DHA油脂氧化的影响因素与控制

马长宏

安徽天凯生物科技有限公司（滁州 239000）

二十二碳六烯酸（DHA）是一种人体必需的不饱和脂肪酸，具有诸多生理功能，如抗炎抑癌、延缓衰老、降血脂、改善高脂血症和认知缺陷、预防心脑血管疾病如阿尔茨海默病、缓解肾毒性、抑制血液凝聚等，作为婴幼儿成长过程中不可缺少的营养物质，参与大脑脂质的组成，促进中枢神经系统的发育[1]，促进敏锐度与视力的发展[2]，改善单层角质形成细胞的相关屏障起抗炎作用[3]。母乳中的DHA含量通常只有0.2%～0.3%[4]，孕妇适当补充藻油DHA可以增加母乳中DHA含量，对婴儿神经和视觉发育有正向影响[5]。最新研究发现，DHA补充剂可使婴儿或儿童的认知能力指标提高6%～11%[6]。在新冠肺炎感染中，我国把包括DHA在内的ω-3 PUFAs列为新冠肺炎重症患者的营养补充剂。人体自身不能合成DHA，只能通过食物直接摄入DHA或α-亚麻酸（ALA）、亚油酸等DHA前体再在人体内合成，但是据报道转化率低于15%[7]。从食物中摄取DHA完全达不到青少年尤其是婴幼儿的每日摄取需求，因此需要额外补充含有DHA的膳食补充剂。

DHA的膳食来源主要是海洋生物，如鱼油和藻油。自20世纪80年代起鱼油就被挖掘出作为DHA膳食补充剂的价值[8]，比起鱼油，DHA藻油全方面质量更好，有取代鱼油的潜在价值。藻油氧化稳定性更强；DHA含量更纯净；没有鱼腥味；海洋微藻作为可持续再生资源，弥补了深海鱼被过度捕捞造成的生态破坏，还可通过藻种筛选与优化获得更优质油脂。文章从原料、提炼工艺、抗氧化工艺三个方面对DHA油脂氧化的影响进行了综述，为筛选新鲜且洁净的原料、探索保护油脂不被氧化的提炼工艺和抗氧化技术、获得高新鲜度的DHA油脂打下基础。

1 DHA油脂的氧化

1.1 氧化动力学

油脂通常由各种脂肪酸和甘油酸组成，包括饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，PUFAs由于结构中含有双键，易被氧化。油脂氧化分为三阶段，如图1所示[11]，具有低活化能的双烯丙基碳在引发剂作用下形成脂质自由基；继而开始膨胀链式反应，未被氧化的PUFAs产生更多过氧化物和自由基，生成大量初级氧化产物[9]；不稳定的过氧化物进一步分解生成小分子醛、酮等二级氧化产物。油脂的不饱和程度及精炼程度越高越易被氧化[10]。

图1 脂质自氧化机理的简化途径（A～C）及过氧化氢分解和二次氧化产物形成的可能途径（D）

1.2 氧化的检验指标

DHA油脂是否被氧化最直观简单的就是观察其色滋味。一般来说新鲜度越低，颜色越黄，腥味重，吃起来也带少许酸败味。藻油因含β-胡萝卜素而呈现浅黄色，颜色过深就说明发生氧化变质。

定性和定量测定特定氧化产物常需要气相色谱质谱，其操作复杂，即时性不够。而过氧化值（peroxide value，POV/PV）的测定是一种简单的滴定法，表示1 kg油脂中过氧化物的毫摩尔数[12]，衡量油脂氧化后产生的初级氧化产物的量。茴香胺值（anisidine value，AV）是一种比色测试，衡量油脂氧化次级氧化产物的量，更多用于评估动物源性油脂的氧化程度，受氧气和温度影响大，太阳辐照后的油脂AV约是对照组的15倍[10]。用这2个参数评估油脂新鲜度，数值越大表示氧化程度越严重，新鲜度越低。

中国鱼油行业标准、美国药典及欧洲药典中对鱼油的AV限度为20，PV低于5.0 meq/kg。中国DHA藻油行业标准要求AV值低于15，PV值低于7.5 mmol/kg。有报道对国际市场上的3种鱼油品牌进行氧化水平测定，结果发现PV值、AV值和TOTOX值几乎全都超过推荐最大值[13]。对国内市场的多种原料鱼油进行品质检测[12]，结果发现90%的粗鱼油PV值为0.47～8.0 meq/kg，AV值为7.3～68.4；90%的精制鱼油PV值为0.29～2.8 meq/kg，AV值为5.25～19.55。

由于油脂氧化特性，PV在油脂加工过程中总是存在先增高后下降的趋势，呈现特殊的波浪式曲线，不能完全体现氧化水平。而AV在油脂加工过程的不同时期能同时反映出一级氧化产物与终产物的变化，更能体现出油脂的氧化水平。

1.3 氧化危害

食用氧化油脂对人体健康极其有害，在人体内可能持续氧化，动物研究表明其会使肌肉失去弹性、黑色素增多、损害血管内壁、让血管变脆，导致器官损伤[9]，增加患心血管动脉粥样硬化[9,14-15]和其他心血管疾病的风险，增加高血压和脑溢血风险，加重炎症[9,16]。脂质过氧化会致癌，增加阿尔茨海默病的某些致病危险因素[9,17]，产生代谢综合征中胰岛素抵抗[18]。食用氧化油脂的小鼠生长迟缓、肝脏和肾脏增大、患溶血性贫血、心肌炎以及潜在恶性结肠细胞增殖[19]，增加新生儿的死亡率。

油脂的次级氧化产物，醛、酮、酸类各种小分子物质会与氨基化合物结合生成具有强烈腥臭味的胺类物质，这就是油脂氧化后鱼腥味的来源；这些小分子物质可能聚合生成有毒聚合物；4-羟基已烯醛（HHE）和4-羟基壬烯醛（HNE）都是DHA氧化最终产物，后者会导致神经原纤维缠结和神经毒性[17]，造成细胞凋亡；另一种特征氧化产物丙二醛（MDA）能与核酸和蛋白发生交联作用，使人体中多种酶蛋白失活，引起细胞突变致瘤，破坏生物膜引发细胞不正常水解和组织伤害[20-21]。

油脂被氧化说明发生严重的酸败问题，多项报道证明氧化后的油脂对人体伤害很大。婴幼儿正处在生长发育的关键时期，DHA作为必需营养元素经多项随机对照试验证明可降低患过敏性疾病的风险[22-24]，但其氧化后又会产生各种过敏原，导致荨麻疹、呼吸道应激反应、免疫力下降等各种问题[25]，因此对DHA油脂产品进行严格的检测确保新鲜度非常重要。尚缺乏DHA油脂氧化危害的相关毒理学研究，但为了保证食用安全，最好避免氧化油脂的摄入，进入市场的油脂新鲜度越高越好。过氧化值和茴香胺值是最佳评判标准，同时检测这2个指标，尤其是AV值，才能更全面准确地判定DHA油脂的新鲜度。

2 油脂氧化的影响因素

DHA油脂氧化严重一般有三方面原因：一是提取原料本身的氧化程度已经很高；二是提取过程涉及长时间高温高压，加速DHA油脂中的不饱和双键断裂、转变为反式脂肪酸等一系列氧化；三是精制后得到的成品油抗氧化工作不足，在长途运输与货架摆放过程中逐渐被氧化。

DHA油脂一般从深海鱼类和海洋微藻中提取。动物源性鱼油DHA是深海鱼经食物链从微藻中富集所得，我国鱼油主要依赖进口，来源于智利或秘鲁海岸的深海鱼捕捞港口，未经处理的鱼肉或粗鱼油经渔船长时间长距离运输到国内，过程中往往发生严重的酸败氧化，为达到市场水平还会进行化学酯交换，后续精制很难将这些氧化产物和引入的化学物质完全去除。鱼类的市场价值主要是直接食用或畜牧养殖，制备鱼油只占其中很小的市场份额，有的工艺甚至用鱼类下脚料为原料制备油脂。如果早期在捕捞、运输时就不是以制备鱼油为目的低温避光保存的话，鱼油始终无法摆脱原料洁净度低、氧化严重的问题。

微藻作为数量基数极大的海洋初级生产者，通常可大规模人工培养，胞内的DHA藻油不经食物链传递，更安全无污染，洁净度更高，不含重金属等有毒物质，没有鱼油需要长距离运输的问题，不存在提取前即被氧化的问题；藻油含少量类胡萝卜素等多种天然抗氧化物质，因此化学性质相对稳定，抗氧化性较强。安徽天凯生物科技有限公司的毛藻油的PV和AV值分别低于0.5 mmol/kg和1.0，不含反式脂肪酸等风险因子，DHA含量达55%以上，后续精炼可获得符合DHA藻油行业标准的成品油；在DHA微藻人工培养方面，其公开一种恒温震动反应器，可以同时对多个反应瓶一起加热，过程中也无需检测人员边震动边检测，既提高培养效率还减轻劳动强度[26]。

除原料本身的氧化水平高低之外，精炼过程中的高温高压，尤其是去除DHA油脂中的鱼腥味和藻腥味的除臭步骤，容易使PV值和AV值猛增。

3 降低油脂氧化的提取工艺

DHA鱼油的获取主要是将鱼类体内的油脂进行蒸煮、压榨和提炼。DHA藻油则是通过破坏海洋微藻细胞壁提取出胞内脂质，既要提高藻油的提取率与洁净度以保证生产的连续性，还要保持易氧化的ω-3多不饱和脂肪酸的稳定性和生物活性，因此合适的预处理与提取工艺至关重要，也是关于高质量DHA油脂提取技术攻关的重点方向之一。DHA油脂的提取工艺包括粗提、精制（去异味、去杂质如各类挥发性小分子等），最后增强其抗氧化性能进入市场。

DHA微藻的破壁方法有物理破壁（反复冻融、研磨等）和生化破壁（化学渗透、酸热法等），粗提方法有溶剂萃取、超临界萃取等[27]。油脂的精炼包括脱胶、脱酸、脱色、脱臭等步骤，依次将胶质与油脂分离、中和去除油脂中的游离脂肪酸、去除油脂颜色、去除鱼腥味或藻腥味。

3.1 粗提工艺的优化

为了最大程度保证提取过程中DHA油脂的新鲜度，部分研究进行粗提工艺的优化。采用生物酶法对寇氏隐甲藻破壁提取DHA藻油，使用有机溶剂萃取得到毛藻油，精制得到精炼油，PV值在0.5以下[28]。在深海鱼的下脚料中加入木瓜蛋白酶，鱼油提取率达83%，PV值为0.49 mmol/kg，符合一级鱼油国家标准[29]。

有研究公开一种基于酶法的无萃取剂DHA油脂提炼技术和配套装置，提取过程不使用有机溶剂，安全性大幅提高的同时节省设备成本，提取效率高，AV值低至4.8[30]。有企业还公开一种超临界流体萃取设备，可均匀分散超临界流体从而促进反应混匀，提高反应速率，减少物料浪费[31]。

3.2 精制工艺的优化

不饱和脂肪酸在热加工，尤其是脱色和脱臭过程中不饱和双键极易发生氧化，常规的DHA油脂精制工艺往往存在有机溶剂残留、重金属超标、DHA含量下降、氧化值剧增、色泽滋味达不到食用标准等问题，因此有必要开发高效环保的精炼方法。有研究者对金枪鱼油的脱胶工艺进行优化，得到的鱼油透明度好，鱼腥味淡，PV值为4.52 mmol/kg[32]。对深海狗鱼肝油进行充氮保护的酸法脱胶提高PUFAs含量，降低PV值和AV值，几乎完全去除鱼腥味和黄色浑浊度[33]。对金枪鱼油和鱿鱼油进行正己烷萃取和纳滤膜过滤，结果去除了鱼油中大部分挥发性小分子物质，大幅增加DHA含量，是一种有前景的除臭工艺[34]。鱼油精制采用分子蒸馏法，最大限度地保证其新鲜度，去除重金属、二噁英等有害杂质，保留有益营养物质。对鲤鱼内脏油进行酸中和、漂白、除臭等一系列精炼后，PV值下降约20%，AV值下降17%～32%，但是在除臭这一步总氧化值大幅回升，DHA含量大幅下降[35]。对印度沙丁鱼油进行两步萃取降低FFA含量，但是过程繁琐，且油脂总氧化值升高近4倍[36]。

有文献报道藻油精制采取2次以上的脱胶处理再进行脱臭处理，分子蒸馏得到的DHA藻油AV值小于1.0，PV值小于1 meq/kg[37]。该法得到的DHA藻油成品总氧化值很低，但加工过程中可能引入新的杂质，操作与后续处理复杂，精炼过程长，成本较高。以往的常规精炼过程中，为去除导致腥味的过氧化物和小分子物质，大幅降低PV值和AV值，常采取较高强度的脱臭工艺，如升高温度或增加时间，但容易产生大量反式脂肪酸，使藻油中的类胡萝卜素等脂溶性色素、天然抗氧化剂受到破坏。有企业对DHA藻油精炼的多个环节进行改进，包括冬化、脱色和脱臭，同时确保整个储藏和加工流程中DHA藻油处在全程氮保护中。工艺改进后得到的精制油PV值和AV值明显降低，产品色泽浅黄，晶莹通透，滋气味清淡[38]。

3.3 化学反应与物理吸附精制工艺的优化

鱼油或藻油的后加工工艺中，常采用物理吸附法、化学反应法或两者相结合的方法降低PV和AV值。化学法是利用特定化学物质与油脂中小分子醛、酮等物质发生反应再将其一起去除；物理法是利用硅胶、白泥、活性炭等吸附剂将这些物质吸附除去。但这2种方法都不适用于食品用的精制DHA鱼油或藻油，还可能吸附产品中的不饱和脂肪酸等有用物质，造成产品损耗[39]，引入对人体健康不良的有毒物质，为工业生产的后续分离纯化增加了工作量。

将氢氧化钠溶液和丙二酸二乙酯在惰性气体的保护下加进DHA藻油中，通过反应去除小分子物质，用饱和氯化钠溶液清洗得到低AV值的DHA藻油[40]。通常吸附过程是将不饱和脂肪酸原料溶解于有机溶剂，再加入吸附剂搅拌吸附，过滤除去吸附剂再分子蒸馏或精馏，得到低AV值的多不饱和脂肪酸精制油脂[39]。也可以将油脂用有机溶剂稀释后，用大孔吸附树脂进行动态吸附以降低油脂的AV值[41]。

对提取工艺进行优化得到总氧化值相对较低的DHA成品油之后，还需将其低温避光真空保存，同时加入抗氧化剂抑制DHA产品在运输和货柜摆放过程中的氧化。

4 降低油脂氧化的保存技术

4.1 提取过程中的抗氧化

有工艺为保护油脂在高温高压下不被大量氧化，在精炼的脱色和脱臭过程中即加入抗氧化剂。有研究优化脱色、脱臭工艺得到DHA藻油成品后，对抗氧化剂如柠檬酸、异抗坏血酸钠、VE进行方程拟合，测到的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为加抗氧化剂和微囊化。常用抗氧化剂有BHT、TBHQ、PG等，汇总如表1所示。但是据报道这些人工合成的抗氧化剂可能有潜在的安全隐患[43]。天然来源的酚类化合物作为抗氧化剂还具有抗癌、防辐射、降血压等多重生理学功能[44]。过氧化氢酶CAT作为新型抗氧化剂，被用于食品包装，但会导致鱼油乳液破乳、脂质过氧化[45]。咖啡酸、阿魏酸、BHT和L-抗坏血酸棕榈酸酯4种抗氧化剂相比，咖啡酸在降低DHA藻油的TOTOX值方面性能最佳，L-抗坏血酸棕榈酸酯抗氧化作用最弱[46]。试验比较不同浓度紫苏提取物、0.04%茶多酚与0.02%TBHQ对裂壶藻油的抗氧化性，结果表明，紫苏提取物的氧化抑制效果略低于TBHQ，但仍能有效提高裂壶藻油的氧化稳定性，剂量越大抗氧化效果越显著[47]。近年来被发掘的抗氧化剂众多，如岩藻黄质可高效抑制鱼油氧化，MDA的抑制率高达78%以上，自由基的抑制率达65%，此外对玉米油、亚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，大黄鱼鱼卵磷脂比大豆卵磷脂效果更好且存在一定的剂量效应关系[49]。

表1 成品油常用的抗氧化剂

在成品的包装与储存阶段，DHA油脂需真空或冲氮保存，市场上一般将油脂或脂肪粉末制作成胶囊防止DHA被氧化。如以阿拉伯胶、β-环糊精为复合壁材，喷雾干燥法制备DHA藻油微胶囊[64]。鱼油微胶囊的贮藏稳定性显著高于未微胶囊化，不同类型微胶囊的氧化速率也不同，与微胶囊的粗脂肪含量、PUFAs含量、表面含油率、新鲜度和抗氧化剂等相关[65]，如粗脂肪含量50%的鱼油微胶囊可有效减缓氧化速率，表面油3.27%的微胶囊要优于表面油12.63%[66]。某企业推出的表面油接近于0的藻油微胶囊，不仅可以更有效保护DHA油脂，而且消除了表面油氧化产生的有害物质[67]。通过原料的筛选、提取工艺的优化、成品的抗氧化保存，保证DHA油脂从源头到成品的新鲜度，提升产品品质，对DHA产业发展和人民健康都有积极意义。

5 结语与展望

党的十八大以来，习近平总书记亲自推动“健康中国”战略，把人民健康放在优先发展的地位，强调“要进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋”。《“健康中国2030”规划纲要》中也提到要支撑微藻类产业的顺利转型。微藻作为海洋黄金，提取得到的DHA藻油在生态保护、洁净度、纯度、抗氧化方面都比鱼油更出色。目前市面上很多昂贵DHA油脂产品，尽管出厂时指标较好，但经过长时间运输和保藏，送到消费者手中时其产品质量已很难保证。因此，减少油脂氧化和提高利用率的重要性愈发凸显，优化低能耗、高安全、易操作、高效率的提炼工艺，开发保持出厂品质的抗氧化保存方法与包装是重中之重，也是解决这些瓶颈问题的关键点，对拓宽DHA油脂的市场具有重大意义，同时推动了国家科技创新发展战略的进程。