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(yù)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(yǎng)物質(zhì)，參與大腦脂質(zhì)的組成，促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[1]，促進敏銳度與視力的發(fā)展[2]，改善單層角質(zhì)形成細胞的相關(guān)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(jīng)和視覺發(fā)育有正向影響[5]。最新研究發(fā)現(xiàn)，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(nèi)的ω-3 PUFAs列為新冠肺炎重癥患者的營養(yǎng)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(nèi)合成，但是據(jù)報道轉(zhuǎn)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(zhì)量更好，有取代魚油的潛在價值。藻油氧化穩(wěn)定性更強；DHA含量更純凈；沒有魚腥味；海洋微藻作為可持續(xù)再生資源，彌補了深海魚被過度捕撈造成的生態(tài)破壞，還可通過藻種篩選與優(yōu)化獲得更優(yōu)質(zhì)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(shù)、獲得高新鮮度的DHA油脂打下基礎(chǔ)。

1 DHA油脂的氧化

1.1 氧化動力學(xué)

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(jié)構(gòu)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(fā)劑作用下形成脂質(zhì)自由基；繼而開始膨脹鏈式反應(yīng)，未被氧化的PUFAs產(chǎn)生更多過氧化物和自由基，生成大量初級氧化產(chǎn)物[9]；不穩(wěn)定的過氧化物進一步分解生成小分子醛、酮等二級氧化產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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(xiàn)淺黃色，顏色過深就說明發(fā)生氧化變質(zhì)。

定性和定量測定特定氧化產(chǎn)物常需要氣相色譜質(zhì)譜，其操作復(fù)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(shù)[12]，衡量油脂氧化后產(chǎn)生的初級氧化產(chǎn)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(chǎn)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(shù)評估油脂新鮮度，數(shù)值越大表示氧化程度越嚴重，新鮮度越低。

中國魚油行業(yè)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(yè)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(jié)果發(fā)現(xiàn)PV值、AV值和TOTOX值幾乎全都超過推薦最大值[13]。對國內(nèi)市場的多種原料魚油進行品質(zhì)檢測[12]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(xiàn)特殊的波浪式曲線，不能完全體現(xiàn)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(chǎn)物與終產(chǎn)物的變化，更能體現(xiàn)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(nèi)可能持續(xù)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(nèi)壁、讓血管變脆，導(dǎo)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(fēng)險，增加高血壓和腦溢血風(fēng)險，加重炎癥[9,16]。脂質(zhì)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(chǎn)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(jié)腸細胞增殖[19]，增加新生兒的死亡率。

油脂的次級氧化產(chǎn)物，醛、酮、酸類各種小分子物質(zhì)會與氨基化合物結(jié)合生成具有強烈腥臭味的胺類物質(zhì)，這就是油脂氧化后魚腥味的來源；這些小分子物質(zhì)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(chǎn)物，后者會導(dǎo)致神經(jīng)原纖維纏結(jié)和神經(jīng)毒性[17]，造成細胞凋亡；另一種特征氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）能與核酸和蛋白發(fā)生交聯(lián)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(fā)細胞不正常水解和組織傷害[20-21]。

油脂被氧化說明發(fā)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(fā)育的關(guān)鍵時期，DHA作為必需營養(yǎng)元素經(jīng)多項隨機對照試驗證明可降低患過敏性疾病的風(fēng)險[22-24]，但其氧化后又會產(chǎn)生各種過敏原，導(dǎo)致蕁麻疹、呼吸道應(yīng)激反應(yīng)、免疫力下降等各種問題[25]，因此對DHA油脂產(chǎn)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(guān)毒理學(xué)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(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)榉词街舅岬纫幌盗醒趸蝗蔷坪蟮玫降某善酚涂寡趸ぷ鞑蛔?，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(jīng)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(jīng)處理的魚肉或粗魚油經(jīng)漁船長時間長距離運輸?shù)絿鴥?nèi)，過程中往往發(fā)生嚴重的酸敗氧化，為達到市場水平還會進行化學(xué)酯交換，后續(xù)精制很難將這些氧化產(chǎn)物和引入的化學(xué)物質(zhì)完全去除。魚類的市場價值主要是直接食用或畜牧養(yǎng)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(shù)量基數(shù)極大的海洋初級生產(chǎn)者，通?？纱笠?guī)模人工培養(yǎng)，胞內(nèi)的DHA藻油不經(jīng)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(zhì)，沒有魚油需要長距離運輸?shù)膯栴}，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(zhì)，因此化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)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(fēng)險因子，DHA含量達55%以上，后續(xù)精煉可獲得符合DHA藻油行業(yè)標準的成品油；在DHA微藻人工培養(yǎng)方面，其公開一種恒溫震動反應(yīng)器，可以同時對多個反應(yīng)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(yǎng)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(nèi)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(nèi)脂質(zhì)，既要提高藻油的提取率與潔凈度以保證生產(chǎn)的連續(xù)性，還要保持易氧化的ω-3多不飽和脂肪酸的穩(wěn)定性和生物活性，因此合適的預(yù)處理與提取工藝至關(guān)重要，也是關(guān)于高質(zhì)量DHA油脂提取技術(shù)攻關(guān)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(zhì)如各類揮發(fā)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(fù)凍融、研磨等）和生化破壁（化學(xué)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(zhì)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(yōu)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(yōu)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(shù)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(jié)省設(shè)備成本，提取效率高，AV值低至4.8[30]。有企業(yè)還公開一種超臨界流體萃取設(shè)備，可均勻分散超臨界流體從而促進反應(yīng)混勻，提高反應(yīng)速率，減少物料浪費[31]。

3.2 精制工藝的優(yōu)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(fā)生氧化，常規(guī)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(fā)高效環(huán)保的精煉方法。有研究者對金槍魚油的脫膠工藝進行優(yōu)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(jié)果去除了魚油中大部分揮發(fā)性小分子物質(zhì)，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(zhì)，保留有益營養(yǎng)物質(zhì)。對鯉魚內(nèi)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(zhì)，操作與后續(xù)處理復(fù)雜，精煉過程長，成本較高。以往的常規(guī)精煉過程中，為去除導(dǎo)致腥味的過氧化物和小分子物質(zhì)，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(chǎn)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(yè)對DHA藻油精煉的多個環(huán)節(jié)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(chǎn)品色澤淺黃，晶瑩通透，滋氣味清淡[38]。

3.3 化學(xué)反應(yīng)與物理吸附精制工藝的優(yōu)化

魚油或藻油的后加工工藝中，常采用物理吸附法、化學(xué)反應(yīng)法或兩者相結(jié)合的方法降低PV和AV值?；瘜W(xué)法是利用特定化學(xué)物質(zhì)與油脂中小分子醛、酮等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)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(zhì)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(chǎn)品中的不飽和脂肪酸等有用物質(zhì)，造成產(chǎn)品損耗[39]，引入對人體健康不良的有毒物質(zhì)，為工業(yè)生產(chǎn)的后續(xù)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(yīng)去除小分子物質(zhì)，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(tài)吸附以降低油脂的AV值[41]。

對提取工藝進行優(yōu)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(chǎn)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(shù)

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(yōu)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?cè)绫?所示。但是據(jù)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(xué)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(dǎo)致魚油乳液破乳、脂質(zhì)過氧化[45]?？Х人?、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(jié)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(wěn)定性，劑量越大抗氧化效果越顯著[47]。近年來被發(fā)掘的抗氧化劑眾多，如巖藻黃質(zhì)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(yīng)關(guān)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(huán)糊精為復(fù)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(wěn)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(guān)[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(yōu)于表面油12.63%[66]。某企業(yè)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(chǎn)生的有害物質(zhì)[67]。通過原料的篩選、提取工藝的優(yōu)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(chǎn)品品質(zhì)，對DHA產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人民健康都有積極意義。

5 結(jié)語與展望

黨的十八大以來，習(xí)近平總書記親自推動“健康中國”戰(zhàn)略，把人民健康放在優(yōu)先發(fā)展的地位，強調(diào)“要進一步關(guān)心海洋、認識海洋、經(jīng)略海洋”?！丁敖】抵袊?030”規(guī)劃綱要》中也提到要支撐微藻類產(chǎn)業(yè)的順利轉(zhuǎn)型。微藻作為海洋黃金，提取得到的DHA藻油在生態(tài)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(chǎn)品，盡管出廠時指標較好，但經(jīng)過長時間運輸和保藏，送到消費者手中時其產(chǎn)品質(zhì)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(fā)凸顯，優(yōu)化低能耗、高安全、易操作、高效率的提煉工藝，開發(fā)保持出廠品質(zhì)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(guān)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(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的進程。