是,牛乳中含量最多的磷脂是PE,其次是SM和PC。一般认为导致牛乳中磷脂含量差异的因素包括品种、年龄、季节、地域、饲料配比、泌乳阶段、饲养模式和加工工艺等。饲料一般是造成牛乳中磷脂差异的最主要因素,调整饲料配比(如添加精饲料或含油种子)会造成牛乳中不饱和脂肪酸比例的改变,从而引起部分磷脂分子种类的改变[23-25]。牛品种也可能影响乳中磷脂指标,如Bitman[26]和Graves[27]等对比了娟姗牛和荷斯坦牛所产乳中磷脂的含量差异,Bitman等指出荷斯坦牛所产乳中磷脂含量更高,而娟姗牛所产乳中甘油三酯含量更高[26],Graves等则进一步研究了造成这种差异的原因,指出这是因为荷斯坦牛的乳脂肪球体积更小,具有更大的球膜表面积,因此含有更多的磷脂[27]。除此之外,经过灭菌工艺处理的牛乳,其磷脂含量会比生牛乳低,如Rombaut等[8]测得生牛乳中的磷脂总含量为29.4 mg/100 g,经过巴氏杀菌和超高温瞬时灭菌(ultrahigh temperature instantaneous sterilization,UHT)工艺处理后的牛乳分别含18.8 mg/100 g和21.2 mg/100 g磷脂,一个潜在因素可能是高温造成不饱和脂肪酸改变而引发磷脂含量的差异;Reis等[28]在其实验中也验证了这一点,当热处理过程中温度设定为80 ℃时,PC(28∶0)和PE(36∶1)含量发生显著下降,作者认为是磷脂在高温下发生糖化和降解导致的。其他因素如饲养模式也会影响牛乳中磷脂的含量,Avalli[29]和Donato[30]等对意大利地区不同牧场的牛乳进行了磷脂含量检测,二者检测的牛乳中磷脂总量分别为9.3 mg/100 g和4.6 mg/100 mL,原因可能是不同牧场配置影响牛的生长环境,从而间接地影响牛的免疫力和产奶品质。

1.3 婴幼儿配方乳粉中磷脂的含量

除了对液态哺乳动物乳的研究,诸多学者还对市售婴幼儿配方乳粉中磷脂的含量进行了分析。磷脂在婴配粉中的含量为15~607 mg/100 g,各组分分别为PC:33.2~253.1 mg/100 g,PE:19.2~143.2 mg/100 g,SM:12.0~125.0 mg/100 g,PI:13.6~110.0 mg/100 g,PS:12.6~75.0 mg/100 g。不同产地、生产商、甚至生产日期都会影响婴配粉中磷脂含量的差异,因为其中涉及了不同的配方、原料和加工工艺;即使同一品牌的婴配粉,通常根据婴儿年龄差异区分了不同的产品类别,因为婴儿在每一个年龄段的营养需求不同。例如,一段(0~6月龄)婴配粉是为了代替母乳,所以配方力求接近母乳;二段(6~12月龄)婴配粉通常已不是婴儿唯一的营养来源,所以配方中的营养素配比会适当调整。Liu Zhiqian等[31]对澳大利亚、加拿大和美国等地区产的32 种婴儿配方粉中的PI进行了分析,结果表明同一月龄婴配粉中PI含量差异不大,但不同月龄段婴配粉中PI含量差异显著,如一段配方粉中PI含量为37~38 mg/100 g,而二段配方粉中PI含量为115~120 mg/100 g。目前市售的婴配粉原料多为乳清蛋白粉,也有部分使用原奶进行喷粉,所以原料中磷脂的含量存在显著差异;在进行磷脂强化时,大部分厂家使用MFGM和大豆磷脂,也有部分使用其他牛乳磷脂浓缩物或蛋黄卵磷脂,故强化剂里磷脂的含量也存在差异[32-34]。Jiang Chenyu等[32]对4 种不同厂商的婴配粉进行磷脂含量分析,结果显示磷脂总量介于15.0~227.4 mg/100 g,而Fong等[33]调研的7 种婴配粉中磷脂含量介于228~607 mg/100 g,这个较大的差异区间就是以上多种因素共同导致的。

本综述总结了先前研究中乳及乳制品中磷脂的组分和含量,如表1所示。

表1 乳及乳制品中磷脂的组分和含量Table1 Phospholipid composition of milk and milk products

续表1

2 乳及乳制品中磷脂的功能性

磷脂是乳中一项重要的功能性营养指标,因其多项生理活性而受到广泛关注,近年来,磷脂越来越多地被用于功能性食品添加剂和婴儿配方乳粉中的营养强化剂[3,34]。早在20世纪初期,膳食性磷脂对心脏疾病、炎症和癌症患者的保健作用就引起了众多学者的关注[5],尤其是神经鞘磷脂,其代谢产物如神经酰胺和鞘胺醇在细胞调控方面起到了显著的作用,被认为是最具生物活性的物质之一[56-64]。目前,磷脂在降胆固醇、提高肝功能和降低心脑血管疾病方面展现了强大的功效,其他生物活性还包括抗氧化、抗炎、抗菌和抗病毒等[16]。除了针对成年人的众多保健功效,磷脂在建立婴儿大脑神经系统、肠道免疫系统和胃肠消化系统等方面也起到了不可或缺的作用[41-45]。磷脂中的SM和PC被认为是磷脂中最具价值的营养物质,因为婴儿生长必需的营养物质胆碱,有接近17%来源于这部分磷脂成分,这类营养素是维持婴儿快速发育及合成体内生物膜必不可少的物质[13]。而磷脂中的PE可为婴儿提供花生四烯酸、二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸等不饱和脂肪酸,这类营养素能显著提高婴儿的大脑和视力发育[63]。

然而,在无法提供母乳喂养的情况下,配方乳粉则成为婴儿获取营养物质的唯一途径,因此,配方乳粉中的各项营养指标应最大化地与母乳相近,以达到为新生儿提供健全营养保障的目的。目前,市售的婴儿配方乳粉通常由牛乳或羊乳制成,其磷脂含量与人乳存在显著差异,了解母乳的营养成分是研发婴儿配方乳粉的基础,而了解不同种类的乳中营养物质含量的差异,能为合理选择婴儿配方乳粉的原料提供参考,也能为缩小配方乳粉与婴儿营养需求的差异提供科学依据[48-49]。仅本文综述的文献结果显示,母乳中磷脂总量介于13.3~40.6 mg/100 mL,婴配粉中磷脂总量为15~607 mg/100 g。需要指出的是,婴配粉属于特殊配方食品,由于原料、配方和喷粉工艺的不同,其磷脂含量较母乳而言存在更为显著的差异;且婴配粉为浓缩乳制品,其通常需要与水进行一定比例的复溶,故婴配粉和母乳中磷脂的含量不具备直接可比性。婴配粉与母乳中磷脂组成的差异主要体现在PC和SM上,母乳中通常SM含量比PC高,而婴配粉中则是PC含量比SM高,这可能是由于婴配粉以大豆磷脂为原料进行磷脂强化,大豆磷脂富含PC而仅含少量SM[13,33]。

3 乳及乳制品中磷脂的提取和分离

乳及乳制品中包含众多种类的糖、脂肪及蛋白质,是一类非常复杂的基质,如何高效地提取、分离及回收磷脂是该领域值得研究的课题。乳制品中磷脂的检测前处理通常包括以下几个步骤:提取乳中脂肪,将磷脂与乳脂中其他脂类分离并回收磷脂。

乳中总脂肪的提取方法有很多,目前运用最广泛的是Folch法[65]。Folch法使用的提取溶剂为氯仿和甲醇按体积比2∶1配成的混合溶液,通常以20 倍体积加入待测乳制品液态试样中,萃取液中随后加入盐溶液直至水相与有机相分离,乳脂即可被收集。分析化学家协会随后也发表了总脂肪的提取方法[66],但该法使用了氨水这类的碱性溶剂,并需要将样品加热至溶液蒸发,该法会导致部分磷脂水解或被氧化,所以总体效果不如Folch法。

顺利提取乳脂后,便需要将磷脂与乳脂中非目标脂类分离,主要是去除乳脂中的甘油三酯和其他中性脂肪。这一步的难点在于磷脂在乳脂中含量非常低(0.5%~1%),且与乳中各类化合物存在多种相互作用力,想要尽可能多地回收磷脂通常需要借助一些外界手段,行之有效的方法包括层析柱或固相萃取(solid phase extraction,SPE)小柱[67-69]。层析柱使用起来费时费力,且需耗费大量的有机溶剂,目前已多被更快捷、环保、高效的SPE小柱取代[52-54]。典型的SPE小柱使用步骤包括:注入正己烷或氯仿溶液将SPE硅胶柱活化,在加入提取液后,使用己烷/乙醚混合液淋洗中性脂肪,再用氯仿/甲醇/水混合液洗脱并收集磷脂,最后复溶至上机溶液。Gallier等[49]对比了3 种SPE方法(Bitman法[70]、Avalli法[29]和Vaghela法[71])对磷脂回收效率的影响,3 种方法的区别在于活化液、淋洗液和洗脱液溶剂的选择和配比上。结果显示Bitman法得到了最高的磷脂提取率(33.6 nmol/mg lipid),次之为Avalli法(29.6 nmol/mg lipid)和Vaghela法(20.7 nmol/mg lipid)。Avalli等[29]研究了填料分别为硅胶和C8的SPE小柱对磷脂分离效果的影响,结果显示硅胶柱对于磷脂的分离效果更佳。在依次使用2 mL甲醇和2 mL氯仿-甲醇-水(体积比为3∶5∶8)为洗脱液的条件下,磷脂回收率能达96%,而相同条件下使用C8柱的结果仅为47.5%,作者推测C8柱的低回收率是由于磷脂部分功能基团与SPE小柱填料发生相互作用,导致其未能完全洗脱。Contarini等[5]在其综述中对比了4 种常用于磷脂分离的固相小柱填料(硅胶、氨基、C8和C18),多数情况下硅胶小柱的分离效果明显优于其他类型小柱,仅有Caboni等[72]研究显示C8柱分离效果最佳。

除了上述的传统填料,近年来学者们开发了越来越多的新型填料,如高分子复合材料、纳米材料、金属氧化物结合硅胶的复合材料和介孔材料等[52-54,59-61,73-77]。Ten-Doménech等[68]于2017年发表了一项应用于母乳中磷脂分离的新技术,将近年来的热门的分子印迹聚合物与SPE柱结合,定向移除乳脂中非目标化合物。该技术强调特异性绑定移除,与普通SPE柱存在一定的区别,且填料经过一定处理后可重复使用。目前,该技术的检出限比传统SPE小柱略高,但其或将为SPE技术的发展提供一种更智能、环保、低成本且高效益的新思路。

4 乳及乳制品中磷脂的定量检测技术

所有检测方法的相关信息已列至表2,下文将对4 种主流方法进行详细阐述。

表2 乳及乳制品中磷脂的主要检测手段Table2 Popular quantification techniques for phospholipids in milk and milk products

4.1 薄层色谱法

薄层色谱法(thin layer chromatography,TLC)是根据展开剂中磷脂各组分与薄层板上吸附剂之间作用力不同、比移值(retardation factor,Rf)不同而达到分离磷脂组分目的的一种检测手段[86],TLC通常用于磷脂的定性和半定量测定,是最早应用于磷脂检测的方法之一[13,87]。TLC的优点是操作简单、快速、直观、专业要求低、前期设备资金投入少,但其自动化程度低,多数情况下适用于实验室规模的检测,难以应用到工业界大规模样品的批检中。Morrison[88]、Christie[89]、Weihrauch[90]等在20世纪60—80年代开始研究TLC及2D-TLC对乳及乳制品中磷脂含量的检测,检测基质包括母乳、牛乳、水牛乳、羊乳、山羊乳、骆驼乳、驴乳和奶酪等,报道列出了5 类磷脂(PE、PI、PS、PC、SM)在各动物基乳中的含量,其含量和其他检测手段得出的结果基本属于同一范围。Sánchez-Juanes等[85]在2009年报道使用一种更先进的HPTLC技术对生牛乳进行磷脂组分分析。近年来,随着仪器的革新和技术的发展,TLC在国内外磷脂类化合物的检测中已较少使用,取而代之的是更少受人为因素影响的色谱仪、质谱仪和核磁共振仪等精密仪器[86]。

4.2 高效液相色谱-蒸发光散射法

高效液相色谱(high-performance liquid chromatography,HPLC)法用于磷脂检测的技术在近些年得到飞速进步,并获得了广泛的认可和应用。HPLC法的突出优点在于其能使非挥发性的、热敏感的磷脂在常温得到分离,且其封闭系统能最大限度地减少磷脂在分析过程中被氧化的程度,确保实现磷脂快速、灵敏、准确、可重复的定量分析[87]。HPLC可配置多种检测器,包括紫外检测器(ultraviolet,UV)、ELSD、电荷气溶胶探测器(charged aerosol detector,CAD)和质谱仪(mass spectrometer,MS)等,其中,ELSD和MS应用最为广泛。

ELSD的检测原理是将挥发性高的流动相喷入带热气流的检测器中,待其蒸发后,不挥发的磷脂形成微小液滴,这些液滴散射的光进入光电倍增器后产生电流,依据不同质量的磷脂引起电流大小的差异来达到检测的目的[2]。ELSD是一种相对新型的检测器,它与UV、CAD和MS相比拥有诸多优点,如适用范围宽、检测时不存在基线漂移、对溶剂流速不敏感、能消除流动相梯度洗脱对结果带来的不良影响等,其在乳制品等复杂基质领域有很强的应用,正在逐渐成为磷脂分析检测的主流方法[5,34]。国际卵磷脂和磷脂协会于2003年推荐HPLCELSD法用于测量卵磷脂中的磷脂组分[51],美国油脂化学家协会(American Oil Chemists’ Society,AOCS)也在2007年将HPLC-ELSD法收录为分析卵磷脂的标准检测方法[91]。

近年来,诸多学者使用ELSD法对各类乳品基质中的磷脂进行了定量分析,产品品类上涵盖了工艺灭菌乳(巴杀乳和UHT乳)、婴幼儿配方乳粉、成人乳粉、奶油、黄油、白脱牛奶、奶酪、乳清蛋白粉、磷脂浓缩物、MFGM等;乳的种类上涵盖了母乳(初乳、过度乳、成熟乳)、牛乳、羊乳、驴乳等;被检测的磷脂分量涵盖了PE、PI、PS、PC、SM、LPE、LPC、GluCer、LacCer等[8,28-29,33,35-36,53,62-64,66,68-69,71-72,88-89]。

HPLC-ELSD法在流动相体系的选择上主要包含两大类:氯仿-甲醇-缓冲液/水体系和正己烷-异丙醇-缓冲液/水体系,后者极性比前者稍弱,目前GB/T 35867—2018《粮油检验 卵磷脂中磷脂含量的测定》中介绍了使用ELSD搭配正己烷-异丙醇-缓冲液/水体系为流动相检测磷脂,除此之外,也有少部分文章报道了使用乙腈-甲醇-水体系的流动相。HPLC-ELSD在色谱柱的选择上主要为正向柱,绝大部分填料为硅胶或硅胶等效材料(如二醇基键合硅胶),洗脱条件通常为梯度洗脱,仪器和色谱柱的选择已统一归纳至表2。有部分文献中的实验对检测方法进行了优化和验证,如Vila等[34]开发了一项使用HPLC-ELSD对母乳和婴幼儿配方乳粉中磷脂组分(PE、PI、PS、PC、SM)进行分析的方法,并从流动相配比和仪器运行温度两方面对方法进行了优化,从线性关系、重复性、检出限和定量限4 个方面对方法进行了验证。结果指出在使用异丙醇-正己烷-水溶液(55∶37.2∶7.8,V/V/V)作为流动相的体系中,测量温度控制在85 ℃时,方法学验证的各项指标达到最佳,此时回收率范围为91.4%~107.9%,检出限为9~76 ng,定量限为29~164 ng。

4.3 核磁共振磷谱

31P-NMR用于磷脂检测是20世纪70—90年代发展成熟的技术,其在分析生理组织(大脑、肝脏、细胞膜等)和食品(植物油、肉类等)中磷脂含量的领域展现出了很强的应用[90-97]。31P-NMR法具有很高的灵敏度,能检出样品中低浓度含量的磷脂,近年来,该方法也被开发应用于乳制品等复杂基质[13,83]。31P-NMR的优势在于不需要对样品进行大量的化学处理,且定量分析时不需要标准品,只需在总脂肪中加入内标[63]。然而,31P-NMR仪器普及度不高,仪器运营费用昂贵,对实验员操作的熟练程度也要求较高,所以在资金、人员、设备上投入相对较大[13,63]。31P-NMR的基本原理是检测磷脂分子中的每个磷原子,基于各组分在不同的化学环境中会呈现出不同的31P化学位移,利用其31P核磁共振效应来确定不同组分[47]。

Andreotti等[47]使用31P-NMR对牛乳和水牛乳中的磷脂进行了定量分析,得出两种乳中磷脂种类的分布大体一致的结论。Carcia等[22]采集了不同种类哺乳动物(牛、骆驼、马)乳中磷脂的指纹图谱,并与人乳比对。结果显示,人乳和骆驼乳中富含对婴幼儿发育起到重要作用的神经鞘磷脂(分别为7.83 mg/100 mL和11.8 mg/100 mL)和缩醛磷脂(分别为2.7 mg/100 mL和2.4 mg/100 mL);磷脂总量在4 类乳中由高到低的排序为骆驼乳(0.503 mmol/L)>母乳(0.324 mmol/L)>牛乳(0.265 mmol/L)>马乳(0.101 mmol/L)。Murgia等[7]鉴别和定量分析了羊乳乳脂和牛乳乳脂中的磷脂组分,文中引进了单相二甲基甲酰胺/三乙基胺/盐酸胍作为溶剂体系,相比于传统的氯仿/甲醇/EDTA-水溶剂体系,新法能显著提高谱图峰的分辨率并降低化合物信号位移。MacKenzie等[51]对奶油、PC700(恒天然公司高磷脂含量的商业产品)、BPC60(恒天然公司的中性脱脂乳粉)中的PC、PE、PS、PI、SM含量进行了检测,并与2D-TLC法做出对比,两种方法得出的磷脂组分基本属于同一范围。其中,奶油中磷脂质量分数分别为0.14%(TLC法)和0.16%(31P-NMR法);PC700分别为53.2%(TLC法)和60.6%(31P-NMR法);BPC60分别为72.9%(2D-TLC法)和75.8%(31P-NMR法);结果显示2D-TLC法灵敏性更高,能检出31P-NMR无法检出的低含量组分,但31P-NMR更适合高效率的规模化运作,因其自动化程度更高且耗时更短。

4.4 高效液相色谱-质谱联用

MS最大的优势在于其具有更高的精密度、灵敏性、特异性和更强的定性能力,它不仅可以检测磷脂总量和分量,更可以精确到对各分子种类进行定性和结构分析。目前,MS被认为是测定磷脂分量及分子种类最精确的手段,其结合三重四极杆或飞行时间MS将成为此领域新的发展方向。然而,MS仪器的购买、运行和维修费用非常昂贵,且存在同位素峰间干扰和结果再现性不稳定等问题,故而其全面推广受到限制。即便如此,磷脂检测技术结合MS仍具有广阔的前景,近些年涌现出大量针对乳制品应用的报道。与液相色谱、核磁共振方法不同的是,质谱仪通常串联离子源(ESI、EI、电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)等)、质量分析器(四极杆、四极杆离子阱、飞行时间等)和检测器(电子倍增器、感应电荷检测器等)共同使用,多种仪器组件的叠加增加了其检测方法的复杂性。

通常,质谱类检测器使用的色谱柱多为反向柱(如C8、C18柱)或亲水作用色谱(hydrophilic interaction liquid chromatography,HILIC)柱,使用的流动相体系通常为氯仿-甲醇缓冲液或乙腈-甲醇缓冲液。值得一提的是,HILIC柱是一类既非正向柱也非反向柱的特殊色谱柱,其采用了类似正向柱的固定相,但具备反向柱的部分特征。HILIC柱是一类高效的极性物质保留柱,通过亲水性作用力实现对极性物质的分离和洗脱,它能有效地改善反向色谱柱极性物质保留性差的缺点,并能有效提高电喷雾离子源的灵敏度,近些年受到了越来越广泛的关注[30]。

除此之外,质谱类检测器能对磷脂进行精确地定性、定量分析,同时在数据分析时结合主成分分析(principal component analysis,PCA)能对磷脂进行指纹图谱的绘制。例如,Wang Lina等[81]使用UHPLC-Q-TOF-MS对母乳、牛乳和山羊乳中的PE、PG、PS、PI、PA、PC和SM进行分析,结果显示人乳中有36 种PE、28 种PC、20 种PS和17 种PI,且含量显著高于牛乳和山羊乳,同时PCA结果表明不同哺乳动物乳存在差异并可以通过PCA进行区分,因此这项技术在食品真实性溯源领域拥有广阔的发展前景。

质谱类检测器因拥有更高的检测精度,部分学者探究了其高精度是否会带来检测结果的差异。如Tavazzi等[38]对比了HPLC-MS/MS、31P-NMR和HPLC-ELSD 3 种方法用于母乳和婴配粉中磷脂的检测,结果表明HPLC-MS/MS和31P-NMR得到的结果无显著差异(P>0.05),而HPLC-MS/MS和HPLC-ELSD仅在得到的PE含量结果上出现细微差异,故3 种方法测得的数据较为稳定,互相之间具有一定的参考性。

5 结 语

近年来,随着人们的生活水平日渐提高,高品质、高营养价值、含功能性添加成分的乳制品越来越多地受到人们追捧,磷脂作为乳中重要的功能性营养素,其检测方法也成为了国内外相关领域的研究热点。我国在此方面起步较晚,虽然已有较大进步,但是对于上述各类检测手段的研究还不够深入。本文综述了近20 年来国内外针对乳品中磷脂成分的主流检测方法,其中,TLC或将逐步被其他精密仪器所取代,MS是目前最精细的磷脂检测手段,但HPLC-ELSD应用最为广泛,如果实验室条件允许,31P-NMR也可成为一种快速且结果精确的备选检测方法。上述仪器都有其各自的优缺点,检测人员需对待测样品的特征、设备的可用性和人员的实验技能进行综合评估,因地制宜地选取最佳检测方案。

就磷脂提取而言,如何有效地去除杂质、提高萃取效率、确保检测结果的稳定性和重复性仍是目前存在的技术难点。SPE柱的应用能有效且定向地对检测基质进行除杂,因其填料的多样性和创新性,SPE小柱在未来的应用或将逐步增加,但检测人员仍需考虑SPE柱在使用时回收率较低的缺点。

就定量方法而言,其未来发展趋势应根据需求进行划分:如针对企业进行相关产品检测,液相色谱-ELSD足以满足批检和抽检的需求;但从科研角度考虑,质谱类仪器无疑拥有更大的优势,这一点从近5 年磷脂检测技术的发文趋势上可以看出。质谱类仪器因其精密性和高通量,现有技术已能对磷脂上百种分子种类进行定量分析,未来还能对更多未知的种类进行筛查及鉴别。此外,结合PCA,科研人员能对磷脂进行指纹图谱的绘制,这项技术在食品的真实性和溯源性鉴定上拥有巨大潜力。从表1汇总的数据来看,各文献报道的磷脂含量差异性较大,实验数据间难以互相作对比,检测人员在参考数据时需对照所使用的检测方法和仪器条件。一点重要的启示是,新方法在开发时需经过缜密的方法学验证,需从精密度、检出限、定量限、回收率和线性关系等几个维度对方法进行综合评估,以得到最接近真实值、有对比意义且重复性好的结果。

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我国乳制品产量持续上涨 2016年11月产量269.8 万吨
用毛细管电泳检测牦牛、犏牛和藏黄牛乳中β-乳球蛋白的三种遗传变异体