中国油料作物学报杂志投稿格式参考范文：响应面法优化油菜籽微波干燥工艺研究

　　国外学者对微波干燥过程中油菜籽品质变化进行了研究，结果表明温度高于 150℃、功率超 800 W 时，油菜籽中粗脂肪、粗纤维及其组分的含量均受温度的影响，且种子活性遭到破坏 [4]。微波干燥在降低油菜籽水分的同时，将夹杂在油菜籽中的青籽催熟，减少油菜籽在收获过程中的损耗 [5]。油菜籽中富含大量酚类化合物，能提高在储藏过程中的氧化稳定性，微波预处理后，压榨菜籽油中总酚含量发生显著提升 [6]，同时大量硫代葡萄糖苷的降解促使菜籽油风味有所提升 [7,8]。油脂的自动氧化是油脂劣变的主要途径，已有大量研究表明，微波干燥使得油菜籽中高抗氧化活性的菜籽多酚含量提升，### 一生育酚、### 生育酚的含量也有所提高 [9]，同时微波促使活性成分溶出，DPPH 自由基(2,2 - 二苯基 - 1 - 苦基肼自由基)清除率显著提升，降低油脂氧化速率 [10]。微波对部分氧化挥发物、硫苷降解物、美拉德反应产物有显著影响，如微波干燥后醛类物质降低，少量的醛类物质表现出愉快风味 [11]。吡嗪类等杂环类物质种类和含量增加，赋予菜籽油烘焙风味，而不同种类的菜籽油经过微波处理后风味物质的种类及含量也有较大改变 [12]。

　　本文以微波功率、传送速度、传送带样品堆放厚度作为优化参数，采用响应面法优化微波干燥工艺，并使用 GC-MS 分析微波干燥对油菜籽挥发性物质的影响，旨在为油菜籽干燥处理提供理论基础，提高油菜籽干燥品质。

　　1 材料和方法

　　1.1 材料试剂 油菜籽：瑞富油 808，产自江苏南通，新收获油菜籽经过脱粒处理，通过国标法测得油菜籽的初始水分为 12.01%(±0.1%)、出油率为 25.4%、过氧化值 2.13 mmol/kg、酸价 1.00 mg/g。异丙醇、酚酞(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)、无水乙醇、氢氧化钾、乙醚、冰乙酸、淀粉指示剂(10 g/L)、碘化钾、30~60℃沸程石油醚(南京化学试剂有限公司)、硫代硫酸钠(江苏强盛化工有限公司)、三氯甲烷、异辛烷(国药集团化学试剂有限公司)，试剂均为分析纯。

　　1.2 仪器设备 气质联用分析仪，购自美国安捷伦公司;100 µm DVB/CAR/PDMS 固相微萃取头;20 mL 顶空瓶(含隔垫)，购自南京慧杰诚生物有限公司;数显恒温水浴锅，购自国华电器有限公司;XOGZ-8kW 连续隧道式微波干燥灭菌线，购自南京先欧仪器制造有限公司;高速万能粉碎机，购自天津市泰斯特仪器有限公司;数字型流化床干燥实验装置 LG100D，购自浙江中控科教仪器设备有限公司。

　　1.3 方法

　　1.3.1 指标测定 油菜籽的出油率采用 GB 5009.6 索氏抽提法;过氧化值采用 LS/T6106 测定;酸价采用 GB 5009.229 测定;水分参照 GB 5009.3 测定;感官评价选择 5 人专业人员根据油菜籽的外观(圆润饱满无破裂为佳)、易碎度(不易捏碎为佳)、浸提菜籽油的透明度(澄清无絮状物为佳)、颜色(金黄色或浅黄色为佳)、风味(无异味为佳)评分，每项 20 分，共计 100 分取平均 [13,14]。

　　1.3.2 挥发性物质测定 微波组前处理方法为本文优化参数，热风干燥组参数参考万忠民 [15] 的热风条件：热风温度为 57.93℃、热风风量为 58.66 m3/h，将水分从 12.01%(±0.1%)降至 7%(±0.1%)。GC-MS 测定参照董红健 [16] 的优化参数：称量样品 4 g 入 20 mL 顶空瓶中，60℃水浴平衡 10 min，使用手动进样。吸附时间为 50 min，解析时间为 3 min。进样口温度 250℃，载气：He，载气流速 1.0 mL/min。离子源为 EI 源，离子源温度 230℃，接口温度 280 ℃，电子能量为 70 eV。

　　1.3.2 单因素实验 选择出油率、过氧化值、酸价作为评价指标。微波设备设置允许通过的最高温度为 65℃。使用容器为平底瓷托盘。将微波功率 640 W、传送速度 0.7 cm/s、样品厚度 7.5 mm 作为固定水平，使用不同微波功率(480、560、640、720、800 W)、传送速度(0.40、0.55、0.70、0.85、1.0 cm/s)、样品厚度(2.5、5、7.5、10、12.5 mm)做单因素实验，选择响应面区间。

　　1.4 数据统计分析 使用 Design-Expert8.0.6、Origin 2021 进行数据分析作图。使用 NIST08.L 谱库对检测出来的挥发性物质进行检索定性，排除空白杂质后，对匹配度大于 70% 的物质进行面积归一法定量分析，得出油菜籽挥发性物质的相对含量。

　　2 结果与分析

　　2.1 单因素结果分析

　　2.1.1 不同微波功率对油菜籽品质的影响 微波功率的增加使得细胞壁被破坏，油菜籽结构更脆，细小的油滴会汇聚成大油滴，出油率显著提高 [17,18]。而超过 800 W 后，极性分子相互碰撞摩擦生热，温度迅速上升，游离氨基酸与还原糖反应后产生烘焙、焦糊气味 [19,20]，风味品质降低，同时水分的过度蒸发导致出油率降低。480 W~800 W 条件下的过氧化值最高值(2.85 mmol/kg)、酸价最高值(0.62 mg/g)均在 GB 19300—2014 标准内。较高的微波功率下过氧化值较低，与 Fahad 等人 [21] 的研究结果一致。微波功率对酸价产生显著影响，且微波干燥能有效抑制脂肪酶活性，从而降低油脂水解酸败程度，提高后期储藏稳定性。本实验中 640 W 时酸价显著升高至 0.615 mg/g，可能是由于此功率下产生的温度，提高了脂肪酶的活性 [22,23]。根据期望结果(高出油率、低过氧化值和酸价)综合选择 640 W~800 W 为优化区间。

　　2.1.2 不同样品厚度对油菜籽品质的影响 微波可穿透到达籽粒内部，由内而外均匀干燥。随着平铺样品厚度的增加，出油率呈上升趋势。2.5 mm 时出油率最低(30.52%)，该条件下油菜籽失水过快，出现爆裂焦糊现象，严重影响出油率。郑立焓等 [24] 表示：油料出油率高的最佳水分为 6%。当样品厚度为 7.5~12.5 mm 时，符合该条件。厚度会影响总体温度，酸价与过氧化值一定程度上受温度影响 [25]。低厚度下，过氧化值的升高可能是因为微波辐射加速自由基产生 [26]，同时温度升高促进氧化导致的。本实验过氧化值与酸价最高时(2.76 mmol/kg 和 0.70 mg/g)，均符合 GB 19300—2014 标准，根据期望结果(高出油率、低过氧化值和酸价)综合选择 7.5~12.5 mm 为优化区间。

　　2.1.3 不同传送速度对油菜籽品质的影响 出油率随传送速度的加快显著降低，干燥时间缩短导致水分高于 6%，出油率降低 [23]。传送速度 0.85 cm/s 时过氧化值最高为 2.61 mmol/kg，但仍在国标范围内。朱庆贺等 [27] 研究发现油菜籽的过氧化值与含水量呈正相关。传送速度较快时，干燥时间短，含水量相对较高，导致过氧化值偏高。由于干燥时间短，油菜籽水分稍高，在 0.85 cm/s 时的酸价(0.67 mg/g)相较于 0.55~0.7 cm/s 略有升高，这与过氧化值在该传送速度下升高的原因类似 [28]。本实验中，0.25 cm/s 时酸价最高，达到 1.21 mg/g，可能是由于微波干燥时间长使得甘油三酯热氧化增加了游离脂肪酸的含量 [27]。传送速度在 0.4~0.85 cm/s 之间时，酸价均小于 0.82 mg/g，可能是由于干燥时间缩短，使得过氧化物酶活性较低，脂肪氧化速度降低，间接降低了酸价 [29]。传送速度在 0.4~0.7 cm/s 之间时，出油率有较高水平，同时酸价与过氧化值均处较低水平，根据期望结果(高出油率、低过氧化值和酸价)确定该区间为优化区间。

　　2.2 响应面优化实验结果分析

　　2.2.1 响应面实验结果 对设计出的 17 个实验组进行实验，得到 5 个指标结果。使用 DesignExpert 软件进行响应面回归分析，得到多元二次回归方程。

　　2.2.2 方差分析与回归方程 对五个指标与三因素之间分别建立回归方程并进行方差分析。在预测模型中，模型回归极显著(P<0.01)失拟项不显著(P>0.05)。较高的 R² 说明回归方程与实验的拟合度高。五个指标的变异系数 CV 值均小于 12%，该模型下预测结果误差较小，可信度较高。

　　2.2.3 各因素交互作用响应面分析 当微波功率(X₁)、样品厚度(X₂)、传送速度(X₃)其中一个因素为中心水平时，另外两个因素之间的交互作用对响应值的影响可用等高线和响应面图表示。响应面等高线图中部分等高线较密集且呈椭圆形，说明两个因素的交互作用显著。X₁X₂交互作用不显著，X₁X₃和 X₂X₃交互作用均显著。当微波功率较高，传送速度在 0.64 cm/s 左右时，能够达到较高的出油率(模型理论值约 40.6%)。较低的过氧化值在微波功率 780~800 W、传送速度 0.4~0.46 cm/s、样品厚度 12~12.5 mm 范围内出现。

　　三种交互条件下响应面的倾斜度较高，坡度陡峭，响应面预测酸价的最低条件较为准确。X₁X₃交互作用显著，当样品厚度处于中心水平时，随着微波功率的增加，酸价先略降后增加，约在 655~760 W、0.50~0.7 cm/s 之间时，酸价最低约。图表示 X₁X₂、X₁X₃交互作用显著，X₂X₃交互作用等高线图接近于圆，交互作用不显著。由 X₁X₂、X₁X₃交互作用等高线图可知：约在 640~720 W、8.7~11.2 mm、0.56~0.7 cm/s 条件下，感官评分最高，能够达到 90~95 分。样品厚度或传送速度为中心水平时，随着微波功率的增加，水分均呈现出先增加后降低的趋势;微波功率为中心水平时，随着传送速度的增加，水分均呈现上升趋势。三因素对出油率、酸价、感官评分影响大小依次为：X₃>X₁>X₂，对过氧化值、酸价的影响大小依次为：X₁>X₃>X₂。

　　2.3 优化结果与验证

　　微波干燥高水分油菜籽的目标期望为：出油率最高、过氧化值和酸价最低、感官评定最高、油菜籽的水分在 7% 左右。最终得出最优参数条件为：微波功率 785.3 W、样品厚度 8.11 mm、传送速度 0.70 cm/s。该条件下，预测的五个指标为：出油率 40.62%、过氧化值 1.71 mmol/kg、酸价 0.52 mg/g、感官评定：92.5 分、水分：7.0%。在该参数条件下，因设备条件限制，取微波功率 784w、样品厚度 8 mm、传送速度 0.70 cm/s 进行实验验证。实验结果为：出油率：39.19%、过氧化值：1.85 mmol/kg、酸价：0.46 mg/g、感官评定：93 分、水分：7.19%。均在模型预测范围之内，说明响应面优化后的工艺参数准确可靠，具有应用价值。

　　3 工艺优化后油菜籽挥发性物质测定

　　控制优化组与热风组的油菜籽最终水分相同，通过 GC-MS 比较微波干燥与热风干燥对油菜籽挥发性物质差异，结果发现：热风干燥的油菜籽挥发性物质种类虽多，但相对含量较低，例如热风组烷烃种类高达 29 种，但相对含量却比微波优化组少 9.36%。两组的烷烃类物质中，十二烷(青草香)差别最大，其次是 2,2,4,6,6 - 五甲基庚烷(樟脑(油)味)，前者在微波组中含量高，后者在热风组中含量高，后者属于不愉快风味物质。

　　微波干燥后烷烃类物质相对含量更多，但种类更少，季晓敏 [30] 表明：烷烃类是形成杂环类物质的中间成分，推测微波干燥后烷烃类种类减少是因为发生了复杂的化学反应最终产生杂环类物质，该推测与本实验结果(微波组中杂环类相对含量为 3.055%)对应。烷烃类中主要的有利风味成分有：2 - 甲基癸烷(黄油奶油味)、3,8 - 二甲基癸烷(花果香)、十二烷(青草香)、3,6 - 二甲基癸烷(花果香)、4,5 - 二甲基壬烷(青草香、坚果香)，上述风味物质在微波组与热风组均有出现，但在微波干燥组的相对含量更高。辛辣味等不利风味的主要来源是 6 - 乙基十一烷(相对含量 0.92%)、癸基环戊烷(相对含量 0.45%)，仅在热风组出现。

　　微波能够通过醇醛缩合促进烯烃类物质的合成 [31]，正癸烯仅在微波组出现且相对含量高达 11.65%，该化合物呈现出香甜味，属于愉快风味物质。1 - 十二烯(淡油脂香)在热风组的相对含量比微波组高 0.344%，未检测出不利烯烃类贡献成分。

　　醇类物质在热风组中特有，仅检出环丁醇和 18 - 壬烯 - 1 - 醇，主要呈现出花果香，总的相对含量较小(0.143%)，主要来自脂肪的氧化，对整体风味贡献度很小。推测该物质在微波组中未检测出的原因可能是微波抑制脂肪酶、脂肪氧化酶的活性，降低脂肪氧化，抑制醇类物质产生 [32]。

　　酸类物质中的壬酸在微波组出现，相对含量高达 4.466%，是主要的酸类贡献物质，该物质呈现奶酪味、椰子香，属于有利风味物质，微波组中的有利风味物质还有：十三烷酸(柠檬香)、6 - 十八烯酸(面包香、果香)等，未检测出不利风味成分。

　　醛类物质在微波组中共检出 3 种：壬醛、癸醛(柑橘香)、12 - 十八烯醛(坚果、油脂香)，其中壬醛具有清新的花香味，属于积极风味物质 [25]。壬醛是油料作物的一种特征性挥发性物质 [33]，在热风组中相对含量高于微波组，可能是微波干燥使得油菜籽中的酚类物质抗氧化能力增强，氧化稳定性提高，降低了油酸的氧化，导致壬醛含量降低，本结果与李星等 [34] 的微波研究结果相符合。庚醛一般被认为是辛辣味的贡献者 [35]，在热风组中检出，属于不利风味贡献成分。实验结果表明：微波组醛类物质含量较少，原因可能是微波改变了醛类组分的分子构象，影响了物质的稳定性甚至挥发性 [36]。

　　酮类与酯类物质大多数能够呈现出油脂味，热风组中的酯类风味物质(氯乙酸壬酯)对整体风味贡献较差。酮类是不饱和脂肪酸热氧化后的降解产物通常有一种微弱的气味，不作为主要挥发性物质，6,10 - 二甲基 - 5,9 - 十一双烯 - 2 - 酮呈现花果香，常用于制作精油类物质，该成分为积极气味贡献成分，在微波组中含量更高。氯乙酸壬酯仅在热风组中检出，且相对含量较高(5.584%)，为主要的风味成分，在整体风味中呈现出辛辣或刺激性臭味，是不利风味成分。杂环类物质仅在微波组中检出，占比 3.055%。

　　其中主要的有利风味成分为：2 - 乙基 - 5 - 甲基吡嗪(1.665%)，具有坚果香。金瑚 [37] 研究表明：在浓香型油菜籽中，该风味物质作为主要有利风味贡献成分出现，赋予油脂浓郁的坚果香、烘烤香，与本文研究结果一致。杂环类物质是油料作物加工成油类产品后主要香气物质 [38]，因发生美拉德反应而产生，且具有独特的风味，甚至可以通过该类物质分辨油料加工方式 [39]。杂环类物质的出现，证实了微波增香的作用 [40,41]。综上所述，微波干燥作为新型干燥方式，可以减少或消除 2,2,4,6,6 - 五甲基庚烷、6 - 乙基十一烷、癸基环戊烷、庚醛、氯乙酸壬酯等不利风味物质。

　　4 讨论与结论

　　基于单因素指标结果，确定响应面三因素优化范围，进行响应面优化实验，并建立回归模型，获得最优微波干燥工艺：微波功率 784 W、样品厚度 8 mm、传送速度 0.70 cm/s。该参数下，出油率 39.19%、过氧化值 1.85 mmol/kg、酸价 0.46 mgKOH/g、感官评分 93 分、水分 7.19%，均在模型预测范围内。GC-MS 结果表明：在该优化工艺条件下，相较于热风干燥减少了油菜籽中对风味不利的辛辣味物质，增加了对风味有利的炒香、烘烤味等物质。本研究明确了微波干燥与热风干燥油菜籽风味物质的差异，证明了在该优化条件下微波干燥优于热风干燥，确定该方法为理想的干燥手段，为后续油菜籽储藏过程中挥发性物质变化和品质变化提供参考。

朱田森;万忠民;张崇彬;王贤胜;丁嵩爽,南京财经大学食品科学与工程学院;江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心;无锡粮食集团有限公司,202503