脈沖強(qiáng)光對(duì)油脂氧化穩(wěn)定性的影響

曹少謙，鄭嘯谷，毛志康，戚向陽(yáng)*

（1 浙江萬(wàn)里學(xué)院生物與環(huán)境學(xué)院 浙江寧波315100 2 浙江省水產(chǎn)品加工技術(shù)研究聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江寧波315100）

脈沖強(qiáng)光（Intense pulsed light，IPL）是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型非熱殺菌技術(shù)，其利用瞬時(shí)、高強(qiáng)度的脈沖光殺滅固體食品和包裝材料表面以及液體食品中微生物，能有效地保持食品質(zhì)量。IPL 技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代后期的日本，該技術(shù)起先主要應(yīng)用于醫(yī)療器械表面殺菌消毒和透明藥劑溶液殺菌，隨著IPL 殺菌技術(shù)和設(shè)備的成熟，逐漸過(guò)渡應(yīng)用到食品的殺菌保藏中[1-2]。1996年，美國(guó)食品及藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)將IPL 作為控制食品表面微生物的滅菌手段[3]。此后，國(guó)內(nèi)外對(duì)IPL 技術(shù)在食品中的應(yīng)用進(jìn)行了較為廣泛的研究[4-6]。

目前，對(duì)IPL 的研究主要集中在對(duì)微生物的殺滅方面，IPL 技術(shù)在不同食品體系中的殺菌效果[7-9]及其殺菌機(jī)制[10-13]的研究報(bào)道較多。如Krishnamurthy 等[14]發(fā)現(xiàn)IPL 連續(xù)處理系統(tǒng)可完全殺滅牛奶中的金黃色葡萄球菌。Pataro 等[15]也采用IPL 連續(xù)處理系統(tǒng)對(duì)果汁進(jìn)行滅菌。Luksiene 等[16]證實(shí)IPL 可以殺滅李子、草莓、西紅柿、甜椒、花椰菜等果蔬表面存在的微生物。周萬(wàn)龍等[17]、江天寶等[18]開(kāi)展了IPL 殺菌技術(shù)的研究，探討IPL 對(duì)不同微生物的殺菌效果及其在柑橘、烤鰻等食品保鮮貯藏中的應(yīng)用；王勃等[19-22]也研究了月餅、干豆腐、煎餅、牛奶等食品的IPL 殺菌條件。

隨著IPL 殺菌設(shè)備和應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，IPL 對(duì)食品組分的影響及安全性問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，然而這方面的研究極少涉及，使該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用受到制約。脂質(zhì)作為食品中重要的營(yíng)養(yǎng)成分，易發(fā)生氧化且產(chǎn)物復(fù)雜，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)食品的風(fēng)味和安全產(chǎn)生重要影響[23]，而IPL 處理過(guò)程中可能引發(fā)食品中脂質(zhì)的氧化，而關(guān)于IPL 處理對(duì)脂質(zhì)的影響研究報(bào)道極少[24-26]。本文研究IPL 處理對(duì)油脂氧化和貯藏穩(wěn)定性的影響，以期為IPL 技術(shù)在食品中的應(yīng)用提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和設(shè)備

試驗(yàn)用大豆油，購(gòu)自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所；豬油由市售豬板油煎制而成，豬板油購(gòu)自寧波鐘公廟菜場(chǎng)，挑出紅血絲，用蒸餾水洗凈，切成大小一致的小塊豬板油，在潔凈的鍋內(nèi)放入少量蒸餾水，以鋪滿(mǎn)鍋底并高出鍋底1 cm 為宜，然后放入切好的小塊豬板油，在120 ℃左右熬油，將熬好的豬油冷卻至室溫，用保鮮膜封上，將其放在4 ℃的冰箱中備用；重鉻酸鉀、水楊酸、硫代巴比妥酸、2，4-二硝基苯肼、甘氨酸、1，1，3，3-四乙氧基丙烷、魯米諾等均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

DNP-9272 型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；THZ-D 型臺(tái)式恒溫振蕩器，太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠(chǎng)；1900PC 型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海析譜儀器有限公司；Centrifuge 5804R 型高速冷凍離心機(jī)，德國(guó)Eppendorf 公司；BPCL-1-KIC微弱化學(xué)發(fā)光與生物發(fā)光測(cè)量?jī)x，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所；脈沖強(qiáng)光設(shè)備，純亮殺菌設(shè)備有限公司，燈管型號(hào)C400*8*6.5-18，照射距離10 cm時(shí)，單次脈沖強(qiáng)度為2.2 mJ/cm2，照射距離7.5 cm時(shí)，單次脈沖強(qiáng)度為3.2 mJ/cm2，紫外區(qū)能量占總能量約20%，UV-A 占總比8%，UV-B 占總比4%，UV-C 占總比8%，脈沖頻率為3 次/s。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 豬油和大豆油的IPL 處理 將固體豬油在40 ℃的恒溫水浴鍋中融化，取10 g 豬油，倒入直徑為9 cm 的平皿，油液厚度約為2 mm，然后進(jìn)行IPL 處理。脈沖距離分別為7.5，10 cm，脈沖時(shí)間分別為5，10，15，20 s。同樣，取10 g 大豆油，倒入直徑為9 cm 的平皿，油液厚度約為2 mm，然后進(jìn)行IPL 處理，處理?xiàng)l件同豬油。

將處理后的樣品裝瓶后置于60 ℃下，每隔一定時(shí)間取樣測(cè)定POV 值、羰基價(jià)、丙二醛、自由基，觀(guān)察不同脈沖距離，不同脈沖時(shí)間對(duì)油脂氧化的影響。

1.2.2 POV 值的測(cè)定 稱(chēng)取2～3 g 試樣置于錐形瓶中，加入30 mL 三氯甲烷/冰乙酸混合液（體積比3∶2），立即搖動(dòng)使其溶解，加入1 mL 飽和碘化鉀溶液，置于暗處5 min 后取出，加50 mL 蒸餾水，1 mL 淀粉指示劑，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色消失為滴定終點(diǎn)。按下式計(jì)算：

式中，c——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，mol/L；v——試樣消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；v0——試劑空白消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；m——試樣質(zhì)量，g；78.8——換算因子；0.1269——與1 mL 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液[c（Na2S2O3）=1 mol/L]相當(dāng)?shù)牡獾馁|(zhì)量，g。

1.2.3 CGV 值的測(cè)定 稱(chēng)取試樣0.02～0.1 g 置于25 mL 具塞刻度管中，用5 mL 精制苯溶解，加3 mL 三氯乙酸-苯溶液（0.043 mg/mL）及5 mL 的2-4 二硝基苯肼-苯溶液（0.5 mg/mL），仔細(xì)振搖，于60 ℃水浴中加熱30 min，冷卻后，沿管壁慢慢加入10 mL 氫氧化鉀-乙醇溶液（0.04 mg/mL），使其成為兩層液，劇烈振搖混勻，放置10 min 后于440 nm 處測(cè)定吸光度A。

式中，A——440 nm 下所測(cè)得的樣液吸光度；m——試樣質(zhì)量，g；854——各種醛的毫摩爾吸光系數(shù)的平均值。

1.2.4 丙二醛的測(cè)定 稱(chēng)取試樣5 g 置于100 mL 具塞三角瓶?jī)?nèi)，加入25 mL 三氯乙酸混合液（稱(chēng)取37.5 g 三氯乙酸及0.5 g EDTA 二鈉，加水溶解稀釋至500 mL），加塞密封后置于恒溫振蕩器上50 ℃振搖30 min，然后用雙層濾紙過(guò)濾，準(zhǔn)確移取濾液10 mL 置于25 mL 比色管內(nèi)，加入10 mL 0.02 mol/L 硫代巴比妥酸溶液，加塞，混勻，置于90 ℃水浴鍋內(nèi)反應(yīng)30 min，取出，冷卻至室溫后于532 nm 下測(cè)吸光值A(chǔ)。同時(shí)配制丙二醛標(biāo)準(zhǔn)系列溶液制作標(biāo)曲。

1.2.5 自由基的測(cè)定 將1 g 試樣溶于2 mL 二甲基亞砜中，取10 μL 加入到盛有190 μL 的1 mmol/L 魯米諾 （先用0.2 mol/L 的甘氨酸溶液和0.2 mol/L 的氫氧化鈉溶液配成0.1 mol/L 的甘氨酸緩沖溶液，用此緩沖溶液配制魯米諾溶液）的反應(yīng)管中，然后采用微弱化學(xué)發(fā)光與生物發(fā)光測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.6 動(dòng)力學(xué)模型 采用半級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型分析脈沖強(qiáng)光對(duì)貯藏過(guò)程中植物油氧化的影響[27]。

式中：Y——過(guò)氧化物濃度；t——時(shí)間，d；k——氧化反應(yīng)速率常數(shù)；RH0——脂質(zhì)基質(zhì)濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 IPL 處理對(duì)油脂POV 值的影響

POV 是衡量油脂氧化初期氧化程度的指標(biāo)，表1和表2為不同IPL 處理后在貯藏期間豬油和大豆油POV 值的變化，結(jié)果表明，IPL 會(huì)促進(jìn)豬油及大豆油過(guò)氧化物的形成，并隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)或脈沖距離的減小，POV 值逐漸增大。脈沖距離7.5 cm 時(shí)，豬油IPL 處理后及貯藏期間，POV 值均顯著高于對(duì)照組（P<0.05），而大豆油IPL 處理后POV 值與對(duì)照組無(wú)顯著差異（P>0.05），但在隨后的貯藏期間顯著高于對(duì)照組（P<0.05）。表3是IPL處理后豬油和大豆油在儲(chǔ)藏期間POV 值的動(dòng)力學(xué)分析，隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，（1/2）k[RH0]值增大，（1/2）[RH0]為定值，即速率常數(shù)k 呈增大趨勢(shì)，表明IPL 的能量越大，油脂氧化的程度越深。由表1～表3可知，相同處理?xiàng)l件下，豬油較大豆油易氧化，其POV 值均高于大豆油，且其速率常數(shù)k 大于大豆油。

表1 IPL 處理對(duì)豬油POV 值的影響（mmol/kg）Table 1 The effect of IPL treatment on the POV value of lard （mmol/kg）

表2 IPL 處理對(duì)大豆油POV 值的影響（mmol/kg）Table 2 The effect of IPL treatment on the POV value of soybean oil （mmol/kg）

表3 IPL 處理后豬油和大豆油在貯藏期間POV 值的動(dòng)力學(xué)分析Table 3 Kinetic analysis of POV value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.2 IPL 處理對(duì)油脂CGV 值的影響

IPL 處理會(huì)促使羰基化合物的形成，不同IPL處理后在貯藏期間豬油和大豆油CGV 值的變化如表4和表5所示。隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，豬油和大豆油CGV 值逐漸增大，貯藏期間均顯著高于對(duì)照組（P<0.05），且在貯藏的中后期，豬油和大豆油CGV 值增加更多。7.5 cm下脈沖處理20 s，貯藏2 d 后豬油CGV 值為8.12 meq/kg，大豆油CGV 值為9.93 meq/kg，此時(shí)對(duì)照組豬油和大豆油CGV 值分別為4.38 meq/kg 和6.51 meq/kg，IPL 處理過(guò)的豬油貯藏至6 d 時(shí)CGV 值與大豆油貯藏至5 d 時(shí)相當(dāng)，分別為48.53，47.87 meq/kg，相對(duì)應(yīng)的對(duì)照組豬油和大豆油CGV 值分別為35.61，34.16 meq/kg。表6是IPL處理后豬油和大豆油在儲(chǔ)藏期間CGV 值的動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明，隨脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，豬油和大豆油的速率常數(shù)k 均逐漸增大，進(jìn)一步表明IPL 處理可促進(jìn)豬油和大豆油的氧化，降低其貯藏穩(wěn)定性。當(dāng)脈沖能量偏低時(shí)（7.5 cm下處理5，10 s 以及10 cm 下處理5，10，15 s），豬油k 值大于大豆油，而脈沖能量較高時(shí)（7.5 cm 下處理15，20 s 以及10 cm 下處理20 s），豬油k 值則小于大豆油。由表4～表6可知，IPL 處理能量越大，羰基化合物合成越多，氧化程度越深。

表4 IPL 處理對(duì)豬油CGV 值的影響（meq/kg）Table 4 The effect of IPL treatment on the CGV value of lard （meq/kg）

表5 IPL 處理對(duì)大豆油CGV 值的影響（meq/kg）Table 5 The effect of IPL treatment on the CGV value of soybean oil （meq/kg）

表6 IPL 處理后豬油和大豆油在貯藏期間CGV 值的動(dòng)力學(xué)分析Table 6 Kinetic analysis of CGV value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.3 IPL 處理對(duì)油脂丙二醛的影響

不同IPL 處理后在貯藏期間豬油和大豆油丙二醛的變化如表7和表8所示，IPL 處理會(huì)促使丙二醛的形成。隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，豬油和大豆油丙二醛含量逐漸增大，貯藏期間處理組丙二醛含量均顯著高于對(duì)照組 （P<0.05）。大豆油在IPL 處理前后均未檢出丙二醛，但在后期貯藏過(guò)程中丙二醛含量急劇增加。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，處理組丙二醛含量急劇增加，尤其是在貯藏中后期，7.5 cm 下IPL 處理20 s 的豬油貯藏0 d 時(shí)丙二醛含量為9.89 μg/kg，貯藏2 d時(shí)為131.5 μg/kg，貯藏至第6 天達(dá)到983.38 μg/kg，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組豬油在相應(yīng)貯藏時(shí)間的丙二醛含量。同時(shí)，與豬油相比，大豆油IPL 處理前后以及貯藏期間丙二醛的含量偏低，7.5 cm 下IPL處理20 s 的大豆油貯藏4 d 時(shí)丙二醛含量為235.9 μg/kg，而此時(shí)豬油丙二醛含量約為大豆油的2.3倍。表9是IPL 處理后豬油和大豆油在貯藏期間丙二醛的動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明，當(dāng)脈沖距離一定時(shí)，隨著脈沖時(shí)間的增加，（1/2）k[RH0]值逐漸增大，當(dāng)脈沖時(shí)間一定時(shí)，脈沖距離7.5 cm 時(shí)的（1/2）k[RH0]值較脈沖距離10 cm 時(shí)大。

表7 IPL 處理對(duì)豬油MDA 值的影響（μg/kg）Table 7 The effect of IPL treatment on the MDA value of lard （μg/kg）

表8 IPL 處理對(duì)大豆油MDA 值的影響（μg/kg）Table 8 The effect of IPL treatment on the MDA value of soybean oil （μg/kg）

（續(xù)表8）

表9 IPL 處理后豬油和大豆油在貯藏期間MDA 值的動(dòng)力學(xué)分析Table 9 Kinetic analysis of MDA value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.4 IPL 處理對(duì)油脂自由基的影響

表10和表11表明了不同IPL 處理后在貯藏期間豬油和大豆油自由基的變化，結(jié)果顯示IPL處理會(huì)誘導(dǎo)自由基的生成。隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，IPL 處理前、后，大豆油的自由基生成量均無(wú)顯著變化；而豬油處理距離10 cm，處理時(shí)間20 s 時(shí)，自由基生成量才有明顯變化，在7.5 cm 下，處理10，15 和20 s 時(shí)，有顯著變化，即較高能量處理時(shí)，其自由基生成量會(huì)有顯著變化（P<0.05）。IPL 處理前、后及貯藏過(guò)程中，豬油的自由基含量均高于大豆油。動(dòng)力學(xué)分析表明，隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng)和脈沖距離的縮短，速率常數(shù)k 呈增大趨勢(shì)，表明IPL 的能量越大，自由基生成速率越快。豬油k 值大于大豆油，表明在IPL 處理下，豬油比大豆油更易產(chǎn)生自由基。

表10 IPL 處理對(duì)豬油自由基的影響（×104）Table 10 The effect of IPL treatment on the free radicals of lard （×104）

（續(xù)表10）

表11 IPL 處理對(duì)大豆油自由基的影響（×104）Table 11 The effect of IPL treatment on the free radicals of soybean oil （×104）

表12 IPL 處理后豬油和大豆油在貯藏期間自由基的動(dòng)力學(xué)分析Table 12 Kinetic analysis of free radicals of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

3 討論

油脂氧化的初級(jí)產(chǎn)物是氫過(guò)氧化物，過(guò)氧化值（POV 值）可以評(píng)價(jià)油脂的氧化程度。氫過(guò)氧化物進(jìn)一步分解氧化，會(huì)產(chǎn)生低分子質(zhì)量的物質(zhì)，如醛、酮等，因此羰基價(jià)（CGV 值）是反映油脂氧化中、后期的指標(biāo)。丙二醛（MDA）是脂類(lèi)某些初級(jí)和次級(jí)氧化產(chǎn)物再降解形成的低分子質(zhì)量產(chǎn)物中的一種終產(chǎn)物，含3 個(gè)或3 個(gè)以上雙鍵的不飽和脂肪酸進(jìn)行一系列環(huán)化反應(yīng)生成MDA。油脂氧化的途徑主要有自動(dòng)氧化、光敏氧化和酶促氧化3 種，從試驗(yàn)條件考慮，貯藏過(guò)程中其氧化主要是自動(dòng)氧化途徑，而自動(dòng)氧化是一個(gè)自由基的反應(yīng)歷程。試驗(yàn)對(duì)IPL 處理前、后以及貯藏期油脂的自由基含量進(jìn)行了檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明IPL 處理會(huì)使油脂自由基生成量增加，且對(duì)豬油的誘導(dǎo)作用大于大豆油。IPL 處理前、后以及貯藏期油脂POV 值顯著增加，IPL 對(duì)豬油POV 值變化的影響大于大豆油。油脂氧化速度不僅與脂肪酸組成有關(guān)，與水分活度、金屬離子等均有密切關(guān)系[28-29]，雖然豬油不飽和脂肪酸含量低于大豆油，但是由于自煉豬油水分活度較大豆油高，且煉制過(guò)程中容器金屬離子可能混入，因此試驗(yàn)中豬油氧化快于大豆油，POV 值和自由基含量及二者變化速率豬油均高于大豆油。油脂氧化過(guò)程非常復(fù)雜，在生成一級(jí)氧化產(chǎn)物的同時(shí)，又會(huì)進(jìn)一步分解生成二級(jí)氧化代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生醛、酮類(lèi)物質(zhì)[23]，試驗(yàn)貯藏期內(nèi)豬油和大豆油CGV 值相當(dāng)，且兩種油CGV 變化速率的差異小于POV 值和自由基含量。試驗(yàn)結(jié)果顯示IPL 處理前、后以及貯藏期豬油MDA 值高于大豆油，且豬油MDA 的變化速率大于大豆油。MDA 是油脂氧化產(chǎn)生的諸多不飽和醛酮產(chǎn)物中主要產(chǎn)物之一，雖然豬油中多不飽和脂肪酸含量遠(yuǎn)低于大豆油，但其MDA 值卻高于大豆油，這可能是由于試驗(yàn)采用的是硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定MDA值，而TBA 是非專(zhuān)一性MDA 顯色反應(yīng)，除了會(huì)與MDA 發(fā)生顯色反應(yīng)，還可與其它醛類(lèi)、氨基酸、褐變反應(yīng)產(chǎn)物等顯色。

本試驗(yàn)結(jié)果表明油脂經(jīng)IPL 處理后其貯藏性變差，IPL 處理促進(jìn)了油脂氧化，且隨著IPL 處理強(qiáng)度的增加促進(jìn)作用加大，且受水分活度等因素影響，其對(duì)豬油的作用較大豆油更明顯。許佩勤等[30]研究了紫外線(xiàn)輻照對(duì)花生油貯藏性的影響，結(jié)果顯示經(jīng)紫外線(xiàn)輻照的花生油貯藏穩(wěn)定性降低。馬鳳鳴等[25]也曾探討了IPL 對(duì)大豆油品質(zhì)的影響，結(jié)果表明IPL 處理后大豆油POV 值和MDA值均明顯增加。IPL 處理導(dǎo)致的油脂貯藏性變差，可能是由于IPL 以脈沖形式激發(fā)強(qiáng)烈的光能，誘導(dǎo)了自由基的形成和積累，提高了自由基的生成速度，進(jìn)而加快了油脂的氧化過(guò)程[31]，且水分活度等因素會(huì)影響到自由基的誘導(dǎo)產(chǎn)生；同時(shí)IPL 也會(huì)產(chǎn)生一定程度熱效應(yīng)，隨著處理距離和時(shí)間的增加，樣品溫度會(huì)小幅上升，如同樣距離每處理10 s 時(shí)間，樣品溫度會(huì)上升6 ℃[32]，熱效應(yīng)亦會(huì)對(duì)油脂氧化產(chǎn)生一定的影響。油脂的氧化是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜的過(guò)程，本試驗(yàn)僅從POV 值、CGV 值、MDA 值、自由基含量4 個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了IPL 處理對(duì)豬油和大豆油氧化穩(wěn)定性的影響，而IPL 對(duì)油脂氧化影響的全面評(píng)價(jià)及氧化作用機(jī)制還需進(jìn)一步深入探討。

4 結(jié)論

本研究表明，IPL 處理會(huì)促進(jìn)豬油和大豆油的氧化，隨著脈沖能量的增加，貯藏期間油脂中自由基、過(guò)氧化物、羰基化合物和丙二醛生成量增加，且符合半級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。此外，水分活度等因素影響油脂氧化速度，致使試驗(yàn)中豬油氧化快于大豆油。油脂在物理場(chǎng)作用下分子會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，油脂氧化產(chǎn)物會(huì)對(duì)食品風(fēng)味、色澤及其組織產(chǎn)生不良影響，縮短貨架期，降低營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。IPL 作為一種非熱殺菌技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景，但I(xiàn)PL在富含油脂類(lèi)食品中應(yīng)用時(shí)需考慮其對(duì)油脂氧化的影響等問(wèn)題。