《Food Chemistry: X》：Comprehensive volatile profiling and metabolomics analysis of cowpea
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本研究针对燕麦因高脂质含量和固有脂肪酶活性导致的贮藏劣变问题，系统探讨了烘烤处理对五种不同燕麦品种（包括两种低脂肪酶突变系）在12个月贮藏期内脂质稳定性的影响。结果表明，烘烤能有效抑制游离脂肪酸（FFA）的积累，而非烘烤燕麦的FFA含量在贮藏期内迅速升至总脂质的80%。研究还发现，初始脂肪酶活性与FFA形成无直接相关性，且羟基化脂肪酸的形成模式受烘烤显著影响。该研究为优化燕麦加工工艺、开发低脂肪酶燕麦品种以提升贮藏品质提供了重要理论依据。
燕麦（Avena sativa）因其健康益处和优良的营养价值，近年来备受关注，尤其在北欧、俄罗斯和加拿大等适宜其生长的凉爽湿润地区，被视为可持续的植物基原料。然而，燕麦的高脂质含量（通常占去壳籽粒质量的5.5%-8.2%，某些品种甚至高达10%-13%）使其在加工和贮藏过程中极易发生脂质水解和氧化。脂质水解由燕麦固有的脂肪酶和酯酶催化，释放出具有不良风味的游离脂肪酸（Free Fatty Acids, FFA），这些FFA不仅带来苦涩味，还对油脂氧化有促进作用。此外，燕麦中还存在过氧化物酶等氧化酶，可加速脂质氧化进程。为了抑制这些酶活性，工业上常对去壳燕麦进行烘烤（Kilning）处理，即通过高温蒸汽处理使酶失活。但这种剧烈处理并非特异性针对脂肪酶，会导致大部分蛋白质变性，可能影响燕麦的营养价值。同时，高温处理本身也可能诱导脂质氧化。因此，如何平衡酶失活与营养保留、探索通过育种手段降低燕麦固有脂肪酶活性以简化或省略烘烤步骤，成为产业和科研界关注的热点。
为了探究烘烤处理对燕麦贮藏稳定性的影响，以及低脂肪酶活性品种是否能够耐受更温和的加工条件，来自瑞典隆德大学的研究团队在《Food Chemistry: X》上发表了他们的研究成果。他们选取了三种具有不同脂质含量的商业瑞典燕麦品种（Belinda、Galant、Fatima）和两个通过TILLING筛选获得的低脂肪酶突变系（Low Lipase 1, LL1 和 Low Lipase 2, LL2），系统比较了烘烤与非烘烤处理下，这些燕麦粉在25°C、黑暗、有氧条件下贮藏12个月期间的各项指标变化。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下几项关键技术：首先，通过近红外光谱（NIR）和杜马斯定氮法对燕麦原料的宏量营养成分和水分含量进行了表征。其次，利用基于4-甲基伞形基庚酸酯（4-Methylumbelliferyl heptanoate, MUH）水解的荧光法测定脂肪酶活性。脂质提取采用改良的Bligh-Dyer法。通过薄层色谱（Thin Layer Chromatography, TLC）进行脂质类别分析，并通过气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID）和气质联用（GC-MS）分析总脂肪酸组成、游离脂肪酸含量以及氧化脂肪酸。采用铁硫氰酸盐分光光度法测定过氧化值（Peroxide Value, PV），并通过静态顶空气相色谱（Static Headspace Gas Chromatography）监测己醛等挥发性氧化产物的变化。此外，还使用高效液相色谱-紫外检测法（HPLC-UV）对燕麦中特有的抗氧化剂——燕麦蒽酰胺（Avenanthramides）A、B和C进行了定量分析。所有实验均设置了多个重复，并进行了统计学分析以确保结果的可靠性。研究所用燕麦样本均来源于2021年夏季在瑞典南部L?nnstorp研究站田间种植的批次。
1. 燕麦品种的特征分析
研究伊始对五种燕麦的起始材料进行了详细表征。结果显示，Fatima的脂质含量最高（11.2 g/100g），Galant最低（4.3 g/100g）。LL1的初始脂肪酶活性显著低于Belinda和Galant，但与LL2或Fatima无显著差异。脂肪酸组成分析表明，油酸（C18:1）和亚油酸（C18:2）是主要的脂肪酸，占总量的80%以上，其中Fatima的油酸比例显著高于其他品种。
2. 脂肪酶活性与脂质水解
烘烤处理完全消除了可检测到的脂肪酶活性。在非烘烤样品中，所有品种的脂肪酶活性在贮藏前6个月内均呈现下降趋势，随后趋于稳定。与此相应，非烘烤燕麦的游离脂肪酸（FFA）含量在贮藏初期迅速增加，4个月内即达到较高水平，6个月后趋于平稳，最终FFA含量可达总脂质的约80%。相比之下，烘烤样品在整个12个月的贮藏期内，FFA含量始终低于7%（仅高脂品种Fatima在末期略超5%）。值得注意的是，尽管LL1的初始脂肪酶活性显著低于Galant，但两者在非烘烤条件下的FFA积累速度和程度并无显著差异，表明本研究中所达到的脂肪酶活性降低程度尚不足以显著改善贮藏稳定性。此外，贮藏6个月后，样品中的绝对FFA含量与残余脂肪酶活性呈显著负相关，提示FFA可能对脂肪酶活性存在反馈抑制。
3. 过氧化值与己醛的形成
过氧化值（PV）的测定结果在贮藏期间呈现不规则波动，而非预期的累积曲线，且不同品种和处理（烘烤与非烘烤）间的波动模式各异。尽管如此，所有样品的PV在整个贮藏期内均处于较低水平（<5 meq./kg脂质）。相比之下，作为脂质二次氧化产物的己醛，其变化模式更为清晰。烘烤样品的己醛含量在贮藏前120天内持续上升，之后出现平台期甚至略有下降。非烘烤样品的己醛含量变化则更不规则，且不同重复间差异较大。烘烤处理初始降低了样品的己醛含量，推测是由于高温导致挥发性物质逸散所致。
4. 燕麦蒽酰胺含量
对燕麦蒽酰胺A、B和C的分析表明，烘烤处理以及长达12个月的贮藏均未对其总含量或各组分比例产生显著影响。尽管贮藏期间发生了脂质氧化（表现为PV波动和己醛生成），但并未观察到燕麦蒽酰胺的消耗，这对其在燕麦粉基质中作为有效抗氧化剂的作用提出了疑问。
5. 通过GC-FAME检测氧化脂肪酸
在GC-FAME分析中，发现了一系列晚流出的色谱峰。通过GC-MS鉴定，其中一个主要峰为15-羟基-十八碳-9,12-二烯酸（15-OH-18:2）的甲酯，其余未知峰（UN1, UN2, UN3）推测为结构相似的氧合脂肪酸（如环氧脂肪酸）。这些氧化脂肪酸的积累模式在烘烤和非烘烤样品间差异显著：烘烤样品中呈持续累积趋势，而非烘烤样品则表现为先累积后下降的模式。这表明烘烤样品中的形成可能主要是化学氧化途径，而非烘烤样品中则可能存在酶促降解过程。
研究结论与讨论
本研究明确证实，与烘烤燕麦粉相比，未经热处理的燕麦粉会迅速发生脂质水解。研究所涉及的五种燕麦品种其固有脂肪酶活性的差异，尚不足以对其燕麦粉的贮藏稳定性产生实质性影响。烘烤处理能有效抑制FFA的形成，这对于保持燕麦产品的风味和延长货架期至关重要。非烘烤材料中脂肪酶活性在贮藏前期下降的现象，可能与FFA的产物抑制或其他贮藏条件有关。
在脂质氧化评估方面，过氧化值（PV）因其不规则波动而被认为不适合作为衡量燕麦粉脂质氧化的可靠指标。己醛的积累模式，特别是在烘烤样品中，更能反映脂质氧化的进程。研究发现，烘烤样品在长期贮藏中己醛水平更高，而非烘烤样品初始值较高但后续变化复杂。尤为重要的是，研究揭示了羟基化和环氧化的脂肪酸在贮藏过程中的动态变化，它们在不同处理（烘烤与非烘烤）样品中表现出截然不同的积累模式，提示它们可能作为区分酶促与非酶促脂质氧化途径的潜在标志物，值得进一步研究其与氧化程度的关系。
最后，燕麦中特有的抗氧化剂——燕麦蒽酰胺，在本研究的贮藏条件下含量稳定，未发生明显消耗，这与其在体外实验中表现出的抗氧化活性形成对比，表明在完整的燕麦粉基质中，其抗氧化效能可能受到限制。
综上所述，该研究系统阐明了烘烤处理对燕麦贮藏期间脂质稳定性的深远影响，强调了彻底灭活脂肪酶对于防止品质劣变的重要性。同时，研究也为未来通过遗传改良手段选育超低脂肪酶活性燕麦品种，以期在不经或减轻热加工条件下仍能保持良好贮藏品质提供了科学依据和筛选方向。对氧化脂肪酸等新型潜在氧化标志物的发现，也为更精准地评估燕麦及其制品的氧化状态开辟了新思路。
