凍藏對水產品脂質氧化影響研究進展

郁慧潔 謝 晶,2,3,4

(1.上海海洋大學食品學院，上海 201306；2.上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306；3.教育部海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，遼寧 大連 116034；4.食品科學與工程國家級實驗教學示范中心〔上海海洋大學〕，上海 201306)

水產品脂質氧化可分為酶促反應、自動氧化與光敏氧化。酶促氧化是指脂質在脂氧合酶催化作用下的反應；自動氧化是由基態氧與不飽和油脂發生的自由基鏈式反應；光敏氧化是由單線氧與不飽和油脂發生的直接反應。水產品凍藏過程中主要發生的是自動氧化。

水產品中富含不飽和脂肪酸而極易發生脂肪氧化，是其貯藏過程中發生品質變化的主要原因之一[1]。食品凍結使水變成冰晶抑制了微生物生長并降低了酶活力，減少了微生物酶、脂肪酶和磷脂酶等降解脂質生成游離脂肪酸，因此凍結后的凍藏被廣泛應用于水產品保鮮中。然而，凍藏雖能一定程度上緩解水產品因脂質氧化引起的品質變差等問題，但高度不飽和脂肪酸即使在很低的溫度下也很難凝固，所以水產品在凍藏過程中脂質氧化還會發生。這是由于水結冰膨脹的壓力，使脂肪酸從細胞內部移動到細胞表面，增加了其與空氣中氧氣相互作用的機會，脂肪酸很容易被分解。凍藏期間，脂質氧化通常與蛋白質分解產生氨基酸、含氮化合物分解產生堿性氮等同時發生，導致水產品顏色、氣味和風味變化，使產品品質劣變，降低了營養還產生了有害物質[2]。為此，文章擬概述水產品在凍藏過程中因脂質氧化而發生的品質變化的原因，影響脂質氧化的自由基、金屬離子等因素，以及近年來對脂質氧化各種控制方法等的研究現狀，以期為水產品在凍藏期間脂質氧化的研究提供依據。

1 凍藏過程中食品脂質氧化的危害

凍藏能延長水產品的貨架期，但仍會發生脂質自動氧化。脂質氧化過程是由鏈引發、鏈增值和鏈終止3個階段組成。脂質自動氧化的基礎是氫過氧化物與自由基的產生。如圖1所示，過渡金屬等引發劑的存在使自由基RH被氧化生成R·；R·與O2反應生成ROO·，ROO·奪取周圍脂肪酸分子中的質子產生新RH與ROOH，使氧化反應鏈逐漸增長。但ROOH不穩定，會分解生成醛類、酮類、醇類等穩定化合物，反應終止。此過程中水產品的蛋白質特性和感官品質會受到較大影響[3]。

圖1 脂質自動氧化過程示意圖

1.1 促進蛋白質的氧化

Zheng等[3]發現蛋白質氧化的發生與脂質氧化有關，Hematyar等[4]證實了這個觀點，尤其是凍藏期間脂質氧化對蛋白質氧化的促進作用更大。這可能是因為脂質氧化過程會產生過氧自由基、羥基和烷氧基等活性氧成分，引起蛋白質分子交聯；且其提供了大量促使蛋白發生氧化反應的羰基物質[5]，如丙烯醛(ACE)、丙二醛(MDA)與4-羥基壬烯醛等，隨著脂質氧化程度的增加，蛋白質氧化隨之加強。脂質氧化對肌原纖維蛋白的影響遠大于肌漿蛋白[6]，因為脂質氧化產生的MDA可直接引起肌原纖維蛋白羰基化，MDA通過促進高價肌紅蛋白的形成和非血紅素鐵的釋放影響活性氧(ROS)的生成，進而促進肌原纖維蛋白氧化。

此外，脂質氧化還會加速蛋白質的變性。脂質氧化促進蛋白氧化，使蛋白的主鏈與氨基酸殘基側鏈變化加快，如肽主鏈斷裂、氨基酸殘基側鏈的氧化修飾和蛋白分子間的交聯物形成等[7]，從而加速蛋白質的變性。

1.2 降低感官品質

影響水產品色澤的主要成分為肌紅蛋白[8]。脂質氧化產生的自由基能夠使肌紅蛋白發生變性從而導致肌紅蛋白氧化。肌紅蛋白氧化會影響肉色的穩定性，使肉呈現消費者難以接受的暗褐色[9]。Wongwichian等[10]研究表明，隨著貯藏時間的延長，竹莢魚的硫代巴比妥酸值(TBA值)和肌紅蛋白顯著增加(P<0.05)，相對紅度值下降，說明脂質氧化對肉色穩定性造成了不良影響。

水產品的腥味物質主要有3個來源：外界環境、脂質氧化和微生物作用[11]。脂質氧化導致水產品產生腥味主要是因為貯藏過程中游離脂肪酸(FAA)的氧化，不飽和脂肪酸氧化會生成醛類、酮類、醇類等物質。王幫國[12]研究發現，解凍后白鰱中的E-2-癸烯醛、E，E-2，4-癸二烯醛、E，E-2，4-庚二烯醛等醛類物質明顯增加，其對白鰱魚肉的臭味有較大貢獻，因此，可以認為脂質氧化會加重水產品的腥味和腐臭味。Liang等[13]用殼聚糖對牡蠣脫脂來除臭，該方法可去除92%的脂肪，利用氣相色譜質譜分析發現魚腥味成分含量明顯降低，說明脂肪酸氧化降解會加劇水產品腥味物質的產生。

綜上，脂肪氧化促進了蛋白質的氧化，加速了水產品的腐敗變質，影響了水產品的色澤，導致腥味和腐臭味產生，嚴重影響了消費者的購買欲。因此，脂質氧化的抑制或緩解對保持水產品凍藏期間的品質、延長水產品貨架期十分重要。

2 影響水產品脂質氧化的主要因素

2.1 內源促氧化因子

自由基[14]、金屬離子[15]與血紅蛋白[16]是重要的內源促氧化因子。

自由基是脂質氧化反應第二階段的主產物之一，是影響脂質氧化的一個重要因素。Chen等[17]研究發現，隨著自由基產生量的增加，自由基信號強度增加，脂質氧化水平提高。李云菲等[18]在抑制自由基誘導的魚肝油脂質氧化試驗中也發現減少自由基的產生量能夠一定程度地抑制脂質氧化。

水產品凍藏過程中，金屬離子促進脂質氧化的主要原理是冰晶造成細胞損傷，細胞由此釋放出金屬離子，金屬離子誘導不飽和脂肪酸反應生成了自由基，自由基參與脂質氧化鏈式反應，使氧化過程加速。其中起作用的金屬離子主要為Fe2+。Zhang等[19]研究發現，與未添加Fe2+相比，添加Fe2+能夠顯著增加鳙魚勻漿液的脂質氧化程度(P<0.05)。Gomez等[20]通過抑制三甲胺氧化物(TMAO)去甲基化酶來抑制鱈魚脂質氧化，其使用多酚類物質作為金屬螯合劑，能在自由基攻擊脂質之前中和自由基、螯合包括Fe2+在內的金屬離子，從而延緩脂質氧化。

血紅蛋白是造成水產品脂質氧化的主要誘導因子之一，其原理是脂質自動氧化產生的高鐵血紅蛋白釋放血紅素和Fe2+促進脂質氧化的發生[21]，并且pH影響其促氧化程度[22]。酸性條件下，精氨酸能更穩定地抑制血紅蛋白與氧氣結合，降低血紅蛋白內鐵離子的鍵合強度，促進氫過氧化物的生成。此外，參與脂質氧化的過氧自由基和羥基自由基的生成速率加快，促進脂質氧化。Richards等[23]發現隨著pH的降低，虹鱒魚血紅蛋白催化的脂質氧化反應明顯提高，當pH為7.8時，氧化速率明顯降低，與Maqsood等[24]的結論一致。這可能是因為pH能影響血紅蛋白自動氧化的各種因子，從而影響其誘導肌肉脂質氧化的反應進程。

2.2 脂肪酸的組成

水產品中含有豐富的n-多不飽和脂肪酸，主要是二十碳五烯酸(EPA)與二十二碳六烯酸(DHA)，高比例的長鏈n-多不飽和脂肪酸是魚類肌肉容易發生脂質氧化的關鍵。不飽和脂肪酸的氧化速率和雙鍵的數量相關，一般雙鍵數目越多脂質氧化速率越快，例如油酸、亞油酸、亞麻酸與花生四烯酸的氧化速率比為1∶10∶20∶40，多不飽和脂肪酸比單不飽和脂肪酸更容易被氧化。不同種類魚脂肪酸組成不同、同種魚不同部位脂肪含量不同，其脂質氧化速率也不同，如魷魚凍藏期間TBA值會低于一般水產品，因為魷魚的脂肪含量較低[24]；干腌魚因多不飽和脂肪酸含量較高，脂質氧化較為嚴重[25]。

徐坤華等[26]將藍鰭金槍魚的赤身、中腹與大腹分別于-18 ℃凍藏170 d，其TBA值顯著高于黃鰭金槍魚[27]的，且藍鰭金槍魚各部位TBA值的易氧化度為大腹>中腹>赤身，可能是因為同一種魚不同部位的脂肪酸組成不同，脂肪含量高的魚肉比脂肪含量低的更容易發生脂質氧化。Bao等[1]研究發現，以蒲公英多糖處理的南極磷蝦的不飽和脂肪酸含量在凍藏過程中均無顯著變化，未經處理的樣品的脂質氧化程度高于處理組，這從側面反映了不飽和脂肪酸的氧化是脂質氧化過程中非常重要的一個環節。因此，若要探求可緩解脂質氧化的方法可以優先選擇多脂魚進行研究，如大黃魚、金槍魚、鰻魚、帶魚等。

2.3 溫度

2.3.1 凍結速度和凍藏溫度 凍結速度會影響細胞中冰晶的形成和生長，進而影響水產品脂肪氧化。劉書來等[28]研究發現，當烏鱧塊凍結溫度為-20，-30，-40 ℃時，通過最大冰晶生成帶的時間分別為310，226，125 s，凍結速率分別為3.42，5.63，8.65 cm/h，TBA值分別為0.72，0.70，0.65 mg/kg，說明凍結速率越快TBA值上升越緩慢，這主要因為凍結速率越快，通過最大冰晶生成帶的時間越短，對細胞造成的破壞越小，細胞內的一些促氧化劑也不會被釋放出來，所以脂質氧化程度越低。

路昊等[27]研究發現，凍藏溫度越低，黃鰭金槍魚TBA值越小。屈彤彤等[29]發現玻璃態(-80 ℃)凍藏的南美白對蝦品質比-60，-40，-18 ℃的更好、貨架期更長，-18 ℃凍藏的南美白對蝦的脂質氧化程度最高，主要是因為非凍結相中溶液濃度不斷提高，最終到達最大凍結濃縮狀態后溶液中的剩余水分不再結晶而達到玻璃態，高黏度下分子移動性大幅度降低，從而降低了受分子擴散控制的氧化反應速率，所以玻璃態下的水產品品質穩定，但-80 ℃的凍藏成本高，難以在產業中推廣。

2.3.2 凍融循環 溫度波動會造成水產品品質惡化[30]，凍融循環放大了溫度波動對脂質氧化的影響，可以更直觀地反映其對水產品品質的影響。凍融循環會破壞肌纖維完整性，對細胞膜造成破壞，促使血紅素鐵等促氧化物質釋放，提高脂質氧化速率。快速凍結時，通過最大冰晶生成帶時間短，形成的冰晶細小、分布均勻，此過程中冰晶幾乎不會對細胞產生傷害，但解凍后再凍結會使細胞失水、產生大冰晶導致細胞結構被破壞，脂質氧化速率加快[31]。Wang等[32]研究顯示，隨著凍融次數的增加，鯉魚TBA值增大。Zhang等[33]研究發現，鳙魚魚片的FAA含量、POV、TBA值和熒光化合物值均隨凍融次數的增加而增加，且呈遞增關系。綜上，凍融循環會加劇脂質氧化程度。

運輸或銷售過程中難免會存在溫度波動，對凍品品質尤其是富含不飽和脂肪酸的水產品而言是極大的傷害。現已有研究通過添加新型抗凍劑[34]、使用新型包裝[35]等來減少溫度波動對水產品脂質氧化的影響。

此外，干耗會加劇產品的脂質氧化[36]。干耗是水產品凍藏過程中，凍藏室內空氣的蒸汽壓小于飽和水蒸氣壓，水產品表面的蒸汽壓接近飽和蒸汽壓，因此在蒸汽壓差的作用下，會有一些水分從水產品表面蒸發，造成其質量減少。水蒸氣蒸發會促使空氣進入水產品，加速其脂質氧化反應。

3 凍藏水產品脂質氧化的控制措施

3.1 天然抗氧化劑

3.1.1 多肽類 肽不僅能夠清除自由基，還能螯合金屬離子，具有供電子能力，可一定程度上抑制凍藏過程中水產品的脂質氧化[37]。趙翊君[38]以鱸魚為原料制備抗氧化肽，經分析確認其對細胞的氧化損傷有保護作用，該肽的抗氧化活性主要得益于鱸魚中豐富的色氨酸、酪氨酸等抗氧化活性氨基酸。Zhang等[19]用胰蛋白酶和堿性磷酸酶水解鰱魚魚鰭并將水解產物用于鳙魚魚片保鮮，多次凍融循環后鰱魚魚鰭水解物降低了鳙魚魚片的FAA、POV、TBA值與熒光化合物值。這可能是因為鰱魚魚鰭的胰蛋白酶和堿性磷酸酶水解物對ABRS自由基具有較強的體外清除活性，并且能螯合Fe2+，抑制了初級氧化產物和二級氧化產物的生成，降低了鳙魚魚片中脂質氧化程度。該水解物可以作為一種潛在的天然抗氧化劑用于魚片保鮮。

除了水產來源的肽外，一些植物肽也能夠抑制脂質氧化[39]。與魚源抗氧化肽不同的是植物源抗氧化肽能減少活性氧的產生并增強內源酶和非酶抗氧化劑的防御能力，從而減緩脂質氧化。但這些多肽提取過程比較繁瑣，提取量也較少，限制了其使用。目前已有研究[40]采用超聲波等新型技術輔助提取這些多肽類物質，并得到了更高的提取率。

3.1.2 多酚類 一些水果、蔬菜具有較好的抗氧化性主要是因為其含有較多的多酚類物質，如類黃酮、白藜蘆醇、酚酸、芪、木酚素等。多酚類提取物通過破壞水產品凍藏過程中的自氧化鏈反應和/或抑制自由基的形成[41]，其作為特殊的氫或電子供體，可以快速將氫原子給脂質自由基來阻礙脂質氧化，所以常被用來緩解脂質氧化引起的水產品品質劣變。多酚類抗氧化劑在凍藏水產品中的應用見表1。

表1 多酚類抗氧化劑在凍藏水產品中的應用

其中使用較多的是茶多酚，其抗氧化作用主要來源于類黃酮，并且在茶多酚結構中有相連或相鄰的苯酚基，因此茶多酚的抗氧化活性要比單酚或非酚性基類抗氧化效果好[45]。茶多酚能夠抑制氧化酶并促進抗氧化酶活性[46]，有效控制脂肪酸的氧化分解，對不飽和脂肪酸氧化抑制明顯，尤其是高不飽和脂肪酸，可顯著降低C22和C20系脂肪酸的氧化分解速度，抑制血紅素鐵氧化、保持肌紅蛋白的紅色[47]。Xie等[48]用茶多酚處理凍結前的干貝，其貨架期是對照組的1.7倍以上，多不飽和脂肪酸損失率從27.37%降至12.00%以下，有效抑制了脂質氧化。Zhang等[33]用茶多酚處理凍結前的鳙魚，其TBA值和POV均低于其他對照組。但茶多酚溶解性差，會對其抗氧化活性的發揮造成影響。此外，茶多酚本身不穩定易發生氧化，新產生的自由基和強氧化性物質達到一定量后，會抵消其本身的抗氧化活性[45]。

3.1.3 香辛料提取物 香辛料是具有辛香、芳香等風味的植物性制品，或是從植物的根、莖、葉等提取的香精油。其抗氧化成分主要為酚類物質，如百里香精油中的香芹酚與百里香酚、丁香精油中的丁子香酚等。其阻斷了脂肪自動氧化鏈，螯合了金屬離子。通常情況下，精油的抗氧化效果隨精油種類、濃度的不同而不同。比較常用的是迷迭香和一些精油。迷迭香提取物中含有豐富的黃酮類物質和縮合單寧，能延緩ω-3脂肪酸的氧化[36]。He等[37]發現丁香精油具有明顯的抑菌和抗氧化活性，用丁香精油處理鱸魚并凍藏，試驗組的TBA值明顯低于空白對照組。研究[49]表明，多種精油混合使用的脂質氧化抑制效果要優于單一精油。然而多酚類物質和精油獨有的氣味使大部分消費者不能接受，且其提取工藝復雜、成本高，較大程度上限制了其在水產品中的應用。

3.2 包裝

3.2.1 真空包裝 真空包裝因其成本低、操作簡單、保鮮效果好而被廣泛應用于各領域。真空包裝是通過抽去包裝內的空氣(氧氣)從而抑制需氧微生物的生長和脂質氧化。Sofra等[50]用真空包裝處理剛宰殺完的金槍魚并進行凍藏，與一般包裝的金槍魚相比，其脂質氧化程度明顯降低，與Dang[51]用真空包裝處理鯰魚的結論相同。將抗氧化劑與真空包裝結合使用的效果比各自單一使用的要好[52]。此外，有學者[53]對包裝材料進行了研究，通過改變材料的氧氣透過率、水蒸氣透過率來調節產品的水分含量和水分活度，水分會加大O2的溶解度加速脂質氧化反應過程使POV增大。此外，解決封口破損、易撕裂、材料有毒有害性等基本問題的關鍵因素也是真空包裝材料的選用。

3.2.2 氣調包裝 氣調包裝(MAP)是由CO2、O2、N2三者中的2種或3種氣體以不同比例混合并替代袋內原有的空氣以抑制食品劣變的包裝技術。Imazaki等[54]用體積分數為70%/30%的O2/CO2的氣調包裝處理南美白對蝦，與直接凍藏相比，蝦的色澤和脂質氧化程度均有較大改善，延長了貨架期。相較于真空包裝，氣調包裝保藏的魚肉品質更好、貨架期更長，這主要是因為氣調包裝時水產品的汁液損失小[53]。同時還有將抗氧化劑[55]、超高壓[56]等方法結合氣調包裝用于冷藏、凍藏水產品，也很好地緩解了脂質氧化對水產品品質的影響。氣調包裝材料也是影響水產品品質的重要因素，不同的貯藏方式、不同的水產品應選擇不同的氣調包裝材料[57]。但氣調包裝的氣體比例沒有普適性，不同水產品最適的CO2/O2/N2比例不同；此外氣調包裝會增大產品的體積，不方便運輸且存在擠壓破損的風險。

3.2.3 抗氧化活性包裝膜 抗氧化活性包裝膜是在聚合物基質中加入抗氧化劑，其操作方法主要有：① 將抗氧化劑直接加入到薄膜中；② 將抗氧化劑涂覆或吸附于薄膜基質表面[58]。抗氧化活性包裝膜的主要成分包括聚合物基體、增塑劑、抗氧化劑等。聚合物基體用于增強活性包裝膜的功能，增塑劑可以提高膜的機械性能。在活性包裝膜的基質中，抗氧化活性物質的添加表現出了較好的降低水產品脂質氧化速率的作用[59]，且由兩種及以上聚合物基質組成的混合膜具有更好的效果[60]。De[61]用含有大麥殼提取物的薄膜包裝大西洋比目魚并對其進行凍藏，凍藏12個月時試驗組的FAA含量與9個月時的空白組的相近，且試驗組的MDA含量顯著低于空白組，證實了抗氧化活性包裝膜能延緩脂類水解，并提高大西洋比目魚肉的氧化穩定性。De[61]使用含大麥殼提取物的低密度聚乙烯膜包裝處理凍藏前的藍鯊，與Pereira等[62]用含琉璃苣籽提取物的魚膠膜包裝馬鮫魚餅后凍藏得到了相似結論，說明抗氧化活性包裝膜能緩解凍藏期間水產品的脂質氧化。

但是，抗氧化劑的添加會對薄膜的厚度、阻隔性能、顏色等造成不良影響；抗氧化劑的釋放也存在不確定性；此外，薄膜制備工藝的繁瑣等均對抗氧化活性包裝膜的使用造成了一定影響。

3.3 鍍冰衣

鍍冰衣是通過將水產品的溫度降至凍結點以下，快速噴淋或浸漬冰衣液，在水產品表面形成一層薄冰的保鮮方法。研究[63]表明，水產品進行鍍冰衣處理后能緩解脂質氧化，保持凍藏期間產品品質。這可能是因為冰衣層會使水產品與空氣隔絕，阻礙脂質氧化，也可以防止凍藏期間的干耗氧化。還可在冰衣液中加入不同抗氧化物質，加強保鮮效果。譚明堂等[64]研究發現冰衣液中添加迷迭香酸、異抗壞血酸鈉和聚丙烯酸鈉的效果要優于直接凍藏空白組。這可能是因為迷迭香酸和異抗壞血酸鈉本身就有一定的抗氧化性，因此效果會優于純水冰衣。聚丙烯酸鈉遇水膨潤，會變成黏稠液體，使冰衣不易破裂，因而其也具有較好的水產品品質保藏效果。

因此鍍冰衣時，不僅可通過抗氧化活性物質的添加改善冰衣對水產品的保鮮效果，而且要考慮如何防止冰衣層的破裂、冰衣量、鍍冰衣的方式等。

3.4 其他

為了能更好保持水產品凍藏期間的品質，越來越多的人選擇新型技術輔助凍結來減少凍結對凍藏食品品質的影響，這些方法主要是通過抑制冰晶生成來緩解凍藏期間水產品脂質的氧化。如磁場的存在可以提高過冷度，通過加快凍結速率來緩解因生成大冰晶而造成的脂質氧化[65]；基于空化效應的超聲波能促進晶核的生成加快凍結速率[66]，并且超聲波處理會降低脂肪酶、磷脂酶和脂氧合酶活性，從而抑制脂質氧化[67]。目前關于新型技術輔助凍結緩解水產品脂質氧化的研究見表2。但是這些技術也存在一些問題，如高壓處理投入成本高，而且壓力過高會導致肌紅蛋白變性，促進脂質氧化[68]；微波、射頻、磁場等會對水產品的肌肉造成損傷，如肉質變硬、失去彈性等，目前這些方法在水產品保鮮中的應用還停留在研究階段。

表2 新型技術輔助凍結

4 總結與展望

凍藏是水產品最常用的保存方式，其能較長期貯藏水產品，但凍藏過程中自由基、金屬離子、血紅蛋白等內源促氧化因子的存在會使水產品發生脂質氧化。脂質氧化不僅會降低水產品原有的營養價值，還會使其變質甚至不能食用，因此研究脂質氧化的控制措施很有必要。

雖然實驗室中一些預處理方法能夠在一定程度上抑制脂質氧化，但若要進行工業化應用，還要考慮到生產成本和操作工序。此外，一些處理方式雖然效果比較好，但也存在各種問題，如抗氧化劑殘留的異常氣味會使消費者難以接受，高壓、磁場這些新興技術運用的可行性和安全性問題。因此，水產品凍藏過程中需要更多既能控制脂質氧化，還能產業化推廣的技術。