Rancimat法测定3种坚果油脂氧化稳定性的条件研究

朱振宝， 刘梦颖， 易建华,2

(1.陕西科技大学 生命科学与工程学院， 陕西 西安 710021; 2.陕西省食品加工工程技术研究中心，陕西 西安 710021)

0 引言

国内外流行病学调查和营养实验研究已经发现坚果及其油脂在调节血脂、降低心血管疾病和糖尿病的发病危险、抗氧化等方面具有保健作用.随着医学研究的深入及人们对健康食品的需求，核桃、扁桃、杏仁等坚果及其油脂已成为日常膳食中重要的组成部分.核桃(Juglaus.RegiaL.)又名胡桃，其果仁含油65%～70%.核桃油含有丰富的不饱和脂肪酸，其中亚油酸、亚麻酸等是人体必需的脂肪酸，且具有降血脂、预防心脑血管疾病、防癌抗癌等功效[1].核桃油中还含有多种维生素、矿物元素以及生理活性物质，在细胞修复、消炎、抗病毒、抗血栓等方面有特效[2].扁桃(AmygdalusCommunis.L.)，又名巴旦杏，扁桃仁的含油量可达45%～67%[3].扁桃油中不饱和脂肪酸的总量为79.66%～89.80%，此外还含有丰富的α-VE，既可开发为高级植物食用保健油，又可广泛用于制作高级化妆品,具有滋润皮肤、消除雀斑等作用[4].大扁杏(PrunusarmeniacaLin.)，属蔷薇科杏属.大扁杏仁的含油量为45%～67%，其中不饱和脂肪酸含量超过90%，对人体有重要的生理作用[5].此外，杏仁油中还含有多种维生素和矿物质，具有调节血脂、清理血栓、预防衰老等作用[6].大扁杏仁油不仅是一种优良的食用油，还可以作为功能性润滑油[7].

由于核桃、扁桃和杏仁等坚果油脂中不饱和脂肪酸含量高，在贮存过程中容易受到光照、氧气、温度等因素的影响而氧化变质，造成感官品质下降和营养成分损失，因此研究膳食中坚果油脂的氧化稳定性具有重要意义.常温下测定油脂氧化稳定性冗长费时，而一些通过高温和气流加速油脂氧化的方法可以大大缩短测定时间.早期活性氧法(Active Oxygen Method，AOM)是一种较常用的方法，但此法操作繁琐，且会用到一些有毒试剂，因而逐渐被其它方法取代.近二十年Rancimat法因其操作简便且重现性好，不仅可以测定液体油脂，还可以测定含油的固体样品，在油脂氧化稳定性研究中被广泛应用.Rancimat氧化稳定仪的原理是在测定过程中，反应池中的油脂氧化形成挥发性的小分子有机酸，因而改变了测量池中溶液的电导率，以此自动评估油脂氧化诱导时间[8].温度、气流速度和样品质量是Rancimat法测定油脂氧化稳定性的3个主要仪器参数，并且可能会对油脂OSI结果产生影响[9].本文旨在探究不同的温度、气流速度、样品质量等条件对油脂氧化诱导时间测定的影响，分析、测定3种坚果油脂的氧化稳定性，通过方差分析和回归方程，确定最佳测定条件，以期为Rancimat法测定油脂氧化稳定性提供方法指导与理论参考.

1 材料与方法

1.1 原料试剂

核桃仁，购于陕西西安；杏仁，购于陕西榆林；扁桃，购于新疆乌鲁木齐.

石油醚，分析纯.

1.2 设备仪器

743型 Rancimat油脂氧化测定仪：瑞士万通Metrohm公司；101-2型电热鼓风干燥箱：北京科伟永兴仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂.

1.3 实验方法

1.3.1 油脂提取

3种坚果油脂的提取均采用溶剂浸提法，其工艺流程为:

坚果原料→去皮→烘干→粉碎→石油醚浸提→抽滤→蒸发脱溶→毛油.

1.3.2 单因素实验

(1)温度

在气流速度15 L/h、样品质量5 g条件下，设定温度为90 ℃、100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃分别测定3种油脂的OSI.

(2)气流速度

在温度110 ℃、样品质量5 g条件下，设定气流速度7 L/h、10 L/h、15 L/h、20 L/h、25 L/h，分别测定3种油脂的OSI.

(3)样品质量

在温度110 ℃、气流速度15 L/h条件下，分别取3 g、4 g、5 g、6 g、7 g样品，测定3种油脂的OSI.

1.3.3 响应面实验设计

通过Design-Expert 8.0软件设计3因素3水平Box-Behnken(BBD)实验，以OSI为响应值进行响应面优化实验.

1.3.4 OSI测定

取一定量的油样，在一定的气流速度和测定温度下，利用743型Rancimat油脂氧化测定仪自动评估3种油脂的OSI.

2 结果与讨论

2.1 测定温度对3种油脂OSI的影响

温度对3种油脂OSI测定的影响结果如图1所示.从图中可以看出，随着温度的升高，3种坚果油脂的诱导时间均呈下降趋势.其中，杏仁油的诱导时间最长，扁桃油次之，核桃油最短，说明3种坚果中杏仁油的氧化稳定性最好，扁桃油次之，核桃油最差.此外，3种油脂在不同温度下诱导时间之间均存在显著差异，说明温度对其诱导时间的影响显著,且温度越高，测定时间越短.但有研究表明，在100 ℃～120 ℃范围内，Rancimat法与活性氧法的测定结果一致,且比较稳定[10]，因此后续实验选择100 ℃、110 ℃、120 ℃三个水平进行响应面设计实验.

图1 温度对3种坚果油OSI的影响

2.2 气流速度对3种油脂OSI的影响

气流速度对3种油脂OSI影响结果如图2所示.由图2同样可以发现，3种坚果油脂中最稳定的是杏仁油，其次是扁桃油，核桃油最不稳定.当气流速度为7 L/h时，电导率随时间变化曲线的曲率半径较大，无法自动评估诱导时间.当气流速度为10 L/h及15 L/h时，3种坚果的氧化诱导时间差异均不显著，而3种坚果油在气流速度为10 L/h、20 L/h、25 L/h条件下时，诱导时间差异显著.同样地，在气流速度为15 L/h、20 L/h、25 L/h条件下时，3种坚果油的诱导时间也有显著差异.由于仪器长时间处于25 L/h(最大气流速度)会使仪器负担过重，影响其使用寿命，因此综合考虑，选取10 L/h、15 L/h、20 L/h三个水平进行响应面设计实验.

图2 气流速度对3种坚果油OSI的影响

2.3 样品质量对3种油脂OSI的影响

样品质量对3种油脂诱导时间的影响结果如图3所示.从图中可以看出，样品质量对3种坚果油脂氧化诱导时间的影响没有明显规律.但仍可以发现，在测定的三种试材中，以杏仁油氧化稳定性最好、扁桃油次之、核桃油稳定性最差.此外，从测定的实际效果和消耗样品的质量来考虑，分别选取样品质量为3 g、4 g、5 g三个水平进行响应面设计实验.

图3 样品质量对3种坚果油OSI的影响

2.4 响应面设计实验分析

2.4.1 核桃油

根据单因素实验结果，采用Box-Behken进行优化设计，核桃油OSI实验及结果如表1所示.利用Design Expert 8.0软件进行二次多元回归拟合,得到核桃油诱导时间回归方程模型：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.其方差分析结果如表2所示.

表1 核桃油Box-Behken实验结果

表2 核桃油回归方程模型的方差分析表

由表2可知，只有温度和温度的二次项对核桃油诱导时间的影响显著(p<0.000 1)，且各因素间交互作用不显著；模型p<0.000 1，达到极显著，失拟不显著(p=0.378 4>0.05)，说明通过此模型可以预测其氧化诱导时间.诱导时间预测值与实际值的相关性如图4所示.其中R2=0.995，即预测值和实际测定值之间有良好的相关性.因此二次模型成立,可以用来预测Rancimat法测定核桃油OSI的最佳条件.根据回归方程求得其优化条件为：温度120 ℃，气流速度18.14 L/h,样品质量3.00 g.

图4 核桃油OSI预测值与测定值的相关性

2.4.2 扁桃油

根据单因素实验结果，采用Box-Behken进行优化设计，扁桃油OSI及结果如表3所示.同样利用Design Expert 8.0软件进行二次多元回归拟合,得到回归方程模型：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.其方差分析结果如表4所示.

表3 扁桃油Box-Behken实验结果

表4 扁桃油回归方程模型的方差分析表

由表4可知，只有温度和温度的二次项对扁桃油诱导时间的影响达到极显著(p﹤0.000 1)，且各因素间交互作用不显著；模型p<0.000 1，达到极显著，失拟p=0.052 7>0.05，不显著.诱导时间预测值与实际值的相关性如图5所示，其中R2=1.000，即预测值和实际测定值之间有良好的相关性.因此二次模型成立,可以用来预测Rancimat法测定的最佳条件.由回归方程条件求得优化条件为：温度119.65 ℃，气流速度13.48 L/h,样品质量3.93 g，在实际测定过程中，为了便于操作，温度设定为120 ℃.

图5 扁桃油OSI预测值与测定值的相关性

2.4.3 杏仁油

根据单因素实验结果，采用Box-Behken进行优化设计，杏仁油OSI实验结果如表5所示.利用同样的方法,得到扁桃油诱导时间回归方程模型：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.其方差分析结果如表6所示.

表5 杏仁油Box-Behken实验结果

表6 杏仁油回归方程模型的方差分析表

由表6可知，只有温度和温度的二次项对杏仁油诱导时间影响显著，且各因素间交互作用不显著；模型p<0.000 1，达到极显著，失拟p=0.109 5>0.05，不显著.由方程推断的诱导时间预测值与实际值之间的相关性如图6所示.其中R2=0.997，即预测值和实际测定值之间有良好的相关性.因此二次模型成立,可以用来预测Rancimat法测定杏仁油诱导时间的最佳条件.根据方程求得的优化条件为：温度119.95 ℃，气流速度12.18 L/h，样品质量4.20 g，为了便于实际操作过程的控制，测定温度设定为120 ℃.

图6 杏仁油OSI预测值与测定值的相关性

3 结论

(1)通过以上研究发现，温度对Rancimat法测定3种坚果油脂氧化稳定指数(OSI)均有极显著影响，而气流速度、样品质量等因素影响不显著；同时还发现，杏仁油脂的氧化稳定性最好、扁桃次之、而核桃油脂的氧化稳定性最差.

(2)综合单因素和响应面实验结果，Rancimat法测定核桃油的最佳条件分别为：温度120 ℃、气

流速度18.14 L/h、样品质量3.00 g；测定扁桃油脂的最佳条件为：温度120 ℃、气流速度13.48 L/h、样品质量3.93 g；杏仁油为：温度120 ℃；气流速度12.18 L/h； 样品质量4.20 g.

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