油脂酸敗儀操作參數(shù)對油茶籽油OSI測定及其貨架期預測的影響

王進英 鐘海雁 梁永銘

(中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院1，長沙 410004)

(糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省重點實驗室2，長沙 410004)

(經(jīng)濟林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室3，長沙 410004)

油脂酸敗儀操作參數(shù)對油茶籽油OSI測定及其貨架期預測的影響

王進英1,2,3鐘海雁1,2,3梁永銘1,2,3

(中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院1，長沙 410004)

(糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省重點實驗室2，長沙 410004)

(經(jīng)濟林育種與栽培國家林業(yè)局重點實驗室3，長沙 410004)

研究了油脂氧化酸敗測定儀的操作參數(shù)溫度、空氣流速、樣品量對油茶籽油化穩(wěn)定指數(shù)(Oxidative Stability Index)，溫度系數(shù)，Q10的測定及貨架期預測的影響。為了這個目的，試驗數(shù)據(jù)建立了完全二次模型并且進行了方差分析，結(jié)果表明溫度和空氣流速對OSI的影響顯著(P<0.01)。此外，通過簡化的線性模型檢測表明在溫度占主導效應的同時，與樣品量相比，空氣流速對油茶籽油OSI的測定也有較大的影響(P<0.05)。此項研究獲得的油茶籽油溫度系數(shù)平均值為-3.02×10-2。Q10的計算平均值為2.02，表明溫度每升高10 ℃油茶籽油的OSI減半。計算出的20 ℃下的OSI表現(xiàn)出明顯不同，說明空氣流量和樣品量對油茶籽油貨架期的預測有著很大影響。因此，在油脂氧化酸敗測定過程中選擇一個合適的操作參數(shù)水平會降低長期室溫貯藏和加速氧化對貨架期預測的影響。

油茶籽油 油脂氧化酸敗測定儀 氧化穩(wěn)定指數(shù) 貨架期預測

油脂氧化酸敗測定是基于自動測定氧化速率變化的最大值，氧化速率的改變是通過去離子水中電導率的改變來體現(xiàn)的[1]。這種方法操作簡單，重現(xiàn)性好，不需要定期的分析測定，并且在分析過程中沒有用到有機溶劑[2]。油脂氧化酸敗測定不僅可以給出酚類物質(zhì)濃度與抗氧化活性之間的線性關系[3-4]還可以做為煎炸油“篩選”試驗[5]。此外，油脂氧化酸敗測定也提供了有關使用油脂及含油脂食品氧化穩(wěn)定性的其他一些有用的信息[6]。油茶籽油的含有9種以上脂肪酸，其中單不飽和脂肪油酸的含量最高，其含量可達80%左右，其次是亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸，這些不飽和脂肪酸很容易被氧化[7-9]。油茶籽油也含有抵制氧化降解的微量抗氧化活性物質(zhì)[10]，但這些物質(zhì)的存在增加了氧化進程的復雜性，從而使得對氧化進程的預測和數(shù)學建模更加困難。

溫度，空氣流量和樣品量是油脂氧化酸敗測定中最容易調(diào)節(jié)的操作參數(shù)并且會影響油脂OSI的測定。盡管許多研究已經(jīng)論證了油脂氧化酸敗測定試驗中單個或多個參數(shù)對植物油氧化穩(wěn)定性的研究[11]，但是關于這3個參數(shù)對油茶籽油穩(wěn)定性的影響到目前為止鮮見報道。此項研究的目：通過試驗設計和方差分析技術(shù)評價每一個操作參數(shù)對油茶籽油氧化穩(wěn)定性的影響；通過響應面分析建立經(jīng)驗模型，使油脂氧化酸敗測定中操作參數(shù)與氧化穩(wěn)定指數(shù)存在相關性，從而選擇一個合適的操作參數(shù)水平建立快速判定油茶籽油貨架期的方法。這對于試驗控制及油茶籽油的研究具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 材料

油菜籽油：湖南金浩油茶籽油有限公司國標一級油茶籽油。油茶籽油的基本理化指標為：過氧化值4.44 mmol/kg，酸價0.22 mg/g，羰基價1.36 meq/kg，K232=0.203，K270=0.035。油樣保存于4 ℃，在貯藏期間沒有加入抗氧化劑。

1.2 儀器

B5510E-DTH臺式超聲波清洗機：美國Branson公司；DW-86L628超低溫冰箱：海爾公司；英國ELGA分析型超純水系統(tǒng)：上海恒奇儀器儀表有限公司；892Rancimat專業(yè)油脂氧化穩(wěn)定性分析儀(溫度控制范圍50～220 ℃)：瑞士萬通中國有限公司。

1.3 OSI測定

在運行前，盛放油樣的試管用熱強堿溶液(3%)強力清洗并浸泡12 h，用蒸餾水和丙酮潤洗后在80 ℃條件下烘箱烘干。目的是避免任何可以催化自動氧化進程的污染。此外，電極、連接管及測量容器也要用酒精和蒸餾水潤洗，用氮吹儀吹干備用。在反應器皿中的油樣中通入經(jīng)過濾的干燥氣流，反應器皿置于設置好預期溫度的加熱組塊中，從反應器皿中流出的帶有來自于油樣揮發(fā)性有機酸的氣流收集到60 mL的蒸餾水中。儀器會持續(xù)自動記錄蒸餾水的電導率變化。儀器可同時測定8個樣品的OSI。

1.4 貨架期預測，溫度系數(shù)及Q10的計算

加速反應的速率隨溫度按指數(shù)規(guī)律增加，所以食用油脂的貨架期可以通過在高溫下進行的加速氧化試驗來預測。精煉油的貨架期在室溫下通常是12～18個月，但在梯度高溫的加速試驗中在幾天或幾小時內(nèi)就能完成。由于油脂的氧化速率與溫度呈指數(shù)相關，所以油脂的貨架期隨溫度升高呈對數(shù)下降。因此，油脂在常溫下的貨架期可以通過以穩(wěn)定性的適合氧化終點的對數(shù)為縱坐標，以梯度溫度為橫坐標來推斷，如圖1所示。曲線的斜率代表油脂的溫度系數(shù)，Q10是溫度每增高10 ℃反應速率增加程度的加速溫度系數(shù)溫，由式(1)計算。

圖1 貨架期推斷圖

(1)

1.5 試驗設計

此項研究中考慮了3個參數(shù)因素，即溫度，空氣流量和樣品量，并對這3個因素進行4×4×4的全因子試驗設計。每個因素設置4個水平：溫度(100、110、120、130 ℃)，空氣流量(10、15、20、25 L/h)以及樣品量(3、5、7、9 g)。氧化穩(wěn)定指數(shù)總共測定64組，每組做3個平行。

1.6 統(tǒng)計分析

應用數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析軟件SPSS 17.0和 Degign expert 8.0 對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析并建立回歸模型。首先，以OSI為因變量，以溫度，空氣流量及油樣量為自變量進行多變量二次回歸，如式(2)。

(2)

式中：系數(shù)bi和bij分別為輸入變量的一次和二次回歸對OSI的影響；交互系數(shù)bij為輸入變量對OSI的交互影響。

對試驗所得數(shù)據(jù)求十進位對數(shù)得到修整變量log(OSI)，通過SPSS建立修整變量的一元線性回歸方差，如式(3)。

(3)

最終得到方差分析表。模型及變量的顯著性通過計算95%置信區(qū)間的P-值來判定。

2 結(jié)果與討論

2.1 OSI的測定結(jié)果

在選定試驗設計條件下得到的OSI的測定結(jié)果如表1所示。

表1 不同試驗組合下油茶籽油的氧化穩(wěn)定指數(shù)(OSI)測定結(jié)果和相關系數(shù)(CV)

注：n=3；R2=0.998；校正R2=0.997；OSI為氧化穩(wěn)定指數(shù)(Oxidative Stability Index)；CV為相關系數(shù)(Coefficient Variation)，CV=(SD/AVE)×100；T為溫度；A為空氣流速；M為樣品質(zhì)量。

表1可以看出，在一定油樣量及溫度水平下，空氣流速為10 L/h時油茶籽油的OSI水平較低，空氣流速為15 L/h和20 L/h時OSI有所升高且水平相似，值得注意的是當空氣流量為15 L/h是低樣品量下(3、5 和7 g)OSI幾乎相同，說明這樣的條件下油樣達到了空氣飽和的狀態(tài)，也就是說空氣流速和油樣量之間建立了一種平衡。但當空氣流速達到高流速時(25 L/h)的OSI明顯高于其他流速下的OSI。例如，當溫度為100 ℃，樣品量為3 g時，空氣流量有10 L/h增加至25 L/h，油茶籽油的OSI由18.53 h上升至22.09 h。研究表明，氧化誘導期間9 L/h的空氣流速足以使得油樣達到飽和狀態(tài)。然而，此項研究表明當流量大于15 L/h時，才會影響OSI，這與Reza等[12]的研究結(jié)果一致。

在一定溫度及空氣流速水平下，樣品量為3 g時油茶籽油的OSI較低，油樣量上升至5 g和7 g時OSI的增長水平不是很明顯，但當油樣量上升至12 g時油茶籽油的OSI顯著增加。例如，當溫度為100 ℃，空氣流量為10 L/h，樣品量由3 g增至9 g時，OSI在由18.53 h上升至20.55 h。Jebe等[13]認為當油樣量3 g時很難達到溫度穩(wěn)定作用，在油樣量為5 g時亦是如此。對于樣品量小的樣品來說，在高流速下達到空氣飽和狀態(tài)似乎是不可能的。油樣急劇不穩(wěn)定的狀態(tài)使得流出的空氣比參加油脂氧化的空氣多。因此，在所有溫度和空氣流速條件下且油樣量為7 g時，空氣達到了飽和狀態(tài)且相關系數(shù)也較低。

如預期的一樣，當樣品量和空氣流速一定時，OSI隨著溫度的升高急劇縮短。例如當空氣流量為10 L/h，樣品量為3 g時，當溫度從100 ℃上升至130 ℃時OSI由18.53 h降低至2.40 h。如表1所示，在當溫度在100～120 ℃范圍內(nèi)變動時，OSI的上升趨勢幾乎一致，但當溫度為130 ℃時，這種趨勢發(fā)生了變化，并且試驗組合的相關系數(shù)也隨溫度上升而增加。這些結(jié)果表明，隨著溫度上升油茶籽油的氧化條件發(fā)生了變化。

2.2 油脂氧化酸敗儀操作參數(shù)對油茶籽油OSI的影響

OSI可能會因空氣流速的增加而降低，會隨樣品量的增加而延長，但是這種現(xiàn)象在表1的結(jié)果中沒有觀察到。這可能是由于由于不穩(wěn)定狀態(tài)下空氣飽和條件發(fā)生了變化，這種變化會導致由于空氣溢出使得參加油脂氧化的空氣減少。從表1可以找出溫度、空氣流速和樣品量3個因素簡單的變化規(guī)律，為了進一步表征它們對OSI的影響，對表1中的數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計與分析進行線性和二次回歸，進一步進行分析。試驗數(shù)據(jù)首先進行了完全二次模型分析，通過多重回歸得到了響應分析得到了OSI多項二次回歸方程，見式(4)。

OSI=375.04-6.06T+1.07A+5.8×10-2S-7.2×10-3TA-1.18×10-2TS-2.25×10-3AS+2.4×10-2T2-5.75×10-3A2+7.16×10-2S2

(4)

表2 二次線性模型的方差分析表

注：n=3；R2=0.998；校正R2=0.998；T為溫度，A為空氣流量，S為樣品質(zhì)量。

二次回歸模型中被解釋變量和所有解釋變量之間的線性關系是否顯著通過F-檢驗法實現(xiàn)。在給定的置信區(qū)間(95%)，如果輸出變量的P-值大于0.05則認為統(tǒng)計學不顯著。由表2可以看出油茶籽油的OSI與溫度和空氣流量線性相關，其P值分別為P<0.000 1和P=0.002 7。然而，在二次效應中只有溫度對OSI的影響顯著(P<0.000 1)。試驗組合的交互相應對OSI的影響不顯著(P>0.05)。

完全二次模型中二次效應和交互響應的顯著性缺乏需要對試驗數(shù)據(jù)進行更低水平的模型，因此對OSI的對數(shù)進行了線性回歸，得到式(5)。

Log(OSI)=4.342-3.1×10-2T+2.0×10-2A+1.02×10-3S

(5)

根據(jù)前期研究，為了獲得更好的自由度，對原始變量來說十進制對數(shù)是更好的選擇。例如二次模型，對線性模型也進行了完全方差分析。由表3可以看出，由于具有較高的F-值，溫度是影響油茶籽油氧化穩(wěn)定指數(shù)(OSI)最具影響力的因素，其P值都小于0.001。在溫度占主導效應的同時，與樣品量相比，空氣流速對油茶籽油OSI的測定也有較大的影響。在對變量首先進行完全二次回歸再進行線性回歸的情況下，二次回歸模型的校正R2呈現(xiàn)了較大的值。可以發(fā)現(xiàn)二次回歸模型和線性回歸模型兩者都可以預測OSI的一個確切值。

表3 log(OSI)一元線性模型方差分析表

注：R2=0.997，校正R2=0.997；T為溫度，A為空氣流量，S為樣品質(zhì)量。

2.3 OSI與貨架期

由OSI的自然對數(shù)與溫度的線性關系中計算出的數(shù)據(jù)如表4所示。在不同試驗組合中，溫度系數(shù)和Q10沒有顯著差異。可以分別從油樣量及空氣流速衡量這2個數(shù)值。根據(jù)計算結(jié)果，油茶籽油的溫度系數(shù)平均值為-3.02×10-2。研究表明，植物油log(OSI)的溫度系數(shù)為-2.78×10-2～-3.5×10-2[14]，此項研究的結(jié)果表明油茶籽油的溫度也在這個系數(shù)范圍之內(nèi)。Q10的計算平均值為2.02，表明溫度每升高10 ℃油茶籽油的OSI減半。

表4 log(OSI)在16個試驗組合下的溫度系數(shù)、貨架期及Q10

注：Tcoeff為溫度系數(shù)；OSI20為貨架期。

由線性方程計算出的20 ℃下的OSI表現(xiàn)出明顯不同，這就說明空氣流量和樣品量對油茶籽油貨架期的預測有著很大影響。研究表明由油脂氧化酸敗測定法推斷室溫下油脂的貨架期是否準確取決于油脂的類型，這種現(xiàn)象歸因于加速試驗與室溫貯藏條件下過氧化物的形成機制的不同[14]。然而，有關嬰兒奶粉、漢麻籽油及大豆油的研究表明由油脂氧化酸敗測定法推斷常溫下的貨架期可以得到合理的結(jié)果[15-16]。所以，是否能用加速氧化試驗來預測產(chǎn)品的貨架期還需要進一步研究。

3 結(jié)論

通過評價油脂氧化酸敗測定儀操作參數(shù)對油茶籽油氧化穩(wěn)定性(OSI)測定的影響發(fā)現(xiàn)溫度，空氣流量和油量對油茶籽油的穩(wěn)定性有不同程度的影響。具體為通過應用響應面設計方法得到的二次方程模型表明油茶籽油的OSI與溫度和空氣流量線性相關，其P值分別為P<0.000 1和P=0.002 7。然而，在二次效應中只有溫度對OSI的影響顯著(P<0.000 1)，試驗組合的交互相應對OSI的影響不顯著(P>0.05)。進一步對簡化的線性模型進行了檢驗(R2=0.997)，它能在很大程度上解釋數(shù)據(jù)的變異性，從這個模型中可以看出，溫度是影響OSI最顯著地因素，隨著反應溫度的增加OSI急劇降低。獲得油茶籽油的溫度系數(shù)是-3.1×10-2，這與其他文獻中報道的數(shù)值一致。

由線性方程計算出的20 ℃下的OSI表現(xiàn)出明顯不同，這就說明空氣流量和樣品量對油茶籽油貨架期的預測有著很大影響。油脂氧化酸敗測定法不僅是一種快速測定油脂氧化穩(wěn)定性的自動技術(shù)，而且根據(jù)油脂的類型選擇合適的一起參數(shù)時它能提供有關油脂貨架期的相關有效結(jié)論從而降低加速氧化和常溫貯藏條件下貨架期預測的偏差，這將會節(jié)省大量時間，對于試驗控制及其研究與發(fā)展具有重大意義。

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Effect of Operational Parameters of the Rancimat Method on the Determination of the Oxidative Stability Measures and Shelf Life Prediction of Camellia Oil

Wang Jinying1,2,3Zhong Haiyan1,2,3Liang Yongming1,2,3

(Faculty of Food Science and Engineering Central South University of Forestry & Technology1，Changsha 410004)(Hunan Key Laboratory of Deeply Processing and Quality Control of Cereals and Oils2，Changsha 410004)(Key Laboratory of Economic Forest Breeding and Cultivation of the State Forestry Administration3，Changsha 410004)

Operational parameters of the Rancimat method including temperature，airflow rate and oil sample size have been evaluated to determine their effects on oxidative stability index(OSI)，temperature coefficient，Q10and shelf-prediction of camellia oil.Experimental data have been established to a complete quadratic model.ANOVA analysis was performed and indicated that the airflow rate and temperature could be significant(P<0.01).In addition，a simplified linear model was assayed to also result that as the temperature dominated the effect，compared with the sample amount，air flow rate had a great effect for the determination of camellia oil OSI(P<0.05)as well.The study results showed the mean value of camellia oil temperature coefficient of 3.02 ×10-2.A mean value of 2.02 calculated for theQ10number indicated that an increase of 10 ℃ approximately halved the OSI of camellia oil.The calculated OSIs for the treatments combinations at 20 ℃(OSI20)showed that there were statistically significant differences，namely，indicated that the airflow rate and oil sample size had certain effect on the shelf-prediction of camellia oil.In Rancimat method，therefore，to select the suitable operating parameters coule be a method of reducing the effect of long-term storage at room temperature and accelerate oxidation on shelf life prediction.

camellia seed oil，Rancimat method，oxidative stability index，shelf-life prediction

TS229

A

1003-0174(2016)03-0124-05

國家自然科學基金(31070612)，2014中南林業(yè)科技大學研究生科技創(chuàng)新(CX2014A05)

2014-07-31

王進英，女，1989年出生，博士，森林食品加工與利用

鐘海雁，男，1963年出生，教授，森林食品加工與利用