海洋磷脂氧化及其对食品风味的影响

尤海琳，姜璐，刘锴锴，梁树英，赵慧，胡建恩，卢航

(大连海洋大学 食品科学与工程学院，辽宁 大连，116023)

磷脂(phospholipids，PL)是一类广泛存在于自然界中的含磷脂质，是生物膜的重要组成部分，也是构成生命的物质基础之一[1]。其生理活性较为丰富，在食品、保健品、医药以及饲料行业中应用越来越广泛[2-3]。

海洋磷脂(marine phospholipids)是指来源于海洋生物的磷脂，其Sn-2位上的脂肪酸由多不饱和脂肪酸组成[4-5]，尤其是n-3长链多不饱和脂肪酸(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，具有促进婴儿大脑发育和预防多种疾病等功能[6-9]。海洋磷脂因其磷脂酰乙醇胺/氨基酸的伯胺基团与脂质氧化产物之间进行非酶促褐变反应，会产生抗氧化化合物，并且海洋磷脂和α-生育酚之间具有较好的协同作用[10]，因此表现出较好的抗氧化性。CANSELL等[11]研究发现，在酸性条件下，海洋磷脂脂质体的稳定性更高。此外，海洋磷脂在食品加工过程中具有较好地食品强化功能[12-14]，也是乳液制备的天然表面活性剂，如海洋磷脂乳液可以用作富含n-3 LC PUFA油的有效载体[15-16]。

海洋磷脂广泛存在于水产品中，因其n-3长链多不饱和脂肪酸的含量高，在加工和储运过程中易发生脂质氧化反应、非酶促褐变反应等。一方面，反应生成的产物会引起水产品的酸败，降低食品的品质和风味；另一方面适当的PL氧化，提供了脂质来源的前体物质(如二聚体、氧化聚合化合物、Strecker降解产物、吡咯化产物等)，有益于食品独特风味的形成。因此，该文针对海洋磷脂氧化及其在食品风味中的作用进行综述，以期为深入研究食品特征风味物质形成提供参考。

1 海洋磷脂的降解

1.1 海洋磷脂的组成

PL分为甘油磷脂与鞘磷脂两大类，分别由甘油和鞘氨醇构成。每一个磷脂分子都是由亲水的极性头部和亲脂的非极性尾部组成。天然存在的磷酸甘油酯都具有相同的主体构型，即由2条脂肪酸链构成尾部和含有磷的极性头部。甘油磷脂之间的主要差别是PL极性头部的形状、电荷量和分子量的差异，其结构见图1。

图1 甘油磷酯的结构Fig.1 Structure of glycerophospholipid

而鞘磷脂是含硝氨醇或二氢鞘氨醇的磷脂，其分子不含甘油，是1分子脂肪酸以酰胺键与鞘氨醇的氨基相连，基本结构如图2所示，鞘磷脂之间的差别主要是磷脂极性尾部碳链长短 (C14-C24)、双键数目与构型、碳链分支 (异-和反异-)等。每一分子的磷脂都不是单一的化合物，绝大多数磷酸甘油酯Sn-1位上以饱和脂肪酸为主，而Sn-2位上以不饱和脂肪酸居多[17]。

图2 鞘磷脂的结构Fig.2 Structure of sphingomyelin

海洋动物中的磷脂以含双不饱和链的化合物为主，其中含量最丰富的是磷脂酰胆碱(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)，磷脂酰丝氨酸(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

海洋磷脂主要通过水解和氧化的途径发生降解。通常在水存在或冷藏条件下发生水解反应，产生溶血卵磷脂、游离脂肪酸和甘油磷脂等混合物。其中溶血卵磷脂继续发生降解，生成甘油磷酸化合物作为PL水解的终产物[18-19]。其代谢产物脂肪酸(fatty acid)中含有大量的ω-3系列的亚麻酸和ω-6系列的亚油酸，是人体不可缺少的必需脂肪酸[20-22]。卵磷脂代谢产物中还含有胆碱(choline)，胆碱是1种季胺碱，具强碱性，参与乙酰胆碱的组成，影响着脑和周围神经组织中乙酰胆碱的水平[23]，且能够降低脂肪沉积，是维持生命和生长的必需物质[24]。LU等[25-26]研究发现，磷虾油在储存过程中发生水解反应，使得PL含量降低、游离脂肪酸含量上升，而在磷虾油加工阶段，游离脂肪酸的含量随非酶褐变反应的进行而显著减少，甘油酯含量变化却不明显，说明PL水解为后续的氧化和风味物质的形成提供了脂质来源的前体物质[25,27]。

1.3 海洋磷脂的氧化

脂质氧化、非酶促褐变反应是海洋磷脂中重要的氧化反应，海洋磷脂中n-3 LC PUFA的含量高，极易发生氧化反应。n-3多不饱和脂肪酸的自动氧化通过自由基链式反应发生，可以分为3个阶段：链起始、链中间和链终止。氧化后的PL产生具有不同极性、稳定性和分子量的多种化合物[28]。这些化合物可分为分子量与不饱和脂质分子相似的化合物以及挥发性化合物，如醛、碳氢化合物、醇和酮等。而PL在高温、金属离子存在时或在氧化的加速阶段，会发生氧化反应及氧化聚合反应，生成二级氧化产物，即氧化聚合化合物，如二聚体或聚合物，它们是通过2个或多个脂质基相互作用形成的，分子量高于最初的脂质分子量。

而最常见的非酶褐变反应是美拉德反应。PL可以显著减少美拉德反应产物(主要是含硫化合物)的形成及提供挥发性化合物如羰基或醇等，使得含有PL的食品风味、颜色、质地和营养价值发生重大变化[29-30]。THOMSEN等[31]在研究磷虾油与鱼油的脂质氧化和非酶褐变反应中，发现海洋磷脂的非酶褐变反应受化学组成(PE和氨基酸残基水平)以及提取过程(温度和条件)的影响，发现在有氨基酸残基存在或温度升高时，脂质氧化产物含量升高，非酶褐变反应加快。MOZURAITYTE等[32]在研究鳕鱼磷脂的非酶褐变反应中，发现非酶褐变主要分为两部分：吡咯化形成吡咯；在氨基酸残基存在条件下，则发生Strecker降解。

2 海洋磷脂的氧化对食品风味的影响

风味是消费者鉴定食品品质的重要感官指标之一，风味形成的前体物质大多来源于食品本身，主要是通过脂质氧化降解、非酶褐变反应产生。其中脂质氧化降解能够赋予食品特殊的芳香香气、而非酶褐变反应为肉香味的形成提供风味共性物质。热反应对食品风味的形成具有促进作用，当食品处于较高温度时，许多风味前体物质将会发生降解，生成大量以反应中间体形式存在的初级降解产物，此类中间反应体将会继续发生反应，生成大量特殊的香气化合物。海洋磷脂是水产品风味形成中重要的前体物质[33-34]，其中PL脂质体不饱和酰基链的氧化降解是产生挥发性香味的重要途径之一[35]。刘奇等[36]研究发现，鲟鱼中腥味物质的产生与鱼肉腐败变质、脂肪酸氧化降解有关，脂溶性物质(特别是磷脂)腥味物质较多；杨晶等[37]研究鱼肉中的PL发现，PL在脂质过氧化反应中起着至关重要的作用，PL的氧化降解及其产物进一步分解后生成大量的挥发性物质，包括羰基类化合物、醇类、烃类等，提高了鱼的芳香风味。所以食品中的PL类物质氧化反应对食品风味的形成和品质变化具有十分重要的作用，一方面PL的氧化能引起水产品中脂肪酸的酸败，产生哈喇味；另一方面适当的PL氧化，提供了脂质来源的前体风味物质，有益于食品独特风味的形成，引起人们的食欲。

2.1 海洋磷脂中脂质氧化对食品风味的影响

在高温或有过渡金属离子存在时，PL中不稳定的脂质过氧化氢将会分解，生成过氧化物和烷氧基自由基[4]。并且烷氧基自由基的β键继续断裂，生成各种形式的短链二级氧化挥发物[38]。尽管n-3 LC PUFA本身的氧化产物是无味的，但是这些氧化产物继续分解，产生具有低气味阈值的醛、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)挥发性氧化产物，当其含量达到一定时，将会影响n-3 LC PUFA食物的风味、味道和总体质量，降低食品的品质。其中醛类化合物主要来源于脂质的氧化降解，一般阈值较低，具有很强的挥发性和脂肪香味；酮类化合物大多是不饱和脂肪酸受热氧化和降解的产物，其阈值也较低，常常使食品产生清香气味；醇类化合物是脂质中醇还原酶将醛类化合物和酮类化合物等还原为相应的醇(饱和醇和不饱和醇类化合物)，一般阈值较高，当其饱和醇类化合物含量低时，对食品风味的贡献比较小，但因其不饱和醇阈值较低，能够使海产品产生蘑菇味和金属味[41]。张迎阳等[42]研究脂质氧化分解聚合发现，高温协同金属离子可以使食品得到更好的感官品质。PL脂质氧化降解产生的挥发性物质，对食品整体风味的形成及改善食品品质十分重要。

2.2 海洋磷脂中的脂质氧化聚合对食品风味的影响

PL在高温或氧化加速阶段，会发生氧化聚合反应。氧化聚合反应产生的棕色氧化聚合物是海洋PL中PC的褐变产物，主要是因为PC分子中含有大量多不饱和脂肪酸二十二碳六烯酸(DHA)，其极易在光、氧、热条件下发生氧化反应，从而导致脂质氧化产物发生氧化聚合。UEMATSU等[43]认为，脂肪酸不饱和程度的增加导致非酶褐变反应的增加。吴宝森等[44]研究发现在加工、贮藏和运输的过程中，PL极容易发生氧化聚合反应，影响食品的品质；氧化生成的初级产物及次级产物化学性质极不稳定，容易与其他成分(蛋白质、氨基酸、金属离子、血红素、抗氧化添加剂等)发生氧化聚合反应，产生食品独特的风味。吴娜等[45]研究了中华绒螯蟹蒸制前后可食部位中脂质及脂肪酸的含量变化，探讨蒸制过程中关键香气物质形成与脂质组成变化间的关系，发现PE在热氧化条件下，其脂肪酸关键香气形成的前体物质(C17∶1n-7、C18∶1n9-c、C22∶1n-9和C18∶2n-6c)等含量显著下降。

2.3 海洋磷脂的非酶褐变反应

美拉德反应是羰基化合物(尤其是还原糖)与氨基化合物(蛋白质、氨基酸等)之间的复杂反应。在体外构建美拉德反应模型中，添加PL的美拉德反应风味比不添加PL的风味要好，因为海洋磷脂氧化，提供了脂质来源的前体物质，有益于食品独特风味的形成[26]。海洋磷脂氧化参与非酶褐变反应主要以吡咯化形成吡咯和Strecker降解为主，两者都会影响食品的品质与风味。

2.3.1 海洋磷脂中吡咯化

吡咯是PL中的伯胺基团或氨基酸与其脂质氧化产物之间的非酶褐变反应。吡咯化产生2种类型的吡咯(挥发性和非挥发性化合物)，即n-取代吡咯和2-(1-羟基烷基)吡咯，其中n-取代吡咯是稳定的，而2-(1-羟基烷基)吡咯是不稳定的，2-(1-羟基烷基)吡咯进一步聚合，形成二聚体或聚合物形式的吡咯。THANONKAEW等[46]研究鱿鱼中PL脂质体和蛋黄中卵磷脂脂质体的氧化反应时，发现脂质和褐变的反应程度以及吡咯的含量都同时增加，游离胺基含量减少，这是因为鱿鱼肌肉中PE的胺基与醛类脂质氧化产物之间发生了褐变反应；LU等[4]研究发现,未发生氧化反应的海洋磷脂脂质体系中没有吡咯，吡咯主要存在于高温提取的海洋磷脂乳液中，而低温提取的海洋磷脂乳液中吡咯含量较少。于汐洋等[47]研究发现，卵磷脂脂质体发生美拉德反应生成的产物——吡咯对人体的生理活动十分有益，具有较好抗氧化效果。海洋磷脂的吡咯化会使海洋产品的颜色加深，因为在吡咯的形成和聚合过程中含胺基的脂质体会发生黄色或褐变反应，但这种反应也能够使海洋食品产生独特的鲜味[27]。

2.3.2 海洋磷脂中Strecker降解

在非酶褐变反应过程中，氨基酸的Strecker降解(SD)是氨基酸的氧化脱氨基作用，如还原糖或一些脂质氧化产物，产生各种特殊的醛类物质，是食品加工过程中产生馥郁香味的物质之一[48]。在海洋PL中，Strecker降解发生在脂质氧化产物和氨基酸之间，因为在海洋PL储存过程中，亮氨酸、赖氨酸和蛋氨酸的含量降低，证实了这些氨基酸被降解成为Strecker醛。在海洋PL乳液中发现Strecker降解产物，是因为海洋PL的乳液中含有大量的氨基酸残基，在氨基酸的脂质体分散体或含有PE的脂质分散体中发现了Strecker降解产物，这些Strecker醛通过氨基酸与不饱和环氧基脂酯、环氧烯烃和羟基烯烃等发生3次脂质氧化反应生成的。FLORES等[49]通过固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)、气-质联用(gas chromatography-mass Spectrometer，GC-MS)测定出海洋PL乳液中有十多种不同类型的Strecker降解产物，如2-甲基丁醛和3-甲基丁醛分别是来自异亮氨酸或亮氨酸的Strecker降解产物。VENTANAS等[50]在低温无菌模型系统中发现，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产物；2-甲基-2-戊烯醛是3次脂质氧化产物(E)-2-(E)-4- 烯醛与赖氨酸反应的主要挥发性产物；3-甲基丁烷是含有蛋氨酸的醛类脂质氧化产物。海洋PL中最主要的Strecker降解产物是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降解产物在储存一定时间后其含量都会保持恒定。随着Strecker衍生挥发物含量的增加，脂质衍生的挥发物含量的减少，赋予了食品不同馥郁风味。

3 结论

食品风味是构成食品特色的重要组成成分，影响食品风味的因素有很多。但总体而言，脂类物质特别是PL是食品中最重要的风味前体物质，海洋PL的降解直接影响海洋PL产品中的品质和风味。海洋PL中的脂类物质在加工或储存中极易发生酶促或非酶褐变反应，如脂肪的水解、氧化、吡咯化、Strecker降解以及美拉德反应等，受这些反应的影响，形成了食品独特诱人的品质和风味。为有效控制风味的形成，提高食品的品质，需要更加全面地认识海洋PL的氧化和风味形成机理，建立一系列科学的生产操作规程和原料、产品标准化体系。