蛋黄粉在加速贮藏过程中的脂质氧化及保质期预测

发表时间:2024/03/29 14:36:13  浏览次数:3050  
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鲜蛋价格低廉且营养丰富,但易腐败变质且易破碎,不适宜长途运输,为适应食品工业对蛋与蛋制品的需求,常利用喷雾干燥技术除去蛋液中的水分从而加工成蛋粉。蛋黄粉在贮藏过程中不可避免地受到各种外界环境,如时间、温度、湿度、氧气含量和光照等因素的影响,加上蛋黄粉中富含多不饱和脂肪酸(PUFA),脂质氧化问题也成为影响蛋黄粉品质的重要因素。

东北农业大学食品学院的宋瑞晗,迟玉杰*,迟媛*等利用Schaal烘箱进行加速贮藏试验来研究蛋黄粉的脂质氧化情况,并预测其货架期。 通过对不同加速贮藏温度(40、50 ℃和60 ℃)和不同贮藏时间下蛋黄粉的感官评分、色泽、酸价(AV)、过氧化值(PV)、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)值、 p -茴香胺值( p -AV)、总氧化值(TOTOX)和脂肪酸组成与含量进行测定,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对蛋黄粉脂质氧化过程中的分子基团信息进行表征。此外,对感官评分和不同贮藏温度下蛋黄粉的品质指标进行Pearson相关性分析,确定品质劣变动力学的关键因子,建立不同贮藏温度环境下蛋黄粉的货架期预测模型,并预测蛋黄粉在常温(25 ℃)环境下的货架期,解析蛋黄粉在加速贮藏过程中脂质氧化的动态变化规律,以期为蛋黄粉的贮藏和应用提供研究参考。

1 蛋黄粉加速贮藏过程中色泽变化

由表2可知,3 组蛋黄粉(40、50 ℃和60 ℃的恒温培养箱中加速贮藏)在加速贮藏过程中L*值、a*值、b*值总体上伴随温度的升高和时间的延长而逐渐降低。与新鲜蛋黄粉相比,贮藏35 d后,加速贮藏温度40、50、60 ℃组的L*值从95.48±0.44分别降低到92.99±0.45、88.64±0.11和86.44±0.36,说明蛋黄粉的亮度逐渐降低;而a*值从11.54±0.22分别降低到10.52±0.05、10.75±0.16和9.69±0.19;b*值从46.43±0.46分别下降到43.65±0.18、42.86±0.02和41.84±0.69,说明蛋黄粉的红色和黄色色泽逐渐变淡。因此可以得出结论,较高的加速贮藏温度会导致蛋黄粉的颜色发生明显的劣变。蛋黄粉中的主要色素是类胡萝卜素和叶黄素,由于类胡萝卜素含有不饱和双键,可能在贮藏过程中发生了氧化,进而导致蛋黄粉的a*值和b*值降低。

2 蛋黄粉加速贮藏过程中AV变化

如图1所示,不同的贮藏温度下,蛋黄粉的AV随贮藏时间的延长呈现不同程度的上升趋势。蛋黄粉在加速贮藏初期,AV的变化速度较快,但28 d后AV的上升趋势有所减缓,且变化不显著(P>0.05),可能是由于此时蛋黄粉中脂肪的水解速率变慢。相关研究表明,脂肪的水解反应会加剧脂肪的氧化反应,其水解过程会为氧化反应提供不饱和脂肪酸作为氧化底物。其中,40、50、60 ℃下加速贮藏35 d后AV分别达到(2.99±0.32)、(3.18±0.32)、(3.37±0.00)mg/g,说明加速贮藏温度会影响蛋黄粉的AV,且加速贮藏温度越高,脂肪水解速率越快,产生的游离脂肪酸含量越多,AV越高,脂肪氧化反应越剧烈。

3 蛋黄粉加速贮藏过程中PV变化

由图2可知,蛋黄粉经过加速贮藏后,温度越高,蛋黄粉PV变化速率越快,说明温度对蛋黄粉的氧化稳定性有很大影响。经过40、50 ℃和60 ℃的加速贮藏后,蛋黄粉的PV从贮藏前的(1.72±0.14)mg/kg分别增长到最大值((3.18±0.08)、(3.23±0.05)mg/kg和((4.00±0.05)mg/kg),说明此时氢过氧化物的产生速率大于其分解速率,脂质氢过氧化物在此过程中不断产生和积累,所以导致蛋黄粉的PV上升。在整个贮藏期间,40 ℃贮藏蛋黄粉的PV随贮藏时间的延长呈线性增加,而在50 ℃和60 ℃下贮藏的蛋黄粉,分别在贮藏的28 d和21 d后其PV呈现下降的趋势。这是由于脂肪氧化的中间产物氢过氧化物对热不稳定,高温促使其分解产生各种次级氧化产物,如醛、酮、酸和醇等,所以造成PV降低。由于脂肪氧化反应过程的氢过氧化物一直处于生成和氧化分解的动态平衡状态,并且较高的温度可以促进氢过氧化物的形成和分解。所以贮藏在60 ℃的蛋黄粉在第21天时PV达到最大值,而贮藏在40 ℃和50 ℃的蛋黄粉滞后于60 ℃的蛋黄粉分别在第35天和第28天出现最大值。

4 蛋黄粉加速贮藏过程中TBARS值变化

从图3可以看出,随着贮藏时间的延长,蛋黄粉的TBARS值呈上升趋势。贮藏初期,蛋黄粉的初始TBARS值为(0.54±0.02)mg/kg,经过40、50 ℃和60 ℃下的加速氧化贮藏后,蛋黄粉的TBARS值分别显著增加到最大值((1.59±0.03)、(1.68±0.03)mg/kg和(1.79±0.03)mg/kg)。当贮藏时间相同时,60 ℃下蛋黄粉的TBARS值显著高于40 ℃和50 ℃下贮藏的蛋黄粉(P<0.05)。这说明随着加速贮藏温度的升高,蛋黄粉中脂肪的次级氧化程度加剧,较高的贮藏温度会增加丙二醛或其他副产物的含量。60 ℃下贮藏28 d后,蛋黄粉TBARS值出现下降的变化趋势,这可能是由于产生的丙二醛与胺、氨基酸、蛋白质或核苷酸反应或聚合形成二聚体或者三聚体,导致与硫代巴比妥酸反应的丙二醛含量降低,进而导致TBARS值下降。

5 蛋黄粉加速贮藏过程中p-AV变化

脂肪在次级氧化过程中产生的醛类物质(主要是α/β-不饱和醛)的量可以用p-AV来表征,p-AV越大,说明脂肪氧化变质情况越严重。由图4可知,伴随加速贮藏时间的延长,3 组蛋黄粉的p-AV都呈现上升的变化趋势。在40、50 ℃和60 ℃下贮藏35 d后,蛋黄粉的p-AV由贮藏初期的1.33±0.09分别增加到3.65±0.19、4.18±0.14和5.28±0.10,其中蛋黄粉在60 ℃下贮藏时,p-AV随贮藏时间延长上升速率较快(P<0.05),而在50 ℃和60 ℃下贮藏时,p-AV随贮藏时间延长变化较为缓慢,说明较低的加速贮藏温度可以减缓p-AV的增加。

6 蛋黄粉加速贮藏过程中TOTOX变化

图5中蛋黄粉的TOTOX变化趋势与PV的变化趋势相似,在40 ℃下贮藏时,蛋黄粉TOTOX在整个贮藏期内一直呈现显著增加的趋势(P<0.05),并在第35天达到最大值(7.94±0.14)。在50 ℃的贮藏温度下,TOTOX呈现先显著增加后下降的变化趋势,在第28天达到最大值(7.85±0.09)。而在60 ℃下贮藏时,在贮藏期间的前28 d,蛋黄粉TOTOX从初始值3.99±0.29增长到9.58±0.10,然后呈现快速下降的趋势,到第35天时下降至9.09±0.10(P<0.05)。在加速贮藏过程中,60 ℃下贮藏的蛋黄粉TOTOX显著高于40 ℃和50 ℃下贮藏的蛋黄粉(P<0.05),这表明较高的加速贮藏温度可以有效促进初级和次级氧化产物的形成,从而降低氧化稳定性。

7 蛋黄粉加速贮藏过程中脂肪酸组成与相对含量变化

如表3所示,蛋黄粉中共检测出14 种脂肪酸,其中包括饱和脂肪酸(SFA)4 种、单不饱和脂肪酸(MUFA)4 种和PUFA 6 种。蛋黄粉中的脂肪酸以棕榈油酸(C 16:1n-7 )、棕榈酸(C 16:0 )、亚油酸(C 18:2n-6 )、油酸(C 18:1n-9 )、硬脂酸(C 18:0 )和花生四烯酸(C 20:4n-6 )的含量最为丰富。新鲜蛋黄粉中含有大量的PUFA((42.87±0.16)%),SFA次之((33.87±0.13)%),MUFA含量最少((23.50±0.10)%)。脂质的氧化速率与组成脂质的脂肪酸的不饱和度、双键数量等密切相关。蛋黄粉中的PUFA含量较多,脂质氧化速度加快,这也是蛋黄粉在贮藏期间发生脂质氧化的主要原因。

研究发现,脂肪酸组成是影响脂肪热氧化稳定性的重要因素。与新鲜蛋黄粉相比,加速贮藏35 d后,MUFA和PUFA的相对含量降低,但PUFA相对含量的下降程度相对MUFA较大,这可能是由于PUFA含共轭双键。共轭双键容易与自由基反应生成短链烷烃等产物,且易发生氧化降解反应生成SFA,从而导致PUFA相对含量降低,SFA相对含量升高,其中PUFA中以亚油酸(C 18:2n-6 )和花生四烯酸(C 20:4n-6 )相对含量的下降趋势最为明显,SFA中以肉豆蔻酸(C 14:0 )、棕榈酸(C 16:0 )、C 17:0 和硬脂酸(C 18:0 )4 种SFA相对含量上升最明显。前人研究不同热处理温度和时间对油脂的氧化影响,发现SFA相对含量的升高与PUFA相对含量的降低有关。

同一时间点,加速贮藏温度越高,PUFA的降解速率越快,表明蛋黄粉发生了自动氧化。从表3可知,经过60 ℃加速贮藏35 d后,蛋黄粉中的油酸(C18:1n-9)相对含量从0 d时的(16.86±0.11)%显著下降至(14.20±0.09)%(P<0.05),亚油酸(C18:2n-6)和亚麻酸(C18:3n-3)相对含量从0 d时的(35.38±0.04)%和(0.20±0.03)%分别下降至(35.31±0.07)%和(0.11±0.02)%(P<0.05),富含脂肪食品的氧化稳定性与亚油酸和亚麻酸含量有关,降低亚油酸和亚麻酸含量有利于提升食品稳定性。另外,与贮藏初期相比,在各温度加速贮藏末期,作为人体生长发育必不可少的脂肪酸二十二碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)(C20:5n-3)和DHA(C22:6n-3)相对含量整体上显著降低(P<0.05),说明蛋黄粉在贮藏过程中营养价值下降。

8 蛋黄粉加速贮藏过程中的FTIR光谱分析

结果如图6所示。蛋黄粉脂质在贮藏过程中的FTIR光谱图非常相似,但吸收峰的强度有一些细微的变化。这些变化主要是由于蛋黄粉脂质氧化过程中产生了氢过氧化物、醛、酮和游离脂肪酸等氧化产物。因此,可利用红外光谱从特征官能团的角度分析蛋黄粉的脂质氧化。

从图6可以看出,蛋黄粉脂质的红外光谱在3 006、2 922、2 853、1 745、1 464、1 378、1 236、1 160、1 096 cm-1和722 cm-1处有特征吸收峰。其中,3 006 cm-1处的吸收峰归因于脂质中烯烃不饱和碳原子的伸缩振动,此处的吸收峰强度与不饱和脂肪酸(亚油酸和亚麻酸)的含量有关,在氧化过程中,吸收峰会缓慢地向低波数方向移动。2 922 cm-1和2 853 cm-1处分别为—CH2—和—CH3的不对称和对称伸缩振动峰,两者的吸收峰强度随氧化时间的延长而增加,与蛋黄粉的脂肪酸组成变化有关。1 745 cm-1处的吸收峰归因于甘油三酯羰基(—C=O)的伸缩振动,此处的吸收峰强度最高,在氧化过程中逐渐增强,这是蛋黄粉发生氧化后产生的醛、酮和酸等物质使羰基官能团数量增加而引起的,是脂质产生异味的主要原因。1 464 cm-1和1 377 cm-1处的吸收峰对应于亚甲基(—CH2—)和甲基(—CH3)弯曲振动。1 236、1 160 cm-1和1 096 cm-1处的吸收峰归因于酯基的伸缩振动。在722 cm-1处的吸收峰为顺式取代烯烃存在的—CH2—伸缩振动和面外弯曲振动的重叠峰,由于脂质的氧化和C=C—H化学键数量的增加,此波段的脂肪酸组成和峰强度也发生了变化。蛋黄粉脂质经过不同温度的加速处理前后,吸收峰强度略有改变,但峰的位置并未发生明显偏移,说明加速贮藏处理并未明显改变蛋黄粉的结构。这与Kharbach等研究坚果油在贮藏过程中的FTIR结果相似。

9 蛋黄粉感官评定

蛋黄粉的脂质氧化稳定性与感官特性密切相关。通过感官评定可以较为直观地反映蛋黄粉在加速贮藏过程中的色泽、滋味与气味、颗粒状态和蛋黄粉的溶解情况,从而体现蛋黄粉的品质。蛋黄粉在40、50 ℃和60 ℃条件下贮藏0、7、14、21、28 d和35 d时的感官评分如图7所示。随着贮藏时间的延长,蛋黄粉的感官品质明显降低,并且温度越高,下降速率越快,这是由于高温加速了蛋黄粉的脂质氧化变化,使蛋黄粉逐渐失去原有的色泽和气味,感官评分下降。

10 蛋黄粉货架期预测

10.1 蛋黄粉品质指标与感官评分Pearson相关性分析

由表4可知,在40、50、60 ℃贮藏温度下,蛋黄粉的感官评分与大多数品质指标之间存在显著相关性。脂质氧化是导致贮藏过程中蛋黄粉品质下降的主要原因。在所有理化指标中,PV是反映脂质初级氧化程度的指标,与感官评分之间的相关性较其他指标更高,且相关性达到极显著水平(40 ℃:r=-0.995;50 ℃:r=-0.998;60 ℃:r=-0.994)。因此可将PV作为蛋黄粉品质劣变动力学方程及货架期预测模型的关键指标。

10.2 品质劣变动力学方程的建立

以PV作为品质劣变动力学的关键指标,对不同加速贮藏温度(40、50 ℃和60 ℃)下的蛋黄粉进行零级和一级动力学方程线性回归拟合,可得到相应的反应速率常数k和决定系数R 2 。决定系数R 2 越大,则说明动力学模型的拟合度越高,从表5可知,蛋黄粉在40、50 ℃和60 ℃下的零级动力学模型决定系数R 2 分别为0.997 4、0.988 2、0.971 9,均比一级动力学模型R 2 大,说明蛋黄粉在加速贮藏过程中PV的变化更符合零级动力学模型。

10.3 蛋黄粉货架期预测模型的建立及验证

Arrhenius方程是货架期预测常用的二级模型,被广泛用于富含脂肪食品的货架期预测。在不同加速贮藏温度(40、50 ℃和60 ℃)下,蛋黄粉零级动力学模型中的反应速率常数k和贮藏温度T分别代入到Arrhenius方程进行拟合,以温度倒数(1/T)为横坐标,对应的反应速率常数k的对数值(ln k)为纵坐标,建立PV的Arrhenius曲线,拟合结果如表6所示,相应的活化能E A 为19.58 kJ/mol,指前因子k 2 为83.93。

结合零级品质劣变动力学模型,可以得到蛋黄粉在不同贮藏温度下以PV为品质指标的货架期预测模型,模型如式(9)所示。

将蛋黄粉置于常温(25 ℃)环境条件下,对货架期预测模型得到的预测值与实测值进行对比验证,验证结果如表7所示。蛋黄粉在25 ℃时的预测货架期为580 d,与实际货架期((624.67±8.38)d)之间的相对误差为-7.15%,说明此模型对预测不同贮藏温度下蛋黄粉的货架期有一定的应用价值。

结论

本研究利用Schaal烘箱加速贮藏试验,探究加速贮藏温度对蛋黄粉脂质氧化的影响,通过对色泽参数、初级和次级氧化产物、脂肪酸组成与相对含量的测定及FTIR的分析,研究蛋黄粉的脂质氧化过程,并预测蛋黄粉在常温(25 ℃)环境下的货架期。结果表明,在加速贮藏过程中,蛋黄粉的色泽逐渐变暗,初级和次级氧化产物不断增多,PUFA不断发生氧化降解。将品质劣变动力学方程与Arrhenius方程相结合,建立了以PV为特征指标的零级货架期预测模型。经验证,蛋黄粉在25 ℃的贮藏温度下,预测货架期为580 d,实际货架期为(624.67±8.38)d,相对误差为-7.15%,表明建立的货架期预测模型较为准确,进而可为蛋黄粉的品质控制和货架期监测提供参考依据。

本文《蛋黄粉在加速贮藏过程中的脂质氧化及保质期预测》来源于《食品科学》2023年44卷第21期193-203页,作者:宋瑞晗,马艳秋,迟玉杰,迟 媛。

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