食品中脂類物質(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 471000；2.食品加工與安全國家級實驗教學(xué)示范中心，河南 洛陽 471000；3.食品原料河南省工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽 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，極易與食品中脂類物質(zhì)的不飽和雙鍵直接發(fā)生反應(yīng)，使其氧化劣變，營養(yǎng)價值喪失。光敏氧化是脂類食品1O2來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Type II途徑產(chǎn)生1O2，迅速引發(fā)并促進(jìn)食品中脂類物質(zhì)的氧化[6]。1O2反應(yīng)活性高，與脂類物質(zhì)的氧化反應(yīng)速率至少是3O2的1 500 倍[7]，并且氧化過程中產(chǎn)生的游離基還可進(jìn)一步引發(fā)脂類物質(zhì)的自動氧化，因此，研究脂類食品中1O2的來源途徑、氧化機(jī)理及安全有效的抑制技術(shù)引起了許多國內(nèi)外研究者的興趣，并取得了系列研究成果。本文對近年來本領(lǐng)域的最新國內(nèi)外研究成果進(jìn)行了對比和分析，從脂類食品中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)氧簡介

2 脂質(zhì)體中單線態(tài)氧形成及光敏氧化機(jī)理

脂類食品中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 脂類食品中單線態(tài)氧來源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]。光敏氧化過程中，Sen的激發(fā)、1O2的形成及脂質(zhì)體后續(xù)的氧化過程如圖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*通過發(fā)射熒光直接回到基態(tài)，另一部分通過系間竄躍機(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*可以通過發(fā)射磷光回到基態(tài)，也可以通過Type I和Type II兩種途徑回到基態(tài)，重新開始另一次循環(huán)。光敏氧化過程中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3Sen*的競爭，隨著底物和3O2濃度的變化，光敏氧化可能會在反應(yīng)過程中改變反應(yīng)途徑[23]。Type I型和Type II型途徑通過形成自由基化合物（R·）或生成1O2來啟動氧化反應(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)，同時過氧自由基（ROO·）也可以與氫原子結(jié)合生成氫過氧化物（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氧化物（ROOH）。通過Type II型途徑，每個Sen分子在淬滅之前可以激發(fā)產(chǎn)生103～105個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[27]。因此，油脂等脂類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Type II型途徑引發(fā)光敏氧化反應(yīng)，導(dǎo)致脂類食品的氧化變質(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

油脂是人類膳食中一類重要的食品，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、提升嬰兒智力發(fā)育、改善兒童注意力缺陷等多種對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，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種類和數(shù)量與由3O2氧化形成的ROOH種類和數(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，會通過以下方式進(jìn)一步分解形成次級氧化產(chǎn)物：

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

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

這些自由基會直接參與到油脂的自動氧化，進(jìn)一步加速油脂氧化劣變[33]。同時隨著ROOH濃度的增加，ROOH會進(jìn)一步分解形成醛、酮、酸、醇等對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定量檢測一級氧化產(chǎn)物ROOH實現(xiàn)的，傳統(tǒng)檢測油脂中總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共軛雙鍵構(gòu)型的ROOH。上述傳統(tǒng)方法通常來說只能作為估計ROOH總量的通用技術(shù)，并不能區(qū)分不同的油脂氧化類型生成的不同ROOH。因此，國內(nèi)外研究者開發(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。在各種類型的油脂氧化中，此吸收峰僅見于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)生的一級離子碎片，這些離子碎片含有豐富的信息，對ROOH的檢測限可以達(dá)到納克到飛克級別，可以分析鑒定不同類型油脂氧化所產(chǎn)生的不同ROOH。此外，利用配備不同檢測器（化學(xué)發(fā)光檢測器、熒光檢測器燈）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)行單獨的分析鑒定，步驟冗長、操作繁瑣，因此應(yīng)用受到較大的限制。近年來，研究者們開發(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)行分析的檢測方法[43-45]，該方法兼具液相色譜對完整分子分析的簡便性和質(zhì)譜檢測的高靈敏性，因此在分析和鑒定不同類型油脂氧化產(chǎn)生的不同ROOH方面極具優(yōu)勢與潛力。

3.2 植物甾醇的光敏氧化

植物甾醇（phytosterol，PS），又稱植物固醇，是一種廣泛分布于油脂中的類脂物質(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)光氧化過程中1O2的產(chǎn)生，對PS的光敏氧化起決定性作用。在Sen相對含量為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的競爭結(jié)合力會增強(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)，類固醇甾核B環(huán)C7位是PS光氧化過程中的關(guān)鍵氧化位點[48-49]。通常情況下，POPs對人體健康不利[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，會氧化生成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，可以同時脫除油脂中葉綠素、β-胡蘿卜素等多種色素，其工藝簡單高效，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。

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?；钚园淄烈话惴譃樗嵝园淄梁椭行园淄?，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，采用高壓電場輔助脫色可使活性白土的用量降低50%，處理時間縮短35%，處理溫度降低28%。同時，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。Abbasi等[56]研究了超聲波輔助下活性白土對橄欖油中葉綠素和類胡蘿卜素的脫除效果，實驗結(jié)果表明，沒有超聲波輔助的情況下（110 ℃、60 min），橄欖油中葉綠素和類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間并降低脫色處理的溫度，減少脫色過程造成的營養(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，不會給油脂帶來異味。但是傳統(tǒng)的活性碳價格昂貴、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 ℃、吸附時間45 min時，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，在氮氣保護(hù)下進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，然后?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，而且具有操作簡單、耗時短的優(yōu)點，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，也會造成PS、不飽和脂肪酸等功能性物質(zhì)和營養(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，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植物油脫色的同時，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，通過添加0.7%（以體系質(zhì)量計，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。對膜處理油的理化性質(zhì)進(jìn)行了評估，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時達(dá)到最佳分離效果，可以將類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葵花籽油中色素的分離效果，實驗結(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，對葉綠素的分離率分別達(dá)到了95.6%和72.3%。通過對分離前后植物油稀釋液紫外-可見吸收光譜的測定發(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類胡蘿卜素得到了更為有效的脫除。但值得注意的是，此項高分子膜分離技術(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

活性包裝指主動向包裝食品或食品周圍環(huán)境釋放或吸收某類物質(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]；前者用來去除食品或食品環(huán)境中不需要的化合物，后者則通過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?；钚园b在食品中的具體應(yīng)用見表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主要是通過真空包裝工藝實現(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，并可能隨著儲存時間的延長進(jìn)一步增加。這主要是包裝過程中排空不足、3O2通過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。

活性包裝中最常見的OS是鐵基清除劑[69]，在反應(yīng)過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3O2的清除能力幾乎是微米級鐵粉的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物質(zhì)的光敏氧化。

另一類常見的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)過程中生成的過氧化氫還原為水，而不會形成任何自由基。

近年來，活性包裝在脂類食品中的開發(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的同時也應(yīng)該充分認(rèn)識到其存在的一些缺點：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)檢漏儀的檢測極限為10 μm）時，會對食品本身造成嚴(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，通過物理或化學(xué)作用機(jī)制，使1O2淬滅，從而防止脂類光敏氧化的發(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。前者主要包括類胡蘿卜素[73]（尤其是番茄紅素[74]）、生育酚[75]、黃酮類化合物[76]等，后者包括食品工業(yè)中常用的特丁基對苯二酚（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，國內(nèi)外研究者在天然和人工合成1O2淬滅劑方面開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黃酮類化合物）可使油酸與1O2的氧化作用降低約11%，說明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、價廉的優(yōu)點，在允許添加范圍內(nèi)使用對人體是安全無毒的。Hajimohammadi等[78]研究發(fā)現(xiàn)在紫外線或可見光照射下，2-硝基苯甲醛可有效阻斷一系列不同測試樣品中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)出對光敏氧化形成的1O2有高度的淬滅作用，對脂肪酸的保護(hù)作用超過公認(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

為了吸引消費者，商家通常將油脂或者脂類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)了食品中脂類物質(zhì)的光敏氧化問題。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、酮類、酯類等多種氧化產(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后便可檢測出牛奶中的異味，而在LED光源下需24 h后才能檢測到。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，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“陽光味”和“金屬味”的主要呈味物質(zhì)之一。

對于上述不同光源導(dǎo)致1O2生成速率的差異，目前還沒有強(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)化是競爭性關(guān)系，紫外線等較短波長的光可以使能量向前者傾斜，從而加強(qiáng)系間竄越機(jī)制的競爭力，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

本文綜述了脂類食品中1O2的形成途徑、光敏氧化機(jī)理及甘油三酯和PS等常見脂類物質(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物質(zhì)光敏氧化控制的最新研究進(jìn)展。然而，食品中脂類物質(zhì)的光敏氧化除了通過Type II（主要途徑）發(fā)生以外，在無光輻照情況下，1O2仍可通過烷基自由基歧化、酚類物質(zhì)氧化、超氧陰離子與過氧化氫反應(yīng)、氫過氧化物與羰基反應(yīng)等多種途徑生成[86]，并由此引發(fā)后續(xù)脂類物質(zhì)的氧化劣變。因此，為了有效控制由1O2引發(fā)的脂類氧化，在未來研究中應(yīng)該加大對非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)的食品中脂類物質(zhì)的氧化提供充分的理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。