核桃油加工技术：稳定性评价方法

油脂的氧化稳定性不仅会影响其货架寿命，更与其食用安全性密切相关。目前，核桃油脂稳定性研究多采用Schaal烘箱法，以过氧化值为指标评价核桃油脂的氧化稳定性。此法虽然传统且应用广泛，但实验过程冗长、操作烦琐且需要消耗大量有毒试剂。同时，由于油脂氧化反应是一个动态系统，因此往往需要结合多种指标，才能更全面地评价油脂氧化状态。Rancimat法是近年来在国外被广泛应用的油脂氧化稳定性评价方法，该法操作简便、精确度高、重现性好，且无需任何化学试剂，不仅可以测定液态油脂样品，还可以测定含油的固体样品。其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，从而改变了接收池中溶液的电导率，以此自动评估油脂氧化稳定指数（OSI）。研究表明，温度、气流速度和样品质量是影响Rancimat法测定油脂OSI的3个主要参数。因此，通过Rancimat法和Schaal烘箱法分别评价核桃油脂的氧化稳定性，并分析两者的相关性。同时，通过单因素试验和Box-Behnken（BBD）实验，探究温度、气流速度和样品质量对Rancimat法测定核桃油脂OSI的影响，并确定最优测定条件，以期为Rancimat法评价核桃油脂氧化稳定性及核桃油脂货架寿命的推算提供方法指导与理论参考。

一、材料与方法

（一）主要材料与试剂

核桃仁、三氯甲烷、冰乙酸、石油醚、碘化钾、环己烷、三氯乙酸、2，4—二硝基苯肼、氢氧化钾、无水乙醇，分析纯：天津市天力化学试剂有限公司。

（二）主要仪器

743型Rancimat油脂氧化测定仪：瑞士万通Metrohm公司；759S型紫外分光光度计：上海荆和分析仪器有限公司；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；BS224S—电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；电热恒温水浴锅：北京科伟永兴仪器有限公司。

（三）实验方法

1.油脂提取

核桃油脂的提取采用溶剂浸提法，其工艺流程为：

2.Rancimat法与Schaal烘箱法的相关性研究

取50g核桃油脂，置于50℃烘箱中，每隔24h分别测定其过氧化值、酸价、共轭烯烃值、羰基价及OSI值。

（1）过氧化值 依据GB 5009.227-2016测定，直接滴定法；

（2）酸价 依据GB 5009.229-2016测定；

（3）共轭烯烃值 依据GB/T 22500-2008测定；

（4）羰基价 依据GB 5009.230-2016测定；

（5）氧化稳定指数（OSI）采用743型Rancimat油脂氧化稳定仪进行测定。测定条件：温度120℃、气流速度15L/h、样品质量3g。向收集池中加入60mL蒸馏水，达到设定温度后开始测定，以电导率的二阶导数最大时作为终点，自动评估核桃油脂OSI。

3.货架期预测

（1）烘箱法 取20g核桃油脂，分别于30，40，50，60，70℃烘箱中加速氧化，期间每隔一定时间测定其过氧化值，利用回归方程推算核桃油脂25℃下的货架寿命。

（2）Rancimat法 分别在温度90，100，110，120，130℃条件下，利用743型Rancimat油脂氧化测定仪自动评估核桃油脂OSI，并推算核桃油脂25℃下的货架寿命。

4.Rancimat法单因素试验

（1）温度 气流速度15L/h、样品质量5g条件下，温度分别为90，100，110，120，130℃，测定核桃油脂OSI。

（2）气流速度 温度110℃、样品质量5g条件下，分别设定气流速度7，10，15，20，25L/h，测定核桃油脂OSI。

（3）样品质量 在温度110℃、气流速度15L/h条件下，分别取3，4，5，6，7g样品，测定核桃油脂OSI。

5.响应面实验设计

通过Design-Expert 8.0软件设计3因素3水平BBD实验，以OSI为响应值进行BBD响应面优化实验。

（四）数据处理与统计分析

采用Design-Expert 8.0软件进行方差分析和回归分析。

二、结果与分析

（一）Rancimat法与Schaal烘箱法测定油脂氧化稳定性的相关性

利用Rancimat法测定核桃油脂OSI，并分析核桃油脂OSI与其酸价、过氧化值、共轭烯烃值和羰基价之间的相关性，核桃油OSI与酸价的相关性如图6-1所示，核桃油OSI与过氧化值的相关性如图6-2所示，核桃油OSI与共轭烯烃值的相关性如图6-3所示，核桃油OSI与羰基价的相关性如图6-4所示。Rancimat法与Schaal烘箱法的相关性回归方程及相关系数见表6-1。

图6-1 核桃油OSI与酸价的相关性

图6-2 核桃油OSI与过氧化值的相关性

图6-3 核桃油OSI与共轭烯烃值的相关性

图6-4 核桃油OSI与羰基价的相关性

表6-1 Rancimat法与Schaal烘箱法的相关性回归方程及相关系数

由表6-1可看出，核桃油脂OSI与其过氧化值、共轭烯烃值及羰基价的相关系数分别为-0.963、-0.941、-0.952。由于r（0.01）9=0.735，而0.963、0.941、0.952均大于0.735，故所建立回归方程均有意义。同时，结合图6-2、图6-3、图6-4可看出，核桃油脂OSI与其过氧化值、共轭烯烃值及羰基价均呈极显著线性负相关（p＜0.01）。而OSI与酸价的相关系数为-0.681，且0.681＜0.735，故所建立回归方程无意义。而由于r（0.05）9=0.602，且0.681＞0.602，故所建立回归方程有意义。结合图6-1可知，核桃油脂OSI与其酸价呈显著线性负相关（p＜0.05）。

综上可见，利用Rancimat法可以代替Schaal烘箱法，简单、快速评价核桃油脂的氧化稳定性。

（二）温度对核桃油脂氧化速率及氧化反应活化能的影响(www.xing528.com)

为了探究两种方法推算核桃油的货架期与实际货架寿命存在差异的原因，将50g核桃油脂分别置于30，40，50，60，70，80℃烘箱中加速氧化，测定在不同温度下核桃油过氧化值的变化，不同温度下核桃油过氧化值的变化如图6-5所示，不同温度下核桃油ln（过氧化值）的变化如图6-6所示。

图6-5 不同温度下核桃油过氧化值的变化

图6-6 不同温度下核桃油ln（过氧化值）的变化

由图6-5、图6-6可看出，随着温度的升高，核桃油的过氧化值近似呈现指数趋势增长。根据Arrhenius公式，可得出：

式中 k——反应速率常数

A——指前因子

T——热力学温度，K

E_a——见表6-2中活化能，J/mol

R——摩尔气体常量，8.314J/（mol·k）

可见，lnk应与1/T呈线性关系。以不同温度下核桃油的lnk作图，不同温度下核桃油lnk值的变化如图6-7所示。计算每个温度区间核桃油脂的氧化反应活化能（E_a），不同温度区间的活化能见表6-2。

图6-7 不同温度下核桃油lnk值的变化

表6-2 不同温度区间的活化能 单位：kJ/mol

由图6-7和表6-2可知，在不同温度下，核桃油脂的反应速率常数并非定值，并且氧化反应活化能也随温度的升高而减小。众所周知，对于一般的化学反应，温度每升高10℃，化学反应速率增加一倍，即k=2。而核桃油脂氧化反应过程中反应速率常数并非定值，因此造成核桃油脂货架寿命的预测值与实际值之间存在差异。马攀等人的研究也发现汉麻籽油的氧化反应速率常数随温度的升高而减小。而Reza等人的研究中也提及在高温和低温下，油脂的氧化反应机理可能不同。因此，不能简单利用Rancimant法预测核桃油的货架期。

（三）Rancimant法单因素试验

1.温度对核桃油脂OSI的影响

温度对核桃油脂OSI的影响如图6-8所示。

图6-8 温度对核桃油脂OSI的影响

由图6-8可知，随着测定温度的升高，核桃油脂的OSI 显著下降（p＜0.05）。因此，测定温度越高，所需的测定时间越短。但有研究表明，当测定温度为100～120℃时，Rancimat法与AOM法的测定结果比较接近一致。因此选择100，110，120℃ 3个水平进行响应面实验。

2.气流速度对核桃油脂OSI的影响

气流速度对核桃油脂OSI的影响如图6-9所示。

测定过程中发现，当气流速度为7L/h时，电导率随时间变化曲线的曲率半径较大，无法自动评估核桃油脂的OSI。通过方差分析发现，当气流速度为10L/h及15L/h时，核桃油脂的OSI差异不显著（p＞0.05），而15，20，25L/h三个条件下核桃油脂的OSI差异显著（p＜0.05）。因此选取15，20，25L/h三个水平进行响应面实验。

图6-9 气流速度对核桃油脂OSI的影响

3.样品质量对核桃油脂OSI的影响

样品质量对核桃油脂OSI的影响如图6-10所示。

图6-10 样品质量对核桃油脂OSI的影响

结合图6-10，并进行方差分析后发现，不同质量核桃油脂的OSI差异不显著（p＞0.05）。因此，从节省样品质量的角度来考虑，分别选取样品质量为3，4，5g三个水平进行BBD实验。

4.Box-Behnken响应面设计实验

根据单因素实验结果，进行BBD响应面优化设计。只有温度和温度的二次项对核桃油OSI测定有极显著影响（p＜0.0001），各因素间交互作用不显著；模型P＜0.0001，达到极显著，失拟项P=0.3784＞0.05，不显著，说明模型建立成功，因此可以通过此模型预测核桃油的OSI。核桃油脂OSI预测值与实测值的相关性如图6-11所示。

图6-11 核桃油OSI预测值与实测值相关性

由图6-11可知，核桃油脂OSI预测值与实测值相关系数为0.994，两者之间相关性良好。因此，可以利用此模型确定Rancimat法测定核桃油OSI的最优条件，且优化条件为：温度120℃，气流速度18L/h，样品质量3.00g。

三、结论

分别采用Rancimat法和Schaal烘箱法来评价核桃油的氧化稳定性，并研究两者之间的相关性，结果表明：

（1）核桃油的OSI与其过氧化值、共轭烯烃值以及羰基价呈极显著线性负相关（p＜0.01），相关系数分别为-0.963、-0.941、-0.952；与其酸价呈显著负相关（p＜0.05），相关系数为-0.681。

（2）同时研究了温度对核桃油脂的氧化速率常数及氧化反应活化能的影响。结果表明：核桃油脂氧化速率常数并非定值，氧化反应活化能也随温度的升高而减小。因此造成核桃油脂货架寿命的预测值与实际值之间存在较大差异。

（3）对Rancimat法测定核桃油脂OSI的仪器参数进行优化。单因素实验发现，测定温度对核桃油脂OSI有极显著影响（p＜0.01）；气流速度对核桃油脂OSI有显著影响（p＜0.05），而样品质量对核桃油脂OSI无显著影响（p＞0.05）；测定温度、气流速度、样品质量三因素之间交互作用不显著（p＞0.05）。通过BBD实验预测核桃油脂的OSI值与实测值之间相关性良好（r²=0.994）。最终得到Rancimat法测定核桃油脂OSI的最佳条件：温度120℃，气流速度18L/h，样品质量3.00g。

Rancimat法虽然可以代替Schaal烘箱法简单、快速评价核桃油脂的氧化稳定性，但不能简单利用Rancimat法直接推算核桃油的货架期，要准确地预测核桃油货架寿命还有待开发新的方法。