油脂酸败仪操作参数对油茶籽油OSI测定及其货架期预测的影响

王进英 钟海雁 梁永铭

(中南林业科技大学食品科学与工程学院1，长沙 410004)

(粮油深加工与品质控制湖南省重点实验室2，长沙 410004)

(经济林育种与栽培国家林业局重点实验室3，长沙 410004)

油脂酸败仪操作参数对油茶籽油OSI测定及其货架期预测的影响

王进英1,2,3钟海雁1,2,3梁永铭1,2,3

(中南林业科技大学食品科学与工程学院1，长沙 410004)

(粮油深加工与品质控制湖南省重点实验室2，长沙 410004)

(经济林育种与栽培国家林业局重点实验室3，长沙 410004)

研究了油脂氧化酸败测定仪的操作参数温度、空气流速、样品量对油茶籽油化稳定指数(Oxidative Stability Index)，温度系数，Q10的测定及货架期预测的影响。为了这个目的，试验数据建立了完全二次模型并且进行了方差分析，结果表明温度和空气流速对OSI的影响显著(P<0.01)。此外，通过简化的线性模型检测表明在温度占主导效应的同时，与样品量相比，空气流速对油茶籽油OSI的测定也有较大的影响(P<0.05)。此项研究获得的油茶籽油温度系数平均值为-3.02×10-2。Q10的计算平均值为2.02，表明温度每升高10 ℃油茶籽油的OSI减半。计算出的20 ℃下的OSI表现出明显不同，说明空气流量和样品量对油茶籽油货架期的预测有着很大影响。因此，在油脂氧化酸败测定过程中选择一个合适的操作参数水平会降低长期室温贮藏和加速氧化对货架期预测的影响。

油茶籽油 油脂氧化酸败测定仪 氧化稳定指数 货架期预测

油脂氧化酸败测定是基于自动测定氧化速率变化的最大值，氧化速率的改变是通过去离子水中电导率的改变来体现的[1]。这种方法操作简单，重现性好，不需要定期的分析测定，并且在分析过程中没有用到有机溶剂[2]。油脂氧化酸败测定不仅可以给出酚类物质浓度与抗氧化活性之间的线性关系[3-4]还可以做为煎炸油“筛选”试验[5]。此外，油脂氧化酸败测定也提供了有关使用油脂及含油脂食品氧化稳定性的其他一些有用的信息[6]。油茶籽油的含有9种以上脂肪酸，其中单不饱和脂肪油酸的含量最高，其含量可达80%左右，其次是亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸，这些不饱和脂肪酸很容易被氧化[7-9]。油茶籽油也含有抵制氧化降解的微量抗氧化活性物质[10]，但这些物质的存在增加了氧化进程的复杂性，从而使得对氧化进程的预测和数学建模更加困难。

温度，空气流量和样品量是油脂氧化酸败测定中最容易调节的操作参数并且会影响油脂OSI的测定。尽管许多研究已经论证了油脂氧化酸败测定试验中单个或多个参数对植物油氧化稳定性的研究[11]，但是关于这3个参数对油茶籽油稳定性的影响到目前为止鲜见报道。此项研究的目：通过试验设计和方差分析技术评价每一个操作参数对油茶籽油氧化稳定性的影响；通过响应面分析建立经验模型，使油脂氧化酸败测定中操作参数与氧化稳定指数存在相关性，从而选择一个合适的操作参数水平建立快速判定油茶籽油货架期的方法。这对于试验控制及油茶籽油的研究具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 材料

油菜籽油：湖南金浩油茶籽油有限公司国标一级油茶籽油。油茶籽油的基本理化指标为：过氧化值4.44 mmol/kg，酸价0.22 mg/g，羰基价1.36 meq/kg，K232=0.203，K270=0.035。油样保存于4 ℃，在贮藏期间没有加入抗氧化剂。

1.2 仪器

B5510E-DTH台式超声波清洗机：美国Branson公司；DW-86L628超低温冰箱：海尔公司；英国ELGA分析型超纯水系统：上海恒奇仪器仪表有限公司；892Rancimat专业油脂氧化稳定性分析仪(温度控制范围50～220 ℃)：瑞士万通中国有限公司。

1.3 OSI测定

在运行前，盛放油样的试管用热强碱溶液(3%)强力清洗并浸泡12 h，用蒸馏水和丙酮润洗后在80 ℃条件下烘箱烘干。目的是避免任何可以催化自动氧化进程的污染。此外，电极、连接管及测量容器也要用酒精和蒸馏水润洗，用氮吹仪吹干备用。在反应器皿中的油样中通入经过滤的干燥气流，反应器皿置于设置好预期温度的加热组块中，从反应器皿中流出的带有来自于油样挥发性有机酸的气流收集到60 mL的蒸馏水中。仪器会持续自动记录蒸馏水的电导率变化。仪器可同时测定8个样品的OSI。

1.4 货架期预测，温度系数及Q10的计算

加速反应的速率随温度按指数规律增加，所以食用油脂的货架期可以通过在高温下进行的加速氧化试验来预测。精炼油的货架期在室温下通常是12～18个月，但在梯度高温的加速试验中在几天或几小时内就能完成。由于油脂的氧化速率与温度呈指数相关，所以油脂的货架期随温度升高呈对数下降。因此，油脂在常温下的货架期可以通过以稳定性的适合氧化终点的对数为纵坐标，以梯度温度为横坐标来推断，如图1所示。曲线的斜率代表油脂的温度系数，Q10是温度每增高10 ℃反应速率增加程度的加速温度系数温，由式(1)计算。

图1 货架期推断图

(1)

1.5 试验设计

此项研究中考虑了3个参数因素，即温度，空气流量和样品量，并对这3个因素进行4×4×4的全因子试验设计。每个因素设置4个水平：温度(100、110、120、130 ℃)，空气流量(10、15、20、25 L/h)以及样品量(3、5、7、9 g)。氧化稳定指数总共测定64组，每组做3个平行。

1.6 统计分析

应用数据统计与分析软件SPSS 17.0和 Degign expert 8.0 对试验数据进行统计分析并建立回归模型。首先，以OSI为因变量，以温度，空气流量及油样量为自变量进行多变量二次回归，如式(2)。

(2)

式中：系数bi和bij分别为输入变量的一次和二次回归对OSI的影响；交互系数bij为输入变量对OSI的交互影响。

对试验所得数据求十进位对数得到修整变量log(OSI)，通过SPSS建立修整变量的一元线性回归方差，如式(3)。

(3)

最终得到方差分析表。模型及变量的显著性通过计算95%置信区间的P-值来判定。

2 结果与讨论

2.1 OSI的测定结果

在选定试验设计条件下得到的OSI的测定结果如表1所示。

表1 不同试验组合下油茶籽油的氧化稳定指数(OSI)测定结果和相关系数(CV)

注：n=3；R2=0.998；校正R2=0.997；OSI为氧化稳定指数(Oxidative Stability Index)；CV为相关系数(Coefficient Variation)，CV=(SD/AVE)×100；T为温度；A为空气流速；M为样品质量。

表1可以看出，在一定油样量及温度水平下，空气流速为10 L/h时油茶籽油的OSI水平较低，空气流速为15 L/h和20 L/h时OSI有所升高且水平相似，值得注意的是当空气流量为15 L/h是低样品量下(3、5 和7 g)OSI几乎相同，说明这样的条件下油样达到了空气饱和的状态，也就是说空气流速和油样量之间建立了一种平衡。但当空气流速达到高流速时(25 L/h)的OSI明显高于其他流速下的OSI。例如，当温度为100 ℃，样品量为3 g时，空气流量有10 L/h增加至25 L/h，油茶籽油的OSI由18.53 h上升至22.09 h。研究表明，氧化诱导期间9 L/h的空气流速足以使得油样达到饱和状态。然而，此项研究表明当流量大于15 L/h时，才会影响OSI，这与Reza等[12]的研究结果一致。

在一定温度及空气流速水平下，样品量为3 g时油茶籽油的OSI较低，油样量上升至5 g和7 g时OSI的增长水平不是很明显，但当油样量上升至12 g时油茶籽油的OSI显著增加。例如，当温度为100 ℃，空气流量为10 L/h，样品量由3 g增至9 g时，OSI在由18.53 h上升至20.55 h。Jebe等[13]认为当油样量3 g时很难达到温度稳定作用，在油样量为5 g时亦是如此。对于样品量小的样品来说，在高流速下达到空气饱和状态似乎是不可能的。油样急剧不稳定的状态使得流出的空气比参加油脂氧化的空气多。因此，在所有温度和空气流速条件下且油样量为7 g时，空气达到了饱和状态且相关系数也较低。

如预期的一样，当样品量和空气流速一定时，OSI随着温度的升高急剧缩短。例如当空气流量为10 L/h，样品量为3 g时，当温度从100 ℃上升至130 ℃时OSI由18.53 h降低至2.40 h。如表1所示，在当温度在100～120 ℃范围内变动时，OSI的上升趋势几乎一致，但当温度为130 ℃时，这种趋势发生了变化，并且试验组合的相关系数也随温度上升而增加。这些结果表明，随着温度上升油茶籽油的氧化条件发生了变化。

2.2 油脂氧化酸败仪操作参数对油茶籽油OSI的影响

OSI可能会因空气流速的增加而降低，会随样品量的增加而延长，但是这种现象在表1的结果中没有观察到。这可能是由于由于不稳定状态下空气饱和条件发生了变化，这种变化会导致由于空气溢出使得参加油脂氧化的空气减少。从表1可以找出温度、空气流速和样品量3个因素简单的变化规律，为了进一步表征它们对OSI的影响，对表1中的数据数理统计与分析进行线性和二次回归，进一步进行分析。试验数据首先进行了完全二次模型分析，通过多重回归得到了响应分析得到了OSI多项二次回归方程，见式(4)。

OSI=375.04-6.06T+1.07A+5.8×10-2S-7.2×10-3TA-1.18×10-2TS-2.25×10-3AS+2.4×10-2T2-5.75×10-3A2+7.16×10-2S2

(4)

表2 二次线性模型的方差分析表

注：n=3；R2=0.998；校正R2=0.998；T为温度，A为空气流量，S为样品质量。

二次回归模型中被解释变量和所有解释变量之间的线性关系是否显著通过F-检验法实现。在给定的置信区间(95%)，如果输出变量的P-值大于0.05则认为统计学不显著。由表2可以看出油茶籽油的OSI与温度和空气流量线性相关，其P值分别为P<0.000 1和P=0.002 7。然而，在二次效应中只有温度对OSI的影响显著(P<0.000 1)。试验组合的交互相应对OSI的影响不显著(P>0.05)。

完全二次模型中二次效应和交互响应的显著性缺乏需要对试验数据进行更低水平的模型，因此对OSI的对数进行了线性回归，得到式(5)。

Log(OSI)=4.342-3.1×10-2T+2.0×10-2A+1.02×10-3S

(5)

根据前期研究，为了获得更好的自由度，对原始变量来说十进制对数是更好的选择。例如二次模型，对线性模型也进行了完全方差分析。由表3可以看出，由于具有较高的F-值，温度是影响油茶籽油氧化稳定指数(OSI)最具影响力的因素，其P值都小于0.001。在温度占主导效应的同时，与样品量相比，空气流速对油茶籽油OSI的测定也有较大的影响。在对变量首先进行完全二次回归再进行线性回归的情况下，二次回归模型的校正R2呈现了较大的值。可以发现二次回归模型和线性回归模型两者都可以预测OSI的一个确切值。

表3 log(OSI)一元线性模型方差分析表

注：R2=0.997，校正R2=0.997；T为温度，A为空气流量，S为样品质量。

2.3 OSI与货架期

由OSI的自然对数与温度的线性关系中计算出的数据如表4所示。在不同试验组合中，温度系数和Q10没有显著差异。可以分别从油样量及空气流速衡量这2个数值。根据计算结果，油茶籽油的温度系数平均值为-3.02×10-2。研究表明，植物油log(OSI)的温度系数为-2.78×10-2～-3.5×10-2[14]，此项研究的结果表明油茶籽油的温度也在这个系数范围之内。Q10的计算平均值为2.02，表明温度每升高10 ℃油茶籽油的OSI减半。

表4 log(OSI)在16个试验组合下的温度系数、货架期及Q10

注：Tcoeff为温度系数；OSI20为货架期。

由线性方程计算出的20 ℃下的OSI表现出明显不同，这就说明空气流量和样品量对油茶籽油货架期的预测有着很大影响。研究表明由油脂氧化酸败测定法推断室温下油脂的货架期是否准确取决于油脂的类型，这种现象归因于加速试验与室温贮藏条件下过氧化物的形成机制的不同[14]。然而，有关婴儿奶粉、汉麻籽油及大豆油的研究表明由油脂氧化酸败测定法推断常温下的货架期可以得到合理的结果[15-16]。所以，是否能用加速氧化试验来预测产品的货架期还需要进一步研究。

3 结论

通过评价油脂氧化酸败测定仪操作参数对油茶籽油氧化稳定性(OSI)测定的影响发现温度，空气流量和油量对油茶籽油的稳定性有不同程度的影响。具体为通过应用响应面设计方法得到的二次方程模型表明油茶籽油的OSI与温度和空气流量线性相关，其P值分别为P<0.000 1和P=0.002 7。然而，在二次效应中只有温度对OSI的影响显著(P<0.000 1)，试验组合的交互相应对OSI的影响不显著(P>0.05)。进一步对简化的线性模型进行了检验(R2=0.997)，它能在很大程度上解释数据的变异性，从这个模型中可以看出，温度是影响OSI最显著地因素，随着反应温度的增加OSI急剧降低。获得油茶籽油的温度系数是-3.1×10-2，这与其他文献中报道的数值一致。

由线性方程计算出的20 ℃下的OSI表现出明显不同，这就说明空气流量和样品量对油茶籽油货架期的预测有着很大影响。油脂氧化酸败测定法不仅是一种快速测定油脂氧化稳定性的自动技术，而且根据油脂的类型选择合适的一起参数时它能提供有关油脂货架期的相关有效结论从而降低加速氧化和常温贮藏条件下货架期预测的偏差，这将会节省大量时间，对于试验控制及其研究与发展具有重大意义。

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Effect of Operational Parameters of the Rancimat Method on the Determination of the Oxidative Stability Measures and Shelf Life Prediction of Camellia Oil

Wang Jinying1,2,3Zhong Haiyan1,2,3Liang Yongming1,2,3

(Faculty of Food Science and Engineering Central South University of Forestry & Technology1，Changsha 410004)(Hunan Key Laboratory of Deeply Processing and Quality Control of Cereals and Oils2，Changsha 410004)(Key Laboratory of Economic Forest Breeding and Cultivation of the State Forestry Administration3，Changsha 410004)

Operational parameters of the Rancimat method including temperature，airflow rate and oil sample size have been evaluated to determine their effects on oxidative stability index(OSI)，temperature coefficient，Q10and shelf-prediction of camellia oil.Experimental data have been established to a complete quadratic model.ANOVA analysis was performed and indicated that the airflow rate and temperature could be significant(P<0.01).In addition，a simplified linear model was assayed to also result that as the temperature dominated the effect，compared with the sample amount，air flow rate had a great effect for the determination of camellia oil OSI(P<0.05)as well.The study results showed the mean value of camellia oil temperature coefficient of 3.02 ×10-2.A mean value of 2.02 calculated for theQ10number indicated that an increase of 10 ℃ approximately halved the OSI of camellia oil.The calculated OSIs for the treatments combinations at 20 ℃(OSI20)showed that there were statistically significant differences，namely，indicated that the airflow rate and oil sample size had certain effect on the shelf-prediction of camellia oil.In Rancimat method，therefore，to select the suitable operating parameters coule be a method of reducing the effect of long-term storage at room temperature and accelerate oxidation on shelf life prediction.

camellia seed oil，Rancimat method，oxidative stability index，shelf-life prediction

TS229

A

1003-0174(2016)03-0124-05

国家自然科学基金(31070612)，2014中南林业科技大学研究生科技创新(CX2014A05)

2014-07-31

王进英，女，1989年出生，博士，森林食品加工与利用

钟海雁，男，1963年出生，教授，森林食品加工与利用