米糠油中不同抗氧化劑配比的RSM優化設計

黃軍, 熊國鋒

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

米糠油是糧食加工過程中碾米副產物的油糠經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因氧化酸敗而變質。目前油脂常用的抗氧化劑有BHT、TBHQ、BHA、PG、Vc棕櫚酸酯等，單獨使用時，往往效果較差，達不到最佳性能比，而復配抗氧化劑各種單體之間往往具有增效效應，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（AV）首次超過GB2716相應規定值的時間為穩定值，研究不同BHT、TBHQ、BHA、PG、Vc棕櫚酸酯及復配組合對米糠油貯藏穩定性的影響，以便為米糠油的實際生產及產品保質期的確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠油（江西京創樹脂有限公司）；TBHQ、PG（廣東省食品工業研究所）；BHT、BHA（青島恒瑞泰貿易有限公司）；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（上海精密科學儀器有限公司）、MP2000電子天平（上海恒平科學儀器有限公司）；SKP-02.250電熱恒溫烘箱（黃石恒豐醫療器械有限公司）；BCD-208K/ANCJIN冰箱（青島海爾股份有限公司）。

1.2 實驗方法

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（試驗樣品制備）

(1)用以上方法按表1進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進行復配組合，進行如下復配組篩選。

表1 抗氧化劑初步篩選試驗分組

1.2.3 POV測定

參照GB/T5009.227—2016規定。

表2 抗氧化劑復配試驗分組

1.2.4 AV測定

參照GB/T5009.229—2016規定。

為了減輕水浮力及節約投資，建設單位在與設計、監理單位協商后，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 平均穩定值計算

圖1 60±1℃加速氧化各米糠油試驗組POV及AV的變化

從圖1可以看出，實驗各組穩定值（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，其他各試驗組可明顯減緩POV、AV升高延長保質期，特別是各實驗組中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，從平均穩定值變化情況可以發現，綜合分析抗氧化效果優劣為：Ⅵ組＞Ⅲ組＞Ⅳ組＞Ⅴ組＞Ⅱ組＞Ⅰ組，初步篩選出較優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 數據處理

利用Design Expert 10.0.4及SAS軟件對平均穩定值Y（d）實驗數據進行多元回歸擬合及方差分析。

2 結果與分析

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）氧化過程分成引發期和傳遞期兩個階段，引發期內，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損失，米糠油氧化速度加快。進而引發氧化反應的不斷進行，過氧化物不斷增加，于是便進入傳遞期，特別是24 d后，各復配試驗組POV迅速增大。原因為經過約24 d的引發期后進入傳遞期， 油脂氧化分解而生成的醛類、酮類等，POV曲線隨著時間的延長急劇上升。

2.2 不同氧化劑復配對米糠油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，且隨時間推移效果更明顯，但不同的復配試驗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仍然小于國標值，至少為Ⅰ組首次超過國標值時間的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不超過標準值的時間約在30～36d，比Ⅰ組明顯延遲。原因為各種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合的游離氫原子，阻止了氧化鏈式反應的傳遞，進而阻止氧化不斷進行，故米糠油中產生的過氧化物較少，POV低。不同抗氧化劑其抗氧化效果不同，因此作用結果也就不同。

圖2中，各復配組的AV前9 d變化緩慢，但隨時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配試驗組都快，隨著時間的延長，產生大量的過氧化物，進而引發鏈式反應，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式反應，Ⅹ組抗氧化效果強，產生的有機過氧化物分解的游離脂肪酸較少，故AV值低。故各復配組對抑制米糠油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 不同氧化劑復配對米糠油貯存穩定性的效果評價

從圖2分析，采用Schaal烘箱加速氧化法，各試驗組的AV均比POV提前超過GB2716規定的指標值，原因為米糠油發生氧化性酸敗外，還存在水解性酸敗。以上復配試驗組均能提高米糠油的穩定值，明顯優于對照組，綜合分析，Ⅹ組的抗氧化最佳，其穩定值為33～36 d是對照樣品穩定值18～21 d的1.71～1.83倍， Ⅷ組的穩定度為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配組成的優化

2.4.1 RSM分析法因素水平及編碼的建立

按Box-Benhnken的中心組合試驗設計，綜合2.2、2.3實驗結果，選取VC棕櫚酸酯、BHA和TBHQ對平均穩定值（編碼為Y）3個自變量分別以X1、X2和X3代表，按照低、中、高實驗水平分別以-1、0、1進行編碼[12]，實驗因素水平及編碼如表3所示。

表3 RSM實驗因素水平及編碼

2.4.2 模型方程的建立與顯著性檢驗

利用Design Expert 10.0.4工具，通過對表3中平均穩定值Y（d）數據進行擬合，獲得Y對各自變量編碼：Vc棕櫚酸酯、BHA和TBHQ的二次多項回歸方程：

由表4的數據，在SAS RESREG程序計算出回歸方程中各系數，對平均穩定值Y的回歸模型進行數學分析。

表4 RSM實驗結果

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，該模型的失擬項顯著（P＜0.0001），且R2=0.9614，實際值與預測值擬合較好，可以用于平均穩定值實驗的理論預測。P＞F的值小于0.05說明模型因素是顯著的，可見X1、X1X3和X2X3都發生顯著的交互性。失擬值=262.50表明只有＜0.01%的發生概率使擬合不準。說明具體實驗因子對響應值的影響并非簡單的線性關系。

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因素，建立各因素間的交互響應面及等高線。根據數學模型，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實驗的影響是顯著的。固定X3=0的條件下，Vc棕櫚酸酯和BHA對平均穩定值的影響最大，因為，等高線的形狀是交互效應強弱的表現，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，隨著BHA的增大，平均穩定度先增大后減小。固定X2=0時，顯示Vc棕櫚酸酯對平均穩定度的影響與BHA略有不同，隨Vc棕櫚酸酯的增大也不斷增大。

2.4.4 結果驗證

利用Design Expert 10.0.4軟件對數據進一步分析，得出最佳復配比例：Vc棕櫚酸酯為0.014%、BHA為0.011%、TBHQ為0.005%，在此條件下理論預測最大值為37.734 d，為了驗證平均穩定值方程（響應面優化模型）的可靠性，并考慮操作的方便性，采用上述最優條件平行進行2組平行驗證實驗，在此條件下，米糠油的平均穩定值為38.0 d，與理論預測值誤差為0.266 d，因此表明此模型是可靠的，具有實用價值。

3 結論

(1)不同抗氧化劑對米糠油貯藏穩定性均有提高，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行復配，發現不同復配試驗組對米糠油的抗氧化性效果差異較大，其中Ⅹ組處理的米糠油穩定值最高，可達33～36 d，是對照樣品穩定值18～21 d的1.71～1.83倍。

(2)根據選取的最佳復配試驗組，采用RSM及SAS分析，以平均穩定值為考察對象，得出抗氧化劑最佳復配配比為：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際平均穩定值分別為37.734 d、38.0 d。