海洋磷脂氧化及其對食品風味的影響

尤海琳，姜璐，劉鍇鍇，梁樹英，趙慧，胡建恩，盧航

(大連海洋大學 食品科學與工程學院，遼寧 大連，116023)

磷脂(phospholipids，PL)是一類廣泛存在于自然界中的含磷脂質，是生物膜的重要組成部分，也是構成生命的物質基礎之一[1]。其生理活性較為豐富，在食品、保健品、醫藥以及飼料行業中應用越來越廣泛[2-3]。

海洋磷脂(marine phospholipids)是指來源于海洋生物的磷脂，其Sn-2位上的脂肪酸由多不飽和脂肪酸組成[4-5]，尤其是n-3長鏈多不飽和脂肪酸(long-chain polyunsaturated fatty acid, LC PUFA),如二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)、二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)等，具有促進嬰兒大腦發育和預防多種疾病等功能[6-9]。海洋磷脂因其磷脂酰乙醇胺/氨基酸的伯胺基團與脂質氧化產物之間進行非酶促褐變反應，會產生抗氧化化合物，并且海洋磷脂和α-生育酚之間具有較好的協同作用[10]，因此表現出較好的抗氧化性。CANSELL等[11]研究發現，在酸性條件下，海洋磷脂脂質體的穩定性更高。此外，海洋磷脂在食品加工過程中具有較好地食品強化功能[12-14]，也是乳液制備的天然表面活性劑，如海洋磷脂乳液可以用作富含n-3 LC PUFA油的有效載體[15-16]。

海洋磷脂廣泛存在于水產品中，因其n-3長鏈多不飽和脂肪酸的含量高，在加工和儲運過程中易發生脂質氧化反應、非酶促褐變反應等。一方面，反應生成的產物會引起水產品的酸敗，降低食品的品質和風味；另一方面適當的PL氧化，提供了脂質來源的前體物質(如二聚體、氧化聚合化合物、Strecker降解產物、吡咯化產物等)，有益于食品獨特風味的形成。因此，該文針對海洋磷脂氧化及其在食品風味中的作用進行綜述，以期為深入研究食品特征風味物質形成提供參考。

1 海洋磷脂的降解

1.1 海洋磷脂的組成

PL分為甘油磷脂與鞘磷脂兩大類，分別由甘油和鞘氨醇構成。每一個磷脂分子都是由親水的極性頭部和親脂的非極性尾部組成。天然存在的磷酸甘油酯都具有相同的主體構型，即由2條脂肪酸鏈構成尾部和含有磷的極性頭部。甘油磷脂之間的主要差別是PL極性頭部的形狀、電荷量和分子量的差異，其結構見圖1。

圖1 甘油磷酯的結構Fig.1 Structure of glycerophospholipid

而鞘磷脂是含硝氨醇或二氫鞘氨醇的磷脂，其分子不含甘油，是1分子脂肪酸以酰胺鍵與鞘氨醇的氨基相連，基本結構如圖2所示，鞘磷脂之間的差別主要是磷脂極性尾部碳鏈長短 (C14-C24)、雙鍵數目與構型、碳鏈分支 (異-和反異-)等。每一分子的磷脂都不是單一的化合物，絕大多數磷酸甘油酯Sn-1位上以飽和脂肪酸為主，而Sn-2位上以不飽和脂肪酸居多[17]。

圖2 鞘磷脂的結構Fig.2 Structure of sphingomyelin

海洋動物中的磷脂以含雙不飽和鏈的化合物為主，其中含量最豐富的是磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine，PC)，其次是磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)，以及一些其他小分子的PL，如磷脂酰肌醇(phosphatidylinosidol，PI)，磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine，PS)，鞘磷脂(sphingomyelin，SPM)和溶血卵磷脂(lysoph-osphatidylcholine，LPC)等。

1.2 海洋磷脂的水解

海洋磷脂主要通過水解和氧化的途徑發生降解。通常在水存在或冷藏條件下發生水解反應，產生溶血卵磷脂、游離脂肪酸和甘油磷脂等混合物。其中溶血卵磷脂繼續發生降解，生成甘油磷酸化合物作為PL水解的終產物[18-19]。其代謝產物脂肪酸(fatty acid)中含有大量的ω-3系列的亞麻酸和ω-6系列的亞油酸，是人體不可缺少的必需脂肪酸[20-22]。卵磷脂代謝產物中還含有膽堿(choline)，膽堿是1種季胺堿，具強堿性，參與乙酰膽堿的組成，影響著腦和周圍神經組織中乙酰膽堿的水平[23]，且能夠降低脂肪沉積，是維持生命和生長的必需物質[24]。LU等[25-26]研究發現，磷蝦油在儲存過程中發生水解反應，使得PL含量降低、游離脂肪酸含量上升，而在磷蝦油加工階段，游離脂肪酸的含量隨非酶褐變反應的進行而顯著減少，甘油酯含量變化卻不明顯，說明PL水解為后續的氧化和風味物質的形成提供了脂質來源的前體物質[25,27]。

1.3 海洋磷脂的氧化

脂質氧化、非酶促褐變反應是海洋磷脂中重要的氧化反應，海洋磷脂中n-3 LC PUFA的含量高，極易發生氧化反應。n-3多不飽和脂肪酸的自動氧化通過自由基鏈式反應發生，可以分為3個階段：鏈起始、鏈中間和鏈終止。氧化后的PL產生具有不同極性、穩定性和分子量的多種化合物[28]。這些化合物可分為分子量與不飽和脂質分子相似的化合物以及揮發性化合物，如醛、碳氫化合物、醇和酮等。而PL在高溫、金屬離子存在時或在氧化的加速階段，會發生氧化反應及氧化聚合反應，生成二級氧化產物，即氧化聚合化合物，如二聚體或聚合物，它們是通過2個或多個脂質基相互作用形成的，分子量高于最初的脂質分子量。

而最常見的非酶褐變反應是美拉德反應。PL可以顯著減少美拉德反應產物(主要是含硫化合物)的形成及提供揮發性化合物如羰基或醇等，使得含有PL的食品風味、顏色、質地和營養價值發生重大變化[29-30]。THOMSEN等[31]在研究磷蝦油與魚油的脂質氧化和非酶褐變反應中，發現海洋磷脂的非酶褐變反應受化學組成(PE和氨基酸殘基水平)以及提取過程(溫度和條件)的影響，發現在有氨基酸殘基存在或溫度升高時，脂質氧化產物含量升高，非酶褐變反應加快。MOZURAITYTE等[32]在研究鱈魚磷脂的非酶褐變反應中，發現非酶褐變主要分為兩部分：吡咯化形成吡咯；在氨基酸殘基存在條件下，則發生Strecker降解。

2 海洋磷脂的氧化對食品風味的影響

風味是消費者鑒定食品品質的重要感官指標之一，風味形成的前體物質大多來源于食品本身，主要是通過脂質氧化降解、非酶褐變反應產生。其中脂質氧化降解能夠賦予食品特殊的芳香香氣、而非酶褐變反應為肉香味的形成提供風味共性物質。熱反應對食品風味的形成具有促進作用，當食品處于較高溫度時，許多風味前體物質將會發生降解，生成大量以反應中間體形式存在的初級降解產物，此類中間反應體將會繼續發生反應，生成大量特殊的香氣化合物。海洋磷脂是水產品風味形成中重要的前體物質[33-34]，其中PL脂質體不飽和酰基鏈的氧化降解是產生揮發性香味的重要途徑之一[35]。劉奇等[36]研究發現，鱘魚中腥味物質的產生與魚肉腐敗變質、脂肪酸氧化降解有關，脂溶性物質(特別是磷脂)腥味物質較多；楊晶等[37]研究魚肉中的PL發現，PL在脂質過氧化反應中起著至關重要的作用，PL的氧化降解及其產物進一步分解后生成大量的揮發性物質，包括羰基類化合物、醇類、烴類等，提高了魚的芳香風味。所以食品中的PL類物質氧化反應對食品風味的形成和品質變化具有十分重要的作用，一方面PL的氧化能引起水產品中脂肪酸的酸敗，產生哈喇味；另一方面適當的PL氧化，提供了脂質來源的前體風味物質，有益于食品獨特風味的形成，引起人們的食欲。

2.1 海洋磷脂中脂質氧化對食品風味的影響

在高溫或有過渡金屬離子存在時，PL中不穩定的脂質過氧化氫將會分解，生成過氧化物和烷氧基自由基[4]。并且烷氧基自由基的β鍵繼續斷裂，生成各種形式的短鏈二級氧化揮發物[38]。盡管n-3 LC PUFA本身的氧化產物是無味的，但是這些氧化產物繼續分解，產生具有低氣味閾值的醛、酮、醇等[39-40](如(E)-2-辛烯醛、2-壬烯醛、(Z)-4-癸烯醛、2-十一烯醛1-戊烯-3-酮、苯甲醛、2-戊呋喃、2-庚酮、(Z)-4-庚烯醛等，其中2-十一烯醛1-戊烯-3-酮的含量最高)揮發性氧化產物，當其含量達到一定時，將會影響n-3 LC PUFA食物的風味、味道和總體質量，降低食品的品質。其中醛類化合物主要來源于脂質的氧化降解，一般閾值較低，具有很強的揮發性和脂肪香味；酮類化合物大多是不飽和脂肪酸受熱氧化和降解的產物，其閾值也較低，常常使食品產生清香氣味；醇類化合物是脂質中醇還原酶將醛類化合物和酮類化合物等還原為相應的醇(飽和醇和不飽和醇類化合物)，一般閾值較高，當其飽和醇類化合物含量低時，對食品風味的貢獻比較小，但因其不飽和醇閾值較低，能夠使海產品產生蘑菇味和金屬味[41]。張迎陽等[42]研究脂質氧化分解聚合發現，高溫協同金屬離子可以使食品得到更好的感官品質。PL脂質氧化降解產生的揮發性物質，對食品整體風味的形成及改善食品品質十分重要。

2.2 海洋磷脂中的脂質氧化聚合對食品風味的影響

PL在高溫或氧化加速階段，會發生氧化聚合反應。氧化聚合反應產生的棕色氧化聚合物是海洋PL中PC的褐變產物，主要是因為PC分子中含有大量多不飽和脂肪酸二十二碳六烯酸(DHA)，其極易在光、氧、熱條件下發生氧化反應，從而導致脂質氧化產物發生氧化聚合。UEMATSU等[43]認為，脂肪酸不飽和程度的增加導致非酶褐變反應的增加。吳寶森等[44]研究發現在加工、貯藏和運輸的過程中，PL極容易發生氧化聚合反應，影響食品的品質；氧化生成的初級產物及次級產物化學性質極不穩定，容易與其他成分(蛋白質、氨基酸、金屬離子、血紅素、抗氧化添加劑等)發生氧化聚合反應，產生食品獨特的風味。吳娜等[45]研究了中華絨螯蟹蒸制前后可食部位中脂質及脂肪酸的含量變化，探討蒸制過程中關鍵香氣物質形成與脂質組成變化間的關系，發現PE在熱氧化條件下，其脂肪酸關鍵香氣形成的前體物質(C17∶1n-7、C18∶1n9-c、C22∶1n-9和C18∶2n-6c)等含量顯著下降。

2.3 海洋磷脂的非酶褐變反應

美拉德反應是羰基化合物(尤其是還原糖)與氨基化合物(蛋白質、氨基酸等)之間的復雜反應。在體外構建美拉德反應模型中，添加PL的美拉德反應風味比不添加PL的風味要好，因為海洋磷脂氧化，提供了脂質來源的前體物質，有益于食品獨特風味的形成[26]。海洋磷脂氧化參與非酶褐變反應主要以吡咯化形成吡咯和Strecker降解為主，兩者都會影響食品的品質與風味。

2.3.1 海洋磷脂中吡咯化

吡咯是PL中的伯胺基團或氨基酸與其脂質氧化產物之間的非酶褐變反應。吡咯化產生2種類型的吡咯(揮發性和非揮發性化合物)，即n-取代吡咯和2-(1-羥基烷基)吡咯，其中n-取代吡咯是穩定的，而2-(1-羥基烷基)吡咯是不穩定的，2-(1-羥基烷基)吡咯進一步聚合，形成二聚體或聚合物形式的吡咯。THANONKAEW等[46]研究魷魚中PL脂質體和蛋黃中卵磷脂脂質體的氧化反應時，發現脂質和褐變的反應程度以及吡咯的含量都同時增加，游離胺基含量減少，這是因為魷魚肌肉中PE的胺基與醛類脂質氧化產物之間發生了褐變反應；LU等[4]研究發現,未發生氧化反應的海洋磷脂脂質體系中沒有吡咯，吡咯主要存在于高溫提取的海洋磷脂乳液中，而低溫提取的海洋磷脂乳液中吡咯含量較少。于汐洋等[47]研究發現，卵磷脂脂質體發生美拉德反應生成的產物——吡咯對人體的生理活動十分有益，具有較好抗氧化效果。海洋磷脂的吡咯化會使海洋產品的顏色加深，因為在吡咯的形成和聚合過程中含胺基的脂質體會發生黃色或褐變反應，但這種反應也能夠使海洋食品產生獨特的鮮味[27]。

2.3.2 海洋磷脂中Strecker降解

在非酶褐變反應過程中，氨基酸的Strecker降解(SD)是氨基酸的氧化脫氨基作用，如還原糖或一些脂質氧化產物，產生各種特殊的醛類物質，是食品加工過程中產生馥郁香味的物質之一[48]。在海洋PL中，Strecker降解發生在脂質氧化產物和氨基酸之間，因為在海洋PL儲存過程中，亮氨酸、賴氨酸和蛋氨酸的含量降低，證實了這些氨基酸被降解成為Strecker醛。在海洋PL乳液中發現Strecker降解產物，是因為海洋PL的乳液中含有大量的氨基酸殘基，在氨基酸的脂質體分散體或含有PE的脂質分散體中發現了Strecker降解產物，這些Strecker醛通過氨基酸與不飽和環氧基脂酯、環氧烯烴和羥基烯烴等發生3次脂質氧化反應生成的。FLORES等[49]通過固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)、氣-質聯用(gas chromatography-mass Spectrometer，GC-MS)測定出海洋PL乳液中有十多種不同類型的Strecker降解產物，如2-甲基丁醛和3-甲基丁醛分別是來自異亮氨酸或亮氨酸的Strecker降解產物。VENTANAS等[50]在低溫無菌模型系統中發現，二甲基二硫化物和二甲基三硫化物是含硫化合物甲硫氨酸或半胱氨酸中的降解產物；2-甲基-2-戊烯醛是3次脂質氧化產物(E)-2-(E)-4- 烯醛與賴氨酸反應的主要揮發性產物；3-甲基丁烷是含有蛋氨酸的醛類脂質氧化產物。海洋PL中最主要的Strecker降解產物是3-甲基丁醛、二甲基二硫化物和2-甲基-2-戊烯醛等，大部分Strecker降解產物在儲存一定時間后其含量都會保持恒定。隨著Strecker衍生揮發物含量的增加，脂質衍生的揮發物含量的減少，賦予了食品不同馥郁風味。

3 結論

食品風味是構成食品特色的重要組成成分，影響食品風味的因素有很多。但總體而言，脂類物質特別是PL是食品中最重要的風味前體物質，海洋PL的降解直接影響海洋PL產品中的品質和風味。海洋PL中的脂類物質在加工或儲存中極易發生酶促或非酶褐變反應，如脂肪的水解、氧化、吡咯化、Strecker降解以及美拉德反應等，受這些反應的影響，形成了食品獨特誘人的品質和風味。為有效控制風味的形成，提高食品的品質，需要更加全面地認識海洋PL的氧化和風味形成機理，建立一系列科學的生產操作規程和原料、產品標準化體系。