《食品科学》：大连工业大学张玉莹博士等：磷脂氧化降解机制及调控技术研究进展

磷脂（PL）是含有磷酸的一类脂质，广泛存在于动植物中，是以胶体形式与蛋白质、糖类、脂肪酸、维生素等物质结合而成的一类油脂伴随物。PL是肉制品及水产品脂质氧化的主要底物，水产品中多不饱和脂肪酸在PL中的占比可达40%～65%，与甘油三酯相比，其多不饱和脂肪酸含量较高，容易发生氧化降解。PL是是影响风味形成的重要因素之一。

大连工业大学食品学院的王英、黄旭辉、张玉莹*等对PL的氧化降解机制、氧化降解产物的分析方法及调控技术进行综述，以期为深入解析食品特征风味的生成途径和调控机制提供参考。

1

PL的结构与功能

PL是一种由疏水尾与磷酸相连的亲水头部、脂肪酸链和甘油骨架结合形成的两性化合物。PL分为甘油磷脂与鞘磷脂（SM）两大类。甘油磷脂结构通式如图1所示，其包含甘油骨架、脂肪酸、磷酸以及与磷酸相连的取代基团。在sn-1和sn-2位连接脂肪酸，sn-3位连接磷酸基团和极性头部。饱和脂肪酸（SFA）大多分布于sn-1和sn-2位，多不饱和脂肪酸（PUFA）主要位于sn-2位（如亚油酸、亚麻酸等），脂肪酸的饱和度将决定细胞膜的流动性，因此，PL的SFA和PUFA的适当比例对细胞活性具有重要作用。

根据极性基团的不同，甘油磷脂分为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油和磷脂酸6 类（表1）。

根据sn-1位和sn-2位脂肪酸链的不同，甘油磷脂又分成缩醛磷脂、溶血磷脂等亚类磷脂衍生物（表1）。缩醛磷脂是由长链醇取代甘油骨架sn-1位酯酰基形成乙烯基醚，从而形成的特征结构，存在于大多数哺乳动物的细胞膜中，约占总细胞膜PL的15%～20%。缩醛磷脂具有信号传导、促进大脑发育以及抗肿瘤的作用，烯醚键的存在可保护细胞氧化应激，其水平降低可导致老年痴呆症的发生。溶血磷脂是由磷脂水解产生，在脂肪酸酶作用下水解断裂酰基脂肪酸链形成，分为溶血甘油磷脂和溶血鞘磷脂，其天然存在于生物体中，可参与体内基因表达，溶血磷脂可作为抑郁症和恶性肿瘤以及肝癌等疾病的生物标志物。

SM是由一分子脂肪酸与鞘氨醇（或二氢鞘氨醇）的氨基通过酰胺键相连构成（图2）。SM广泛存在于鱼类、蛋奶制品中，与细胞的生长、分化和凋亡密切相关，可促进婴儿大脑神经发育，同时具有降低血脂和预防肝脏脂肪变性的作用，此外，SM代谢与动脉粥样硬化、阿尔茨海默病、肥胖等疾病的发生有关。

2

PL的氧化降解机制

2.1 PL的水解

PL降解途径包括氧化和水解两种方式。SM在鞘磷脂酶的作用下水解生成神经酰胺和磷酸胆碱，甘油磷脂在酸性脂肪酶、中性脂肪酶以及磷脂酶的催化作用下生成溶血磷脂和游离脂肪酸（FFA）。以甘油磷脂为例（图3），磷脂酶A1、A2首先作用于甘油磷脂sn-1和sn-2位点的酯键，形成FFA和溶血甘油磷脂。溶血甘油磷脂继续降解，在甘油磷脂酶（磷脂酶C）和胆碱磷脂酶（磷脂酶D）的作用下进一步生成甘油、磷酸及极性头部。甘油磷脂水解形成的脂肪酸是干腌肉制品及烟熏制品挥发性风味的前体物质，这些脂肪酸进一步参与氧化反应，最终生成特征性香味物质。此外，短时强化高温可以提升脂肪酶的活性，加快脂肪水解的同时降低氧化指标（过氧化值、硫代巴比妥酸（TBA）反应物值）。

2.2 PL的氧化

PL的氧化主要发生在脂肪酸侧链，其氧化的主要靶点是PUFA。PUFA在PL的脂肪酸中占45%～55%，如海洋生物（海胆）的PL中ω-3系列PUFA的含量丰富，极易发生氧化。甘油磷脂与SM氧化机理一致，分为酶促氧化和非酶促氧化，非酶促氧化包括自由基和非自由基（包括过氧化氢、单线态氧、臭氧、三氧化二烷）引发的PUFA氧化。以亚油酸为例，其氧化机理见图4。

2.2.1 自动氧化

自动氧化是典型的自由基链式反应。主要包括羟自由基（·OH）、超氧阴离子自由基（ ·O 2 － ）、一氧化氮自由基（NO·）、硝基自由基（·ONOO - ）等自由基。其中·OH是引发自由基链式反应的起始自由基，其他自由基可在金属离子存在下形成·OH。自由基链式反应分为3 个反应阶段，依次是链引发、链传递、链终止。链引发阶段是在引发因子的作用下脂肪酸分子（RH）上不饱和脂肪酸的双键氢脱离，生成碳中心自由基（R·）。这一步反应式如下：

引发：RH→R·＋H·

传递阶段是高活性的R·与氧分子反应生成过氧自由基（ROO·），ROO·与另一个脂肪酸分子（R 1 H）中的二烯丙基亚甲基反应，夺取氢原子生成氧化初级产物氢过氧化物（ROOH）。同时，部分ROOH继续分解形成烷氧自由基（RO·）和·OH。这一步反应式如下：

传递：

新生成的R 1 ·与其他不饱和脂肪酸继续碰撞形成系列反应。当RO·和RO·、或者ROO·和ROO·、R·和ROO·结合生成稳定的非自由基产物时，氧化反应终止（图4①）。这一步反应式如下：

终止：

2.2.2 光氧化

光氧化是脂肪酸不饱和双键与单线态氧（ 1 O 2 ）发生的非酶、非自由基的氧化反应。光敏剂是PL光氧化的重要因子，常见的光敏剂有铁卟啉、脱镁叶绿素、甲基蓝、肌红蛋白、酸性红和核黄素。光氧化反应需要O 2 、合适的光源（如自然光、紫外线、射线）及光敏剂存在，在光敏剂的作用下，光能激发基态氧 3 O 2 形成单线态氧（ 1 O 2 ），每个光敏剂分子在猝灭前可以激发产生10 3 ～10 5 个 1 O 2 分子，产生的 1 O 2 作用于PL PUFA，与双键发生加成反应，生成氢过氧化物（HPOD）（图4②）。 1 O 2 相较于 3 O 2 具有更强的电子亲和能力，与自动氧化相比，光氧化能促使PUFA快速氧化。

2.2.3 酶促氧化

脂肪酸的酶促氧化由3 个独立的蛋白质家族介导，即脂氧合酶（LOX）、环氧化酶（COX）和细胞色素P450（CYP450）。以花生四烯酸（AA）的氧化为例，AA可被LOX氧化生成过氧化羟基花生四烯酸，5-LOX在AA的C5处引入分子氧，形成5S-过氧化羟基花生四烯酸，12/15-LOX分别催化12S/15S-过氧化羟基花生四烯酸的形成（图4③）。水产品中70%脂肪酸来源于脂肪酶的催化作用，PL由于PUFA较高，其氧化在脂质氧化中影响更大，PL水解产物是发生氧化反应和形成风味物质的重要前体物质。

3

PL及其氧化降解产物的检测方法

PL的氧化检测方法包括物理法、化学法、色谱质谱法等，其中，傅里叶变换红外光谱（FTIR）法和质谱法也常用于SM氧化产物的检测。不同的检测方法存在差异，可根据分析目的和样品性质进行选择。

3.1 化学法

3.1.1 过氧化值（POV）法

HPOD是PL自动氧化生成的初级产物，POV法是测定油脂状态常用的方法，其原理是用硫代硫酸钠进行滴定，HPOD与碘化钾反应后生成游离碘。POV可以判断油脂新鲜程度，是氧化初期衡量脂质酸败的重要指标。由于HPOD不稳定，在加工过程中可能出现先升高后降低的情况，POV无法准确反映油脂体系中磷脂过氧化物含量的变化。此法不适用于磷脂过氧化物的定性与定量分析。

3.1.2 TBA法

TBA法是PL氧化终产物丙二醛（MDA）与TBA在高温及酸性条件下反应生成的粉红色化合物，在532 nm波长处具有特异性吸收。TBA适用于测定PL次级氧化产物α,β-不饱和醛。余灯广等用TBA法测定了以卵磷脂为原料的胰岛素喷雾过氧化脂质的含量。但在生物体系中，蛋白质、糖类、胆红素等物质会干扰MDA与TBA发生反应，致使结果不准确。

3.1.3 荧光产物法

荧光产物法是指PL在氧化过程中生成的羰基化合物与碱性氨基酸在酸性条件下反应生成一种具有较强荧光复合物的检测方法。如MDA和赖氨酸在420～470 nm波长处可以生成有荧光的席夫碱。该法优点在于荧光产物只与脂质过氧化反应本身有关，不受其他因素的影响，可直接评价脂质氧化程度。

3.2 物理法

3.2.1 光谱法

红外光谱法可监测脂质氧化过程中特定官能团的吸收带。如PL特定基团在4000 cm -1 至400 cm -1 处有振动频率，如C＝C（3012 cm -1 ）、C—N/C—O（1550 cm -1 ）、C—O—C（1250 cm -1 ）、C—H（968 cm -1 ）、N—H等，脂质氧化会生成一种烯丙基氢过氧化物，其存在双键，双键的位置和/或构型发生改变，可通过氧化磷脂（OXPL）对FTIR的吸收程度推测氧化产物的结构与组成。如奶粉中的脂质发生氧化后，其顺式双键重新排列形成反式双键，在3012 cm -1 附近的吸收带会减弱。另一方面，磷脂过氧化物可以与三苯基膦反应生成在542 cm -1 处有强吸收峰的三苯基氧膦，可快速检测PL的氧化降解。

紫外光谱法是检测PUFA氧化后共轭双键在234 nm波长处形成强吸收峰的一种方法。Blevins等利用紫外光解离质谱法鉴定了在酶促体系中醚类磷脂氧化产物的结构。Faroux等建立了一种评估卵磷脂脂质体氧化产物的紫外光谱法。由于共轭双键反映的是碳自由基（极不稳定）的数量，因此，紫外光谱法适用于脂质氧化降解的链引发阶段。

拉曼光谱法是通过获取特征值及峰值强度，分析PL氧化过程中官能团（如C＝C双键伸缩振动区）变化的分析方法。在测定过程中会保留完整的分子结构，不会对其造成破坏，其优点是检测分子种精确度高、效率高。Xiang Songtao等利用拉曼光谱监测PC的氧化过程，灵敏度和准确度较高，其在研究PL氧化过程方面具有广泛的应用前景。

3.2.2 电子自旋共振（ESR）技术

ESR技术是一种直接检测脂质氧化初期生成的含有未成对电子自由基的分析方法。脂质氧化产生的自由基与自旋捕获剂结合，可根据ESR图谱的峰高和峰面积鉴定自由基种类及含量，可实现自由基的定性及定量分析，一般用于检测食品在加工贮藏过程中PL的氧化程度。Kumamoto等利用高效液相色谱联合ESR技术测定了PC氧化形成的自由基加合产物，证实了具有较短的sn-2酰基残基的PC是通过自由基链式反应生成。

3.2.3 光电传感器（打印技术）

光电传感器因设备成本低、检测灵敏度高、背景信号低等优点备受关注。基于太阳能敏化染料电池，建立碳基全印刷太阳能电池（C/ZrO 2 /TiO 2 ），可实时监测PL氧化程度。该法无需对样品进行预处理且对PL氧化检测具有良好的灵敏性和选择性。

3.3 色谱-质谱法

气相色谱-质谱法适用于测定PL氧化降解产生的醛类、酮类、醇类等挥发性物质以及脂肪酸的含量。如Chen Dewei等利用气相色谱-质谱测定了蛋黄PL对鸡汤风味的影响，结果发现添加蛋黄PL后，2,4-癸二烯醛（鸡汤的特征性风味物质）含量显著上升。液相色谱-质谱法因灵敏度高被广泛应用于脂质过氧化物的检测。反相高效液相色谱-串联质谱技术已成为检测OXPL较为常用的分析技术。利用质谱（通过特征离子碎片或中性丢失）可对PL的结构进行解析。Zhou Li等使用气相色谱法-质谱法对1-硬脂酰-2-亚油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺在125 ℃条件下加热30 min的氧化产物进行检测，发现了环氧化物、羟基和酮类等氧化产物（表2）。

4

PL氧化降解的调控技术

PL氧化降解可使食品产生特殊的芳香气味，但过度氧化会使食品产生异味，如哈喇味、腐败味及腥味。因此，对PL的氧化调控尤为重要。目前关于SM氧化的调控手段研究甚少，现有氧化调控以甘油磷脂为主。调控技术主要分为促氧化调控和抗氧化调控。促氧化调控主要包括热诱导、添加金属离子等；常用且有效的抗氧化调控方法包括添加抗氧化剂、避光、低温贮藏、真空包装等。

4.1 促氧化调控

4.1.1 热诱导

热诱导是通过改变加热温度和加热时间调控PL氧化。HPOD的分解与环境温度密切相关。在100 ℃以下，温度每上升10 ℃，氧化反应速度增加一倍。但HPOD在高温下分解生成烷氧自由基，从而激发脂质过氧化，使产品产生不良风味。Wang Junyou等研究了海胆PL加热后（100 ℃）挥发性风味的变化，结果表明加热后PL发生氧化降解，产生了(E)-2-辛醛、3-甲基丁醛、2,3-戊二酮等关键风味物质。

4.1.2 添加金属离子

金属离子的添加可促进PL自由基的形成及其HPOD的降解。金属离子可以促进脂肪酸中活性亚甲基的C—H键断裂，使分子活化后与氧结合形成HPOD，HPOD失去一个电子产生单线态氧，加速PL氧化。金属离子促氧化机制如下：

金属离子主要溶解在水相中，PL的极性头部极易接近油-水界面与金属离子接触，导致其氧化速度高于甘油三酯，由于静电排斥力和空间位阻，极性头部结构的差异会使PL的氧化速率差异较大。南极磷虾油中的PE氧化程度显著高于PC的氧化程度。金属离子可促进南极磷虾PL氧化，其促氧化速度为：Pb 2＋ ＞Cu 2＋ ＞Sn 2＋ ＞Zn 2＋ ＞Fe 2＋ ＞Al 3＋ 。

4.2 抗氧化调控

4.2.1 添加抗氧化剂

根据抗氧化作用机理，抗氧化剂可被分为6 类：自由基清除剂（多酚类、VE、VC、槲皮素）、金属离子螯合剂（茶多酚（TP）、黄酮类、迷迭香提取物）、 1 O 2 猝灭剂（VE、天然色素类）、抗氧化剂增效剂（PC、PE）、紫外线吸收剂（VC）以及氧清除剂（多肽、2-硝基苯甲醛、β-胡萝卜素）等。抗氧化机理如图5所示。

多酚类主要通过与自由基发生反应，同时生成比较稳定的自由基中间产物，导致链反应终止，从而减少脂肪酸断裂。黄酮类化合物可螯合金属离子，降低其催化活性。VE可猝灭1O2，同时释放氢原子，结合·O2－或ROO·，抑制不饱和脂肪酸氧化。PL作为抗氧化剂增效剂和VE共同添加到体系中，具有较好的抗氧化作用。此外，可通过激活或抑制相关酶系发挥抗氧化作用，如银杏双黄酮，不仅能提高超氧化物歧化酶的活性，还能抑制COX的活性，抑制PL氧化。

根据来源，抗氧化剂分为天然和人工合成抗氧化剂。常见抗氧化剂及其优缺点如表3所示。根据国家标准，二丁基羟基甲苯（BHT）和特丁基对苯二酚（TBHQ）可在烘焙等食品中使用，上限值为0.2 g/kg。BHA可以较好地溶于油脂中，在油脂食品生产、包装及贮存中发挥抗氧化作用，BHT较为稳定，常与VC、丁羟基茴香醚（BHA）等复配使用，可显著增强抗氧化效果。不过值得注意的是，若人体长期摄入过量合成抗氧化剂，会造成机体损伤，产生致癌作用。

4.2.2 抗氧化包装

由于光和射线会使PL产生自由基，加快HPOD的分解，且PL的氧化速度与氧气浓度具有相关性，氧气浓度高，PL氧化速度快。而大多数抗氧化剂耐热性、油溶性差，仅依靠抗氧化剂并不能完全保证食品品质，因此，包装材料的选择至关重要。常见的包装方式可分为阻氧、阻光、气调包装及活性包装。气调包装是一种利用抽真空或充气（常为氮气或CO 2 ）以达到隔绝氧气为目的的包装技术，Leonard等研究了真空包装对冷冻牛肉PL储存的影响，发现真空包装可延缓PL氧化，降低不饱和脂肪酸的含量。气调包装的优点是安全无害，但设备费用较高，且只能去除包装中的部分氧气。

近年来，活性包装在食品产业中发展迅速，它是一种通过添加吸收剂（如 3 O 2 清除剂、水分清除剂）和释放剂（如抗氧化剂、二氧化碳释放剂）的包装技术。活性包装中最常见的是铁基清除剂。清除剂一般被制作成隔层或小袋放置于包装中，但隔层或小袋容易缺损造成泄漏，会对食品本身造成严重污染。

5

结语

PL良好的生理活性和营养价值使其相关的膳食产品应用前景广阔。风味是食品食用品质评价的重要指标，PL的氧化降解是形成食品风味和影响感官品质的重要因素。PL适度氧化降解可使食品产生特殊的芳香气味，过度氧化会使食品产生异味。针对PL结构及氧化过程的复杂性，其降解途径的解析和检测方法的选择尤为重要，合理的调控方式可有效延缓PL氧化，防止食品酸败，因此高效、安全、环保的调控方法具有巨大的应用潜力。随着科学技术的发展，PL的氧化降解途径会更加清晰，分析检测方法和调控技术会日益完善，在食品产业中的应用领域也会更加广泛。

通信作者：

张玉莹 讲 师
大连工业大学食品学院、国家海洋食品工程技术研究中心、海洋食品加工与安全控制全国重点实验室

张玉莹，博士，研究生导师，主要从事海洋油脂氧化及风味调控技术研究工作，主持国家重点研发计划子任务1 项，辽宁省自然科学基金计划博士科研启动项目1 项，辽宁省教育厅基本科研项目1 项，以第一作者或通信作者发表SCI论文3 篇，EI论文2 篇。

第一作者：

王 英 硕士研究生

王英，硕士，大连工业大学食品学院、国家海洋食品工程技术研究中心、海洋食品加工与安全控制全国重点实验室2021级硕士生，研究方向为脂质氧化与风味机理形成，以第一作者发表EI论文1 篇，第二作者发表SCI论文2 篇。

本文《磷脂氧化降解机制及调控技术研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷12期349-357页. 作者：王 英，黄旭辉，李冬梅，秦磊，张玉莹. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230707-066. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网