Rancimat法測定3種堅果油脂氧化穩(wěn)定性的條件研究

朱振寶， 劉夢穎， 易建華,2

(1.陜西科技大學 生命科學與工程學院， 陜西 西安 710021; 2.陜西省食品加工工程技術研究中心，陜西 西安 710021)

0 引言

國內(nèi)外流行病學調(diào)查和營養(yǎng)實驗研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)堅果及其油脂在調(diào)節(jié)血脂、降低心血管疾病和糖尿病的發(fā)病危險、抗氧化等方面具有保健作用.隨著醫(yī)學研究的深入及人們對健康食品的需求，核桃、扁桃、杏仁等堅果及其油脂已成為日常膳食中重要的組成部分.核桃(Juglaus.RegiaL.)又名胡桃，其果仁含油65%～70%.核桃油含有豐富的不飽和脂肪酸，其中亞油酸、亞麻酸等是人體必需的脂肪酸，且具有降血脂、預防心腦血管疾病、防癌抗癌等功效[1].核桃油中還含有多種維生素、礦物元素以及生理活性物質(zhì)，在細胞修復、消炎、抗病毒、抗血栓等方面有特效[2].扁桃(AmygdalusCommunis.L.)，又名巴旦杏，扁桃仁的含油量可達45%～67%[3].扁桃油中不飽和脂肪酸的總量為79.66%～89.80%，此外還含有豐富的α-VE，既可開發(fā)為高級植物食用保健油，又可廣泛用于制作高級化妝品,具有滋潤皮膚、消除雀斑等作用[4].大扁杏(PrunusarmeniacaLin.)，屬薔薇科杏屬.大扁杏仁的含油量為45%～67%，其中不飽和脂肪酸含量超過90%，對人體有重要的生理作用[5].此外，杏仁油中還含有多種維生素和礦物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)血脂、清理血栓、預防衰老等作用[6].大扁杏仁油不僅是一種優(yōu)良的食用油，還可以作為功能性潤滑油[7].

由于核桃、扁桃和杏仁等堅果油脂中不飽和脂肪酸含量高，在貯存過程中容易受到光照、氧氣、溫度等因素的影響而氧化變質(zhì)，造成感官品質(zhì)下降和營養(yǎng)成分損失，因此研究膳食中堅果油脂的氧化穩(wěn)定性具有重要意義.常溫下測定油脂氧化穩(wěn)定性冗長費時，而一些通過高溫和氣流加速油脂氧化的方法可以大大縮短測定時間.早期活性氧法(Active Oxygen Method，AOM)是一種較常用的方法，但此法操作繁瑣，且會用到一些有毒試劑，因而逐漸被其它方法取代.近二十年Rancimat法因其操作簡便且重現(xiàn)性好，不僅可以測定液體油脂，還可以測定含油的固體樣品，在油脂氧化穩(wěn)定性研究中被廣泛應用.Rancimat氧化穩(wěn)定儀的原理是在測定過程中，反應池中的油脂氧化形成揮發(fā)性的小分子有機酸，因而改變了測量池中溶液的電導率，以此自動評估油脂氧化誘導時間[8].溫度、氣流速度和樣品質(zhì)量是Rancimat法測定油脂氧化穩(wěn)定性的3個主要儀器參數(shù)，并且可能會對油脂OSI結(jié)果產(chǎn)生影響[9].本文旨在探究不同的溫度、氣流速度、樣品質(zhì)量等條件對油脂氧化誘導時間測定的影響，分析、測定3種堅果油脂的氧化穩(wěn)定性，通過方差分析和回歸方程，確定最佳測定條件，以期為Rancimat法測定油脂氧化穩(wěn)定性提供方法指導與理論參考.

1 材料與方法

1.1 原料試劑

核桃仁，購于陜西西安；杏仁，購于陜西榆林；扁桃，購于新疆烏魯木齊.

石油醚，分析純.

1.2 設備儀器

743型 Rancimat油脂氧化測定儀：瑞士萬通Metrohm公司；101-2型電熱鼓風干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠.

1.3 實驗方法

1.3.1 油脂提取

3種堅果油脂的提取均采用溶劑浸提法，其工藝流程為:

堅果原料→去皮→烘干→粉碎→石油醚浸提→抽濾→蒸發(fā)脫溶→毛油.

1.3.2 單因素實驗

(1)溫度

在氣流速度15 L/h、樣品質(zhì)量5 g條件下，設定溫度為90 ℃、100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃分別測定3種油脂的OSI.

(2)氣流速度

在溫度110 ℃、樣品質(zhì)量5 g條件下，設定氣流速度7 L/h、10 L/h、15 L/h、20 L/h、25 L/h，分別測定3種油脂的OSI.

(3)樣品質(zhì)量

在溫度110 ℃、氣流速度15 L/h條件下，分別取3 g、4 g、5 g、6 g、7 g樣品，測定3種油脂的OSI.

1.3.3 響應面實驗設計

通過Design-Expert 8.0軟件設計3因素3水平Box-Behnken(BBD)實驗，以OSI為響應值進行響應面優(yōu)化實驗.

1.3.4 OSI測定

取一定量的油樣，在一定的氣流速度和測定溫度下，利用743型Rancimat油脂氧化測定儀自動評估3種油脂的OSI.

2 結(jié)果與討論

2.1 測定溫度對3種油脂OSI的影響

溫度對3種油脂OSI測定的影響結(jié)果如圖1所示.從圖中可以看出，隨著溫度的升高，3種堅果油脂的誘導時間均呈下降趨勢.其中，杏仁油的誘導時間最長，扁桃油次之，核桃油最短，說明3種堅果中杏仁油的氧化穩(wěn)定性最好，扁桃油次之，核桃油最差.此外，3種油脂在不同溫度下誘導時間之間均存在顯著差異，說明溫度對其誘導時間的影響顯著,且溫度越高，測定時間越短.但有研究表明，在100 ℃～120 ℃范圍內(nèi)，Rancimat法與活性氧法的測定結(jié)果一致,且比較穩(wěn)定[10]，因此后續(xù)實驗選擇100 ℃、110 ℃、120 ℃三個水平進行響應面設計實驗.

圖1 溫度對3種堅果油OSI的影響

2.2 氣流速度對3種油脂OSI的影響

氣流速度對3種油脂OSI影響結(jié)果如圖2所示.由圖2同樣可以發(fā)現(xiàn)，3種堅果油脂中最穩(wěn)定的是杏仁油，其次是扁桃油，核桃油最不穩(wěn)定.當氣流速度為7 L/h時，電導率隨時間變化曲線的曲率半徑較大，無法自動評估誘導時間.當氣流速度為10 L/h及15 L/h時，3種堅果的氧化誘導時間差異均不顯著，而3種堅果油在氣流速度為10 L/h、20 L/h、25 L/h條件下時，誘導時間差異顯著.同樣地，在氣流速度為15 L/h、20 L/h、25 L/h條件下時，3種堅果油的誘導時間也有顯著差異.由于儀器長時間處于25 L/h(最大氣流速度)會使儀器負擔過重，影響其使用壽命，因此綜合考慮，選取10 L/h、15 L/h、20 L/h三個水平進行響應面設計實驗.

圖2 氣流速度對3種堅果油OSI的影響

2.3 樣品質(zhì)量對3種油脂OSI的影響

樣品質(zhì)量對3種油脂誘導時間的影響結(jié)果如圖3所示.從圖中可以看出，樣品質(zhì)量對3種堅果油脂氧化誘導時間的影響沒有明顯規(guī)律.但仍可以發(fā)現(xiàn)，在測定的三種試材中，以杏仁油氧化穩(wěn)定性最好、扁桃油次之、核桃油穩(wěn)定性最差.此外，從測定的實際效果和消耗樣品的質(zhì)量來考慮，分別選取樣品質(zhì)量為3 g、4 g、5 g三個水平進行響應面設計實驗.

圖3 樣品質(zhì)量對3種堅果油OSI的影響

2.4 響應面設計實驗分析

2.4.1 核桃油

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，采用Box-Behken進行優(yōu)化設計，核桃油OSI實驗及結(jié)果如表1所示.利用Design Expert 8.0軟件進行二次多元回歸擬合,得到核桃油誘導時間回歸方程模型：Y=129.659 25-1.971 90A-0.235 15B-1.749 75C+8.5×10-4AB+8.75×10-3AC+0.018BC+7.67×10-3A2+2.18×10-3B2+0.069 5C2.其方差分析結(jié)果如表2所示.

表1 核桃油Box-Behken實驗結(jié)果

表2 核桃油回歸方程模型的方差分析表

由表2可知，只有溫度和溫度的二次項對核桃油誘導時間的影響顯著(p<0.000 1)，且各因素間交互作用不顯著；模型p<0.000 1，達到極顯著，失擬不顯著(p=0.378 4>0.05)，說明通過此模型可以預測其氧化誘導時間.誘導時間預測值與實際值的相關性如圖4所示.其中R2=0.995，即預測值和實際測定值之間有良好的相關性.因此二次模型成立,可以用來預測Rancimat法測定核桃油OSI的最佳條件.根據(jù)回歸方程求得其優(yōu)化條件為：溫度120 ℃，氣流速度18.14 L/h,樣品質(zhì)量3.00 g.

圖4 核桃油OSI預測值與測定值的相關性

2.4.2 扁桃油

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，采用Box-Behken進行優(yōu)化設計，扁桃油OSI及結(jié)果如表3所示.同樣利用Design Expert 8.0軟件進行二次多元回歸擬合,得到回歸方程模型：Y=371.387 5-6.075 5A+2.813 5B-0.655C-0.026 3AB-0.018 5AC+0.027BC+0.025 7A2-0.082 8B2+0.29C2+7.6×10-4AB2.其方差分析結(jié)果如表4所示.

表3 扁桃油Box-Behken實驗結(jié)果

表4 扁桃油回歸方程模型的方差分析表

由表4可知，只有溫度和溫度的二次項對扁桃油誘導時間的影響達到極顯著(p﹤0.000 1)，且各因素間交互作用不顯著；模型p<0.000 1，達到極顯著，失擬p=0.052 7>0.05，不顯著.誘導時間預測值與實際值的相關性如圖5所示，其中R2=1.000，即預測值和實際測定值之間有良好的相關性.因此二次模型成立,可以用來預測Rancimat法測定的最佳條件.由回歸方程條件求得優(yōu)化條件為：溫度119.65 ℃，氣流速度13.48 L/h,樣品質(zhì)量3.93 g，在實際測定過程中，為了便于操作，溫度設定為120 ℃.

圖5 扁桃油OSI預測值與測定值的相關性

2.4.3 杏仁油

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，采用Box-Behken進行優(yōu)化設計，杏仁油OSI實驗結(jié)果如表5所示.利用同樣的方法,得到扁桃油誘導時間回歸方程模型：Y=865.589 5-13.662 47A-1.148 35B-4.081 5C+9.85×10-3AB+7.0×10-3AC-4.0×10-3BC+0.054 617A2+6.07×10-3B2+0.394 25C2.其方差分析結(jié)果如表6所示.

表5 杏仁油Box-Behken實驗結(jié)果

表6 杏仁油回歸方程模型的方差分析表

由表6可知，只有溫度和溫度的二次項對杏仁油誘導時間影響顯著，且各因素間交互作用不顯著；模型p<0.000 1，達到極顯著，失擬p=0.109 5>0.05，不顯著.由方程推斷的誘導時間預測值與實際值之間的相關性如圖6所示.其中R2=0.997，即預測值和實際測定值之間有良好的相關性.因此二次模型成立,可以用來預測Rancimat法測定杏仁油誘導時間的最佳條件.根據(jù)方程求得的優(yōu)化條件為：溫度119.95 ℃，氣流速度12.18 L/h，樣品質(zhì)量4.20 g，為了便于實際操作過程的控制，測定溫度設定為120 ℃.

圖6 杏仁油OSI預測值與測定值的相關性

3 結(jié)論

(1)通過以上研究發(fā)現(xiàn)，溫度對Rancimat法測定3種堅果油脂氧化穩(wěn)定指數(shù)(OSI)均有極顯著影響，而氣流速度、樣品質(zhì)量等因素影響不顯著；同時還發(fā)現(xiàn)，杏仁油脂的氧化穩(wěn)定性最好、扁桃次之、而核桃油脂的氧化穩(wěn)定性最差.

(2)綜合單因素和響應面實驗結(jié)果，Rancimat法測定核桃油的最佳條件分別為：溫度120 ℃、氣

流速度18.14 L/h、樣品質(zhì)量3.00 g；測定扁桃油脂的最佳條件為：溫度120 ℃、氣流速度13.48 L/h、樣品質(zhì)量3.93 g；杏仁油為：溫度120 ℃；氣流速度12.18 L/h； 樣品質(zhì)量4.20 g.

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