乳脂肪是牛乳的重要成分，也是人类饮食中营养和能量的重要来源。乳脂肪由甘油和大量脂肪酸组成，含有400多种脂肪酸，其中包含66%饱和脂肪酸、30%单不饱和脂肪酸和4%多不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸，尤其是多不饱和脂肪酸具有抗癌和减少脂肪沉积的功效，但是很容易被氧化产生酸败，不仅会导致牛乳营养品质的下降，而且会严重影响牛乳的风味，对人体健康产生不良影响。随着消费者对乳制品品质及美观的需求，大量乳制品选用透明包装，而在货架陈列过程中不可避免地会暴露在光照下，容易造成光氧化问题。因此，了解乳脂肪光氧化机理、抑制乳脂肪光氧化的发生是保证牛乳营养品质和延长牛乳保质期的关键因素，也是保障乳制品安全、降低企业成本的重要因素。

1 乳脂肪光氧化的主要机理

光诱导是导致不饱和脂肪酸氧化的主要因素之一，乳脂肪中的色素可以吸收紫外光或可见光，激发光敏剂使其达到激发态，一方面，激发态的光敏剂从底物中获得1个氢离子或1个电子产生自由基，直接与不饱和脂肪酸产生的脂肪酸游离基直接反应，发出磷光或产生自由基，从而发生氧化反应，这类反应被称为Ⅰ类光敏反应，这类反应的氧化速率取决于光敏剂和底物的类型和浓度，被激发的光敏剂被称为Ⅰ类光敏剂，如核黄素；另一方面，激发态光敏物质不会直接与脂肪酸游离基发生反应，而是与基态氧³O₂发生反应，将三线态氧³O₂转化为高能的单线态¹O₂，单线态的¹O₂具有更强的吸电子能力，会攻击不饱和脂肪酸的高密度电荷区域（—C=C—），从而形成过渡态的六元环，然后通过双键的位移形成氢过氧化物，但是氢过氧化物化学性质不稳定，会进一步分解生成醛、酮、醇、酸等羰基化合物，这些产物也是导致牛乳味道和气味发生改变的主要原因，这类反应被称为Ⅱ类光敏反应，这类反应的氧化速率取决于体系中氧气的溶解度和浓度，被激发的光敏物质被称为Ⅱ类光敏剂，如核黄素、叶绿素、四吡咯等化合物。

2 乳脂肪光氧化的感官影响

光照射会在牛乳中诱导产生2种不同的异味，一种是“阳光”味，经光照2～3 d时，牛乳中会有烧焦味和氧化气味，这种味道产生的主要原因是二甲基二硫醚和蛋氨酸等含硫氨基酸氧化产生的甲烷造成的；另一种味道为“金属味或纸板味”，这种味道随着光照时间的延长而形成，来自于脂质氧化的次级产物，包括羰基化合物（己醛、戊醛、庚醛和酮）、醇和碳氢化合物，其含量随着照射时间的延长而显著增加，由于这些不饱和的醛和酮感官阈值很低，因此经常被认为是氧化酸败的主要原因。尽管目前光诱导挥发性化合物的机理尚不清楚，但是研究发现，这些化合物的形成与牛乳中脂肪光氧化密切相关。

3 影响乳脂肪光氧化的主要因素

3.1 促氧化因素

3.1.1 脂肪酸的种类

牛乳含有400多种脂肪酸，其中饱和脂肪酸约占7 0%，主要包括棕榈酸（C_16:0,43.7%）、肉豆蔻酸（C_14:0,12.8%）和硬脂酸（C_18:0,11.3%），不饱和脂肪酸约占30%，主要包括单不饱和脂肪酸，如油酸（C_18:1,23.8%），以及多不饱和脂肪酸，如亚油酸（C_18:2,1.5%）和亚麻酸（C_18:3,0.7%）等。由于从不饱和脂肪酸双键上脱氢所需的能量更低，因此不饱和脂肪酸更容易发生氧化反应，而氧化速率取决于不饱和程度，如油酸、亚油酸和亚麻酸的氧化速率比为3∶4∶7。Liu Qingsheng等研究发现，提高牛乳中不饱和脂肪酸（尤其是n-3脂肪酸）的含量，降低了乳脂肪的氧化稳定性。Lee等在不同含量乳脂肪牛乳（脱脂乳、部分脱脂乳、全脂乳）的光氧化实验中发现，氧化产物戊醛、己醛和庚醛的形成与脂肪含量呈正相关（P<0.05）。Lee、Dalsgaard等研究发现，乳制品中己醛、戊醛的形成与牛乳中n-6多不饱和脂肪酸（如亚油酸）含量密切相关，戊醛是Ⅰ类光氧化反应的主要产物，而己醛是Ⅱ类光氧化反应的产物，因此二者的反应动力学不尽相同。己醛是牛乳脂肪成分的主要氧化产物，经常用于评价n-6多不饱和肪酸的氧化水平和新鲜牛乳的质量。Timm-Heinrich等研究表明，庚醛是不饱和氧化酸亚油酸（C_18:2）和油酸（C_18:1）产生的主要挥发物之一。而丙醛在黑暗条件下的样品中达到较高含量，在光照条件下被耗尽，说明丙醛为光氧化的前体物质，另一方面，丙醛可以用来监测n-3多不饱和肪酸的氧化。目前，牧场为提高牛乳产量，常用超量的精饲料喂养奶牛，导致大量的多不饱和脂肪酸进入乳脂，降低了牛乳的氧化稳定性。因此，牛乳中不饱和脂肪酸的种类和数量是影响乳脂肪光氧化的重要因素之一。

3.1.2 光敏剂

核黄素又被称为VB₂，是一种水溶性的光敏剂，也是目前普遍认为对牛乳光氧化和乳制品光诱导异味的形成起重要作用的光敏剂之一。核黄素在可见光谱的紫色和蓝色区域（λ=400～500 nm）有明显吸收，吸收紫外或可见光光能后，可以与底物发生反应（Ⅰ类），也可以与三线态氧³O₂反应产生单线态氧¹O₂（Ⅱ类）。核黄素的光敏作用导致蛋白质和脂质的氧化，使氨基酸、脂质、维生素等重要营养素含量下降。全脂牛乳中核黄素含量为0.17 mg/100 g，是牛乳中含量最多的一类光敏剂。核黄素主要参与牛乳中亚油酸体系的氧化反应，Lee等研究发现，当牛乳中添加的核黄素质量浓度0～50 μg/m L时，戊醛和己醛的峰面积在2 h内分别增加35%和150%，核黄素与挥发性的己醛和戊醛的形成有关。

四吡咯，如原卟啉、叶绿素等是一类脂溶性光敏剂，与脂质含量密切相关，当牛乳中的脂肪含量为3.5 g/100 m L时，四吡咯的含量约为0.8 ng/m L，约为核黄素含量的1/250，这类化合物不仅对蓝光和紫光（400～500 nm）有较强的吸收，而且对于波长大于500 nm的光也有一定的吸收能力，因此较长波长引起的牛乳中的光氧化更多归因于这类化合物[4,6]。荧光光谱实验发现，四吡咯类化合物被橙光（590～610 nm）降解的程度大于被蓝光（505～470 nm）降解的程度，并且其降解程度与感官异味的形成密切相关，感官实验也发现，波长大于575 nm的光比波长小于500 nm的光引起的异味更加明显。研究发现，卟啉类与卟吩的降解与乳制品的氧化味、阳光味和酸味的相关性较好（r>0.9），而核黄素的降解仅与氧化味相关性较好，而与阳光味和酸味的相关性较差（r=0.65～0.69)。

3.1.3 氧气

在光照条件下，脂肪酸的光氧化主要包括自由基氧化（Ⅰ类）和单线态氧氧化（Ⅱ类）2种类型，这2种氧化反应是相互竞争的。研究发现，自由基氧化初期，单线态氧氧化是主要诱因，氧化速率取决于体系中氧的溶解度和浓度，并且单线态氧氧化不受贮藏温度的影响，即使在很低温度下，单线态氧的反应速率也比基态氧的反应速率快，单线态氧对亚油酸的氧化作用是游离基氧化作用的1 450倍以上。因此，食物中单线态氧是造成脂肪氧化的直接原因，添加单线态氧淬灭剂（如叠氮化钠）的实验发现，牛乳中己醛和庚醛含量明显降低，这意味着己醛和庚醛可以通过单线态氧或Ⅱ型光敏剂氧化形成。食物中单线态氧形成最重要的机制是光敏氧化，牛乳中常见的光敏剂包括核黄素、四吡咯、叶绿素和卟啉等，在氧气和光照存在的条件下，1分子光敏剂可以产生10³～10⁵分子单线态氧。Wold等在光氧化实验中发现，放置在空气中保存的牛乳样品比保存在氩气或氮气中的样品己醛含量更高。Mestdagh等在研究不同包装材料对牛乳光氧化的影响实验中发现，黑暗环境贮藏60 d条件下，溶解氧含量从6 μg/m L下降至4 μg/m L，而光照条件下，溶解氧含量降低更明显，说明自发氧化和光氧化均存在氧气消耗。

氧气影响光敏剂的降解，研究发现，不同贮藏条件对核黄素的降解影响不大，但对四吡咯类化合物影响较大，原卟啉和叶绿素类化合物在空气中贮藏比在N₂中贮藏有更大程度的降解。感官评价方面，Veberg等在研究黄油的光氧化实验中发现，在一定范围内，氧气浓度越高，样品的感官劣变程度越高，在低氧气浓度下紫光导致的光氧化普遍比绿光和红光严重，而在高氧气浓度下差异不大。

3.1.4 光照波长、光照强度和光照时间

乳制品暴露在可见光下会被氧化，与光照的波长有关，特别是紫光和蓝光，但也会受到绿光、黄光和红光的氧化，这是由不同光敏剂引发的光敏氧化所致。核黄素的吸收波长在可见光谱的紫色和蓝色区域（λ=400～500 nm），而四吡咯类化合物的吸收波长涉及整个可见光区域。光照强度也是影响脂肪光氧化的重要因素之一，张海容等在研究光照对牦牛乳脂肪氧化的实验中发现，光照强度20 lx条件下的氧化程度与964 lx和1 550 lx条件下相比有15 d的滞后期，说明光照强度在一定程度上能加快氧化反应速率。Intawiwat等研究发现，对于贮藏在空气中的巴氏乳样品，入射光的总体强度降低会导致较少腐烂味道的产生，其中通过红色滤光片和绿色滤光片的光照强度最低，其诱导巴氏乳的光氧化作用较小。在室温、30 min荧光照射下，核黄素的损失率高达30%，而煮沸过程中核黄素的损失率仅为12%。Huang等研究也证实，光照条件下贮藏在4、20℃温度下的豆乳样品中，核黄素的降解没有显著差异，因此温度对脂肪光氧化的影响较小，而光照强度和光照时间对脂肪光氧化作用的影响更大。

3.2 抗氧化因素

3.2.1 类胡萝卜素

类胡萝卜素是牛乳中一种重要的抗氧化剂，尤其是含有共轭双键的类胡萝卜素抗氧化效果最好，其中β-胡萝卜素作为一种高活性的单线态¹O₂淬灭剂，在全脂牛乳中含量为20 μg/L，并且与核黄素存在相同的吸收波长，因此会在一定程度上通过竞争吸收光而抑制核黄素的降解，从而在一定程度上抑制脂肪光氧化的发生。

3.2.2 生育酚类

生育酚是VE的主要成分，是天然的自由基清除剂，具有抗氧化作用，可以通过阻止光氧化物分解，从而抑制乳脂肪的氧化，其中最主要的是α-生育酚，在全脂牛乳中含量为20 mg/g，牛乳中的α-生育酚主要来源于奶牛日粮，研究发现，在奶牛日粮中添加α-生育酚可以有效降低牛乳的氧化速率。

3.2.3 蛋白质类

蛋白质类是牛乳及乳制品的主要营养成分之一，可以直接吸收光能以及被光敏剂诱导产生光氧化，另一方面，牛乳中蛋白质经酶水解产生抗氧化活性肽，其对乳脂肪的氧化具有一定抑制作用。研究发现，牛乳中的乳清蛋白和酪蛋白均具有一定的抗氧化能力，但酪蛋白比乳清蛋白抗氧化能力更强。牛乳中含硫氨基酸经热处理后，产生硫醇等化合物，尤其是β-乳球蛋白，在一定程度上具有抗氧化作用，Tong等比较不同杀菌温度全脂乳粉的氧化稳定性发现，低温处理全脂乳粉的氧化稳定性比中高温加热处理的全脂乳粉弱，感官评价更差，游离的硫醇基更少，说明高温加热在一定程度上产生更多的硫醇基，具有更强的抗氧化作用。

4 乳脂肪氧化检测的主要方法

4.1 化学方法

目前评估食品氧化酸败的方法包括量化初级氧化和次级氧化产物2种方法。量化初级氧化，包括量化不饱和脂肪酸损失和初级氧化产物（过氧化物、共轭双烯）的生成。目前过氧化值（peroxide value,POV）法测定脂质初级氧化产物是测定初级氧化的传统方法之一，但是由于初级氧化产物分解成二次产物的速率较快，所以POV可能会导致对氧化程度的低估，因此该方法被认为更适合于测量低温贮藏的未煮熟产品中的低水平氧化。次级氧化产物的测定，包括羰基和碳氢化合物的测定，目前硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances,TBARs）值是评估脂质氧化最常用的方法之一，主要通过硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid,TBA）与次级氧化产物丙二醛的反应评估，该方法操作简单，但是对丙二醛的检测特异性和灵敏度较差，如其他与脂质氧化无关的化合物也能与TBA反应，因此该方法容易导致对氧化程度的高估，而且实验发现TBARs值的测定结果与感官评价的相关性较差。

4.2 感官评价

感官评价作为评估脂肪光氧化的重要手段之一被广泛应用，通常由有经验的专业人员组成品尝小组，采用风味打分的方式进行，操作简单且直观，最能直接反映食品的可接受程度，研究表明，感官评价对乳制品中的光氧化属性分析比传统的仪器方法（如POV、气相色谱法和TBARs值）更敏感，而仪器方法能够测定更具体的化合物。另外，感官评价受评价人员的主观因素影响较大，可重复性较差。

4.3 物理方法

低分子质量醛及碳氢化合物作为脂肪光氧化的重要次级产物之一，与感官评价密切相关，因此逐渐成为测定乳脂肪氧化程度的重要手段。己醛作为脂肪氧化生成的主要醛类已成为检测脂肪氧化的重要指标之一，戊醛和己醛可以用来监测高n-6 PUFA含量乳及乳制品中的氧化变化，而丙醛可以用来监测高n-3 PUFA含量乳及乳制品中的氧化变化，戊烷含量与感官评价密切相关，相比于己醛，戊烷的优点是其稳定性。气相色谱已经被广泛用于挥发性化合物的检测，但是由于挥发性成分以微量形式存在，因此对其进行分析必须进行分离和浓缩，目前常用的方法有固相萃取、液-液萃取、蒸馏、顶空分析等方法。固相微萃取技术由于操作简便、重现性好并且能够消除样品基体的干扰，而且具有很好的选择性，被广泛用于脂肪氧化的检测，其通过纤维吸附样品中的分析物，使基体和涂覆纤维的固定相达到动态平衡，集采样、萃取、浓缩和进样为一体，目前固相微萃取结合顶空进样技术已经被广泛用于检测不同食物和饮料的挥发性成分组成。SandovalCopado等利用顶空固相微萃取法对新鲜瓦哈卡干酪22 d贮藏期内的挥发性有机化合物进行定量分析，Fenaille等利用顶空固相微萃取技术对婴儿乳粉中主要挥发性成分饱和醛类进行鉴定，评价其氧化水平。

5 结语

乳制品质量安全已经成为我国食品及农产品最受关注的问题之一，牛乳在货架陈列过程中不可避免会暴露在光照下，抑制牛乳的脂肪光氧化过程是保持牛乳营养品质和延长牛乳保质期的关键因素，而目前对于乳脂肪光氧化的研究还是主要集中在氧化和抗氧化等因素方面，乳品企业把更多的注意力投放在包装材料方面的研究，对于乳脂肪光氧化及代谢物变化机理及其对感官的影响尚且没有系统的报道，缺乏必要的理论基础指导。因此，研究乳脂肪光氧化对于保障乳制品安全、指导乳业生产及销售具有重要意义。

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