DHA油脂氧化的影響因素與控制

馬長宏

安徽天凱生物科技有限公司（滁州 239000）

二十二碳六烯酸（DHA）是一種人體必需的不飽和脂肪酸，具有諸多生理功能，如抗炎抑癌、延緩衰老、降血脂、改善高脂血癥和認知缺陷、預防心腦血管疾病如阿爾茨海默病、緩解腎毒性、抑制血液凝聚等，作為嬰幼兒成長過程中不可缺少的營養物質，參與大腦脂質的組成，促進中樞神經系統的發育[1]，促進敏銳度與視力的發展[2]，改善單層角質形成細胞的相關屏障起抗炎作用[3]。母乳中的DHA含量通常只有0.2%～0.3%[4]，孕婦適當補充藻油DHA可以增加母乳中DHA含量，對嬰兒神經和視覺發育有正向影響[5]。最新研究發現，DHA補充劑可使嬰兒或兒童的認知能力指標提高6%～11%[6]。在新冠肺炎感染中，我國把包括DHA在內的ω-3 PUFAs列為新冠肺炎重癥患者的營養補充劑。人體自身不能合成DHA，只能通過食物直接攝入DHA或α-亞麻酸（ALA）、亞油酸等DHA前體再在人體內合成，但是據報道轉化率低于15%[7]。從食物中攝取DHA完全達不到青少年尤其是嬰幼兒的每日攝取需求，因此需要額外補充含有DHA的膳食補充劑。

DHA的膳食來源主要是海洋生物，如魚油和藻油。自20世紀80年代起魚油就被挖掘出作為DHA膳食補充劑的價值[8]，比起魚油，DHA藻油全方面質量更好，有取代魚油的潛在價值。藻油氧化穩定性更強；DHA含量更純凈；沒有魚腥味；海洋微藻作為可持續再生資源，彌補了深海魚被過度捕撈造成的生態破壞，還可通過藻種篩選與優化獲得更優質油脂。文章從原料、提煉工藝、抗氧化工藝三個方面對DHA油脂氧化的影響進行了綜述，為篩選新鮮且潔凈的原料、探索保護油脂不被氧化的提煉工藝和抗氧化技術、獲得高新鮮度的DHA油脂打下基礎。

1 DHA油脂的氧化

1.1 氧化動力學

油脂通常由各種脂肪酸和甘油酸組成，包括飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，PUFAs由于結構中含有雙鍵，易被氧化。油脂氧化分為三階段，如圖1所示[11]，具有低活化能的雙烯丙基碳在引發劑作用下形成脂質自由基；繼而開始膨脹鏈式反應，未被氧化的PUFAs產生更多過氧化物和自由基，生成大量初級氧化產物[9]；不穩定的過氧化物進一步分解生成小分子醛、酮等二級氧化產物。油脂的不飽和程度及精煉程度越高越易被氧化[10]。

圖1 脂質自氧化機理的簡化途徑（A～C）及過氧化氫分解和二次氧化產物形成的可能途徑（D）

1.2 氧化的檢驗指標

DHA油脂是否被氧化最直觀簡單的就是觀察其色滋味。一般來說新鮮度越低，顏色越黃，腥味重，吃起來也帶少許酸敗味。藻油因含β-胡蘿卜素而呈現淺黃色，顏色過深就說明發生氧化變質。

定性和定量測定特定氧化產物常需要氣相色譜質譜，其操作復雜，即時性不夠。而過氧化值（peroxide value，POV/PV）的測定是一種簡單的滴定法，表示1 kg油脂中過氧化物的毫摩爾數[12]，衡量油脂氧化后產生的初級氧化產物的量。茴香胺值（anisidine value，AV）是一種比色測試，衡量油脂氧化次級氧化產物的量，更多用于評估動物源性油脂的氧化程度，受氧氣和溫度影響大，太陽輻照后的油脂AV約是對照組的15倍[10]。用這2個參數評估油脂新鮮度，數值越大表示氧化程度越嚴重，新鮮度越低。

中國魚油行業標準、美國藥典及歐洲藥典中對魚油的AV限度為20，PV低于5.0 meq/kg。中國DHA藻油行業標準要求AV值低于15，PV值低于7.5 mmol/kg。有報道對國際市場上的3種魚油品牌進行氧化水平測定，結果發現PV值、AV值和TOTOX值幾乎全都超過推薦最大值[13]。對國內市場的多種原料魚油進行品質檢測[12]，結果發現90%的粗魚油PV值為0.47～8.0 meq/kg，AV值為7.3～68.4；90%的精制魚油PV值為0.29～2.8 meq/kg，AV值為5.25～19.55。

由于油脂氧化特性，PV在油脂加工過程中總是存在先增高后下降的趨勢，呈現特殊的波浪式曲線，不能完全體現氧化水平。而AV在油脂加工過程的不同時期能同時反映出一級氧化產物與終產物的變化，更能體現出油脂的氧化水平。

1.3 氧化危害

食用氧化油脂對人體健康極其有害，在人體內可能持續氧化，動物研究表明其會使肌肉失去彈性、黑色素增多、損害血管內壁、讓血管變脆，導致器官損傷[9]，增加患心血管動脈粥樣硬化[9,14-15]和其他心血管疾病的風險，增加高血壓和腦溢血風險，加重炎癥[9,16]。脂質過氧化會致癌，增加阿爾茨海默病的某些致病危險因素[9,17]，產生代謝綜合征中胰島素抵抗[18]。食用氧化油脂的小鼠生長遲緩、肝臟和腎臟增大、患溶血性貧血、心肌炎以及潛在惡性結腸細胞增殖[19]，增加新生兒的死亡率。

油脂的次級氧化產物，醛、酮、酸類各種小分子物質會與氨基化合物結合生成具有強烈腥臭味的胺類物質，這就是油脂氧化后魚腥味的來源；這些小分子物質可能聚合生成有毒聚合物；4-羥基已烯醛（HHE）和4-羥基壬烯醛（HNE）都是DHA氧化最終產物，后者會導致神經原纖維纏結和神經毒性[17]，造成細胞凋亡；另一種特征氧化產物丙二醛（MDA）能與核酸和蛋白發生交聯作用，使人體中多種酶蛋白失活，引起細胞突變致瘤，破壞生物膜引發細胞不正常水解和組織傷害[20-21]。

油脂被氧化說明發生嚴重的酸敗問題，多項報道證明氧化后的油脂對人體傷害很大。嬰幼兒正處在生長發育的關鍵時期，DHA作為必需營養元素經多項隨機對照試驗證明可降低患過敏性疾病的風險[22-24]，但其氧化后又會產生各種過敏原，導致蕁麻疹、呼吸道應激反應、免疫力下降等各種問題[25]，因此對DHA油脂產品進行嚴格的檢測確保新鮮度非常重要。尚缺乏DHA油脂氧化危害的相關毒理學研究，但為了保證食用安全，最好避免氧化油脂的攝入，進入市場的油脂新鮮度越高越好。過氧化值和茴香胺值是最佳評判標準，同時檢測這2個指標，尤其是AV值，才能更全面準確地判定DHA油脂的新鮮度。

2 油脂氧化的影響因素

DHA油脂氧化嚴重一般有三方面原因：一是提取原料本身的氧化程度已經很高；二是提取過程涉及長時間高溫高壓，加速DHA油脂中的不飽和雙鍵斷裂、轉變為反式脂肪酸等一系列氧化；三是精制后得到的成品油抗氧化工作不足，在長途運輸與貨架擺放過程中逐漸被氧化。

DHA油脂一般從深海魚類和海洋微藻中提取。動物源性魚油DHA是深海魚經食物鏈從微藻中富集所得，我國魚油主要依賴進口，來源于智利或秘魯海岸的深海魚捕撈港口，未經處理的魚肉或粗魚油經漁船長時間長距離運輸到國內，過程中往往發生嚴重的酸敗氧化，為達到市場水平還會進行化學酯交換，后續精制很難將這些氧化產物和引入的化學物質完全去除。魚類的市場價值主要是直接食用或畜牧養殖，制備魚油只占其中很小的市場份額，有的工藝甚至用魚類下腳料為原料制備油脂。如果早期在捕撈、運輸時就不是以制備魚油為目的低溫避光保存的話，魚油始終無法擺脫原料潔凈度低、氧化嚴重的問題。

微藻作為數量基數極大的海洋初級生產者，通常可大規模人工培養，胞內的DHA藻油不經食物鏈傳遞，更安全無污染，潔凈度更高，不含重金屬等有毒物質，沒有魚油需要長距離運輸的問題，不存在提取前即被氧化的問題；藻油含少量類胡蘿卜素等多種天然抗氧化物質，因此化學性質相對穩定，抗氧化性較強。安徽天凱生物科技有限公司的毛藻油的PV和AV值分別低于0.5 mmol/kg和1.0，不含反式脂肪酸等風險因子，DHA含量達55%以上，后續精煉可獲得符合DHA藻油行業標準的成品油；在DHA微藻人工培養方面，其公開一種恒溫震動反應器，可以同時對多個反應瓶一起加熱，過程中也無需檢測人員邊震動邊檢測，既提高培養效率還減輕勞動強度[26]。

除原料本身的氧化水平高低之外，精煉過程中的高溫高壓，尤其是去除DHA油脂中的魚腥味和藻腥味的除臭步驟，容易使PV值和AV值猛增。

3 降低油脂氧化的提取工藝

DHA魚油的獲取主要是將魚類體內的油脂進行蒸煮、壓榨和提煉。DHA藻油則是通過破壞海洋微藻細胞壁提取出胞內脂質，既要提高藻油的提取率與潔凈度以保證生產的連續性，還要保持易氧化的ω-3多不飽和脂肪酸的穩定性和生物活性，因此合適的預處理與提取工藝至關重要，也是關于高質量DHA油脂提取技術攻關的重點方向之一。DHA油脂的提取工藝包括粗提、精制（去異味、去雜質如各類揮發性小分子等），最后增強其抗氧化性能進入市場。

DHA微藻的破壁方法有物理破壁（反復凍融、研磨等）和生化破壁（化學滲透、酸熱法等），粗提方法有溶劑萃取、超臨界萃取等[27]。油脂的精煉包括脫膠、脫酸、脫色、脫臭等步驟，依次將膠質與油脂分離、中和去除油脂中的游離脂肪酸、去除油脂顏色、去除魚腥味或藻腥味。

3.1 粗提工藝的優化

為了最大程度保證提取過程中DHA油脂的新鮮度，部分研究進行粗提工藝的優化。采用生物酶法對寇氏隱甲藻破壁提取DHA藻油，使用有機溶劑萃取得到毛藻油，精制得到精煉油，PV值在0.5以下[28]。在深海魚的下腳料中加入木瓜蛋白酶，魚油提取率達83%，PV值為0.49 mmol/kg，符合一級魚油國家標準[29]。

有研究公開一種基于酶法的無萃取劑DHA油脂提煉技術和配套裝置，提取過程不使用有機溶劑，安全性大幅提高的同時節省設備成本，提取效率高，AV值低至4.8[30]。有企業還公開一種超臨界流體萃取設備，可均勻分散超臨界流體從而促進反應混勻，提高反應速率，減少物料浪費[31]。

3.2 精制工藝的優化

不飽和脂肪酸在熱加工，尤其是脫色和脫臭過程中不飽和雙鍵極易發生氧化，常規的DHA油脂精制工藝往往存在有機溶劑殘留、重金屬超標、DHA含量下降、氧化值劇增、色澤滋味達不到食用標準等問題，因此有必要開發高效環保的精煉方法。有研究者對金槍魚油的脫膠工藝進行優化，得到的魚油透明度好，魚腥味淡，PV值為4.52 mmol/kg[32]。對深海狗魚肝油進行充氮保護的酸法脫膠提高PUFAs含量，降低PV值和AV值，幾乎完全去除魚腥味和黃色渾濁度[33]。對金槍魚油和魷魚油進行正己烷萃取和納濾膜過濾，結果去除了魚油中大部分揮發性小分子物質，大幅增加DHA含量，是一種有前景的除臭工藝[34]。魚油精制采用分子蒸餾法，最大限度地保證其新鮮度，去除重金屬、二噁英等有害雜質，保留有益營養物質。對鯉魚內臟油進行酸中和、漂白、除臭等一系列精煉后，PV值下降約20%，AV值下降17%～32%，但是在除臭這一步總氧化值大幅回升，DHA含量大幅下降[35]。對印度沙丁魚油進行兩步萃取降低FFA含量，但是過程繁瑣，且油脂總氧化值升高近4倍[36]。

有文獻報道藻油精制采取2次以上的脫膠處理再進行脫臭處理，分子蒸餾得到的DHA藻油AV值小于1.0，PV值小于1 meq/kg[37]。該法得到的DHA藻油成品總氧化值很低，但加工過程中可能引入新的雜質，操作與后續處理復雜，精煉過程長，成本較高。以往的常規精煉過程中，為去除導致腥味的過氧化物和小分子物質，大幅降低PV值和AV值，常采取較高強度的脫臭工藝，如升高溫度或增加時間，但容易產生大量反式脂肪酸，使藻油中的類胡蘿卜素等脂溶性色素、天然抗氧化劑受到破壞。有企業對DHA藻油精煉的多個環節進行改進，包括冬化、脫色和脫臭，同時確保整個儲藏和加工流程中DHA藻油處在全程氮保護中。工藝改進后得到的精制油PV值和AV值明顯降低，產品色澤淺黃，晶瑩通透，滋氣味清淡[38]。

3.3 化學反應與物理吸附精制工藝的優化

魚油或藻油的后加工工藝中，常采用物理吸附法、化學反應法或兩者相結合的方法降低PV和AV值。化學法是利用特定化學物質與油脂中小分子醛、酮等物質發生反應再將其一起去除；物理法是利用硅膠、白泥、活性炭等吸附劑將這些物質吸附除去。但這2種方法都不適用于食品用的精制DHA魚油或藻油，還可能吸附產品中的不飽和脂肪酸等有用物質，造成產品損耗[39]，引入對人體健康不良的有毒物質，為工業生產的后續分離純化增加了工作量。

將氫氧化鈉溶液和丙二酸二乙酯在惰性氣體的保護下加進DHA藻油中，通過反應去除小分子物質，用飽和氯化鈉溶液清洗得到低AV值的DHA藻油[40]。通常吸附過程是將不飽和脂肪酸原料溶解于有機溶劑，再加入吸附劑攪拌吸附，過濾除去吸附劑再分子蒸餾或精餾，得到低AV值的多不飽和脂肪酸精制油脂[39]。也可以將油脂用有機溶劑稀釋后，用大孔吸附樹脂進行動態吸附以降低油脂的AV值[41]。

對提取工藝進行優化得到總氧化值相對較低的DHA成品油之后，還需將其低溫避光真空保存，同時加入抗氧化劑抑制DHA產品在運輸和貨柜擺放過程中的氧化。

4 降低油脂氧化的保存技術

4.1 提取過程中的抗氧化

有工藝為保護油脂在高溫高壓下不被大量氧化，在精煉的脫色和脫臭過程中即加入抗氧化劑。有研究優化脫色、脫臭工藝得到DHA藻油成品后，對抗氧化劑如檸檬酸、異抗壞血酸鈉、VE進行方程擬合，測到的PV值低至0.28 meq/kg[42]。

4.2 成品油的抗氧化保存

DHA成品油脂的抗氧化一般分為加抗氧化劑和微囊化。常用抗氧化劑有BHT、TBHQ、PG等，匯總如表1所示。但是據報道這些人工合成的抗氧化劑可能有潛在的安全隱患[43]。天然來源的酚類化合物作為抗氧化劑還具有抗癌、防輻射、降血壓等多重生理學功能[44]。過氧化氫酶CAT作為新型抗氧化劑，被用于食品包裝，但會導致魚油乳液破乳、脂質過氧化[45]。咖啡酸、阿魏酸、BHT和L-抗壞血酸棕櫚酸酯4種抗氧化劑相比，咖啡酸在降低DHA藻油的TOTOX值方面性能最佳，L-抗壞血酸棕櫚酸酯抗氧化作用最弱[46]。試驗比較不同濃度紫蘇提取物、0.04%茶多酚與0.02%TBHQ對裂壺藻油的抗氧化性，結果表明，紫蘇提取物的氧化抑制效果略低于TBHQ，但仍能有效提高裂壺藻油的氧化穩定性，劑量越大抗氧化效果越顯著[47]。近年來被發掘的抗氧化劑眾多，如巖藻黃質可高效抑制魚油氧化，MDA的抑制率高達78%以上，自由基的抑制率達65%，此外對玉米油、亞油酸等都具有抗氧化活性[48]。卵磷脂可有效抑制油菜籽油的氧化，大黃魚魚卵磷脂比大豆卵磷脂效果更好且存在一定的劑量效應關系[49]。

表1 成品油常用的抗氧化劑

在成品的包裝與儲存階段，DHA油脂需真空或沖氮保存，市場上一般將油脂或脂肪粉末制作成膠囊防止DHA被氧化。如以阿拉伯膠、β-環糊精為復合壁材，噴霧干燥法制備DHA藻油微膠囊[64]。魚油微膠囊的貯藏穩定性顯著高于未微膠囊化，不同類型微膠囊的氧化速率也不同，與微膠囊的粗脂肪含量、PUFAs含量、表面含油率、新鮮度和抗氧化劑等相關[65]，如粗脂肪含量50%的魚油微膠囊可有效減緩氧化速率，表面油3.27%的微膠囊要優于表面油12.63%[66]。某企業推出的表面油接近于0的藻油微膠囊，不僅可以更有效保護DHA油脂，而且消除了表面油氧化產生的有害物質[67]。通過原料的篩選、提取工藝的優化、成品的抗氧化保存，保證DHA油脂從源頭到成品的新鮮度，提升產品品質，對DHA產業發展和人民健康都有積極意義。

5 結語與展望

黨的十八大以來，習近平總書記親自推動“健康中國”戰略，把人民健康放在優先發展的地位，強調“要進一步關心海洋、認識海洋、經略海洋”。《“健康中國2030”規劃綱要》中也提到要支撐微藻類產業的順利轉型。微藻作為海洋黃金，提取得到的DHA藻油在生態保護、潔凈度、純度、抗氧化方面都比魚油更出色。目前市面上很多昂貴DHA油脂產品，盡管出廠時指標較好，但經過長時間運輸和保藏，送到消費者手中時其產品質量已很難保證。因此，減少油脂氧化和提高利用率的重要性愈發凸顯，優化低能耗、高安全、易操作、高效率的提煉工藝，開發保持出廠品質的抗氧化保存方法與包裝是重中之重，也是解決這些瓶頸問題的關鍵點，對拓寬DHA油脂的市場具有重大意義，同時推動了國家科技創新發展戰略的進程。