呂軍偉,楊賢慶*,林婉玲,李來(lái)好,馬海霞,魏 涯
(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所,國(guó)家水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)中心,農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510300;2.上海海洋大學(xué)食品 學(xué)院,上海 201306)
響應(yīng)面法優(yōu)化藻油中抗氧化劑的復(fù)配組合
呂軍偉1′2,楊賢慶1′*,林婉玲1,李來(lái)好1,馬海霞1,魏 涯1
(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所,國(guó)家水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)中心,農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510300;2.上海海洋大學(xué)食品 學(xué)院,上海 201306)
為了提高藻油氧化穩(wěn)定性,對(duì)添加在藻油中的抗氧化劑組合進(jìn)行優(yōu)化。利用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)并結(jié)合響應(yīng)面分析法,以迷迭香粉(≥30%鼠尾草酸)、VE、VC棕櫚酸酯添加量為試驗(yàn)因素,以藻油過(guò)氧化值(peroxide value,POV)、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)值及二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)含量為響應(yīng)值,并進(jìn)行二次回歸設(shè)計(jì)建立模型,得到的最佳抗氧化劑組合為:迷迭香粉0.37‰、VE 0.11‰、VC棕櫚酸酯0.20‰。該優(yōu)化條件下藻油經(jīng)過(guò)12 d烘箱實(shí)驗(yàn)后測(cè)得POV為9.26 meq/kg,TBA為0.35 mg/kg,DHA含量為30.27%,其與模型預(yù)測(cè)值相吻合,表明所建立的回歸模型是切實(shí)可行的。
藻油;抗氧化劑;響應(yīng)面法
二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)有腦黃金之稱(chēng),隸屬于ω-3系列多不飽和脂肪酸。當(dāng)前魚(yú)油和藻類(lèi)是DHA提取的主要來(lái)源,但從魚(yú)油中提取的DHA有腥味、膽固醇含量高,且受污染率較高,而DHA藻油恰好克服了魚(yú)油的這些弱點(diǎn),且具有培養(yǎng)周期短、生長(zhǎng)速率快、生物積累量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高及占地面積少等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。DHA具有明目抗癌、健腦益智、消炎以及抗衰老等功能特性,在生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用[3-10]。DHA為高度不飽和脂肪酸,對(duì)溫度、光照、空氣、金屬離子等外界因素很敏感,極易被氧化,氧化后產(chǎn)物對(duì)身體有一定危害作用。抗氧化劑是防止食品氧化變質(zhì)的一種食品添加劑,能為易氧化物質(zhì)提供氫原子,捕獲并中和自由基,從而延緩食或防止食品被氧化。因此,通過(guò)添加抗氧化劑防止油脂被氧化是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法。目前油 脂中常用的抗氧化劑有叔丁基羥基茴香醚(butylated hydroxyanisole,BHA)、叔丁基對(duì)苯二酚(tertiary butylhydroquinone,TBHQ)、二叔丁基羥基甲苯(butylated hydroxytoluene,BHT)、沒(méi)食子酸丙酯(propyl gallate,PG)等,這些抗氧化劑價(jià)格低廉,但安全性受到質(zhì)疑[11-13],在嬰幼兒食品及保健領(lǐng)域受到限制,所以天然抗氧化劑的使用是當(dāng)前食品抗氧化領(lǐng)域發(fā)展的一種必然。另外多項(xiàng)研究[14-15]表明,復(fù)合抗氧化劑的使用效果明顯優(yōu)于單一抗氧化劑的抗氧化作用。因此,本實(shí)驗(yàn)在借鑒抗氧化劑國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)使用范圍的基礎(chǔ)上,以過(guò)氧化值(peroxide value,POV)、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)值和DHA含量作為油脂氧化穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo),采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)并結(jié)合響應(yīng)面分析法對(duì)3 種抗氧化劑迷迭香粉、VE和VC棕櫚酸酯的復(fù)配組合進(jìn)行優(yōu)化,探究其對(duì)藻油穩(wěn)定性的影響。
1.1 材料與試劑
DHA藻油 廣東潤(rùn)科生物工程有限公司;迷迭香粉(≥30%鼠尾草酸) 廣州三元科技有限公司;VE 日本TCI公司;VC棕櫚酸酯 廣州齊云公司;三氟化硼-甲醇溶液 上海安譜科學(xué)儀器有限公司;鐵粉、氯化亞鐵、三氯甲烷、硫氰酸鉀、甲醇、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、氫氧化鉀等均為分析純。
1.2 儀器與設(shè)備
GC-MS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;紫外分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 POV測(cè)定
參考GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》測(cè)定POV[16]。
1.3.2 TBA值測(cè)定
參考Wang Hua等[17]的方法。
1.3.3 DHA含量測(cè)定
[18-19]脂肪酸測(cè)定方法。
1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)各個(gè)因素水平值的設(shè)計(jì)是參考GB/T 2760—2011《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》及相關(guān)文獻(xiàn)[20]對(duì)各個(gè)添加劑使用限量的規(guī)定進(jìn)行,在國(guó)標(biāo)理論值范圍內(nèi)選取最優(yōu)抗氧化劑組合。依據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,選取迷迭香粉、VE及VC棕櫚酸酯添加量3 個(gè)因素為試驗(yàn)因素,以POV、TBA值以及DHA含量為響應(yīng)值,設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分別添加不同組合的抗氧化劑于藻油中,然后將各樣品置于60 ℃烘箱中加速氧化12 d后測(cè)定POV、TBA值和DHA含量。
2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果及回歸模型的建立
表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table1 Results of response surface experimentsments
依據(jù)表1數(shù)據(jù),用軟件 Design-Expert對(duì)以上結(jié)果回歸分析并建立回歸模型,得到各試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的回歸方程如下:
Y1=37.27—100.35A—95.14B—54.64C+37.67AB—38.00AC+159.11BC+142.63A2+247.33B2+137.56C2
Y2=2.04—6.56A—6.36B+0.84C+9.67AB—7.00AC—4.44BC+8.75A2+13.33B2+2.67C2
Y3=—20.18+178.69A+178.58B+96.95C—69.00AB+129.67AC—258.67BC—268.75A2—501.33B2—320.00C2
2.2 回歸模型方差分析
表2 POV方差分析Table2 Variance analysis off PPOOVV
由表2可 知,POV模型回歸顯著(P<0.05)且失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05),R2為0.924 9,表明該方程擬合良好。在因素水平范圍內(nèi),各因素對(duì)藻油POV的影響排序?yàn)椋篈>C>B。POV模型中A的一次項(xiàng)高度顯著,C的一次項(xiàng)顯著,A、B的二次項(xiàng)對(duì)POV的影響顯著,表明各試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系,二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有一定的關(guān)系。
表3 TBA值方差分析Table3 Variance analysis of TBA valuevalue
由表3可知,TBA值模型回歸顯著(P<0.05)且失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05),R2為0.914 6,說(shuō)明該方程擬合良好。在因素水平范圍內(nèi),各因素對(duì)藻油TBA值的影響排序?yàn)椋篈>C>B。TBA模型中A的一次項(xiàng)高度顯著,C的一次項(xiàng)顯著,A的二次項(xiàng)對(duì)TBA值影響顯著,表明各因素對(duì)響應(yīng)值并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系,二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有一定的關(guān)系。
表4 DHA含量方差分析Table4 Variance analysis of DHA contentntent
由表4可知,DHA含量模型回歸極顯著(P<0.01)且失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05),R2為0.950 0,顯示該方程擬合良好。在因素水平范圍內(nèi),各因素對(duì)藻油響應(yīng)值的影響排序?yàn)椋篈>C>B。在DHA含量模型中A的一次項(xiàng)高度顯著,C的一次項(xiàng)顯著,A、B的二次項(xiàng)對(duì)DHA含量的影響高度顯著,C的二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值影響顯著,表明各驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系,二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有一定的關(guān)系。因此,有必要探究?jī)梢蛩亻g的交互作用。
2.3 響應(yīng)面分析
根據(jù)各因素對(duì)響應(yīng)值所構(gòu)成的三維曲面圖,可直觀反映各個(gè)因素對(duì)其響應(yīng)值的影響,響應(yīng)圖中曲線(xiàn)越陡峭,則表明相對(duì)應(yīng)因素對(duì)響應(yīng)值的影響越大,響應(yīng)值變化越大[21];響應(yīng)圖中等高線(xiàn)形狀也可以直觀反映出兩因素之間交互作用大小,等高線(xiàn)呈現(xiàn)橢圓形體現(xiàn)兩因素交互效應(yīng)顯著,而圓形則說(shuō)明因素間交互作用較弱[22-23],等高線(xiàn)和響應(yīng)面整體趨勢(shì)圖有一致性。各因素對(duì)POV、TBA值、DHA含量的影響見(jiàn)圖1~3。
圖1a、2a、3a顯示當(dāng)VC棕櫚酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),迷迭香粉和VE的加入量對(duì)POV、TBA值及DHA含量的交互影響。迷迭香質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05‰~0.14‰之間時(shí),POV、TBA值隨VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而下降,DHA含量隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而升高,當(dāng)VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.14‰時(shí),隨著VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,POV、TBA值呈升高趨勢(shì),DHA含量呈下降趨勢(shì);當(dāng)VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),迷迭香質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,POV、TBA值隨其下降,DHA含量增加,交互作用較為顯著。
圖1b、2b、3b顯示當(dāng)VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),迷迭香粉和VC棕櫚酸酯加入量對(duì)POV、TBA值及DHA含量的交互影響。VC棕櫚酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),隨著迷迭香質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,POV、TBA值先下降后上升,DHA含量先升高后下降,變化趨勢(shì)相對(duì)比較平緩;當(dāng)迷迭香粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),隨著VC棕櫚酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化,POV、TBA值及DHA含量沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明兩因素間交互作用不顯著。
圖1c、2c、3c顯示當(dāng)迷迭香粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),迷迭香粉和VE的加入量對(duì)POV、TBA值及DHA含量的交互影響。VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),隨著VC棕櫚酸酯質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的增加,POV、TBA值下降,DHA含量升高,變化速率比較快,曲線(xiàn)陡峭;當(dāng)VC棕櫚酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí),VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05‰~0.14‰?yún)^(qū)間時(shí),POV、TBA值呈下降趨勢(shì),DHA含量呈升高趨勢(shì);當(dāng)VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.14‰時(shí),隨著VC棕櫚酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,POV、TBA值隨其升高,DHA含量下降,交互作用顯著。
圖1~3直 觀地體現(xiàn)了各因子間的交互作用。從響應(yīng)面的極值點(diǎn)和等高線(xiàn)可以看出,在所取范圍內(nèi)存在極值,其是響應(yīng)面的最高點(diǎn)也是等高線(xiàn)橢圓的中心點(diǎn)。對(duì)圖1~3綜合分析可知,B(VE添加量)和C(VC棕櫚酸酯添加量)、A(迷迭香粉添加量)和B(V E添加量)兩組對(duì)應(yīng)的響應(yīng)曲面比較陡峭,且等高線(xiàn)呈扁平或橢圓狀,表明這兩組因素間的交互作用比較大;A(迷迭香粉添加量)和C(VC棕櫚酸酯添加量)兩因素在圖1和圖2對(duì)應(yīng)的響應(yīng)曲面相對(duì)比較平緩,圖中等高線(xiàn)傾向圓形形狀,雖圖3中對(duì)應(yīng)響應(yīng)曲面較為陡峭,但3 個(gè)模型綜合分析表明兩因素間的交互作用不大。
圖1 兩因素交互作用對(duì)POV影響的響應(yīng)面圖和等高線(xiàn)圖Fig.1 Response surface and contour plots for the effect of antioxidant combinations on POV
圖2 兩因素交互作用對(duì)TBA值影響的響應(yīng)面圖和等高線(xiàn)圖Fig.2 Response surface and contour plots for the effect ofantioxidant combinations on TBA value
圖3 兩因素交互作用對(duì)DHA含量影響的響應(yīng)面圖和等高線(xiàn)圖Fig.3 Response surface and contour plots for the effect of antioxidant combinations on DHA content
2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
表5 響應(yīng)值優(yōu)化添加量Table5 Optimal antioxidant concentrations for response values
從表5可知,3 個(gè)響應(yīng)值取得最佳優(yōu)化結(jié)果時(shí)3 個(gè)影響因素添加量近似,表明3 個(gè)模型之間有一定相關(guān)性。為了檢測(cè)模型方程的可信度和適用性,對(duì)此條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得最佳添加量為:迷迭香粉0.37‰、VE 0.11‰、VC棕櫚酸酯0.20‰,理論上得到的POV為9.03 meq/kg,TBA值為0.33 mg/kg,DHA含量為30.35%,實(shí)際測(cè)得POV為9.26 meq/kg,TBA值為0.35 mg/kg,DHA含量為30.17%,結(jié)果基本跟預(yù)測(cè)值保持一致,明顯優(yōu)于空白組(未添加任何添加劑)藻油穩(wěn)定性指標(biāo):POV為23.95 meq/kg,TBA值為1.12 mg/kg,DHA含量為21.60%,說(shuō)明該模型有一定實(shí)用價(jià)值。
本實(shí)驗(yàn)依據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理對(duì)藻油中抗氧化劑添加量進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化,建立了POV、TBA值和DHA含量與3 個(gè)抗氧化劑添加量的二次多項(xiàng)式回歸模型,且模型經(jīng)驗(yàn)證可靠合理。得到的最優(yōu)添加量組合為:迷迭香粉0.37‰、VE 0.11‰、VC棕櫚酸酯0.20‰,該優(yōu)化條件下藻油經(jīng)過(guò)12 d烘箱實(shí)驗(yàn)后測(cè)得過(guò)POV為9.26 meq/kg,TBA值為0.35 mg/kg,DHA含量為30.27%,有效延長(zhǎng)了藻油貨架期。因此,采用響應(yīng)面法優(yōu)化藻油中抗氧化劑組合穩(wěn)定可行,對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。
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Optimization of Antioxidant Combinations for Algal Oil by Response Surface Methodology
L Junwei1′2′YANG Xianqing1′*′LIN Wanling1′LI Laihao1′MA Haixia1′WEI Ya1
(1. Key Laboratory of Aquatic Product Processing Ministry of Agriculture National Research and Development Center for Aquatic Product Processing South China Sea Fisheries Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences Guangzhou 510300′China; 2. College of Food Science and Technology Shanghai Ocean University Shanghai 201306′China)
The concentrations of rosemary powder (containing 30% or more carnosic acid)′VE and VC added together to algal oil for improved oxidative stability were optimized using Box-Behnken experimental design combined with response surface analysis based on peroxide value (POV)′thiobarbituric acid (TBA value and docosahexaenoic acid (DHA content A quadratic regression model was established The optimal combination of the three antioxidants was 0.37‰ rosemary spices′0.11‰ VE and 0.20‰ VC palmitate The POV value was 9.26 meq/kg TB A value 0.35 mg/kg and DH A content 30.27% under the optimized conditions after 12 day of accelerated oven-oxidation test A good agreement was observed between the predicted and actual values indicating that the established model in this study is feasible.
algal oil antioxidants response surface methodology
TS254.1
A
1002-6630(2015)06-0091-05
10.7506/spkx1002-6630-201506017
2014-07-11
海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范專(zhuān)項(xiàng)(GD2012-A01);國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201005020)
呂軍偉(1988—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。E-mail:389399231@qq.com
*通信作者:楊賢慶(1963—),男,研究員,博士,研究方向?yàn)樗a(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。E-mail:yxqgd@163.com