食品中脂類(lèi)物質(zhì)的1O2氧化及控制方法

連 琦，徐寶成,2,3,，羅登林,2,3，周 路，余 慧，王 欣

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000；2.食品加工與安全國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，河南 洛陽(yáng) 471000；3.食品原料河南省工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽(yáng) 471000）

單線態(tài)氧（singlet oxygen，1O2）是一種重要的活性氧（reactive oxygen species，ROS）[1]，其分子軌道具有與基態(tài)氧分子（ground state oxygen，3O2）不同的電子排布。1O2是一種激發(fā)態(tài)氧分子，活性很高，極易與食品中脂類(lèi)物質(zhì)的不飽和雙鍵直接發(fā)生反應(yīng)，使其氧化劣變，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值喪失。光敏氧化是脂類(lèi)食品1O2來(lái)源途徑中最主要的一種[2-3]，即脂質(zhì)中天然存在的色素[4-5]在光的作用下通過(guò)Type II途徑產(chǎn)生1O2，迅速引發(fā)并促進(jìn)食品中脂類(lèi)物質(zhì)的氧化[6]。1O2反應(yīng)活性高，與脂類(lèi)物質(zhì)的氧化反應(yīng)速率至少是3O2的1 500 倍[7]，并且氧化過(guò)程中產(chǎn)生的游離基還可進(jìn)一步引發(fā)脂類(lèi)物質(zhì)的自動(dòng)氧化，因此，研究脂類(lèi)食品中1O2的來(lái)源途徑、氧化機(jī)理及安全有效的抑制技術(shù)引起了許多國(guó)內(nèi)外研究者的興趣，并取得了系列研究成果。本文對(duì)近年來(lái)本領(lǐng)域的最新國(guó)內(nèi)外研究成果進(jìn)行了對(duì)比和分析，從脂類(lèi)食品中1O2的形成途徑、光敏氧化機(jī)理及控制技術(shù)等方面進(jìn)行了深入闡述和分析，以期為深入研究食品中脂類(lèi)物質(zhì)的光敏氧化及抑制技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 單線態(tài)氧簡(jiǎn)介

2 脂質(zhì)體中單線態(tài)氧形成及光敏氧化機(jī)理

脂類(lèi)食品中1O2的形成途徑主要包括以下幾種：酶催化反應(yīng)[13-14]、自由基化學(xué)反應(yīng)[12]、內(nèi)過(guò)氧化物分解反應(yīng)[12,15]和光敏氧化反應(yīng)[16]，具體如圖2所示。其中，

圖2 脂類(lèi)食品中單線態(tài)氧來(lái)源Fig. 2 Sources of singlet oxygen in lipid foods

光敏氧化途徑形成1O2僅需要3O2、適當(dāng)波長(zhǎng)的光以及光敏劑（photosensitizer，Sen）[16,18-19]。Sen是光敏氧化中能夠吸收光能的分子，能在紫外-可見(jiàn)區(qū)域吸收能量激發(fā)生成1O2。脂質(zhì)中天然存在的各種色素都是潛在的Sen，如葉綠素、核黃素、肌紅蛋白等[20-22]。光敏氧化過(guò)程中，Sen的激發(fā)、1O2的形成及脂質(zhì)體后續(xù)的氧化過(guò)程如圖3所示[17]。一旦基態(tài)單線態(tài)光敏劑（ground singlet state photosensitizers，1Sen）受激發(fā)生成激發(fā)態(tài)單線態(tài)光敏劑（excited singlet state photosensitizers，1Sen*），一部分1Sen*通過(guò)發(fā)射熒光直接回到基態(tài)，另一部分通過(guò)系間竄躍機(jī)制迅速衰變成激發(fā)態(tài)三線態(tài)光敏劑（excited triplet state photosensitizers，3Sen*），3Sen*可以通過(guò)發(fā)射磷光回到基態(tài)，也可以通過(guò)Type I和Type II兩種途徑回到基態(tài)，重新開(kāi)始另一次循環(huán)。光敏氧化過(guò)程中Type I和Type II兩種反應(yīng)途徑的選擇主要取決于底物與3O2對(duì)3Sen*的競(jìng)爭(zhēng)，隨著底物和3O2濃度的變化，光敏氧化可能會(huì)在反應(yīng)過(guò)程中改變反應(yīng)途徑[23]。Type I型和Type II型途徑通過(guò)形成自由基化合物（R·）或生成1O2來(lái)啟動(dòng)氧化反應(yīng)。

圖3 Type I和Type II光敏氧化機(jī)理[17]Fig. 3 Mechanisms of type I and type II photooxidation[17]

Type I途徑中3Sen*直接與底物反應(yīng)生成自由基化合物（R·）[16,24]。這些自由基（R·）易與3O2反應(yīng)生成過(guò)氧自由基氧化物（ROO·），并再次分解形成更多的自由基，從而引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，同時(shí)過(guò)氧自由基（ROO·）也可以與氫原子結(jié)合生成氫過(guò)氧化物（ROOH）。另外，Type I型途徑中3Sen*還可以與3O2反應(yīng)直接生成超氧陰離子（O2－），但該反應(yīng)在3Sen*與3O2反應(yīng)中的占比少于1%[25]。

Type II途徑中3Sen*首先與3O2反應(yīng)，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，使3O2受激生成1O2[16,24]。1O2隨之進(jìn)攻富含電子的化合物（如烯烴、二烯和芳香族化合物）雙鍵并直接形成氫過(guò)氧化物（ROOH）。通過(guò)Type II型途徑，每個(gè)Sen分子在淬滅之前可以激發(fā)產(chǎn)生103～105個(gè)1O2分子[26]。在食物系統(tǒng)中Type II型途徑的反應(yīng)速率主要取決于3O2的溶解度和濃度[17]，與水相比，1O2在脂質(zhì)和非極性溶劑中的溶解度更高[6]、壽命更長(zhǎng)[27]。因此，油脂等脂類(lèi)食品中天然存在的微量Sen如葉綠素等[21,28]在光照條件下，很容易通過(guò)Type II型途徑引發(fā)光敏氧化反應(yīng)，導(dǎo)致脂類(lèi)食品的氧化變質(zhì)。

3 脂質(zhì)體中單線態(tài)氧的氧化作用

3.1 油脂的光敏氧化

3.1.1 油脂光敏氧化機(jī)制

油脂是人類(lèi)膳食中一類(lèi)重要的食品，富含單不飽和與多不飽和脂肪酸，其中代表性的ω-3多不飽和脂肪酸可以改善或治療心血管疾病、糖尿病、癌癥以及阿爾茨海默病等多種疾病[29]，ω-6多不飽和脂肪酸具有降低心臟病風(fēng)險(xiǎn)、提升嬰兒智力發(fā)育、改善兒童注意力缺陷等多種對(duì)人體有益的生理功能[30]。然而，在選擇多不飽和脂肪酸油脂的同時(shí)，也增加了油脂的氧化敏感性，尤其在油脂光敏氧化Type II途徑中，1O2一旦形成就率先攻擊不飽和脂肪酸的富電子雙鍵[31]，通過(guò)加成機(jī)理與不飽和脂肪酸的雙鍵直接反應(yīng)。氧原子可加成到被攻擊雙鍵的任一端碳上，然后發(fā)生雙鍵位移，生成特有的具有烯丙基結(jié)構(gòu)的反式ROOH[7]。

根據(jù)這種機(jī)理，1O2氧化脂質(zhì)生成的ROOH種類(lèi)和數(shù)量與由3O2氧化形成的ROOH種類(lèi)和數(shù)量是不同的。例如，在亞油酸系統(tǒng)中，與1O2反應(yīng)形成的氧化產(chǎn)物有共軛和非共軛4 種ROOH，而與3O2反應(yīng)形成的氧化產(chǎn)物則只有典型的兩種共軛雙鍵構(gòu)型的ROOH（圖4）[32]。

圖4 亞油酸與單線態(tài)氧的反應(yīng)[32]Fig. 4 Reaction of linoleic acid with singlet oxygen[32]

此外，1O2氧化的相對(duì)速率還與雙鍵數(shù)量成正比，C18:1、C18:2和C18:3不飽和脂肪酸與1O2的相對(duì)反應(yīng)速率比為1∶1.3∶2.3（表1）。

表1 單線態(tài)氧和三線態(tài)氧與不飽和脂肪酸的相對(duì)反應(yīng)速率[17]Table1 Relative reaction rates of singlet and triplet oxygen with unsaturated fatty acids[17]

光敏氧化形成的ROOH并不穩(wěn)定，會(huì)通過(guò)以下方式進(jìn)一步分解形成次級(jí)氧化產(chǎn)物：

一是少量氫過(guò)氧化物（ROOH）的熱分解，形成烷氧自由基（RO·）和羥自由基（·OH），如式（1）所示。

二是在變價(jià)金屬離子的作用下催化分解，形成烷氧自由基（RO·）、烷過(guò)氧自由基（ROO·）以及氫離子（H＋）和氫氧根離子（OH－），如式（2）、（3）所示。

這些自由基會(huì)直接參與到油脂的自動(dòng)氧化，進(jìn)一步加速油脂氧化劣變[33]。同時(shí)隨著ROOH濃度的增加，ROOH會(huì)進(jìn)一步分解形成醛、酮、酸、醇等對(duì)人體健康有害的物質(zhì)，產(chǎn)生不良風(fēng)味，使油脂喪失食用價(jià)值[34]。

3.1.2 油脂光敏氧化產(chǎn)物的鑒定

油脂光敏氧化產(chǎn)物的鑒定主要是通過(guò)定量檢測(cè)一級(jí)氧化產(chǎn)物ROOH實(shí)現(xiàn)的，傳統(tǒng)檢測(cè)油脂中總ROOH的方法有化學(xué)法和物理法，前者主要包括碘量法、比色法[35]、鐵配合物法[36]和酶促反應(yīng)法[37]，后者包括紫外分光光度法[38]和排阻色譜法[39]，其中紫外分光光度法只能檢測(cè)共軛雙鍵構(gòu)型的ROOH。上述傳統(tǒng)方法通常來(lái)說(shuō)只能作為估計(jì)ROOH總量的通用技術(shù)，并不能區(qū)分不同的油脂氧化類(lèi)型生成的不同ROOH。因此，國(guó)內(nèi)外研究者開(kāi)發(fā)出多種用于分析特定ROOH的方法。

油脂經(jīng)Type II光敏氧化生成獨(dú)有的非共軛ROOH，其含有的反式雙鍵在970 cm－1處有紅外吸收峰。在各種類(lèi)型的油脂氧化中，此吸收峰僅見(jiàn)于1O2氧化產(chǎn)物，因此可以表征油脂Type II光敏氧化[40]。ROOH還可以通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀分析鑒定[41]，首先用硼氫化鈉加氫或碘化鉀還原，再與三甲基硅烷試劑進(jìn)行硅烷化反應(yīng)，得到揮發(fā)性衍生物，然后用GC-MS鑒定不飽和脂肪酸在還原和硅烷化后產(chǎn)生的一級(jí)離子碎片，這些離子碎片含有豐富的信息，對(duì)ROOH的檢測(cè)限可以達(dá)到納克到飛克級(jí)別，可以分析鑒定不同類(lèi)型油脂氧化所產(chǎn)生的不同ROOH。此外，利用配備不同檢測(cè)器（化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器燈）的液相色譜[42]也可以進(jìn)行相關(guān)研究，但需要在液相色譜分離出ROOH后再進(jìn)行單獨(dú)的分析鑒定，步驟冗長(zhǎng)、操作繁瑣，因此應(yīng)用受到較大的限制。近年來(lái)，研究者們開(kāi)發(fā)出一種利用高效液相色譜-質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS）聯(lián)用儀對(duì)復(fù)雜氧化物分子結(jié)構(gòu)或其衍生物進(jìn)行分析的檢測(cè)方法[43-45]，該方法兼具液相色譜對(duì)完整分子分析的簡(jiǎn)便性和質(zhì)譜檢測(cè)的高靈敏性，因此在分析和鑒定不同類(lèi)型油脂氧化產(chǎn)生的不同ROOH方面極具優(yōu)勢(shì)與潛力。

3.2 植物甾醇的光敏氧化

植物甾醇（phytosterol，PS），又稱(chēng)植物固醇，是一種廣泛分布于油脂中的類(lèi)脂物質(zhì)，具有降低血漿中低密度脂蛋白膽固醇、干預(yù)多種慢性疾病的功效[46]。目前，PS已被用作功能性食品強(qiáng)化劑，添加到各類(lèi)含脂食品中。然而，食品中的PS同樣易受光敏氧化的影響，生成植物甾醇氧化物（phytosterol oxidation products，POPs），失去原有的生物活性和生理功能[47]。PS的光敏氧化同樣包括Type I和Type II兩條途徑，但以Type II氧化為主[48]。

Zhao Yajing等[49]研究了光氧化作用下油基質(zhì)中PS的穩(wěn)定性。Sen（葉綠素）能促進(jìn)光氧化過(guò)程中1O2的產(chǎn)生，對(duì)PS的光敏氧化起決定性作用。在Sen相對(duì)含量為0.025%、0.05%、0.1%，光源為白色發(fā)光二極管（light emitting diode，LED），光照強(qiáng)度為10 000 lx條件下照射14 d后，PS含量分別減少了15%、19%、28%。另外，甾醇的光敏氧化還與輻照強(qiáng)度有緊密的聯(lián)系，即隨著光照強(qiáng)度的增大，甾醇氧化速率常數(shù)增加，氧化速度加快。脂質(zhì)體系不飽和度的增加會(huì)抑制甾醇的光氧化，主要機(jī)理是隨著脂質(zhì)體不飽和度的提高，其與1O2的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合力會(huì)增強(qiáng)，從而降低甾醇的光敏氧化程度。

在該光照條件下，主要的POPs為7β-羥基甾醇，約占POPs總量的三分之一，其次是7α-羥基、5β,6β-環(huán)氧、7-酮基、5α,6α-環(huán)氧和6β-羥基甾醇（圖5）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，類(lèi)固醇甾核B環(huán)C7位是PS光氧化過(guò)程中的關(guān)鍵氧化位點(diǎn)[48-49]。通常情況下，POPs對(duì)人體健康不利[47,50]，但也有研究表明，麥角固醇被1O2氧化生成的麥角固醇過(guò)氧化物，可能具有潛在的健康益處和生理活性[51-53]，如麥角固醇暴露于紫外光時(shí)，會(huì)氧化生成VD2等功能性物質(zhì)。

圖5 植物甾醇及其主要光敏氧化產(chǎn)物[49]Fig. 5 Phytosterol and its major photosensitive oxidation products[49]

4 脂質(zhì)體中單線態(tài)氧氧化的控制方法

油脂的光敏氧化劣變主要是由Type II途徑產(chǎn)生的1O2所引發(fā)的，為了有效控制其光敏氧化，需要從Sen和3O2脫除、1O2淬滅、輻照光源控制等方面著手進(jìn)行研究。

4.1 光敏劑的脫除

通過(guò)精煉工序脫除油脂中微量的葉綠素等天然光敏劑，可以有效抑制1O2的產(chǎn)生，從而防止油脂的光敏氧化劣變。

4.1.1 物理吸附法

物理吸附法以吸附劑的多孔表面與色素產(chǎn)生分子間作用力為主要原理，可以同時(shí)脫除油脂中葉綠素、β-胡蘿卜素等多種色素，其工藝簡(jiǎn)單高效，是目前被研究最多、應(yīng)用最廣泛的油脂脫色技術(shù)，根據(jù)其材料大致可以分為傳統(tǒng)工業(yè)脫色材料和新型脫色材料兩類(lèi)。

4.1.1.1 傳統(tǒng)工業(yè)脫色材料

活性白土是一種粒徑細(xì)、吸附率高的天然土狀物質(zhì)，是工業(yè)中最常用的油脂精煉材料，具有出色的脫除油脂中色素和雜質(zhì)的能力。活性白土一般分為酸性白土和中性白土，其中酸性白土脫色效果要優(yōu)于中性白土[54]。為了達(dá)到更好的脫色效果并降低能耗，有研究者采用高壓電場(chǎng)輔助活性白土法進(jìn)行脫色，結(jié)果顯示，在保證脫色效果的前提下，采用高壓電場(chǎng)輔助脫色可使活性白土的用量降低50%，處理時(shí)間縮短35%，處理溫度降低28%。同時(shí)，該法可有效去除大豆油中90.47%的鐵離子和100%的銅離子[55]，具有節(jié)能高效的特點(diǎn)。Abbasi等[56]研究了超聲波輔助下活性白土對(duì)橄欖油中葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的脫除效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，沒(méi)有超聲波輔助的情況下（110 ℃、60 min），橄欖油中葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量分別從9.70 μg/g和2.47 μg/g降到1.46 μg/g和0.82 μg/g。當(dāng)引入超聲波輔助后（60 ℃、30 min），兩種色素含量可以進(jìn)一步分別降至0.17 μg/g和0.50 μg/g。超聲輔助同樣可以有效縮短脫色處理的時(shí)間并降低脫色處理的溫度，減少脫色過(guò)程造成的營(yíng)養(yǎng)損失，被認(rèn)為是更好的、能夠替代傳統(tǒng)脫色的方法。

活性碳是另一種工業(yè)上常用的油脂精煉材料，與活性白土相比，活性碳脫色后得到的油脂紅值較低，不會(huì)給油脂帶來(lái)異味。但是傳統(tǒng)的活性碳價(jià)格昂貴、吸油率高，應(yīng)用受到限制。Chetima等[57]以棉花和印楝籽殼為原料，經(jīng)碳化和酸活化制備得到活性碳；將該活性碳應(yīng)用于棉籽油的脫色，在吸附溫度60 ℃、吸附時(shí)間45 min時(shí)，脫色效果達(dá)到最優(yōu)，可以脫除原油中96%～98%的色素。這種新型的活性碳價(jià)格低廉、脫色效果好，可以作為傳統(tǒng)活性碳的有效替代品。

4.1.1.2 新型脫色材料

新型脫色材料如硅酸、硅膠、中性氧化鋁、聚酰胺等的出現(xiàn)為油脂脫色提供了新的解決方案。為達(dá)到100%脫除油脂中葉綠素、β-胡蘿卜素等色素的效果，一般是將上述幾種材料組合使用。Abad等[58]根據(jù)層析分離的原理開(kāi)發(fā)出一種脫除油脂中色素的新方法，其操作流程如圖6所示，將油脂與一定比例的正己烷混合后加入活性碳和硅酸中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁缓蠼?jīng)抽濾和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)等工序脫除溶劑，得到成品油脂。該法不僅可以完全去除油脂中的色素，而且具有操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)，可作為傳統(tǒng)油脂脫色技術(shù)的有效補(bǔ)充。然而，上述幾種新型脫色材料對(duì)油脂中微量成分脫除的選擇特異性較差，即在脫除葉綠素等色素的同時(shí)，也會(huì)造成PS、不飽和脂肪酸等功能性物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失。以菜籽油為例，在使用中性氧化鋁脫除葉綠素和β-胡蘿卜素的同時(shí)，油脂中游離脂肪酸被完全脫除，生育酚損失99.9%以上，PS損失15%以上[59-61]。因此在使用新型脫色材料對(duì)植物油脫色的同時(shí)，也應(yīng)該充分考慮到油脂中其他成分的損失。另外，上述新型脫色材料價(jià)格較為昂貴、成本高昂，因此該法目前僅適用于科研等領(lǐng)域，大規(guī)模工業(yè)化和商業(yè)化還需要進(jìn)一步發(fā)展。

圖6 層析分離技術(shù)結(jié)合新型脫色材料對(duì)油脂進(jìn)行脫色[58]Fig. 6 Decolorization of lipids by chromatography combined with new decolorizing materials[58]

4.1.2 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)作為一種非熱分離技術(shù)，在油脂精煉領(lǐng)域如分離脫除植物油中水分、磷脂、游離脂肪酸、金屬和色素方面已經(jīng)的得到了較為廣泛的應(yīng)用。Dadfar等[62]研究了膜分離技術(shù)在橄欖油脫色中的應(yīng)用，通過(guò)添加0.7%（以體系質(zhì)量計(jì)，下同）的活性白土、0.3%的活性碳和5%的十二烷基硫酸鈉溶液（0.05 mol/L）處理橄欖油，然后將其裝入ETNA10PP型超濾膜池中；通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化了包括壓力2×105～4×105Pa、溫度25～45 ℃和攪拌速率100～300 r/min在內(nèi)的分離條件。對(duì)膜處理油的理化性質(zhì)進(jìn)行了評(píng)估，并將其與原油和工業(yè)脫色處理橄欖油進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，膜分離條件在壓力3.7 bar（3.7×105Pa）、溫度36.5 ℃、攪拌速率300 r/min時(shí)達(dá)到最佳分離效果，可以將類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素含量分別降低71.3%和40.42%。ETNA10PP型超濾膜可以重復(fù)使用多次，此項(xiàng)技術(shù)可以作為傳統(tǒng)油脂脫色工業(yè)的前處理步驟，是對(duì)傳統(tǒng)脫色技術(shù)的有效補(bǔ)充。

Reddy等[63]研究了不同的高分子膜對(duì)葵花籽油中色素的分離效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以硅作活性層，分別以聚酰胺和聚砜作為支撐層的NTGS-2100和NTGS-1100型高分子膜，在壓力為4.5 MPa，葵花油稀釋液流速分別為0.15 kg/（m2·h）和0.47 kg/（m2·h）條件下，對(duì)葉綠素的分離率分別達(dá)到了95.6%和72.3%。通過(guò)對(duì)分離前后植物油稀釋液紫外-可見(jiàn)吸收光譜的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，NTGS-2100和NTGS-1100型高分子膜在分離植物油中葉綠素的同時(shí)類(lèi)胡蘿卜素得到了更為有效的脫除。但值得注意的是，此項(xiàng)高分子膜分離技術(shù)通常需要維持較高的壓力，因此耗能較高，很大程度上限制了其發(fā)展；另外，壓力與溶液流速、色素分離效果高度相關(guān)，后續(xù)應(yīng)該優(yōu)化最佳分離參數(shù)以探索其工業(yè)化商業(yè)化之路。

4.2 三線態(tài)氧的脫除與控制

油脂中溶解氧含量與自由基形成以及揮發(fā)性脂質(zhì)氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生有很大的相關(guān)性[64]。另外，由葉綠素等光敏劑激發(fā)形成1O2的量子產(chǎn)率也與油脂中溶解氧濃度呈正相關(guān)[65]。因此，為了有效控制油脂的光敏氧化，需嚴(yán)格控制油脂中溶解氧的含量[66]。

4.2.1 活性包裝

活性包裝指主動(dòng)向包裝食品或食品周?chē)h(huán)境釋放或吸收某類(lèi)物質(zhì)成分的新型食品包裝技術(shù)，可分為活性清除系統(tǒng)（添加吸收劑）和活性釋放系統(tǒng)（添加釋放劑）[67]；前者用來(lái)去除食品或食品環(huán)境中不需要的化合物，后者則通過(guò)釋放劑將所需的化合物添加到包裝食品體系或包裝頂部空間。活性包裝在食品中的具體應(yīng)用見(jiàn)表2。

表2 活性包裝在食品中的應(yīng)用[67]Table2 Application of active packaging in foods[67]

3O2清除劑（oxygen scavenger，OS）是活性包裝技術(shù)中最成功的應(yīng)用之一[68]，傳統(tǒng)食品工業(yè)從食品包裝中脫除3O2主要是通過(guò)真空包裝工藝實(shí)現(xiàn)的。即使如此，包裝中的殘余氧體積分?jǐn)?shù)仍通常保持在0.5%～5.0%之間，并可能隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)進(jìn)一步增加。這主要是包裝過(guò)程中排空不足、3O2通過(guò)包裝材料滲入或包裝密封性差、溶解在食品中的3O2逐漸釋放到包裝容器中等因素所導(dǎo)致。

活性包裝中最常見(jiàn)的OS是鐵基清除劑[69]，在反應(yīng)過(guò)程中鐵基清除劑被氧化成穩(wěn)定的三水合氧化鐵復(fù)合物，消耗掉食品體系中的3O2。Mu Honglei等[70]研制并評(píng)估了一種使用鐵納米顆粒、活性碳、氯化鈉和氯化鈣混合的新型鐵基OS。納米鐵基OS（平均粒徑為110 nm）對(duì)3O2的清除能力幾乎是微米級(jí)鐵粉的1.4 倍，新型納米鐵粉可以快速地使密封包裝內(nèi)的溶解3O2和頂空3O2濃度穩(wěn)定保持在較低水平，降低3O2受激發(fā)生成1O2的量子產(chǎn)率和產(chǎn)量，從而抑制食品中脂類(lèi)物質(zhì)的光敏氧化。

另一類(lèi)常見(jiàn)的OS基于天然或生物成分，包括小分子抗氧化劑（如抗壞血酸和鄰苯二酚）、耗氧孢子、酵母、大米提取物等[71]。這些小分子抗氧化劑不僅能夠清除食品包裝內(nèi)的3O2，還可以淬滅包括1O2[20]在內(nèi)的多種活性氧，其中抗壞血酸還可以與過(guò)渡金屬（如銅）結(jié)合使用，以吸收食品系統(tǒng)中的3O2，并且金屬-抗壞血酸復(fù)合物能夠快速將反應(yīng)過(guò)程中生成的過(guò)氧化氫還原為水，而不會(huì)形成任何自由基。

近年來(lái)，活性包裝在脂類(lèi)食品中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)步。然而，在應(yīng)用活性包裝脫除和控制食品中3O2的同時(shí)也應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到其存在的一些缺點(diǎn)：OS通常是封裝在活性包裝的隔層或小袋中[71]，而這些隔層和小袋中的物質(zhì)（如納米鐵粉）通常是不可食用的。如果這些隔層或者小袋出現(xiàn)缺陷，發(fā)生泄露，尤其是當(dāng)這些缺陷的尺寸小于臨界尺寸（標(biāo)準(zhǔn)檢漏儀的檢測(cè)極限為10 μm）時(shí)，會(huì)對(duì)食品本身造成嚴(yán)重污染[72]。

4.3 單線態(tài)氧淬滅與控制

除避光、清除3O2外，可在食品體系中添加適量的1O2淬滅劑，通過(guò)物理或化學(xué)作用機(jī)制，使1O2淬滅，從而防止脂類(lèi)光敏氧化的發(fā)生。1O2淬滅劑可以分為天然淬滅劑和人工合成淬滅劑兩大類(lèi)。前者主要包括類(lèi)胡蘿卜素[73]（尤其是番茄紅素[74]）、生育酚[75]、黃酮類(lèi)化合物[76]等，后者包括食品工業(yè)中常用的特丁基對(duì)苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）、丁基羥基茴香醚（butylated hydroxyanisole，BHA）和二丁基羥基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）等[77]。為了更有效地淬滅1O2，國(guó)內(nèi)外研究者在天然和人工合成1O2淬滅劑方面開(kāi)展了諸多研究和探索，并取得了系列研究成果。

4.3.1 新型天然1O2淬滅劑

天然抗氧化劑通常是食物中存在的天然組分，因安全性高而更容易被消費(fèi)者接受。Hajimohammadi等[77-78]用蒽作為1O2捕獲劑，將西番蓮（passiflora incarnateL.）的水醇提取物（hydroalcoholic of pasipay，HAP）與BHT、BHA、TBHQ的淬滅性能進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，上述4 種抗氧化劑對(duì)1O2淬滅性能從高到低依次為HAP＞TBHQ＞BHT＞BHA。在抑制油脂光敏氧化方面，添加HAP（含0.457 6 mg黃酮類(lèi)化合物）可使油酸與1O2的氧化作用降低約11%，說(shuō)明HAP可有效淬滅脂質(zhì)中的1O2，從而有效抑制脂肪酸的光氧化作用。

4.3.2 新型人工合成1O2淬滅劑

人工合成抗氧化劑具有高效、價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，在允許添加范圍內(nèi)使用對(duì)人體是安全無(wú)毒的。Hajimohammadi等[78]研究發(fā)現(xiàn)在紫外線或可見(jiàn)光照射下，2-硝基苯甲醛可有效阻斷一系列不同測(cè)試樣品中1O2的形成。將不同的硝基苯甲醛異構(gòu)體與食品工業(yè)中使用的其他高效合成抗氧化劑（BHT、BHA、TBHQ）進(jìn)行比較，結(jié)果表明，不同抗氧化劑對(duì)1O2的淬滅性能從高到低依次為2-硝基苯甲醛＞TBHQ＞3-硝基苯甲醛＞BHA＞4-硝基苯甲醛＞BHT。此外，該化合物在300～575 nm相當(dāng)寬的光譜范圍內(nèi)都表現(xiàn)出對(duì)光敏氧化形成的1O2有高度的淬滅作用，對(duì)脂肪酸的保護(hù)作用超過(guò)公認(rèn)的抗氧化劑（BHT、BHA、TBHQ）。目前，該1O2淬滅劑已經(jīng)進(jìn)入安全評(píng)估階段，正在考察其在體內(nèi)的代謝以及可能產(chǎn)生的不良副作用，以確保其作為潛在食品添加劑的安全性。

4.4 光源的選擇

為了吸引消費(fèi)者，商家通常將油脂或者脂類(lèi)食品采用透明包裝并置于一定強(qiáng)度的光照下陳列，但由此也引發(fā)了食品中脂類(lèi)物質(zhì)的光敏氧化問(wèn)題。為了盡可能減少輻照所引起的油脂氧化，有學(xué)者研究了不同光源對(duì)光敏氧化以及1O2生成速率的影響，試圖尋求光照效果好但又不易引發(fā)食品中脂類(lèi)物質(zhì)光敏氧化的光源。

新鮮牛奶暴露在光照下產(chǎn)生異味是由Type I和Type II途徑共同參與光敏氧化所導(dǎo)致的[79]：新鮮牛奶中含有的水溶性維生素——核黃素是典型的光敏劑，在光照下迅速引發(fā)光敏反應(yīng)，導(dǎo)致牛奶中脂質(zhì)氧化，生成醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)等多種氧化產(chǎn)物。Brothersen等[80]將含有1%脂肪并添加VA和核黃素的新鮮牛奶分別暴露在4 000 lx的LED光源和2 200 lx的熒光燈下照射24 h，結(jié)果表明，盡管LED的發(fā)光強(qiáng)度更高，但在熒光燈照射下牛奶的品質(zhì)變化更大。在熒光燈下暴露12 h后便可檢測(cè)出牛奶中的異味，而在LED光源下需24 h后才能檢測(cè)到。與新鮮牛奶相比，核黃素的含量在熒光燈下暴露24 h后顯著降低，而在LED光源下其含量基本保持不變，光敏氧化過(guò)程中核黃素本身的降解已被證明是Type II途徑生成的1O2氧化所導(dǎo)致[17]。另外，暴露于熒光燈下時(shí)，乳脂肪被Type II途徑生成的1O2氧化，所產(chǎn)生的二甲基硫醚[81]和1-辛烯-3-酮[82]含量均顯著高于LED光源照射組，這兩種物質(zhì)分別是牛奶產(chǎn)生“陽(yáng)光味”和“金屬味”的主要呈味物質(zhì)之一。

對(duì)于上述不同光源導(dǎo)致1O2生成速率的差異，目前還沒(méi)有強(qiáng)有力證據(jù)支持的、得到業(yè)界同行公認(rèn)的理論解釋[84]。目前較為主流觀點(diǎn)是不同光源的發(fā)光光譜不同，LED光源的光譜主要集中在460 nm的藍(lán)光和500～600 nm的黃綠光附近（圖7A），這種光譜分布使得LED在同等照度下亮度更高，而且光譜中不含紫外線。而對(duì)比熒光燈光譜可以發(fā)現(xiàn)，熒光燈發(fā)出的光包含400 nm以下的紫外線（圖7B）。光敏機(jī)理表明，1Sen*到3Sen*的系間竄躍與1Sen*到1Sen的內(nèi)部轉(zhuǎn)化是競(jìng)爭(zhēng)性關(guān)系，紫外線等較短波長(zhǎng)的光可以使能量向前者傾斜，從而加強(qiáng)系間竄越機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)力，使1O2生成效率更高[85]，而這很可能是LED光源在控制Type II途徑光敏氧化方面優(yōu)于熒光燈的根本原因。

圖7 LED燈（A）和熒光燈（B）的發(fā)光光譜[83]Fig. 7 LED (A) and fluorescent (B) emission spectra[83]

5 結(jié) 語(yǔ)

本文綜述了脂類(lèi)食品中1O2的形成途徑、光敏氧化機(jī)理及甘油三酯和PS等常見(jiàn)脂類(lèi)物質(zhì)的光敏氧化，并從光敏劑和3O2的脫除與控制、1O2淬滅、光源選擇等方面深入分析了食品中脂類(lèi)物質(zhì)光敏氧化控制的最新研究進(jìn)展。然而，食品中脂類(lèi)物質(zhì)的光敏氧化除了通過(guò)Type II（主要途徑）發(fā)生以外，在無(wú)光輻照情況下，1O2仍可通過(guò)烷基自由基歧化、酚類(lèi)物質(zhì)氧化、超氧陰離子與過(guò)氧化氫反應(yīng)、氫過(guò)氧化物與羰基反應(yīng)等多種途徑生成[86]，并由此引發(fā)后續(xù)脂類(lèi)物質(zhì)的氧化劣變。因此，為了有效控制由1O2引發(fā)的脂類(lèi)氧化，在未來(lái)研究中應(yīng)該加大對(duì)非Type II途徑產(chǎn)生1O2的研究力度，深入解析其形成機(jī)理、影響因素，并提出安全、有效的控制手段，為全面控制由1O2引發(fā)的食品中脂類(lèi)物質(zhì)的氧化提供充分的理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。