糧食脂肪酸值測定影響因素分析及優化

李維香 張繼光 吳萬富 呂世懂

(昆明市糧油飼料產品質量檢驗中心，昆明 650118)

脂肪酸值是衡量糧食游離脂肪酸含量的指標，游離脂肪酸是糧食及其加工制品中脂肪氧化分解產生的。糧食脂肪酸值測定在糧食質量檢驗工作中占有非常重要的地位，是稻谷、玉米儲存品質檢驗的關鍵性指標，在保障儲備糧質量安全工作中占有舉足輕重的地位；是衡量小麥粉品質優劣的重要指標，它反映了小麥粉的新鮮程度。隨著糧食儲藏時間、儲藏環境溫度、濕度、加工方式的變化，糧食及其加工制品中游離脂肪酸的含量都會發生變化，根據脂肪酸值的變化可以判斷儲存糧食的陳化程度、小麥粉等糧食加工制品的品質變化情況，因此脂肪酸值是衡量糧食劣變過程的主要指標。由于脂肪酸值測定影響因素較多，干擾了脂肪酸值測定的準確性、可靠性。這些因素主要包括樣品的粉碎方式、粉碎細度、粉碎樣品的放置時間、環境溫度、樣品提取時間、濾液靜置時間、標準溶液、測定用水、終點判定等，這些影響因素前人已進行過很多研究，龐文祿[1]研究了樣品粉碎方式、粉碎細度、環境溫度、樣品提取時間、濾液靜置時間等對脂肪酸值測定結果的影響；楊軍等[2]探討了樣品粉碎細度、粉碎磨升溫、標液濃度、樣品提取時間、濾液靜置時間等對脂肪酸值測定結果的影響；王茜茜等[3]研究了粉碎后的樣品放置時間對脂肪酸值測定結果的影響。為消除這些影響，脂肪酸值測定方法標準GB/T 20569—2006《稻谷儲存品質判定規則》[4]、GB/T 20570—2015《玉米儲存品質判定規則》[5]、GB/T 5510—2011《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》[6]、GB/T 29405—2012《糧油檢驗 谷物及制品脂肪酸值測定 儀器法》[7]、GB/T 15684—2015 《谷物碾磨制品 脂肪酸值的測定》[8]對測定條件都作了明確的規定。通過對振蕩器振幅、指示劑、測定用水、標準溶液對糧食脂肪酸值測定的影響進行深入分析，本研究對現行糧食脂肪酸值測定方法進行優化。

1 材料與方法

1.1 儀器

916 Ti-Touch自動電位滴定儀，水相酸堿滴定專用復合pH電極，10 mL堿式滴定管：最小分度值0.05 mL；振幅30 mm的往復式振蕩器，振幅20 mm的往復式振蕩器，3100錘式旋風磨。

1.2 試劑

無水乙醇(AR)、95%乙醇(AR)、酚酞(AR)、百里香酚藍(AR)、N,N-二甲基甲酰胺(AR)、百里香酚藍指示劑：1.0%，稱取1.0 g百里香酚藍,用少量N,N-二甲基甲酰胺溶解，再用95%乙醇定容到100 mL，密閉放置24 h備用；酚酞指示劑：1.0%，稱取1.0 g酚酞溶于100 mL 95%乙醇中；0.01 mol/L的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液：參照GB/T 20569—2006配制；0.01 mol/L的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液：參照GB/T 601—2016[9]配制。

1.3 樣品

稻谷和玉米樣品來自糧食儲備庫；小麥粉樣品來自市售商品小麥粉；紅米稻、紅玉米等“有色”糧食來自糧食收儲企業。

1.4 脂肪酸值測定方法

手工滴定法：參照GB/T 20569—2006執行。振蕩提取時間：稻谷10 min，玉米30 min，小麥粉40 min。用百里香酚藍作為指示劑時，加3滴百里香酚藍指示劑于提取液中，待測液變為黃色，當滴定液從黃色變為微藍色30 s不消失即為滴定終點。

電位滴定法：GB/T 29405—2012第二法。振蕩提取時間：稻谷10 min，玉米30 min，小麥粉40 min。儀器參數設置：采用預設終點pH滴定模式(SET-pH)測定脂肪酸值，滴定過程以酚酞指示劑進行監測。自動電位滴定儀參數設置為終點pH：9.25～9.35；平衡時間：10 s；最大滴定速度：10 mL/min；最小滴定速度：10 μL/min；動態范圍：4.0；停止判據：漂移；停止漂移：20 μL/min；攪拌速度：8。自動電位滴定儀參數設置方法為用酚酞指示劑監測終點，以微紅30 s不消失為空白滴定終點，以明顯有色差為樣液滴定終點。

1.5 數據處理方法

參照LS/T 6402—2017[10]執行。

2 結果與分析

2.1 振蕩器的振幅對脂肪酸值測定的影響

GB/T 20569—2006、GB/T 20570—2015、GB/T 5510—2011、GB/T 29405—2012規定脂肪酸提取采用的振蕩器為往復式，振蕩頻率為100 次/min，未明確振蕩器的振幅。

采用電位滴定法進行實驗。為了考察不同振幅的振蕩器對測定結果的影響，選擇稻谷、玉米、小麥粉樣品各8份，分別用振幅為30、20 mm，振蕩頻率為100次/min的不同振蕩器提取脂肪酸，比較脂肪酸值測定結果。采用配對t檢驗，考察用不同振幅的振蕩器提取的樣品溶液，測定結果是否存在顯著性差異。比較結果見表1。

表1 振蕩器振幅對糧食脂肪酸值測定結果影響比較

由表1可知，在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td=8.753，遠高于查表值t0.05,23=2.068 7，表明30 mm振幅與20 mm振幅的振蕩器提取法之間存在顯著性差異。30 mm振幅振蕩器提取法顯著高于20 mm振幅振蕩器提取法的測定數據，24份樣品平均為0.72 mgKOH/100 g。表明脂肪酸的提取率與振蕩器的振蕩強度有關，振幅越大，振蕩強度就越大，提取率也越高。因此，在測定方法中，應明確所選用振蕩器的振幅。往復式振蕩器的振蕩頻率為100 次/min，稻谷提取時間為10 min、玉米為30 min、小麥粉為40 min時，宜選用振幅為20 mm的振蕩器。

2.2 百里香酚藍指示劑與酚酞指示劑測定結果比較

GB/T 20569—2006、GB/T 20570—2015中，手工滴定法以酚酞指示劑測定脂肪酸值，一是待測液中的酸為有機弱酸，用強堿滴定弱酸突變不顯著；二是糧食本身色素的影響，以“微紅”判定終點，往往滴定過量。在實際操作中，通常以“色差”來判定終點，但因樣品基質的干擾，樣液往往混濁而掩蓋了這種變化；不同操作者對顏色的敏感度存在差異，對色差變化的觀察不一致，造成不同操作者對同一樣品的測定誤差較大，影響了測定結果的準確性。

為改進脂肪酸滴定的終點判定，不少學者從多方向開展了研究。蓋澤廣[11]提出用百里香酚藍指示劑代替酚酞指示劑測定糧食脂肪酸值，并進行了初步研究。糧食中的脂肪酸是有機弱酸，用強堿滴定，突躍范圍pH值8.0～9.7。酞酚的變色范圍pH值8.0～10.0，由無色變為淺紅色。百里香酚藍有兩個變色范圍，一個變色范圍pH值1.2～2.8，由紅色變為黃色，糧食脂肪酸提取溶液的pH值一般都超過3，所以加入百里香酚藍指示劑，溶液即變為黃色；另一個變色范圍pH值8.6～9.6，由黃色變為藍色。兩種指示劑的變色范圍都恰好在滴定脂肪酸的突躍范圍內，因此，用百里香酚藍代替酞酚指示劑滴定脂肪酸是可行的。

在參考文獻的基礎上，選擇百里香酚藍代替酚酞指示劑開展進一步研究，以改進終點判定的穩定性。酚酞指示劑法采用電位滴定，以微紅或明顯色差30 s不消失為滴定終點；百里香酚藍指示劑法采用手工滴定，以微藍30 s不消失為滴定終點。選擇稻谷、玉米、小麥粉樣品各8份，分別用兩種滴定方法測定脂肪酸值。采用配對t檢驗，考察不同指示劑滴定的結果是否存在顯著性差異。比較結果見表2。

表2 百里香酚藍指示劑滴定法與酚酞指示劑滴定法測定糧食脂肪酸值結果比較

由表2可知，在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td=1.566，遠小于查表值t0.05,23=2.068 7，表明百里香酚藍指示劑滴定法與酚酞指示劑滴定法測定糧食脂肪酸值之間不存在顯著性差異，可以用百里香酚藍指示劑代替酚酞指示劑測定糧食脂肪酸值。

選擇 “有色”糧食樣品8份，分別用電位滴定法和百里香酚藍指示劑手工滴定法測定脂肪酸值，采用配對t檢驗考察兩種方法的測定結果的顯著性差異。比較結果見表3。

表3 百里香酚藍指示劑手工滴定法與電位滴定法測定“有色”糧食脂肪酸值結果比較

由表3可知，在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td=0.401，遠小于查表值t0.05,7=2.364 6，表明百里香酚藍指示劑滴定法與國標電位滴定法之間不存在顯著性差異，即百里香酚藍指示劑手工滴定法還可以測定“有色”糧食的脂肪酸值。

用百里香酚藍指示劑測定脂肪酸，顏色從黃色變為微藍色，其變化過程為先褪色后變色，顏色變化比較明顯，易于觀察，解決了酚酞指示劑終點判定難導致測定結果不穩定的問題；百里香酚藍指示劑獨特的變色過程，還適用于測定黑米稻、紫米稻、紅米稻、紅玉米、黑玉米等“有色”糧食的脂肪酸值，測定方法的應用范圍更為廣泛。

2.3 不同實驗用水測定結果比較

為了消除測定過程CO2對測定結果的影響，GB/T 20569、GB/T 20570規定脂肪酸值測定用水為現制不含CO2的蒸餾水，操作繁瑣，用時長，影響測定效率。研究發現，測定過程要扣除空白，可以消除CO2的影響。

比較用現制不含CO2的蒸餾水、10 d前制備的密閉存放的不含CO2的蒸餾水、三級水測定結果，以判斷不同水質對測定脂肪酸值的影響，結果見表4、表5。

表4 密閉存放的不含CO2蒸餾水與現制不含CO2的蒸餾水測定糧食脂肪酸值結果比較

表5 三級水與現制不含CO2的蒸餾水測定糧食脂肪酸值結果比較

由表4、表5可知，在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td分別為0.258、1.918，都遠小于查表值t0.05,8=2.306 0。表明用10 d前制備的密閉存放的不含CO2的蒸餾水、三級水與現制不含CO2的蒸餾水測定糧食脂肪酸值之間不存在顯著性差異，可以用密閉存放的不含CO2的蒸餾水或三級水代替現制不含CO2的蒸餾水測定糧食脂肪酸值。

2.4 水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液與95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定結果比較

GB/T 20569、GB/T 20570、GB/T 5510、GB/T 15684、GB/T 29405等都規定以95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定脂肪酸值。乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液穩定性差，容易變性，使標準滴定溶液濃度快速下降。現配滴定溶液繁瑣，且測定過程稍長，就容易導致測定值偏高。嘗試用0.01 mol/L的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液取代0.01 mol/L的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定脂肪酸值。

2.4.1 水溶劑與95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定結果比較

選擇稻谷、玉米、小麥粉樣品各4份，分別用水溶劑和95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定脂肪酸值，測定結果及分析見表6。

表6 水溶劑與95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值結果比較

由表6可知，在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td=0.481，遠小于查表值t0.05,11=2.201 0，表明用0.01 mol/L的水溶劑與95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定脂肪酸值之間不存在顯著性差異。可以用水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液取代95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值。

2.4.2 水溶劑與95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液穩定性比較

2.4.2.1 長期穩定性比較

用1個月前配制并在室溫25 ℃以下密閉放置的標準滴定溶液與現配制的標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值，比較測定結果的差異，考察標準滴定溶液的長期穩定性，見表7、表8。

表7 1個月前配制與現配制的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值結果比較

表8 1個月前配制與現配制的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值結果比較

在95%置信概率下，1個月前配制并密閉放置的與現配制的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定結果比較，配對t檢驗的計算值td為1.786，小于查表值t0.05,7=2.364 6，表明用1個月前配制并在室溫下密閉放置的與用現配制的水溶劑標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值之間不存在顯著性差異，即密閉放置1個月的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液濃度未發生顯著性變化。

由表8可知，在95%置信概率下，1個月前配制并密閉放置的與現配制的95%乙醇溶劑標準滴定溶液測定結果比較，配對t檢驗的計算值td=3.808，遠大于查表值t0.05,7=2.364 6，表明用1個月前配制并在室溫下密閉放置的與用現配制的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值之間存在顯著性差異，測定值平均為2.69 mgKOH/100 g，即密閉放置1個月的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液的濃度已顯著降低。

2.4.2.2 短期穩定性比較

分別用在室溫下(20±5) ℃半敞口放置的水溶劑和95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液每隔1 h對同一樣品提取液測定一次脂肪酸值作為實驗組，并用密閉放置的現配標準滴定溶液每隔1 h對同一樣液測定一次脂肪酸值作為對照組，連續測定5 h，用實驗組測定值與對照組測定值之差考察兩種溶劑標準滴定溶液的短期穩定性。見表9和圖1。

表9 半敞口放置的水溶劑和95%乙醇溶劑標準滴定溶液不同放置時間測定結果與對照組比較變化情況

圖1 半敞口放置的水溶劑和95%乙醇溶劑標準滴定溶液不同放置時間測定結果與對照組比較變化關系圖

表9和圖1顯示，隨著放置時間的增加，試驗組的測定值也增加，表明標準滴定溶液的實際濃度逐漸下降。半敞口放置的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定值隨放置時間的上升要比95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液的測定值隨放置時間的上升要慢得多，即在室溫下(20±5) ℃半敞口放置的水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液比同樣條件下放置的95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液的濃度下降緩慢。

結果表明，水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液的長期穩定性和短期穩定性比95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液高，更適宜用作糧食脂肪酸值測定的標準滴定溶液。

2.5 脂肪酸值測定方法的優化

分別用百里香酚藍指示劑、三級水、水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液代替現行國標方法中的酚酞指示劑、現制不含CO2蒸餾水、95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定稻谷、玉米、小麥粉的脂肪酸值進行比較，結果及分析見表10。

表10 優化后與優化前的脂肪酸值測定方法測定結果比較

在95%置信概率下，配對t檢驗的計算值td=0.105，遠小于查表值t0.05,8=2.306 0，表明優化后與優化前的測定方法之間不存在顯著性差異。但優化后的測定方法操作更為簡便、終點更易識別、測定更為穩定、適用范圍更廣、測定效率更高。

3 結論

不同振幅的振蕩器對糧食脂肪酸值的提取率造成顯著影響。在測定糧食脂肪酸值時應當關注所使用振蕩器的振幅，并在測定方法中明確振蕩器的振幅。

用百里香酚藍和用酚酞作為指示劑測定糧食脂肪酸值結果不存在顯著差異。但用百里香酚藍作為指示劑終點更易觀察，適用范圍更廣。

用水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液和95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液測定糧食脂肪酸值結果不存在顯著差異。但水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液的長期、短期穩定性更高，使用水溶劑標準滴定溶液可以簡化配制程序，測定更為簡便，并能提高測定結果的準確性。

在現行國標中，用三級水代替現制不含 CO2蒸餾水、用百里香酚藍指示劑代替酚酞指示劑、用水溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液代替95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液，可以使方法得到極大優化。一是簡化了操作過程，有利于提高測定效率；二是解決目前國標手工滴定法“終點判定難”的問題，使終點判定變得容易，同時提高了方法的適用范圍，使手工滴定法不僅適用于普通糧食，還適用于“有色”糧食的脂肪酸值測定；三是解決了95%乙醇溶劑氫氧化鉀標準滴定溶液不穩定的問題，間接提高測定結果的準確性和穩定性。經優化后的方法具有較高的推廣價值。