米糠油中不同抗氧化劑配比的RSM優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃軍, 熊國鋒

（1.江西省靖安糧食保障服務(wù)中心，江西 靖安 330600；2.江西省糧食與物資儲(chǔ)備局，江西 南昌 330046）

米糠油是糧食加工過程中碾米副產(chǎn)物的油糠經(jīng)壓榨或溶劑浸出并通過油脂精煉得到的植物性油脂[1-2]，是WTO推薦的健康營養(yǎng)食用油，其中不飽和脂肪酸含量高到80%以上，谷維素和VE的含量也非常豐富，分別為1.0%～3.0%，41 mg/100 g～250 mg/100 g，還含有角鯊烯、活性脂肪酶及固形植物素等成分，這些活性物質(zhì)可起到降血脂、防治心腦血管病的作用[3]。由于米糠油含有豐富的不飽和脂肪酸，和其他植物油一樣，除非消除氧，否則在貯存過程中也會(huì)因氧化酸敗而變質(zhì)。目前油脂常用的抗氧化劑有BHT、TBHQ、BHA、PG、Vc棕櫚酸酯等，單獨(dú)使用時(shí)，往往效果較差，達(dá)不到最佳性能比，而復(fù)配抗氧化劑各種單體之間往往具有增效效應(yīng)，使抗氧化功效更佳。

本文利用Schaal烘箱加速氧化法，以米糠油過氧化值（POV）和酸價(jià)（AV）首次超過GB2716相應(yīng)規(guī)定值的時(shí)間為穩(wěn)定值，研究不同BHT、TBHQ、BHA、PG、Vc棕櫚酸酯及復(fù)配組合對米糠油貯藏穩(wěn)定性的影響，以便為米糠油的實(shí)際生產(chǎn)及產(chǎn)品保質(zhì)期的確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠油（江西京創(chuàng)樹脂有限公司）；TBHQ、PG（廣東省食品工業(yè)研究所）；BHT、BHA（青島恒瑞泰貿(mào)易有限公司）；Vc棕櫚酸酯（北京國人逸康科技有限公司）；以上抗氧化劑均為市售食用級。鄰苯二甲酸氫鉀、氫氧化鉀、五水硫代硫酸鈉、重鉻酸鉀、丙酮、濃硫酸（96%）、氯仿、冰乙酸、乙醇、乙醚、碘化鉀、酚酞指示劑（10 g/L）。

755B紫外可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、MP2000電子天平（上海恒平科學(xué)儀器有限公司）；SKP-02.250電熱恒溫烘箱（黃石恒豐醫(yī)療器械有限公司）；BCD-208K/ANCJIN冰箱（青島海爾股份有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 Schaal烘箱加速氧化法

1.2.2 不同組合的抗氧化劑篩選（試驗(yàn)樣品制備）

(1)用以上方法按表1進(jìn)行分組并添加不同抗氧化劑，對照空白組篩選出油脂抗氧化性能較好的三種抗氧化劑，編號為：X1、X2、X3。

(2)對篩選出三種油脂抗氧化劑X1、X2、X3進(jìn)行復(fù)配組合，進(jìn)行如下復(fù)配組篩選。

表1 抗氧化劑初步篩選試驗(yàn)分組

1.2.3 POV測定

參照GB/T5009.227—2016規(guī)定。

表2 抗氧化劑復(fù)配試驗(yàn)分組

1.2.4 AV測定

參照GB/T5009.229—2016規(guī)定。

為了減輕水浮力及節(jié)約投資，建設(shè)單位在與設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位協(xié)商后，把整幢建筑物提高了0.5 m。這樣，浸沒在地下水中的地下箱體也相應(yīng)提升了0.5 m，使得水浮力得以大幅度降低。以下是兩種方案在施工期間的抗浮對比。

1.2.5 平均穩(wěn)定值計(jì)算

圖1 60±1℃加速氧化各米糠油試驗(yàn)組POV及AV的變化

從圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)各組穩(wěn)定值（POV首次超過19.7 meq/kg）和（AV首次超3 mgKOH/g）分別是Ⅰ組（21 d、18 d）、Ⅱ組（28 d、24 d）、Ⅲ組（32 d、29 d）、Ⅳ組（30 d、28 d）、Ⅴ組（29 d、28 d）、Ⅵ組（33 d、31 d），較Ⅰ組而言，其他各試驗(yàn)組可明顯減緩POV、AV升高延長保質(zhì)期，特別是各實(shí)驗(yàn)組中Ⅵ組、Ⅲ組、Ⅳ組明顯對油脂起到抗氧化作用[10]且效果比Ⅴ組、Ⅱ組好，因此，從平均穩(wěn)定值變化情況可以發(fā)現(xiàn)，綜合分析抗氧化效果優(yōu)劣為：Ⅵ組＞Ⅲ組＞Ⅳ組＞Ⅴ組＞Ⅱ組＞Ⅰ組，初步篩選出較優(yōu)的三種油脂抗氧化劑分別為： VC棕櫚酸酯（X1）、BHA （X2）、TBHQ（X3）。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

利用Design Expert 10.0.4及SAS軟件對平均穩(wěn)定值Y（d）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗氧化劑的初步篩選

圖2 60±1℃加速氧化各復(fù)配組米糠油POV及AV的變化

圖2可見，Ⅰ組（POV及AV初始值分別為0.8 meq/kg、0.92 mgKOH/g）氧化過程分成引發(fā)期和傳遞期兩個(gè)階段，引發(fā)期內(nèi)，因米糠油含有的天然抗氧化劑VE和谷維素等天然抗氧化劑，起初能夠有效抑制米糠油的氧化，所以POV變化平緩（＜18 d），隨著VE和谷維素在加速氧化過程中會(huì)損失，米糠油氧化速度加快。進(jìn)而引發(fā)氧化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，過氧化物不斷增加，于是便進(jìn)入傳遞期，特別是24 d后，各復(fù)配試驗(yàn)組POV迅速增大。原因?yàn)榻?jīng)過約24 d的引發(fā)期后進(jìn)入傳遞期， 油脂氧化分解而生成的醛類、酮類等，POV曲線隨著時(shí)間的延長急劇上升。

2.2 不同氧化劑復(fù)配對米糠油POV及AV變化的影響

在POV方面，對比Ⅰ組，抗氧化劑能夠顯著減緩POV攀升，且隨時(shí)間推移效果更明顯，但不同的復(fù)配試驗(yàn)組對米糠油的抗氧化效果存在差異性，圖2可見，抗氧化效果Ⅹ組＞Ⅷ組＞Ⅸ組＞Ⅶ組。加速氧化36 d，Ⅹ組米糠油POV仍然小于國標(biāo)值，至少為Ⅰ組首次超過國標(biāo)值時(shí)間的1.7倍。Ⅶ組、Ⅷ組、Ⅸ組樣品分別于第24 d、30 d、30 d以后，POV變化速率增加，比Ⅰ組的21 d推遲很多，這三組樣品POV不超過標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)間約在30～36d，比Ⅰ組明顯延遲。原因?yàn)楦鞣N抗氧化劑添加在米糠油中釋放出能與油脂氧化的游離基相結(jié)合的游離氫原子，阻止了氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的傳遞，進(jìn)而阻止氧化不斷進(jìn)行，故米糠油中產(chǎn)生的過氧化物較少，POV低。不同抗氧化劑其抗氧化效果不同，因此作用結(jié)果也就不同。

圖2中，各復(fù)配組的AV前9 d變化緩慢，但隨時(shí)間的延長均快速升高，15 d后Ⅰ組的AV升高最快，是由于空白對照組氧化分解比各復(fù)配試驗(yàn)組都快，隨著時(shí)間的延長，產(chǎn)生大量的過氧化物，進(jìn)而引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，過氧化物又分解成醛、酮、羥基脂肪酸類化合物不斷積累，AV迅速升高，抗氧化劑的加入阻止了油脂氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，Ⅹ組抗氧化效果強(qiáng)，產(chǎn)生的有機(jī)過氧化物分解的游離脂肪酸較少，故AV值低。故各復(fù)配組對抑制米糠油AV增大的效果依次為：Ⅹ組＞Ⅷ組＞Ⅸ組＞Ⅶ組，與上述對POV的減緩效果趨同。

2.3 不同氧化劑復(fù)配對米糠油貯存穩(wěn)定性的效果評價(jià)

從圖2分析，采用Schaal烘箱加速氧化法，各試驗(yàn)組的AV均比POV提前超過GB2716規(guī)定的指標(biāo)值，原因?yàn)槊卓酚桶l(fā)生氧化性酸敗外，還存在水解性酸敗。以上復(fù)配試驗(yàn)組均能提高米糠油的穩(wěn)定值，明顯優(yōu)于對照組，綜合分析，Ⅹ組的抗氧化最佳，其穩(wěn)定值為33～36 d是對照樣品穩(wěn)定值18～21 d的1.71～1.83倍， Ⅷ組的穩(wěn)定度為27～36 d與Ⅴ組相接近，從可靠和性能上考慮，用Ⅹ組抗氧化劑更為理想。

2.4 RSM分析法對抗氧化劑復(fù)配組成的優(yōu)化

2.4.1 RSM分析法因素水平及編碼的建立

按Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，綜合2.2、2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取VC棕櫚酸酯、BHA和TBHQ對平均穩(wěn)定值（編碼為Y）3個(gè)自變量分別以X1、X2和X3代表，按照低、中、高實(shí)驗(yàn)水平分別以-1、0、1進(jìn)行編碼[12]，實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼如表3所示。

表3 RSM實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼

2.4.2 模型方程的建立與顯著性檢驗(yàn)

利用Design Expert 10.0.4工具，通過對表3中平均穩(wěn)定值Y（d）數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得Y對各自變量編碼：Vc棕櫚酸酯、BHA和TBHQ的二次多項(xiàng)回歸方程：

由表4的數(shù)據(jù)，在SAS RESREG程序計(jì)算出回歸方程中各系數(shù)，對平均穩(wěn)定值Y的回歸模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。

表4 RSM實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由以上回歸及顯著性分析可知，模型的F=19.36，P＜0.0001,表明用以上方法建立的模型是顯著的，該模型的失擬項(xiàng)顯著（P＜0.0001），且R2=0.9614，實(shí)際值與預(yù)測值擬合較好，可以用于平均穩(wěn)定值實(shí)驗(yàn)的理論預(yù)測。P＞F的值小于0.05說明模型因素是顯著的，可見X1、X1X3和X2X3都發(fā)生顯著的交互性。失擬值=262.50表明只有＜0.01%的發(fā)生概率使擬合不準(zhǔn)。說明具體實(shí)驗(yàn)因子對響應(yīng)值的影響并非簡單的線性關(guān)系。

表5 回歸模型及方差分析

2.4.3 RSM分析

為了使RSM分析結(jié)果表示出各因素之間的交互影響，在零水平上固定回歸方程中的任意一個(gè)因素，建立各因素間的交互響應(yīng)面及等高線。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，采用Design Expert 10.0.4軟件分析可直觀了解各因素的交互作用對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的影響是顯著的。固定X3=0的條件下，Vc棕櫚酸酯和BHA對平均穩(wěn)定值的影響最大，因?yàn)?，等高線的形狀是交互效應(yīng)強(qiáng)弱的表現(xiàn)，圓形表示因素間交互作用不顯著，而橢圓形則相反。而固定X1=0時(shí)，隨著BHA的增大，平均穩(wěn)定度先增大后減小。固定X2=0時(shí)，顯示Vc棕櫚酸酯對平均穩(wěn)定度的影響與BHA略有不同，隨Vc棕櫚酸酯的增大也不斷增大。

2.4.4 結(jié)果驗(yàn)證

利用Design Expert 10.0.4軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，得出最佳復(fù)配比例：Vc棕櫚酸酯為0.014%、BHA為0.011%、TBHQ為0.005%，在此條件下理論預(yù)測最大值為37.734 d，為了驗(yàn)證平均穩(wěn)定值方程（響應(yīng)面優(yōu)化模型）的可靠性，并考慮操作的方便性，采用上述最優(yōu)條件平行進(jìn)行2組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在此條件下，米糠油的平均穩(wěn)定值為38.0 d，與理論預(yù)測值誤差為0.266 d，因此表明此模型是可靠的，具有實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論

(1)不同抗氧化劑對米糠油貯藏穩(wěn)定性均有提高，其中Vc棕櫚酸酯、BHA 、TBHQ抗氧化性較好，選取該三種抗氧化劑進(jìn)行復(fù)配，發(fā)現(xiàn)不同復(fù)配試驗(yàn)組對米糠油的抗氧化性效果差異較大，其中Ⅹ組處理的米糠油穩(wěn)定值最高，可達(dá)33～36 d，是對照樣品穩(wěn)定值18～21 d的1.71～1.83倍。

(2)根據(jù)選取的最佳復(fù)配試驗(yàn)組，采用RSM及SAS分析，以平均穩(wěn)定值為考察對象，得出抗氧化劑最佳復(fù)配配比為：Vc棕櫚酸酯為0.014%、BHA為0.011%、TBHQ為0.005%，在此條件下理論和實(shí)際平均穩(wěn)定值分別為37.734 d、38.0 d。