乳化食品中油脂氧化分析及其貨架期評價(jià)方法的研究進(jìn)展

李瀟瀟，陳小威，馬傳國

(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

乳化食品包括如沙拉醬、蛋黃醬等O/W型乳化食品以及黃油、人造奶油等W/O型乳化食品[1]。相對于純油體系，乳化食品具有水相、油相和界面的多相態(tài)屬性，同時水相中常伴隨有各種促氧化因子(如金屬離子、自由基等)，油水界面存在下的高比表面積極大促進(jìn)了油脂中不飽和雙鍵與促氧化因子接觸而加促誘發(fā)油脂氧化[2-4],導(dǎo)致乳化食品營養(yǎng)嚴(yán)重流失，產(chǎn)生不良風(fēng)味，甚至生成有害物質(zhì)，降低食品質(zhì)量安全[5]。

鑒于乳化食品中油脂氧化的品質(zhì)劣變與安全風(fēng)險(xiǎn)，油脂氧化分析與評價(jià)受到國內(nèi)外學(xué)者和從業(yè)人員的廣泛關(guān)注。但我國對乳化食品中油脂氧化問題的研究相對于國外還存在較大的差距。而了解乳化食品體系中油脂氧化的基本過程、檢測分析方法以及貨架期評價(jià)方法對其防控具有重要意義?；诖耍疚闹攸c(diǎn)介紹了乳化食品中油脂氧化分析方法以及其貨架期評價(jià)方法，旨在為乳化食品中的油脂氧化程度分析和貨架期預(yù)測提供參考。

1 乳化食品中油脂氧化的基本過程

乳化食品體系中的油脂氧化以界面區(qū)域的自氧化為主要途徑(圖1)，即引發(fā)劑(如過渡金屬、自由基等)誘導(dǎo)不飽和脂肪酸(LH)失去氫原子生成烷基(L·)，烷基與氧分子(O2)迅速反應(yīng)生成過氧化物自由基(LOO·)，過氧化物自由基會與另一個LH反應(yīng)生成初級氧化產(chǎn)物——?dú)溥^氧化物(LOOH)[6]；隨著氧化的進(jìn)行，不穩(wěn)定的氫過氧化物在熱、金屬離子等的作用下生成烷氧基自由基(LO·)，進(jìn)而通過β分裂形成醛、酮、酸、酯等小分子次級氧化產(chǎn)物，甘油酯水解成游離脂肪酸以及環(huán)氧化物和聚合物等。

圖1 乳化食品體系中油脂氧化過程

2 乳化食品中的油脂氧化分析方法

與純油體系相似，評價(jià)乳化食品中的油脂氧化程度的方法大多數(shù)是建立在油脂氧化后所表現(xiàn)出來的化學(xué)、物理或者感官特性基礎(chǔ)上的，現(xiàn)已采取多種油脂氧化產(chǎn)物分析方法，最普遍的是化學(xué)分析法，即通過測定油脂氧化產(chǎn)物(如氫過氧化物，α-、β-不飽和醛，丙二醛，共軛二烯，環(huán)氧化物和羰基化合物等)的增加量以及自由基變化分析乳化油脂氧化程度[7]，其中常用方法有過氧化值、共軛二烯值、硫代巴比妥酸值、茴香胺值、酸值、氧化穩(wěn)定性指數(shù)以及揮發(fā)性醛和環(huán)氧化物含量等[8-9]。這些方法均是針對油脂氧化進(jìn)程中產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物建立，各自存在一定的應(yīng)用范圍和使用局限性，如表1所示。

表1 乳化食品中的油脂氧化分析方法應(yīng)用和局限性分析

2.1 過氧化值(POV)

在油脂氧化初期，氫過氧化物(LOOH)的形成速度遠(yuǎn)大于其分解速度，因此可以通過測定過氧化值來評價(jià)油脂的氧化程度。由于氫過氧化物主要存在于初期氧化階段，所以過氧化值的測定不適合氧化后期和氧化程度較高的乳化食品[10]。過氧化值測定方法簡單，被廣泛應(yīng)用于動植物油脂、乳化食品、含油食品等中氧化程度的評價(jià)。然而，氫過氧化物在高溫(>60℃)下易分解，以及萃取、脫溶及轉(zhuǎn)移過程中易被外源污染。1994年Shantha等[11]提出硫氰酸鐵法(FTC)測定含油食品的過氧化值。該方法樣品用量少、靈敏度高、不需脫除溶劑、易于操作、快速，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于乳化食品中油脂氧化的評價(jià)分析，但是此方法存在食品組分和結(jié)構(gòu)影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的風(fēng)險(xiǎn)。此外，檢測過程需要防止Fe3+污染，且Fe2+離子溶液需現(xiàn)配現(xiàn)用[12-13]。

2.2 共軛二烯值(CD)

油脂氧化產(chǎn)生的氫過氧化物通過共價(jià)鍵重排形成共軛二烯結(jié)構(gòu)，該共軛二烯結(jié)構(gòu)在234 nm紫外區(qū)具有強(qiáng)吸收，可通過比色法對比分析油脂氧化的程度，即共軛二烯值。由于共軛二烯值反映的是活潑自由基的數(shù)量，自由基在生成的同時也會與其他化合物反應(yīng)生成較穩(wěn)定的物質(zhì)，所以共軛二烯值主要表征初始階段的油脂氧化程度[14]。Daoud等[15]通過檢測O/W型乳液中的共軛二烯值發(fā)現(xiàn)，共軛二烯值隨著氧化程度的加深呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，主要是因?yàn)槌跫壯趸a(chǎn)物發(fā)生分解生成了次級氧化產(chǎn)物。該方法快速簡便，被廣泛應(yīng)用于動植物油脂和乳化油脂氧化程度分析。盡管該方法可實(shí)現(xiàn)乳化食品中油脂氧化程度的快速檢測分析，但不能量化比較，且易受到食品體系中自身存在的含共軛雙鍵化合物(如胡蘿卜素等)的干擾，目前更多地被學(xué)術(shù)界使用[9]。

2.3 硫代巴比妥酸值 (TBARS)

丙二醛(MDA)是典型的非揮發(fā)性次級氧化產(chǎn)物，該物質(zhì)在酸性條件下能與兩分子硫代巴比妥酸發(fā)生縮合反應(yīng)，生成紅色化合物，通過比色法可進(jìn)行定量，被稱為硫代巴比妥酸值(TBARS)法[11]。由于丙二醛具有較好的穩(wěn)定性，便于檢測，該方法被公認(rèn)為是反映油脂氧化程度的指標(biāo)之一。Daoud等[15]通過測定不同pH緩沖液O/W型乳液中的共軛二烯值和硫代巴比妥酸值發(fā)現(xiàn)，兩者具有相同的變化趨勢。但TBARS法缺乏特異性和敏感性，除丙二醛外硫代巴比妥酸還能與飽和醛、單烯醛和甘油醛等生成黃色化合物，會干擾結(jié)果的準(zhǔn)確性[16-17]。

2.4 茴香胺值 (p-AV)

油脂氧化產(chǎn)生的醛、酮類次級氧化產(chǎn)物含量可用茴香胺值表示，其數(shù)值越大，表明油脂氧化程度越高。茴香胺值的測定原理是通過油脂氧化產(chǎn)生的次級氧化產(chǎn)物(如α-、β-不飽和醛)與茴香胺發(fā)生反應(yīng)生成黃色物質(zhì)，該物質(zhì)在350 nm處有特定吸收[18]。研究表明，茴香胺值與總揮發(fā)性物質(zhì)以及感官評分有很強(qiáng)的相關(guān)性[19]。該方法被廣泛應(yīng)用于動植物油脂氧化程度的評價(jià)。由于油脂氧化的復(fù)雜性，僅單獨(dú)使用初級與次級氧化產(chǎn)物測定結(jié)果不能完全反映實(shí)際氧化程度，所以常采用全氧化值(TOTOX，其值為4倍過氧化值與茴香胺值之和)來評價(jià)油脂氧化程度。然而，乳化食品中水的存在會導(dǎo)致茴香胺失活，一般認(rèn)為該方法不太適用于乳化體系氧化程度分析。但也有報(bào)道改性的茴香胺值測定方法適用于乳化油脂氧化程度的分析，如Kargar等[20]利用茴香胺值表征不同pH、不同濃度顆粒穩(wěn)定的O/W型乳液中油脂氧化速率時，發(fā)現(xiàn)偏酸性環(huán)境、低顆粒濃度下油脂更易氧化而表現(xiàn)出更高的茴香胺值。

2.5 揮發(fā)性物質(zhì)含量

丙醛和己醛等醛類化合物是油脂次級氧化產(chǎn)物中的主要揮發(fā)性物質(zhì)。目前頂空氣相色譜分析法(HS-GC)已被廣泛用于乳化食品中油脂氧化揮發(fā)性物質(zhì)含量的檢測，作為油脂氧化程度的重要指標(biāo)。HS-GC是基于一定條件下氣相和固相處于動態(tài)平衡，通過測定密閉環(huán)境中基質(zhì)上方氣體中揮發(fā)性物質(zhì)的含量進(jìn)行分析，該方法具有快速、靈敏性好、精確度高、重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)，在各類食品的油脂氧化程度分析中被廣泛使用。如Uluata等[21]通過HS-GC檢測水包磷蝦油乳液中丙醛和己醛含量，發(fā)現(xiàn)丙醛生成速率快于己醛，能較好地評價(jià)磷蝦油乳液的氧化程度。盡管如此，不同預(yù)處理對結(jié)果產(chǎn)生差異影響，仍需要建立標(biāo)準(zhǔn)方法[22]。

2.6 氧化穩(wěn)定性指數(shù)(OSI)

油脂氧化穩(wěn)定性指數(shù)(OSI)或氧化誘導(dǎo)時間是通過高溫加速誘導(dǎo)氧化快速測定油脂氧化穩(wěn)定性的指標(biāo)，主要采用Rancimat油脂氧化穩(wěn)定測試儀進(jìn)行檢測，所以又被稱為Rancimat法[23]。該方法被廣泛應(yīng)用于動植物油脂、富含油脂食品等的氧化穩(wěn)定性及其貨架期預(yù)測分析。Di Giorgio等[24]研究證實(shí)Rancimat法可用于O/W型乳液及其噴霧干燥油粉中油脂氧化穩(wěn)定性的評價(jià);Fruehwireth等[25]利用該方法評價(jià)了乳化劑和抗氧化劑對人造奶油中油脂氧化的影響。盡管如此，Rancimat法也存在一定局限性，即高溫下乳化體系結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致乳化食品氧化程度評價(jià)中體現(xiàn)不了物理結(jié)構(gòu)的作用，不適合低含油量體系[8,12]。

2.7 其他

乳化食品中油脂氧化檢測的方法還有核磁共振(NMR)、近紅外光譜(NIR)等，這些技術(shù)具有無損檢測、精密度高、時間短等優(yōu)點(diǎn)[9]。Steltzer[26]通過對比分析4種環(huán)氧化物測定方法(溴化氫、4-對硝基芐基吡啶、N,N-二乙基二硫代氨基甲酸酯與核磁共振)的準(zhǔn)確性、靈敏性、可重復(fù)性以及對氧化油脂分析的適用性，結(jié)果表明，核磁共振技術(shù)在檢測環(huán)氧化物方面具有很大應(yīng)用前景。但由于其他組分干擾較大、成本高等原因，目前這些方法僅被學(xué)術(shù)界研究和使用。需要注意的是，在油脂氧化過程中氧化產(chǎn)物的生成和分解處于一種動態(tài)平衡，而氧化產(chǎn)物的檢測通常只能反映氧化過程中某一時刻的情況。所以僅根據(jù)單一氧化產(chǎn)物的測定并不能準(zhǔn)確評估乳化食品中的油脂氧化程度，需要綜合采用多種方法才能全面、準(zhǔn)確地評價(jià)氧化狀態(tài)[8]。

3 乳化食品貨架期評價(jià)

食品貨架期是指食品在適當(dāng)條件儲存期間安全無害，且感官評價(jià)、理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)及所含營養(yǎng)物質(zhì)符合要求[27]。近年來，乳化食品貨架期預(yù)測模型的相關(guān)研究備受關(guān)注，考慮因素也從單一的溫度延伸到多因素綜合分析。當(dāng)前常用的貨架期預(yù)測模型包括基于溫度的化學(xué)和微生物動力學(xué)模型、威布爾危險(xiǎn)值模型(WLF)、Arrhenius模型和Z模型等[27-29]。這些模型可預(yù)測不同含油食品的貨架期，且均取得了良好的效果。由于溫度對油脂氧化速率影響較為顯著，所以常采用Arrhenius模型，通過加熱誘導(dǎo)加速氧化(O/W型乳液常采取60℃或62℃，而W/O型乳液常采取35℃或37℃)來預(yù)測乳化食品的貨架期[29]。

Labuza等[28]基于Arrhenius方程式建立溫度-貨架期模型,通過理化、微生物或感官指標(biāo)等多種品質(zhì)的衰變綜合預(yù)測產(chǎn)品貨架期，見式(1)。

(1)

式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)，8.31 J/(K·mol)；T為絕對溫度,K;Ea為表觀活化能,J/mol；k0為指前因子。

基于Arrhenius模型，可通過測量3個及以上溫度下的品質(zhì)劣變速率推斷所需溫度下的反應(yīng)速率。目前Arrhenius模型已被成功地用于評估油脂和富含油脂類食品氧化速率的溫度依賴性。Buffo等[30]利用Arrhenius模型建立了不同黏度飲料乳液保質(zhì)期的動力學(xué)參數(shù)；蔡程晨等[31]以獼猴桃籽油為原料制備微乳液，以過氧化值為穩(wěn)定性評價(jià)指標(biāo)，通過加速貨架期檢測和Arrhenius模型推導(dǎo)出氧化反應(yīng)動力學(xué)模型為k= 652.3e-32 763.8/RT，該模型預(yù)測獼猴桃籽油微乳液在25℃下的貨架期為1 491.53 h；Yoon等[32]研究發(fā)現(xiàn)，不同乳飲料的Ea值在9～200 kJ/mol之間有很大變化，這歸因于食品成分和環(huán)境因素的差異性。

在滿足Arrhenius模型的溫度范圍內(nèi)，可計(jì)算出氧化劣變速率或貨架期隨溫度變化的簡單指標(biāo)，即Q10值。Q10值是指溫度變化10℃食品物理或化學(xué)性質(zhì)的變化率，可用式(2)表示。

(2)

式中：kT和LT為一定溫度下的氧化速率常數(shù)和貨架期；kT+10與LT+10為溫度升高10℃的氧化速率常數(shù)和貨架期。

基于此，在已知Q10和參考溫度Tref下的貨架期，可以計(jì)算得到給定溫度下的貨架期。如：Noorannisa等[33]利用該方法測定冰淇淋在不同溫度下的貨架期；Haushey等[34]通過分析含有維生素C的O/W型乳液在37℃和45℃下氧化誘導(dǎo)時間，通過Q10法推斷出該乳液的貨架期為208 d。

基于溫度加速氧化誘導(dǎo)Arrhenius模型的主要優(yōu)點(diǎn)在于可在較高溫下采集數(shù)據(jù)，然后外推到低溫下的貨架期，可縮短監(jiān)測時間，但缺點(diǎn)在于準(zhǔn)確度受到諸多因素的影響，如需能夠承受高溫且不會引發(fā)氧化反應(yīng)外的副反應(yīng)，所以富油乳化食品加速貨架期檢測常在60℃以下進(jìn)行，而魚油在40℃以下進(jìn)行[6]。此外，誘導(dǎo)氧化過程中不應(yīng)引起結(jié)構(gòu)的崩潰(如人造奶油的相分離)，這是因?yàn)殡S著溫度的升高,除了油脂氧化反應(yīng)速度增加外還會發(fā)生許多物質(zhì)的物化變化，如結(jié)晶、脂質(zhì)融化、玻璃相變化、相聚集或分離等等引起乳化食品的物理結(jié)構(gòu)變化[35]。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要將加速氧化試驗(yàn)與常規(guī)貨架期跟蹤結(jié)合起來分析，以更精確地評價(jià)乳化食品的貨架期[29]。

4 結(jié)束語

乳化食品的氧化穩(wěn)定性和貨架期對于開發(fā)新型乳化食品和改善現(xiàn)有食品配方具有重要意義。乳化食品中油脂氧化過程中的產(chǎn)物主要有氫過氧化物、共軛二烯、醛酮類化合物及環(huán)氧化物等，可通過POV、CD、TBARS、p-AV及揮發(fā)性物質(zhì)含量等方法進(jìn)行分析檢測。目前，乳化食品的貨架期檢測方法可分為實(shí)際貨架期測試和加速貨架期檢測，其中后者被廣泛選用。加速貨架期檢測需要選擇合適的加速因子，隨后根據(jù)Arrhenius方程計(jì)算Q10值和相應(yīng)的活化能，最終確定產(chǎn)品貨架期。但是當(dāng)前乳化食品中油脂氧化分析和貨架期評估仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如分析過程中誘導(dǎo)因子(如溫度)改變體系微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的貨架期評估困難，運(yùn)輸、儲存和銷售環(huán)節(jié)的溫度波動以及機(jī)械力破壞對乳化食品體系結(jié)構(gòu)的影響，所以應(yīng)加大對乳化食品中油脂氧化的分析與貨架期評價(jià)方面的研究，以建立精準(zhǔn)的乳化食品貨架期評估方法。