響應面法優化核桃油復合抗氧化劑的研究

盧付青，游敬剛，潘紅梅，吳 斌，唐蜀智，李益恩，黃 靜，鄧 楷，羅 丹

(1.四川省食品發酵工業研究設計院，成都 611130； 2.四川省林業科學研究院，成都 610081；3.綿陽德生皇食品有限責任公司，四川 綿陽 621000)

核桃油含有高達90%左右的不飽和脂肪酸，有利于降低人體膽固醇和防止動脈硬化，其含有的亞油酸是人體必需脂肪酸，具有多種保健功能。然而，由于核桃油富含不飽和脂肪酸，其在加工儲存過程中易發生氧化酸敗，嚴重影響其食用品質，并降低儲存期。

抗氧化劑廣泛用于油脂行業以延長油脂保質期。李書國等[1]研究發現特丁基對苯二酚(TBHQ)、沒食子酸丙酯(PG)、2,6-二叔丁基對甲苯酚(BHT)均可不同程度地延長核桃油的貨架期。牛艷等[2]研究發現，空氣、水分和光照等因素對亞麻籽油的過氧化值產生較大影響，而抑制亞麻籽油氧化最常用的方法是添加抗氧化劑。陳杰等[3]利用Schaal烘箱法研究抗氧化劑對亞麻籽油貨架期的影響，得出TBHQ可延長亞麻籽油貨架期12個月。采用響應面分析法篩選核桃油最優復配抗氧化劑和增效劑的研究尚未見報道。本文主要以抗氧化劑TBHQ、丁基羥基茴香醚(BHA)和BHT及增效劑檸檬酸、抗壞血酸為研究對象，通過單一和復配試驗、響應面優化試驗，以過氧化值為評價指標，篩選出核桃油最優抗氧化劑，以期為工業化生產中延長核桃油貨架期提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

核桃油,綿陽德生皇食品有限責任公司；TBHQ、BHT、BHA、檸檬酸、抗壞血酸(食品級)均為市售。

冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、石油醚(沸程30～60℃)、可溶性淀粉均為分析純；重鉻酸鉀為工作基準試劑,成都科龍化學試劑廠。

FA2004N電子天平，DHG-9240智能型恒溫鼓風干燥箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 加速氧化試驗

采用Schaal烘箱法[4-5]。將核桃油樣品盛放于廣口瓶中，在60℃恒溫烘箱中加熱以加速氧化，每隔24 h測其過氧化值，直至超過核桃油國標(GB/T 22327—2008)限值6 mmol/kg。

1.2.2 單一和復合抗氧化劑試驗

將0.02%TBHQ、0.02%BHT、0.02%BHA和總量不超過0.02%TBHQ、BHT、BHA任意組合，分別加入200 g核桃油中溶解，以未添加抗氧化劑的油樣作空白對照，按1.2.1方法進行加速氧化試驗，研究單一和復合抗氧化劑對核桃油的抗氧化效果，以篩選最優抗氧化劑。

1.2.3 最優抗氧化劑與增效劑復配試驗

將1.2.2篩選的最優復合抗氧化劑分別與檸檬酸、抗壞血酸復配使用，以未添加增效劑的油樣為對照，按1.2.1方法進行加速氧化試驗。研究復合抗氧化劑與增效劑復配對核桃油的抗氧化效果。

1.2.4 過氧化值測定

按照GB 5009.227—2016中第一法(滴定法)進行測定。

1.2.5 數據處理與分析

試驗數據均為3次重復，測定結果表示為“平均值±標準差”。采用Excel，Design-Expert 8.0.7和SPSS21.0等軟件進行數據處理分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 單一和復合抗氧化劑試驗

2.1.1 單一抗氧化劑試驗(見圖1)

圖1 單一抗氧化劑對核桃油過氧化值的影響

由圖1可知，隨加熱時間的延長，核桃油過氧化值均逐漸升高，3種抗氧化劑對核桃油的抗氧化效果不同。空白對照的過氧化值變化較明顯，在24 h時即超過壓榨核桃油國標限值6 mmol/kg。添加抗氧化劑的核桃油過氧化值上升趨勢有所減緩，其中添加0.02% TBHQ的核桃油在60℃恒溫加熱96 h才超過6 mmol/kg，添加0.02% BHT、0.02% BHA的核桃油均在48 h達到6 mmol/kg。3種抗氧化劑抗氧化效果強弱依次為TBHQ>BHT>BHA。

TBHQ與維生素E類似，均供氫形成穩定自由基，從而終止自由基鏈反應。BHA和BHT等酚型抗氧化劑可與油脂氧化產生的過氧化物結合，中斷自動氧化反應鏈，阻止氧化[6]。

2.1.2 復合抗氧化劑試驗(見圖2)

圖2 復合抗氧化劑對核桃油過氧化值的影響

對食用油而言，單一的抗氧化劑可能難以達到最佳抗氧化效果，復合使用抗氧化劑可提高食用油氧化穩定性。由圖2可知，在復合抗氧化劑總量不超過0.02%條件下，核桃油過氧化值隨著加熱時間的延長均逐漸升高。空白對照的過氧化值在24 h時已超過6 mmol/kg，變化顯著。添加不同復合抗氧化劑的過氧化值顯著低于空白對照的，其中添加0.01%TBHQ+0.01%BHT的核桃油超過192 h過氧化值才高于6 mmol/kg。與圖1相比，復合抗氧化劑的效果優于單一抗氧化劑，這是因為各種抗氧化劑在發揮協同抗氧化作用時，產生的游離基也會生成新的酚類化合物，繼續發揮抗氧化作用，從而增強其抗氧化性[7-8]。

通過單一和復合抗氧化劑的抗氧化加速試驗，選擇復合抗氧化劑0.01%TBHQ+0.01%BHT作為最優抗氧化劑，與增效劑進行復配試驗。

2.2 最優抗氧化劑與增效劑復配(見圖3、圖4)

圖3 復合抗氧化劑與檸檬酸復配對核桃油 過氧化值的影響

圖4 復合抗氧化劑與抗壞血酸復配對核桃油 過氧化值的影響

常用的增效劑有檸檬酸、抗壞血酸、異抗壞血酸、植酸、磷酸、乙二胺四乙酸(EDTA)等。由圖3和圖4可知，隨著加熱時間的延長，添加不同量檸檬酸、抗壞血酸的核桃油過氧化值均逐漸升高。空白對照的過氧化值在192 h時超過6 mmol/kg，而添加檸檬酸、抗壞血酸的核桃油過氧化值達到6 mmol/kg的加熱時間有不同程度的延長。其中添加0.010%檸檬酸的核桃油在312 h超過6 mmol/kg，添加0.010%和0.012%抗壞血酸的核桃油過氧化值差異不明顯，超過288 h達到6 mmol/kg。

核桃油中的Cu2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+等金屬離子能催化油脂氧化，縮短氧化誘導期，提高過氧化物的分解速度和自由基的產生速度，并使抗氧化劑迅速發生氧化而失去作用。而加入的檸檬酸、 抗壞血酸等絡合了這些金屬離子，使抗氧化劑抗氧化活性再生，從而發揮其抗氧化增效作用，延長油脂的儲藏期[8]。

2.3 響應面優化試驗

2.3.1 響應面試驗回歸模型及優化

根據單因素試驗結果，以復合抗氧化劑(TBHQ與BHT質量比1∶1)、檸檬酸、抗壞血酸加量為自變量，以過氧化值(Y)為響應值，采用三因素三水平進行Box-Behnken試驗設計，建立用于分析和預測核桃油抗氧化劑的數學模型。響應面試驗因素水平見表1， 響應面試驗設計方案與結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平

表2 響應面試驗設計方案與結果

注：核桃油在60℃烘箱加熱120 h后測定的過氧化值。

應用Design-Expert 8.0.7軟件對表2試驗結果進行多元回歸擬合分析，可得到過氧化值(Y)與各因素之間的二次多項模型：Y=4.14-0.64A-0.32B-0.13C+0.27A2+0.023B2-0.056C2+5.882E-003AB-0.049AC-0.12BC。對回歸模型進行方差分析，結果見表3。

表3 回歸模型方差分析

由表3可知，對產品過氧化值(Y)的影響大小依次為A>B>A2>C>BC>C2>AC>B2>AB，其中A、B、C、A2和BC影響極顯著(P<0.01)，AC和C2影響顯著(P<0.05)，而AB、B2影響不顯著(P>0.05)。該回歸模型P小于0.000 1，表明該方程模型極顯著；模型失擬項不顯著(P=0.138 3>0.05)，即該方程擬合較好；模型相關系數R2為0.998 0，大于0.9，說明模型高度相關；信噪比RSN為68.624，大于4，說明模型設計合理，可用于預測。

2.3.2 最適條件及驗證試驗

對Design-Expert分析得到的優化回歸方程求解極小值，結果表明，當復合抗氧化劑、檸檬酸、抗壞血酸加量分別為0.017%、0.012%、0.010%時，核桃油在60℃烘箱加熱120 h的過氧化值為3.40 mmol/kg。為驗證方案的有效性，在此條件下進行3次重復驗證試驗，平均過氧化值為3.45 mmol/kg，實際值與預測值基本相近，在模型誤差允許范圍內，采用響應面Box-Behnken優化獲得的核桃油抗氧化劑保鮮方案準確可靠，對工業化生產具有實際的指導意義。

2.4 核桃油貨架期的預測

對添加最優復合抗氧化劑和增效劑的核桃油進行60℃烘箱儲存試驗，結果見圖5。

由圖5可知，隨加熱時間延長，空白樣品的過氧化值迅速增加，而添加最優組合的抗氧化劑和增效劑的核桃油儲藏期由24～48 h延長到432 h。根據阿侖尼烏斯(Arrhenius)公式得出的油脂儲存溫度與其貨架期之間的關系，Schaal烘箱法試驗60℃條件下儲存1 d相當于20℃條件下貯藏16 d[9-10]。因此，該核桃油在20℃條件下的理論貨架期為288 d。

圖5 最優復合抗氧化劑和增效劑對核桃油過氧化值的影響

3 結 論

添加抗氧化劑可顯著增強核桃油的穩定性，復合抗氧化劑抗氧化效果明顯優于單一抗氧化劑，復合抗氧化劑0.01%TBHQ+0.01%BHT的抗氧化效果最好；檸檬酸和抗壞血酸對抗氧化劑均有增效作用，檸檬酸的作用更強；0.017%復合抗氧化劑(TBHQ與BHT質量比1∶1)、0.012%檸檬酸和0.010%抗壞血酸的組合抗氧化效果最好，核桃油在20℃下的理論貨架期為288 d。