于殿宇，袁泰增，汪 鴻，裴興武，江連洲,*，王立琦*，于文博

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028；3.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028；4.長(zhǎng)春寶石制油有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

月見草（Oenothera biennis）是柳葉菜科月見草屬的一個(gè)品種，具有頑強(qiáng)的生命力，耐酸耐旱，除在土壤濕度較大的地方難以生長(zhǎng)，其他地方均可以生存，它的種子由于其藥用和營(yíng)養(yǎng)特性，被廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)，作為生產(chǎn)油脂的原料[1]。月見草主要種植于我國(guó)東北和華北地區(qū)，黑龍江、吉林等地均有種植，由于原料品種、產(chǎn)地及回獲時(shí)間不同，月見草的質(zhì)量也會(huì)有一定差距[2]。月見草油因其富含多不飽和脂肪酸，尤其是γ-亞麻酸而備受關(guān)注，有時(shí)也被用作食品添加劑[3]和膳食補(bǔ)充劑。由于其特殊的脂肪酸組成，油脂的氧化穩(wěn)定性較差，非常容易發(fā)生氧化酸敗的現(xiàn)象，對(duì)加工條件要求苛刻[4-11]。

由于月見草油的不飽和脂肪酸含量高，在存放過程中易發(fā)生氧化酸敗，產(chǎn)生一些對(duì)人體有害的過氧化物，而油脂精煉可去除月見草油中一些水溶性雜質(zhì)和脂溶性物質(zhì)，提高月見草油的油品質(zhì)量，提高其感官品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期[12-17]。蒸汽是脫臭工藝中最常用的汽提氣體，在脫臭過程中會(huì)發(fā)生油脂水解，由于經(jīng)濟(jì)原因，其通常是最優(yōu)選擇。然而，一些學(xué)者提出使用氮?dú)獯嫠魵庾鳛槠釟怏w[18]。使用氮?dú)庾鳛槠釟怏w的優(yōu)點(diǎn)為可以得到更穩(wěn)定的脫臭油、高質(zhì)量的餾出物和更低的中性油損失[19]。目前國(guó)內(nèi)有一些關(guān)于月見草油脫臭工藝中過氧化值的研究[2]，但鮮見用氮?dú)饷摮艉驼羝摮魧?duì)比研究過氧化值的報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)利用不同工藝參數(shù)對(duì)月見草油進(jìn)行氮?dú)饷摮艉驼羝摮簦瑢?duì)脫臭后的月見草油過氧化值進(jìn)行檢測(cè)，探究脫臭效果，然后采用響應(yīng)面方法建立模型以及顯著性分析預(yù)測(cè)脫臭后月見草油過氧化值，進(jìn)而分析脫臭工藝參數(shù)的交互作用，為提高月見草油穩(wěn)定性提供新工藝與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫色月見草油 長(zhǎng)春寶石制油有限公司；氮?dú)猓兌?9.999%） 濰坊亞和氣體設(shè)備有限公司；14%甲醇-三氟化硼 上海康朗生物科技有限公司；正己烷山東偉明化工有限公司；所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GCMS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；BSM-220.3精密天平 上海卓精電子科技有限公司；LZB-15玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì) 江蘇省蘇科儀表有限公司；SP-756分光光度計(jì) 北京普雷德儀器設(shè)備有限公司；GZX-DH300-BS電熱干燥箱 上海篤特科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 月見草油的脫臭工藝

采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的氣體脫臭裝置，該裝置由氣體發(fā)生裝置、反應(yīng)釜、接回容器和真空泵等組成，反應(yīng)釜分別和蒸汽發(fā)生裝置和冷凝管連接，蒸汽發(fā)生裝置是由蒸汽發(fā)生設(shè)備和恒流泵組成（圖1）。油的溫度可以由溫度計(jì)控制，脫色月見草油在加熱的過程中在反應(yīng)釜的底部通入氣體，也可起到攪拌的目的，在高溫真空的條件下，氣液相接觸，油脂中的臭味成分揮發(fā)到氣體中，伴隨著氣體一起逸出，而達(dá)到脫臭的目的。稱取脫色月見草油于反應(yīng)釜中，啟用真空泵降低系統(tǒng)壓力，然后加熱反應(yīng)釜，緩慢將脫色油加熱至脫臭所需的溫度，開啟氣體發(fā)生裝置。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉加熱爐和蒸汽發(fā)生裝置，并將脫臭油的溫度降至室溫，然后充入破除真空，即得到脫臭月見草油[20]。

圖1 實(shí)驗(yàn)室脫臭裝置Fig. 1 Schematic illustration of the laboratory deodorization device

1.3.2 脫臭條件對(duì)脫色月見草油過氧化值影響的單因素試驗(yàn)

以蒸汽脫臭和氮?dú)饷摮糇鲗?duì)比，研究脫色月見草油在脫臭工藝中過氧化值含量的優(yōu)化條件，選擇脫臭溫度、脫臭時(shí)間和氣體流速3 個(gè)因素對(duì)過氧化值進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

在脫臭時(shí)間3.5 h、氣體流速2.5 mL/min條件下，分別以110、120、130、140、150 ℃的溫度進(jìn)行脫臭，研究脫臭溫度對(duì)月見草油過氧化值的影響[2]。

在脫臭溫度150 ℃、氣體流速2.5 mL/min條件下，分別以2、2.5、3、3.5 h和4 h的時(shí)間進(jìn)行脫臭，研究脫臭時(shí)間對(duì)月見草油過氧化值的影響。

在脫臭溫度150 ℃、脫臭時(shí)間3.5 h條件下，分別以0.5、1、1.5、2 mL/min和2.5 mL/min的氣體流速進(jìn)行脫臭，研究氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響。

1.3.3 響應(yīng)面法優(yōu)化脫臭條件

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Code and level of independent variables used for Box-Behnken design

采用3因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，如表1所示。以過氧化值為指標(biāo)，對(duì)氮?dú)饷摮舻墓に噮?shù)進(jìn)行優(yōu)化，使用Box-Behnken設(shè)計(jì)，包括17 個(gè)試驗(yàn)，使用Design Expert 8.0.6用于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制響應(yīng)面，進(jìn)行顯著性分析，選出過氧化值含量最佳的工藝參數(shù)[21-23]。

1.3.4 質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)定

試樣的制備參考GB/T 15687—2008《動(dòng)植物油脂試樣的制備》；過氧化值的測(cè)定參考GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂 過氧化值測(cè)定》；酸值的測(cè)定參考GB 5009.229—2016《食品中酸價(jià)的測(cè)定》；P-茴香胺值的測(cè)定參考GB/T 24304—2009《動(dòng)植物油脂 茴香胺值的測(cè)定》；水分及揮發(fā)物含量的測(cè)定參考GB 5009.236—2016《動(dòng)植物油脂 水分及揮發(fā)物的測(cè)定》；雜質(zhì)含量的測(cè)定參考GB/T 15688—2008《動(dòng)植物油脂 不溶性雜質(zhì)含量的測(cè)定》；色澤的測(cè)定參考GB/T 22460—2008《動(dòng)植物油脂 羅維朋色澤的測(cè)定》；γ-亞麻酸含量的測(cè)定參考GB/T 21495—2008《動(dòng)植物油脂 具有順,順-1,4-二烯結(jié)構(gòu)的多不飽和脂肪酸的測(cè)定》；溶劑殘留量的測(cè)定參考AOCS Official Method Ca 3b-87(2001)；含皂量的測(cè)定參考GB/T 5533—2008《糧油檢驗(yàn) 植物油脂含皂量的測(cè)定》；冷凍實(shí)驗(yàn)參考GB/T 35877—2018《糧油檢驗(yàn) 動(dòng)植物油脂冷凍試驗(yàn)》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 脫臭溫度對(duì)月見草油過氧化值的影響

圖2 脫臭溫度對(duì)月見草油過氧化值的影響Fig. 2 Effect of deodorization temperature on peroxide value of evening primrose oil

由圖2可知，在110～150 ℃之間，氮?dú)饷摮艉驼羝摮艉笤乱姴萦瓦^氧化值變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢(shì)。蒸汽脫臭和氮?dú)饷摮魧?duì)月見草油過氧化值含量的影響對(duì)比顯著，說明氮?dú)饷摮艨梢杂行Ы档陀椭械倪^氧化值。脫臭溫度在110 ℃升高至140 ℃的過程中過氧化值差異顯著；在140～150 ℃之間時(shí)對(duì)過氧化值的影響差異不顯著。這可能是因?yàn)殡S著脫臭溫度的升高，油脂臭味成分中的不飽和成分，比如酮類、醛類等被氧化，導(dǎo)致油脂中的飽和度增加，所以油脂的過氧化值會(huì)有所降低[24]。如果脫臭溫度過高，油脂的色澤也會(huì)加深。另外，一些如VE的脂溶性營(yíng)養(yǎng)成分的損失也會(huì)加大，從而降低油脂的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[25]。因此，綜合考慮，月見草油的脫臭工藝應(yīng)選擇氮?dú)饷摮?，脫臭溫度?yīng)控制在140 ℃左右。

2.2 脫臭時(shí)間對(duì)月見草油過氧化值的影響

由圖3可知，脫臭時(shí)間在2～4 h之間，氮?dú)饷摮艉驼羝摮艉笤乱姴萦瓦^氧化值變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)先減少后有小幅度增加的現(xiàn)象。同樣的蒸汽脫臭和氮?dú)饷摮魧?duì)月見草油過氧化值含量的影響對(duì)比顯著，氮?dú)饷摮艨梢杂行У亟档陀椭械倪^氧化值。當(dāng)脫臭時(shí)間為2～3.5 h時(shí)，脫臭速度減緩，使油脂中過氧化值達(dá)到最低點(diǎn)，隨脫臭時(shí)間的延長(zhǎng)，過氧化值又逐漸升高。因?yàn)樵谳^高溫度下，不能滿足脫臭所需要的真空度，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，一部分油脂水解產(chǎn)生脂肪酸，同時(shí)一些熱敏性組分也會(huì)發(fā)生熱分解，產(chǎn)生一部分新的揮發(fā)性成分，油脂的色澤也會(huì)加深。因此，脫臭時(shí)間過長(zhǎng)不利于油脂的品質(zhì)[25]。綜合考慮，月見草油的脫臭工藝應(yīng)選擇氮?dú)饷摮?，脫臭時(shí)間選擇3.5 h為最佳。

2.3 氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響

圖4 氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響Fig. 4 Effect of gas fl ow rate on peroxide value of evening primrose oil

由圖4可知，氣體流速在0.5～2.5 mL/min之間，氮?dú)饷摮艉驼羝摮艉笤乱姴萦瓦^氧化值變化趨勢(shì)一致。在氣體流速較低時(shí)過氧化值變化較大，呈現(xiàn)持續(xù)降低的現(xiàn)象；在2.0～2.5 mL/min時(shí)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。可能是因?yàn)橛椭械倪^氧化物遇熱分解成的小分子化合物具有揮發(fā)性，隨著脫臭的進(jìn)行蒸餾出去[26]。氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w不易與油脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，減少了油脂和外界物質(zhì)發(fā)生氧化等化學(xué)反應(yīng)，也可以增加油脂的穩(wěn)定性[27]。因此，綜合考慮，月見草油的脫臭工藝應(yīng)選擇氮?dú)饷摮?，氣體流速為2 mL/min。

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取氮?dú)饷摮暨M(jìn)行優(yōu)化，以脫臭溫度、脫臭時(shí)間、氣體流速3 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以過氧化值為響應(yīng)值，結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Box-Behnken design in terms of coded values with response variable

2.4.2 響應(yīng)面模型方程建立與顯著性分析

對(duì)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)使用多元回歸模型進(jìn)行擬合，通過響應(yīng)面交互作用的方差分析，顯示各因素對(duì)月見草油過氧化值含量具有顯著性影響。利用Design Expert軟件進(jìn)行擬合得到的脫臭溫度、脫臭時(shí)間和氣體流速與過氧化值之間的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

Y=0.33-0.018A-6.375×10-3B-0.011C+9.500×10-3AB+1.500×10-3AC+5.250×10-3BC+0.025A2+0.030B2+0.021C2

利用Design Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，由表3可知，整體模型的F值為102.27，模型回歸值P值小于0.000 1，表明模型為極顯著，其中一次項(xiàng)A和二次項(xiàng)A2、B2和C2表現(xiàn)出極顯著水平，一次項(xiàng)B、C、AB和BC表現(xiàn)出顯著水平，失擬項(xiàng)不顯著，表明該模型有效，且模型中的調(diào)整系數(shù)為0.982 7，說明98.27%的響應(yīng)值變化可通過該模型進(jìn)行解釋，相關(guān)系數(shù)R2為0.992 5，表明模型與試驗(yàn)擬合良好，可以用此模型分析和預(yù)測(cè)月見草油過氧化值的含量，有較高的可信度。

表3 響應(yīng)面二次模型的方差分析Table 3 Analysis of variance of response surface quadratic model

2.4.3 響應(yīng)面交互作用分析

圖5 脫臭參數(shù)交互作用對(duì)月見草油過氧化值的影響Fig. 5 Surface response plots showing the interactive effect of deodorization parameters on peroxide value of evening primrose oil

由圖5可以看出，脫臭溫度、脫臭時(shí)間、氣體流速3 個(gè)變量?jī)蓛山换?，在試?yàn)設(shè)置的參數(shù)內(nèi)，月見草過氧化值均具有極值。在AB交互中，脫臭時(shí)間對(duì)月見草油過氧化值的影響隨著脫臭溫度的升高呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)；在AC交互中，氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響隨著脫臭溫度的升高呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)；在BC交互中，氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響隨著脫臭時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)。其中AC交互時(shí)月見草油過氧化值雖然有極值，但結(jié)果為不顯著影響，即脫臭溫度和氣體流速之間的交互作用不顯著。而AB和BC交互均為顯著性影響，即脫臭溫度和脫臭時(shí)間以及脫臭時(shí)間和氣體流速之間有著顯著地交互作用。

由圖5可知，氮?dú)饷摮魧?duì)月見草油過氧化值影響的最優(yōu)條件為脫臭溫度144 ℃、脫臭時(shí)間3.5 h、氣體流速2.1 mL/min，在此條件下的過氧化值為0.324 mmol/kg。為保證預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，該條件下過氧化值平均為0.321 mmol/kg。理論值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，表明回歸方程與實(shí)際情況吻合較好，說明本模型設(shè)計(jì)具有可行性。結(jié)果表明此方法可以有效降低月見草油過氧化值含量，從而提高月見草油的貯存穩(wěn)定性。

2.5 月見草油的質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

表4 月見草油質(zhì)量指標(biāo)Table 4 Quality indicators of deodorized evening primrose oil

由表4可知，經(jīng)過氮?dú)饷摮艄に噮?shù)為脫臭溫度144 ℃、脫臭時(shí)間3.5 h、氣體流速2.1 mL/min得到的月見草油符合企業(yè)的出口標(biāo)準(zhǔn)[28-31]。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)考察氮?dú)饷摮魧?duì)月見草油穩(wěn)定性的影響，以過氧化值為指標(biāo)，采用氮?dú)饷摮艉驼羝摮魧?duì)比，得到氮?dú)饷摮魧?duì)降低月見草油過氧化值更顯著的結(jié)論。進(jìn)而采用響應(yīng)面法優(yōu)化脫臭溫度、脫臭時(shí)間和氣體流速對(duì)月見草油過氧化值的影響效果，確定了最佳的氮?dú)饷摮魲l件為脫臭溫度144 ℃、脫臭時(shí)間3.5 h、氣體流速2.1 mL/min，月見草油過氧化值平均為0.321 mmol/kg。最后經(jīng)過企業(yè)指標(biāo)檢測(cè)得到經(jīng)過氮?dú)饷摮舻脑乱姴萦涂梢酝ㄟ^企業(yè)對(duì)于月見草油的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，該方法為提高月見草油穩(wěn)定性提供了新工藝與理論依據(jù)。