脉冲强光对油脂氧化稳定性的影响

曹少谦，郑啸谷，毛志康，戚向阳*

（1 浙江万里学院生物与环境学院 浙江宁波315100 2 浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室 浙江宁波315100）

脉冲强光（Intense pulsed light，IPL）是近年发展起来的一种新型非热杀菌技术，其利用瞬时、高强度的脉冲光杀灭固体食品和包装材料表面以及液体食品中微生物，能有效地保持食品质量。IPL 技术起源于上世纪70年代后期的日本，该技术起先主要应用于医疗器械表面杀菌消毒和透明药剂溶液杀菌，随着IPL 杀菌技术和设备的成熟，逐渐过渡应用到食品的杀菌保藏中[1-2]。1996年，美国食品及药物管理局（FDA）批准将IPL 作为控制食品表面微生物的灭菌手段[3]。此后，国内外对IPL 技术在食品中的应用进行了较为广泛的研究[4-6]。

目前，对IPL 的研究主要集中在对微生物的杀灭方面，IPL 技术在不同食品体系中的杀菌效果[7-9]及其杀菌机制[10-13]的研究报道较多。如Krishnamurthy 等[14]发现IPL 连续处理系统可完全杀灭牛奶中的金黄色葡萄球菌。Pataro 等[15]也采用IPL 连续处理系统对果汁进行灭菌。Luksiene 等[16]证实IPL 可以杀灭李子、草莓、西红柿、甜椒、花椰菜等果蔬表面存在的微生物。周万龙等[17]、江天宝等[18]开展了IPL 杀菌技术的研究，探讨IPL 对不同微生物的杀菌效果及其在柑橘、烤鳗等食品保鲜贮藏中的应用；王勃等[19-22]也研究了月饼、干豆腐、煎饼、牛奶等食品的IPL 杀菌条件。

随着IPL 杀菌设备和应用技术的不断进步，IPL 对食品组分的影响及安全性问题越来越受到关注，然而这方面的研究极少涉及，使该技术的实际应用受到制约。脂质作为食品中重要的营养成分，易发生氧化且产物复杂，这些物质会对食品的风味和安全产生重要影响[23]，而IPL 处理过程中可能引发食品中脂质的氧化，而关于IPL 处理对脂质的影响研究报道极少[24-26]。本文研究IPL 处理对油脂氧化和贮藏稳定性的影响，以期为IPL 技术在食品中的应用提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料和设备

试验用大豆油，购自中国农业科学院油料作物研究所；猪油由市售猪板油煎制而成，猪板油购自宁波钟公庙菜场，挑出红血丝，用蒸馏水洗净，切成大小一致的小块猪板油，在洁净的锅内放入少量蒸馏水，以铺满锅底并高出锅底1 cm 为宜，然后放入切好的小块猪板油，在120 ℃左右熬油，将熬好的猪油冷却至室温，用保鲜膜封上，将其放在4 ℃的冰箱中备用；重铬酸钾、水杨酸、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、鲁米诺等均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

DNP-9272 型电热恒温培养箱，上海贺德实验设备有限公司；THZ-D 型台式恒温振荡器，太仓市实验设备厂；1900PC 型紫外-可见分光光度计，上海析谱仪器有限公司；Centrifuge 5804R 型高速冷冻离心机，德国Eppendorf 公司；BPCL-1-KIC微弱化学发光与生物发光测量仪，中国科学院生物物理研究所；脉冲强光设备，纯亮杀菌设备有限公司，灯管型号C400*8*6.5-18，照射距离10 cm时，单次脉冲强度为2.2 mJ/cm2，照射距离7.5 cm时，单次脉冲强度为3.2 mJ/cm2，紫外区能量占总能量约20%，UV-A 占总比8%，UV-B 占总比4%，UV-C 占总比8%，脉冲频率为3 次/s。

1.2 试验方法

1.2.1 猪油和大豆油的IPL 处理 将固体猪油在40 ℃的恒温水浴锅中融化，取10 g 猪油，倒入直径为9 cm 的平皿，油液厚度约为2 mm，然后进行IPL 处理。脉冲距离分别为7.5，10 cm，脉冲时间分别为5，10，15，20 s。同样，取10 g 大豆油，倒入直径为9 cm 的平皿，油液厚度约为2 mm，然后进行IPL 处理，处理条件同猪油。

将处理后的样品装瓶后置于60 ℃下，每隔一定时间取样测定POV 值、羰基价、丙二醛、自由基，观察不同脉冲距离，不同脉冲时间对油脂氧化的影响。

1.2.2 POV 值的测定 称取2～3 g 试样置于锥形瓶中，加入30 mL 三氯甲烷/冰乙酸混合液（体积比3∶2），立即摇动使其溶解，加入1 mL 饱和碘化钾溶液，置于暗处5 min 后取出，加50 mL 蒸馏水，1 mL 淀粉指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色消失为滴定终点。按下式计算：

式中，c——硫代硫酸钠标准滴定溶液的浓度，mol/L；v——试样消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积，mL；v0——试剂空白消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积，mL；m——试样质量，g；78.8——换算因子；0.1269——与1 mL 硫代硫酸钠标准滴定溶液[c（Na2S2O3）=1 mol/L]相当的碘的质量，g。

1.2.3 CGV 值的测定 称取试样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），仔细振摇，于60 ℃水浴中加热30 min，冷却后，沿管壁慢慢加入10 mL 氢氧化钾-乙醇溶液（0.04 mg/mL），使其成为两层液，剧烈振摇混匀，放置10 min 后于440 nm 处测定吸光度A。

式中，A——440 nm 下所测得的样液吸光度；m——试样质量，g；854——各种醛的毫摩尔吸光系数的平均值。

1.2.4 丙二醛的测定 称取试样5 g 置于100 mL 具塞三角瓶内，加入25 mL 三氯乙酸混合液（称取37.5 g 三氯乙酸及0.5 g EDTA 二钠，加水溶解稀释至500 mL），加塞密封后置于恒温振荡器上50 ℃振摇30 min，然后用双层滤纸过滤，准确移取滤液10 mL 置于25 mL 比色管内，加入10 mL 0.02 mol/L 硫代巴比妥酸溶液，加塞，混匀，置于90 ℃水浴锅内反应30 min，取出，冷却至室温后于532 nm 下测吸光值A。同时配制丙二醛标准系列溶液制作标曲。

1.2.5 自由基的测定 将1 g 试样溶于2 mL 二甲基亚砜中，取10 μL 加入到盛有190 μL 的1 mmol/L 鲁米诺 （先用0.2 mol/L 的甘氨酸溶液和0.2 mol/L 的氢氧化钠溶液配成0.1 mol/L 的甘氨酸缓冲溶液，用此缓冲溶液配制鲁米诺溶液）的反应管中，然后采用微弱化学发光与生物发光测量仪进行检测。

1.2.6 动力学模型 采用半级反应动力学模型分析脉冲强光对贮藏过程中植物油氧化的影响[27]。

式中：Y——过氧化物浓度；t——时间，d；k——氧化反应速率常数；RH0——脂质基质浓度。

2 结果与分析

2.1 IPL 处理对油脂POV 值的影响

POV 是衡量油脂氧化初期氧化程度的指标，表1和表2为不同IPL 处理后在贮藏期间猪油和大豆油POV 值的变化，结果表明，IPL 会促进猪油及大豆油过氧化物的形成，并随着脉冲时间的延长或脉冲距离的减小，POV 值逐渐增大。脉冲距离7.5 cm 时，猪油IPL 处理后及贮藏期间，POV 值均显著高于对照组（P<0.05），而大豆油IPL 处理后POV 值与对照组无显著差异（P>0.05），但在随后的贮藏期间显著高于对照组（P<0.05）。表3是IPL处理后猪油和大豆油在储藏期间POV 值的动力学分析，随着脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，（1/2）k[RH0]值增大，（1/2）[RH0]为定值，即速率常数k 呈增大趋势，表明IPL 的能量越大，油脂氧化的程度越深。由表1～表3可知，相同处理条件下，猪油较大豆油易氧化，其POV 值均高于大豆油，且其速率常数k 大于大豆油。

表1 IPL 处理对猪油POV 值的影响（mmol/kg）Table 1 The effect of IPL treatment on the POV value of lard （mmol/kg）

表2 IPL 处理对大豆油POV 值的影响（mmol/kg）Table 2 The effect of IPL treatment on the POV value of soybean oil （mmol/kg）

表3 IPL 处理后猪油和大豆油在贮藏期间POV 值的动力学分析Table 3 Kinetic analysis of POV value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.2 IPL 处理对油脂CGV 值的影响

IPL 处理会促使羰基化合物的形成，不同IPL处理后在贮藏期间猪油和大豆油CGV 值的变化如表4和表5所示。随着脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，猪油和大豆油CGV 值逐渐增大，贮藏期间均显著高于对照组（P<0.05），且在贮藏的中后期，猪油和大豆油CGV 值增加更多。7.5 cm下脉冲处理20 s，贮藏2 d 后猪油CGV 值为8.12 meq/kg，大豆油CGV 值为9.93 meq/kg，此时对照组猪油和大豆油CGV 值分别为4.38 meq/kg 和6.51 meq/kg，IPL 处理过的猪油贮藏至6 d 时CGV 值与大豆油贮藏至5 d 时相当，分别为48.53，47.87 meq/kg，相对应的对照组猪油和大豆油CGV 值分别为35.61，34.16 meq/kg。表6是IPL处理后猪油和大豆油在储藏期间CGV 值的动力学分析，结果表明，随脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，猪油和大豆油的速率常数k 均逐渐增大，进一步表明IPL 处理可促进猪油和大豆油的氧化，降低其贮藏稳定性。当脉冲能量偏低时（7.5 cm下处理5，10 s 以及10 cm 下处理5，10，15 s），猪油k 值大于大豆油，而脉冲能量较高时（7.5 cm 下处理15，20 s 以及10 cm 下处理20 s），猪油k 值则小于大豆油。由表4～表6可知，IPL 处理能量越大，羰基化合物合成越多，氧化程度越深。

表4 IPL 处理对猪油CGV 值的影响（meq/kg）Table 4 The effect of IPL treatment on the CGV value of lard （meq/kg）

表5 IPL 处理对大豆油CGV 值的影响（meq/kg）Table 5 The effect of IPL treatment on the CGV value of soybean oil （meq/kg）

表6 IPL 处理后猪油和大豆油在贮藏期间CGV 值的动力学分析Table 6 Kinetic analysis of CGV value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.3 IPL 处理对油脂丙二醛的影响

不同IPL 处理后在贮藏期间猪油和大豆油丙二醛的变化如表7和表8所示，IPL 处理会促使丙二醛的形成。随着脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，猪油和大豆油丙二醛含量逐渐增大，贮藏期间处理组丙二醛含量均显著高于对照组 （P<0.05）。大豆油在IPL 处理前后均未检出丙二醛，但在后期贮藏过程中丙二醛含量急剧增加。随着贮藏时间的延长，处理组丙二醛含量急剧增加，尤其是在贮藏中后期，7.5 cm 下IPL 处理20 s 的猪油贮藏0 d 时丙二醛含量为9.89 μg/kg，贮藏2 d时为131.5 μg/kg，贮藏至第6 天达到983.38 μg/kg，均远远高于对照组猪油在相应贮藏时间的丙二醛含量。同时，与猪油相比，大豆油IPL 处理前后以及贮藏期间丙二醛的含量偏低，7.5 cm 下IPL处理20 s 的大豆油贮藏4 d 时丙二醛含量为235.9 μg/kg，而此时猪油丙二醛含量约为大豆油的2.3倍。表9是IPL 处理后猪油和大豆油在贮藏期间丙二醛的动力学分析，结果表明，当脉冲距离一定时，随着脉冲时间的增加，（1/2）k[RH0]值逐渐增大，当脉冲时间一定时，脉冲距离7.5 cm 时的（1/2）k[RH0]值较脉冲距离10 cm 时大。

表7 IPL 处理对猪油MDA 值的影响（μg/kg）Table 7 The effect of IPL treatment on the MDA value of lard （μg/kg）

表8 IPL 处理对大豆油MDA 值的影响（μg/kg）Table 8 The effect of IPL treatment on the MDA value of soybean oil （μg/kg）

（续表8）

表9 IPL 处理后猪油和大豆油在贮藏期间MDA 值的动力学分析Table 9 Kinetic analysis of MDA value of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

2.4 IPL 处理对油脂自由基的影响

表10和表11表明了不同IPL 处理后在贮藏期间猪油和大豆油自由基的变化，结果显示IPL处理会诱导自由基的生成。随着脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，IPL 处理前、后，大豆油的自由基生成量均无显著变化；而猪油处理距离10 cm，处理时间20 s 时，自由基生成量才有明显变化，在7.5 cm 下，处理10，15 和20 s 时，有显著变化，即较高能量处理时，其自由基生成量会有显著变化（P<0.05）。IPL 处理前、后及贮藏过程中，猪油的自由基含量均高于大豆油。动力学分析表明，随着脉冲时间的延长和脉冲距离的缩短，速率常数k 呈增大趋势，表明IPL 的能量越大，自由基生成速率越快。猪油k 值大于大豆油，表明在IPL 处理下，猪油比大豆油更易产生自由基。

表10 IPL 处理对猪油自由基的影响（×104）Table 10 The effect of IPL treatment on the free radicals of lard （×104）

（续表10）

表11 IPL 处理对大豆油自由基的影响（×104）Table 11 The effect of IPL treatment on the free radicals of soybean oil （×104）

表12 IPL 处理后猪油和大豆油在贮藏期间自由基的动力学分析Table 12 Kinetic analysis of free radicals of lard and soybean oil during storage after IPL treatment

3 讨论

油脂氧化的初级产物是氢过氧化物，过氧化值（POV 值）可以评价油脂的氧化程度。氢过氧化物进一步分解氧化，会产生低分子质量的物质，如醛、酮等，因此羰基价（CGV 值）是反映油脂氧化中、后期的指标。丙二醛（MDA）是脂类某些初级和次级氧化产物再降解形成的低分子质量产物中的一种终产物，含3 个或3 个以上双键的不饱和脂肪酸进行一系列环化反应生成MDA。油脂氧化的途径主要有自动氧化、光敏氧化和酶促氧化3 种，从试验条件考虑，贮藏过程中其氧化主要是自动氧化途径，而自动氧化是一个自由基的反应历程。试验对IPL 处理前、后以及贮藏期油脂的自由基含量进行了检测，试验结果表明IPL 处理会使油脂自由基生成量增加，且对猪油的诱导作用大于大豆油。IPL 处理前、后以及贮藏期油脂POV 值显著增加，IPL 对猪油POV 值变化的影响大于大豆油。油脂氧化速度不仅与脂肪酸组成有关，与水分活度、金属离子等均有密切关系[28-29]，虽然猪油不饱和脂肪酸含量低于大豆油，但是由于自炼猪油水分活度较大豆油高，且炼制过程中容器金属离子可能混入，因此试验中猪油氧化快于大豆油，POV 值和自由基含量及二者变化速率猪油均高于大豆油。油脂氧化过程非常复杂，在生成一级氧化产物的同时，又会进一步分解生成二级氧化代谢产物，产生醛、酮类物质[23]，试验贮藏期内猪油和大豆油CGV 值相当，且两种油CGV 变化速率的差异小于POV 值和自由基含量。试验结果显示IPL 处理前、后以及贮藏期猪油MDA 值高于大豆油，且猪油MDA 的变化速率大于大豆油。MDA 是油脂氧化产生的诸多不饱和醛酮产物中主要产物之一，虽然猪油中多不饱和脂肪酸含量远低于大豆油，但其MDA 值却高于大豆油，这可能是由于试验采用的是硫代巴比妥酸（TBA）法测定MDA值，而TBA 是非专一性MDA 显色反应，除了会与MDA 发生显色反应，还可与其它醛类、氨基酸、褐变反应产物等显色。

本试验结果表明油脂经IPL 处理后其贮藏性变差，IPL 处理促进了油脂氧化，且随着IPL 处理强度的增加促进作用加大，且受水分活度等因素影响，其对猪油的作用较大豆油更明显。许佩勤等[30]研究了紫外线辐照对花生油贮藏性的影响，结果显示经紫外线辐照的花生油贮藏稳定性降低。马凤鸣等[25]也曾探讨了IPL 对大豆油品质的影响，结果表明IPL 处理后大豆油POV 值和MDA值均明显增加。IPL 处理导致的油脂贮藏性变差，可能是由于IPL 以脉冲形式激发强烈的光能，诱导了自由基的形成和积累，提高了自由基的生成速度，进而加快了油脂的氧化过程[31]，且水分活度等因素会影响到自由基的诱导产生；同时IPL 也会产生一定程度热效应，随着处理距离和时间的增加，样品温度会小幅上升，如同样距离每处理10 s 时间，样品温度会上升6 ℃[32]，热效应亦会对油脂氧化产生一定的影响。油脂的氧化是一个动态的复杂的过程，本试验仅从POV 值、CGV 值、MDA 值、自由基含量4 个指标评价了IPL 处理对猪油和大豆油氧化稳定性的影响，而IPL 对油脂氧化影响的全面评价及氧化作用机制还需进一步深入探讨。

4 结论

本研究表明，IPL 处理会促进猪油和大豆油的氧化，随着脉冲能量的增加，贮藏期间油脂中自由基、过氧化物、羰基化合物和丙二醛生成量增加，且符合半级反应动力学方程。此外，水分活度等因素影响油脂氧化速度，致使试验中猪油氧化快于大豆油。油脂在物理场作用下分子会发生复杂的变化，油脂氧化产物会对食品风味、色泽及其组织产生不良影响，缩短货架期，降低营养品质。IPL 作为一种非热杀菌技术有广阔的应用前景，但IPL在富含油脂类食品中应用时需考虑其对油脂氧化的影响等问题。