氧化脂质组学与可解释机器学习揭示脉冲电场介导对精炼橄榄油中分子脂质氧化的抑制作用

《Food Bioscience》：Oxidative lipidomics and interpretable machine learning reveal pulsed electric field-mediated suppression of molecular lipid oxidation in refined olive oil

　　# 摘要氧化劣变限制了精炼橄榄油的储存稳定性，然而传统质量指标无法完全解析脂质氧化进程中涉及的分子变化。本研究探讨了脉冲电场（PEF）处理对精炼橄榄油加速储存期间氧化稳定性的影响，重点关注脂质分子的氧化和可解释的机器学习方法。将常规精炼橄榄油（CROO）和PEF处理的精炼橄榄油（PROO）在60 °C下储存30天，并使用常规氧化指标、抗氧化相关参数、半靶向UHPLC-HRMS/MS脂质组学以及随机森林（RF）-SHAP建模进行分析。尽管CROO和PROO表现出相似的终末端过氧化物值（POV），脂质组学揭示了两组之间氧化脂质积累存在明显的处理依赖性差异。在第30天，CROO中OxTAG 54:4;O、FA 18:3;O、OxTAG 54:5;O?和FA 18:2;O的相对信号强度分别比PROO高1.50至1.83倍，表明PEF处理减轻了含氧不饱和脂质物种的积累。氧化脂质标志物在两种处理之间的分化早于整体POV的变化，其中FA 18:3;O和OxTAG 54:4;O可能成为精炼橄榄油氧化的潜在分子指标。RF-SHAP模型识别出储存时间、K???、α-生育酚和关键脂质组学特征为POV预测的主要贡献因素，同时揭示了非线性氧化响应以及抗氧化相关变量之间的潜在相互作用。这些发现表明，将氧化脂质组学与可解释机器学习相结合，能够为PEF相关的精炼橄榄油氧化稳定化提供分子层面的见解。# 引言橄榄油（*Olea europaea* L.）因其公认的营养和健康益处——包括降低心血管风险和抗炎活性（Covas等人，2006）——在地中海饮食和全球食用油脂市场中占据核心地位。精炼橄榄油占全球橄榄油产量的相当比例，由于其感官中性特征和热稳定性，被广泛用于烹饪和油炸（Boskou，2015）。然而，工业精炼过程，包括脱胶、中和、脱色和脱臭，不可避免地降低了内源性抗氧化剂的含量，尤其是酚类化合物和生育三烯酚。因此，储存期间的氧化劣变仍然是限制货架寿命和质量的主要因素（Choe & Min，2006）。因此，能够提高油脂加工过程中抗氧化剂保留率，同时为氧化机制提供更深入见解的策略正日益受到关注。脉冲电场（PEF）技术作为一种有前景的非热加工方法，近年来备受关注，它通过电穿孔引起的质传增强来提高细胞内生物活性物质的回收（Ayyasamy, Ravi, & Natarajan, 2026）。在橄榄油生产中，据报道PEF处理相比传统加工方法可增加酚类化合物、生育三烯酚和植物甾醇的提取率（Puértolas & Martínez de Mara?ón, 2015）。例如，Yang等人（2024）观察到，对Koroneiki橄榄进行PEF处理后，α-生育酚、总酚类和抗氧化能力均显著增加，而Grillo等人（2022）则表明在工业规模的超声-PEF加工下，多酚和生育三烯酚的保留率有所改善。近期的一项综述进一步得出结论，PEF通过增加抗氧化化合物的掺入而持续增强食用油的氧化稳定性（Ferraz & Silva, 2025）。然而，PEF引起的抗氧化剂组成变化如何影响后续储存过程中氧化脂质物种的形成和积累仍然不清楚。传统氧化评估依赖于过氧化物值（POV）、K???、K???和酸值（AV）等整体指标，这些指标由法典食品委员会和国际橄榄理事会标准化。尽管这些参数被广泛用于质量控制，但它们仅提供氧化的全局度量，无法揭示哪些脂质分子物种发生了氧化，也无法阐明储存过程中氧化途径如何演变。基于LC-MS的氧化脂质组学技术的最新进展使得氧化脂肪酸（OxFA）和氧化甘油三酯（OxTAG）的分子水平表征成为可能（Züllig, Tr?tzmüller, & K?feler, 2020）。先前的研究表明，氧化TAG物种可以作为比传统指标更敏感、更具机制信息量的脂质氧化标志物（Grüneis等人，2019）。Takahashi等人（2022）使用LC-MS/MS对氧化橄榄油中的TAG氢过氧化物异构体进行了表征，证明分子层面的脂质变化无法被整体过氧化物测量完全捕捉。Shen等人（2021）表明，脂质组学分析能够解析加热大豆油中类别特异性的氧化模式，揭示了主要脂质物种在氧化劣变过程中差异化的降解行为。然而，PEF引起的抗氧化剂组成变化如何影响油脂储存过程中氧化脂质物种的形成和演变仍然不清楚。内源性抗氧化剂之间的协同作用使脂质氧化的解释更加复杂。α-生育酚作为主要的链断裂型抗氧化剂，通过清除脂质过氧自由基发挥作用，而酚类化合物——尤其是邻二酚类——既通过直接的自由基淬灭作用，又通过从其自由基形式再生α-生育酚而发挥作用（Kamal-Eldin, 2019）。这些相互作用具有浓度依赖性且本质上是非线性的，使得使用传统化学计量方法难以捕捉。随机森林（RF）与SHAP（SHapley Additive Explanations）相结合，提供了一个强大的框架，用于建模复杂关系并识别驱动氧化结果的变量。尽管RF-SHAP在食品质量预测和认证研究中已显示出相当的价值（Jiménez-Carvelo, González-Casado, Bagur-González, & Cuadros-Rodríguez, 2019），但将其与氧化脂质组学整合用于食用油脂氧化的机制性研究仍基本未被探索。因此，本研究的目的是：(i) 比较常规精炼橄榄油（CROO）和PEF处理的精炼橄榄油（PROO）在60 °C加速储存期间常规氧化指标的变化和抗氧化剂的消耗情况；(ii) 使用基于UHPLC-HRMS/MS的脂质组学表征分子层面的脂质变化，特别关注氧化脂质物种作为PEF处理效果的指标；以及(iii) 建立整合常规和脂质组学特征的RF回归模型来预测氧化状态，并运用SHAP分析识别关键分子驱动因素、临界阈值以及潜在影响氧化稳定性的抗氧化剂相互作用。# 各章节摘要## 化学药品和试剂HPLC级正己烷、异丙醇、甲醇、乙腈和环己烷购自Merck KGaA（德国达姆施塔特）。LC-MS级乙腈、异丙醇和甲酸购自Fisher Scientific（英国拉夫伯勒）。Folin-Ciocalteu试剂、没食子酸（>98.0%）、DPPH（>97.0%）、ABTS（>98.0%）、过硫酸钾（>99.0%）、角鲨烷（>96.0%）、5α-降胆固醇烷（>99.0%）和丁基羟基甲苯（BHT，>99.0%）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。生育三烯酚## 过氧化物值、共轭二烯和酸值在30天的储存期内，两种油脂的AV均有所增加（图1A）。CROO从0.692增加到0.819 mg KOH g?1，而PROO从0.539增加到0.635 mg KOH g?1。然而，AV的增加幅度较小，最终值仍远低于相关质量限值，表明储存期间水解劣变程度有限。两种油脂的POV均逐渐升高，CROO从10.31 ± 0.85升至22.97 ± 0.25 meq O? kg?1，PROO从9.38 ± 1.37升至22.77 ± 0.35 meq O? kg?1## 结论本研究通过整合常规氧化指标、抗氧化剂测量、半靶向脂质组学和可解释机器学习，探讨了PEF预处理对橄榄油氧化稳定性的影响。与CROO相比，PROO在储存期间表现出氧化相关脂质物种（特别是OxFA和OxTAG）积累减少的特点，同时保持了更高水平的抗氧化相关组分。脂质组学分析进一步揭示，PEF主要影响的是## CRediT作者贡献声明**李琦：** 软件。**于修竹：** 写作 – 审阅与编辑、监督、项目管理。**Pinar Kadiroglu：** 软件。**高源：** 软件。**徐帅：** 写作 – 原始草稿、软件。**刘重阳：** 调查## 利益冲突声明作者声明，本论文的发表不存在利益冲突。## 数据可用性研究数据可根据要求提供。## 利益冲突声明作者声明，本文不存在利益冲突。## 致谢作者感谢陕西省秦川-园艺"科学家+工程师"团队建设计划（2024QCY-KXJ-079）、陕西省科技创新团队计划（2024RS-CXTD-70）以及西北农林科技大学博士生独立创新研究项目基金（2025KYCXZ09）的资助。---徐帅 | 刘重阳 | Pinar Kadiroglu | 高源 | 李琦 | 于修竹西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西省高校-企业功能油脂工程技术联合研究中心，中国陕西省杨凌区新光路22号，邮编712100