食用大豆油储藏过程中品质变化的预测

唐瑞丽，袁先雯，冯燕玲，韩洪玲，董　月，高瑀珑*，袁　建，汪海峰，鞠兴荣

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023）

食用大豆油储藏过程中品质变化的预测

唐瑞丽，袁先雯，冯燕玲，韩洪玲，董月，高瑀珑*，袁建，汪海峰，鞠兴荣

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023）

以一级大豆油为原料，储藏温度设定为40 ℃，研究储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量对其品质的影响。在单因素试验的基础上，以储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量3 个因素为自变量，大豆油品质指标（过氧化值和氧化稳定指数）为响应值，采用响应面Box-Behnken试验设计法，建立了大豆油品质随储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量变化的二次多项式预测模型。结果表明：储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量对大豆油的过氧化值和氧化稳定性指数的影响显著；大豆油品质指标预测模型的方差分析表明，模型皆极显著（P＜0.001），实验误差小，可以此模型来预测大豆油过氧化值和氧化稳定指数随储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量的变化，具有较高的拟合优度。

大豆油；过氧化值；氧化稳定指数；响应面法；预测模型

大豆油原料丰富，营养价值高，是我国居民主要的食用油。大豆油含有较高的不饱和脂肪酸［1］，在储藏、运输、消费过程中，容易受外界条件诸如温度、水分、氧气等因素的影响，发生氧化酸败，降低其品质［2-3］，酸败的植物油不仅口感差，营养价值低，甚至可能引起疾病，还可能致癌，给人体的健康带来极大危害［4］。

为了延缓大豆油变质，常用方法有低温储藏、避光、隔氧、添加抗氧化剂等。超市桶装油一般都添加了叔丁基对苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）。合成抗氧化剂的安全性一直受到质疑，越来越多的天然抗氧化剂得到重视［5-6］，我国国家标准规定TBHQ在食用油中的添加量不超过0.2 g/kg。植物甾醇不仅具有抗氧化能力［7］，是一种新型的天然抗氧化剂，而且可以减少人体中的胆固醇水平［8］，被美国食品药品监督管理局认可，可以作为食品抗氧化剂使用［9-10］。氧化稳定指数（oxidative stability index，OSI）值可反映油脂氧化稳定性，过氧化值（peroxide value，POV）是衡量油脂氧化初期的氧化程度的重要指标［11］，为了提高食用大豆油的抗氧化性，降低TBHQ的在大豆油中添加量，本研究以添加天然植物甾醇和TBHQ为复合抗氧化剂，以储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量3 个因素为自变量，建立了大豆油储藏过程中品质指标POV和OSI值的预测模型，以期为检测食用油品质安全提供重要理论依据。

我国夏季温度较高，油品极易氧化变质，因此，研究高温储藏条件下（40 ℃）大豆油品质变化的规律非常必要。响应面分析法是一种函数估算工具［12］，能准确地用于研究各因素、因素之间与响应值之间的相互关系［13-14］，目前已经在工艺优化、模型预测等方面得到越来越多的应用［15］。应用响应面法预测研究大豆油品质变化，为食用油在储藏过程中的安全预测提供理论依据和技术支持，对研究食用油脂储藏具有重要理论价值和实践指导意义。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

一级大豆油（未加任何抗氧化剂，澄清透明、水分含量0.05%、酸值0.08 mg KOH/g、POV1.18 mmol/kg）中储粮镇江粮油有限公司；TBHQ 广东广业清怡食品科技有限公司；植物甾醇（含量为95%，其中β-谷甾醇45%、豆甾醇20%、菜甾醇30%（菜籽甾醇和菜油甾醇）） 西安开来生物工程有限公司。

冰乙酸、碘化钾、异辛烷、硫代硫酸钠标准溶液、淀粉指示剂、无水硫酸钠、甲醇（均为分析纯） 南京丁贝生物技术有限公司；卡尔·费休试剂 天津科密欧化学试剂有限公司；实验用水为蒸馏水。

1.2仪器与设备

TP-214型电子天平 北京丹佛仪器有限公司；GNP-9160型隔水式恒温培养箱 上海三发科学仪器有限公司；HZQ-F160型全温振荡培养箱 太仓市实验设备厂；OSI-24型氧化稳定性测定仪 美国Ominion公司；BIC-250型人工气候箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；101-3AS型电热鼓风干燥箱 上海苏进仪器设备厂；SB25-12D型超声波清洗器 宁波新芝生物科技股份有限公司；电子万用炉 北京永光明医疗仪器有限公司；卡尔·费休水分测定仪 瑞士万通中国；DS-1型高速组织捣碎机 上海标本模型厂。

1.3方法

1.3.1一级大豆油样品干燥处理

油样干燥：无水硫酸钠使用量为2%，加入一定量的一级大豆油中，充分混合，静置1 d，取上层油样，测定水分含量约为0，即为充分干燥的油样。

1.3.2一级大豆油样品抗氧化剂TBHQ和植物甾醇的添加

于棕色具塞瓶，分别加入一定量干燥的油样，按照单因素试验和响应面试验设计，抗氧化剂TBHQ和植物甾醇的添加均按照1∶1的比例加入大豆油样品中，最高抗氧化剂用量为0.4 g/kg（即TBHQ与植物甾醇各为0.2 g/kg）。

1.3.3大豆油样品的加水

准确称取1.3.1节所制备的添加了抗氧化剂的大豆油样，置于高速组织捣碎机中，按照单因素试验和响应面试验设计，加入适量的蒸馏水，均质5 min，确保水和油脂充分均质，快速装入具塞棕色试剂瓶中。

1.3.4一级大豆油样品的储藏实验

将添加过抗氧化剂和水大豆油样品，按照单因素试验和响应面试验设计给定条件进行恒温40 ℃储藏实验，盛油容器采用具塞棕色瓶500 mL，储油量350 g，旋紧瓶塞，闭口储藏。取样方法：按照指标测定方法要求取油样，用一次性吸管快速取样，然后旋紧瓶塞，混合均匀，放回培养箱。所有实验数据均重复测定3 次。

1.3.5指标测定

1.3.5.1POV的测定

参照GB/T 5538—2005《动植物油脂：过氧化值测定》的方法来测定样品的POV。

1.3.5.2OSI值的测定

参照GB/T 21121—2007《动植物油脂：氧化稳定性的测定》的方法来测定样品的OSI值。准确称取（5±0.2）g油样于玻璃导管中，压缩空气压力30 psi，OSI内部调节器提供空气压力5.5 psi，测定温度110 ℃，测试水量50 mL，平行测定3 次，取平均值。

1.3.5.3水分含量的测定

参照GB/T 26626—2011《动植物油脂水分含量测定：卡尔费休法》（无吡啶）的方法测定样品的原始含水量。

1.3.6单因素试验设计

以储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量3 个因素进行单因素试验。大豆油水分含量0.05%、抗氧化剂含量0.2 g/kg（TBHQ和植物甾醇各0.1 g/kg）时，研究储藏时间1、2、3、4、5、6 个月对大豆油POV和OSI值的影响；水分含量0.05%、储藏时间6 个月时，研究抗氧化剂0、0.1、0.2、0.25、0.3、0.4 g/kg对POV和OSI值的影响；抗氧化剂含量0.2 g/kg（TBHQ和植物甾醇各0.1 g/kg）、储藏时间6 个月时，研究水分含量0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.20%、0.30%对POV和OSI值的影响。

1.3.7响应面试验设计

在单因素试验基础上，本研究采用Box-Behnken的设计原理［16-18］，进行三因素三水平响应面模型预测试验，以储藏时间、抗氧化剂用量、水分含量3 个因素作为自变量，分别以X1、X2、X3表示，并以+1、0、-1分别代表自变量的高、中、低水平，按方程xi=（Xi-X0）/ΔX 对自变量进行编码。其中，xi为自变量的编码值，Xi为自变量的真实值，X0为试验中心点处自变量的真实值，ΔX为自变量的变化步长，试验因素水平和编码见表1。

表1　Box-Behnken试验因素与水平Table1　Codes and levels of factors used in Box-Behnken design

以大豆油过氧化值POV（Y1）和大豆油氧化稳定性指数OSI值（Y2）作为响应值。设POV（Y1）和OSI值（Y2）的预测模型由最小二乘法拟合的二次多项方程。

1.4数据处理

所有实验数据均重复测定3 次，利用Design-Expert（Version 6.0.5）软件来设计试验，并对实验数据进行模型拟合及方差分析；利用SPSS（Version 10.0）对数据进行相关性分析。

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

2.1.1储藏时间对大豆油POV和OSI值的影响

图1　储藏时间对大豆油POV和OSI值的影响Fig.1　Effect of storage time on POV and OSI in soybean oil

由图1可知，40 ℃储藏，大豆油的POV随着储藏时间的延长显著增加（P＜0.05），OSI值随着储藏时间的延长而显著降低（P＜0.05）；储藏6 个月时变化趋于平缓（P＞0.05），考虑到进一步研究40 ℃储藏大豆油品质变化的预测模型，储藏时间最长期限选择6 个月。

2.1.2抗氧化剂用量对大豆油POV和OSI值的影响

图2　抗氧化剂用量对大豆油POV和OSI值的影响Fig.2　Effects of the content of antioxidants on POV and OSI in soybean oil

由图2可知，40 ℃储藏6 个月，随着抗氧化剂含量的增加，大豆油的POV明显降低（P＜0.05），OSI值显著增大（P＜0.05）；抗氧化剂含量为0.4 g/kg时，POV趋于平缓（P＞0.05）。综合考虑抗氧化剂用量的作用效果和国标规定的TBHQ在油脂中的最大使用添加量为0.2 g/kg，本研究选择最高抗氧化剂是0.4 g/kg（TBHQ与植物甾醇各为0.2 g/kg）。吴时敏等［7］研究了植物甾醇在储藏过程中对菜籽高级烹调油的抗氧化作用，发现植物甾醇添加量不大于0.10%（1.0 g/kg）时，随着添加量的增大，抗氧化效果增强，与本研究的结果一致。

2.1.3水分含量对大豆油POV和OSI值的影响

图3　水分含量对大豆油POV和OSI值的影响Fig.3　The effects of the moisture contents on POV and OSI in soybean

由图3可知，40 ℃储藏6 个月，随着水分含量的增加，大豆油的POV明显增大（P＜0.05），OSI值显著降低（P＜0.05）；水分含量为0.3%时，大豆油POV变化不显著（P＞0.05）。考虑到大豆油容纳的水分能力有限，保证大豆油与添加水分充分达到均一状态，选择最大水分含量为0.3%。

2.2预测模型的建立及其显著性检验

根据Design-Expert软件所安排的试验组合，大豆油储藏温度为恒温40 ℃，每组试验做3 个平行。试验结果见表2。

基于表2试验结果，运用Design-Expert软件进行数据分析，得到大豆油POV和OSI值回归模型的方差分析、因素的显著性检验结果，分别见表3～6。

表2　响应面试验设计及其结果Table2　Box-Behnken design arrangement and corresponding experimental results

表3　POV回归模型方差分析Table3　Analysis of variance for the regression equation for peroxide value

表4　OSI值回归模型方差分析Table4　Analysis of variance for the regression equation for OSI

表5　POV回归方程系数显著性检验Table5　Significance test for the regression coefficient for peroxide value

表6　OSI值回归方程系数显著性检验Table6　Significance test for the regression coefficient for oxidative stability index

表5所对应的POV预测模型方程为（1）：

由表3方差分析可知：POV预测模型方程的F= 36.47＞F0.01（9，4）=14.66（P＜0.000 1），表明方程（1）极显著；失拟项F=2.26＜F0.05（9，3）= 8.81，失拟项P=0.223 6 ＞ 0.05，不显著。方程（1）一次项（x1、x2、x3）和二次项对结果影响极显著（P＜0.01）。方程的校正决定系数为0.952 3，表明该方程能解释95.23%响应值的变化，仅有总变异的4.77%不能用此方程来解释；相关系数R2为0.979 1，表明模型有很好的拟合度，试验误差小，该预测模型是合适的。

表6所对应的OSI预测模型方程为（2）：

由表6方差分析可知，模型方程F值为19.42，P=0.000 4，表明该方程极显著；失拟项F值为1.37＜F0.05（9，3）=8.81，失拟项P = 0.371 8＞0.05，不显著。方程（2）一次项和二次项对OSI值的影响极显著（P＜0.01）。方程的校正决定系数为0.912 0，表明该方程能解释91.20%响应值的变化；相关系数R2为0.961 5，表明模型拟合度好，试验误差小。

2.3预测模型的验证

为了进一步验证大豆油POV和OSI值预测模型方程（1）和（2）的合适性和有效性，进行了6 组验证实验，结果见表7。

表7　POV和OSI值预测模型的验证结果Table7　Verified results from the prediction models for peroxide value and oxidative stability index

利用SPSS对表7试验数据进行相关性分析，大豆油的POV实测值和预测值的相关系数为0.998 2，OSI的实测值和预测值的相关系数为0.992 4，表明模型方程（1）和（2）是合适有效的，能够反映大豆油POV和OSI值与储藏时间、抗氧化剂用量和水分含量的关系，可以用于40 ℃储藏条件时大豆油POV与OSI值的理论预测，能较好地预测POV和OSI值随研究因素的变化。崔楠等［19］在响应面法研究中也通过对最优条件进行验证实验来证实数据参数的准确性。于明等［20］在响应面法研究中对优化条件进行5 组实验来验证所得数学模型的可靠性。本研究采用6 组不同数据，每组3 个平行，进行验证实验，证实了预测模型是可靠的。

2.4大豆油POV的响应面图形分析

储藏时间（X1）、抗氧化剂用量（X2）、水分含量（X3）及其交互作用对POV影响的响应面见图4。响应曲面的陡峭程度可以反映该因素对响应值影响的大小，曲面越陡，影响越大，曲面越平坦，影响越小［21-22］。

图4　任两因素及其交互作用对POV影响的响应面图Fig.4　Response surface plots showing the effects of two experimental parameters and their interaction on peroxide value

由图4可以看出，随着储藏时间的延长和水分含量的增加，大豆油的POV增大，随着抗氧化剂含量的增加，大豆油的POV降低，该图直观分析与方差分析的结果相一致。

2.5大豆油OSI值的响应面分析

储藏时间（X1）、抗氧化剂用量（X2）、水分含量（X3）及其交互作用的OSI值响应面图如图5所示。

图5　任两因素及其交互作用对OSI值影响的响应面图Fig.5　Response surface plots showing the effects of two experimental parameters and their interactive effects on oxidative stability index

由图5响应面曲线可以看出，随着储藏时间延长、水分含量的增加，OSI值显著降低，大豆油稳定性降低。随抗氧化剂用量增大，OSI值增大，大豆油储藏稳定性在增加。该图直观分析与方差分析的结果相一致。

图4和图5结果均表明高温条件下，储藏时间曲面最陡，储藏时间对响应值的影响最大，可见，大豆油品在较高温度条件下不能长期储存。袁建等［23］在模拟油罐储藏大豆油氧化稳定性研究中指出对大豆油POV和OSI值的影响因素储藏温度＞储藏时间＞含水量。王茜茜［24］在研究中指出各因素对菜籽油储藏品质影响的顺序是：储藏温度＞储藏时间＞含水量。这与本研究结果中对大豆油POV和OSI响应值影响储藏时间＞含水量结果相一致。为保障储藏期大豆油品质和货架期，大豆油应在较低温度和较低水分含量条件下储存，并添加适量的抗氧化剂。

3　结 论

在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken原理进行试验设计，分别建立了大豆油POV和OSI值的预测模型方程，模型的试验数据拟合程度好，试验误差小，可以分别用模型方程（1）和（2）分析和预测POV和OSI值随储藏时间（X1）、抗氧化剂用量（X2）和水分含量（X3）的变化；模型方程（1）和（2）的系数显著性检验表明，大豆油在40 ℃储藏的过程中X1、X2和X3显著地影响POV和OSI值；并对模型方程进行验证，结果表明，模型方程（1）和（2）合适有效；响应面直观分析与方差分析的结果是一致的。POV是衡量油脂氧化初期的氧化程度的重要指标，OSI值是反映油脂氧化稳定性的指标，对不同储藏时期的大豆油的POV和OSI值进行理论预测，这不仅为食用油品质检测提供理论依据，而且对保障食用油品质安全具有重要意义。

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Prediction of the Quality Changes of Soybean Oil during Storage

TANG Ruili， YUAN Xianwen， FENG Yanling， HAN Hongling， DONG Yue， GAO Yulong*， YUAN Jian， WANG Haifeng， JU Xingrong
（Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety， Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing， College of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing 210023， China）

In this investigation， the effects of storage time， the amount of antioxidants and moisture content on the quality of soybean oil （commercially available， grade 1） were studied during storage at 40 ℃. These three factors were investigated by one-factor-at-a-time method and then they were taken as independent variables for further optimization by response surface methodology using Box-Behnken design. The quality parameters peroxide value and oxidative stability index were selected as response variables. A quadratic polynomial predictive model for each response was developed. The results showed that all the three factors had a significant impact on peroxide value and oxidative stability index in soybean oil. Analysis of variance demonstrated that the two models were highly statistically significant （P ＜ 0.001） and had small error. They had high goodness of fit at the same time.

soybean oil； peroxide value （POV）； oxidative stability index （OSI）； response surface methodology； prediction model

10.7506/spkx1002-6630-201618041

TS221

A

1002-6630（2016）18-0256-06

唐瑞丽， 袁先雯， 冯燕玲， 等. 食用大豆油储藏过程中品质变化的预测［J］. 食品科学， 2016， 37（18）: 256-261. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201618041. http://www.spkx.net.cn

TANG Ruili， YUAN Xianwen， FENG Yanling， et al. Prediction of the quality changes of soybean oil during storage［J］. Food Science， 2016， 37（18）: 256-261. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201618041. http://www.spkx.net.cn

2015-12-31

粮食公益性行业科研专项（201413007-05）；江苏省自然科学基金项目（BK20131435）；高校自然科学研究项目（12KJB550003）；国家自然科学基金面上项目（31371864）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PADA）

唐瑞丽（1989—），女，硕士研究生，研究方向为油脂储藏与生物技术。E-mail：tangruilishipin@qq.com

高瑀珑（1974—），男，教授，博士，研究方向为生物技术。E-mail：yulonggao19762001@163.com