糙米狀態(tài)下水酶法提取米糠油的方法研究

任 悅 王文華 王玉琦 孫立斌 于殿宇 朱秀清，2，3

糙米狀態(tài)下水酶法提取米糠油的方法研究

任 悅1王文華1王玉琦1孫立斌1于殿宇1朱秀清1，2，3

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院1，哈爾濱 150030）
（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)國家大豆工程研究中心2，哈爾濱 150028）
（黑龍江省大豆技術(shù)開發(fā)研究中心3，哈爾濱 150028）

為避免因碾磨糙米時被激活的脂肪酶與米糠油接觸后發(fā)生水解反應(yīng)，得到品質(zhì)穩(wěn)定的高級食用米糠油，本試驗(yàn)創(chuàng)新性地在糙米狀態(tài)下采用水酶法提取米糠油，以米糠出油效率為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析對酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，得到糙米狀態(tài)下最優(yōu)水酶法提取米糠油工藝條件。結(jié)果表明，在優(yōu)化培養(yǎng)條件：加酶量1.6%，酶解溫度45℃，酶解時間50 min，初始pH 6.0，料液比1∶4（m∶V），出油效率為69.85%，在此條件下獲得的米糠油的酸價為1.26 mg／g。掃描電子顯微鏡觀察表明，水酶法提油處理后的糙米的表面結(jié)構(gòu)明顯發(fā)生變化和處理后的糙米經(jīng)過加工制成的精米品質(zhì)完好。

糙米 水酶法 酸價 出油效率

我國是世界上最大的稻米生產(chǎn)國，米糠是大米加工過程中的重要副產(chǎn)物，米糠中的油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)15%～20%，米糠油是一種重要的、營養(yǎng)價值很高的植物油，米糠油中含有多種對健康有益的組分［1］，其中油酸、亞油酸和亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80%以上，同時還含有較多的維生素E、谷維素和植物甾醇等。米糠油作為一種非傳統(tǒng)油脂，其營養(yǎng)價值超過大豆油、菜籽油等傳統(tǒng)食用植物油，米糠油被營養(yǎng)學(xué)家譽(yù)為營養(yǎng)保健油［2－3］。米糠油能夠增加高密度膽固醇脂蛋白含量，降低低密度膽固醇脂蛋白含量，有提高免疫功能、降低血脂、防治動脈硬化、抗癌等作用［4－5］。但碾米后在脂肪酶作用下米糠油脂水解酸敗，酸價在數(shù)小時內(nèi)迅速上升造成酸?。?－8］。米糠油制取和精煉過程中存在許多技術(shù)難點(diǎn)，相較于日本等世界發(fā)達(dá)國家，我國對米糠油的加工及其綜合利用仍然存在一定差距。目前美國RICE－X公司的米糠脫酶穩(wěn)定化技術(shù)較為先進(jìn)，日本筑野輔美食品工業(yè)公司的米糠油和RICEO米糠功能性提取物等高科技產(chǎn)品逐步系列化。

米糠不穩(wěn)定的原因在于脂肪酶與油脂分別位于不同的結(jié)構(gòu)層次上［9］，經(jīng)過碾磨后的米糠，激活了米糠中的脂肪酶，使得不同結(jié)構(gòu)上的米糠油和脂肪酶相互接觸，脂肪酶使油脂迅速分解出游離脂肪酸，米糠的酸價以每小時0.5%～2%的速度遞增，米糠就呈現(xiàn)不被人接收的“哈喇”味［10－11］。米糠油脂在室溫下發(fā)生脂肪酶水解的速度也很快，生產(chǎn)所得的米糠毛油酸價高，不易制備高級食用米糠油。本文研究了在糙米狀態(tài)下水酶法提取米糠油的工藝，根據(jù)水酶法提取米糠油工藝的研究［12－15］，在未經(jīng)過碾米工序、直接在糙米狀態(tài)下，利用水酶法提取米糠油，這樣使米糠中的脂肪酶處于“隔離”狀態(tài)，避免了脂肪酶和油脂相互接觸而發(fā)生水解反應(yīng)，有效的控制了米糠油脂水解酸敗，為生產(chǎn)高級食用米糠油奠定了良好基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

糙米：總脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.1%（米糠重），自備。

纖維素酶（酶活為15 000 U／g）和蛋白酶（酶活為50 000 U／g）：諾維信公司。其他試劑均為分析純。

S－3400N型掃描電子顯微鏡：日本Hitachi公司；MLU－202型布勒實(shí)驗(yàn)?zāi)ィ喝鹗坎祭展荆?01A－3E型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；SY95－RAT4型全自動糙米加工檢測儀：韓國雙龍機(jī)械產(chǎn)業(yè)社。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水酶法提油工藝過程

圖1 糙米狀態(tài)下水酶法提取米糠油的工藝流程

式中：m為提取的總游離油的質(zhì)量／g；M為原料糙米的質(zhì)量／g；5.5%為糙米的出糠率，16.1%為糙米表面米糠的總脂肪含量。

稱取500 g經(jīng)過預(yù)處理的糙米，按一定料液比加入蒸餾水，置于恒溫水浴鍋中不斷攪拌，加入一定量復(fù)合酶，控制反應(yīng)溫度，并用乙酸－乙酸鈉緩沖溶液和磷酸氫二鈉－磷酸二氫鈉緩沖液控制反應(yīng)體系的pH，酶解一定時間后，升溫至80℃滅酶5 min，進(jìn)行離心分離，得到游離油1，然后將乳狀液進(jìn)行破乳，離心分離后得到游離油2，游離油1和游離油2的質(zhì)量總和即為總游離油的質(zhì)量，根據(jù)公式（1）計算出油效率。

1.3 測量指標(biāo)

糙米整精米率測定參照GB／T 18810—2002；依據(jù)稻米蒸煮特性試驗(yàn)方法測定干物質(zhì)、膨脹率［16］。

2 結(jié)果與討論

2.1.1 復(fù)合酶比例的確定

采用1.2.1的工藝操作，分別用纖維素酶、中性蛋白酶組成的復(fù)合酶進(jìn)行試驗(yàn)，復(fù)合酶的添加量均為1.5%，以出油效率為考察指標(biāo)，確定復(fù)合酶比例。復(fù)合酶A、B、C、D及E（纖維素酶∶中性蛋白酶）組合比例如下：5∶5、6∶4、7∶3、8∶2 及9∶1。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同復(fù)合酶配比對出油效率的影響

由圖2可看出，采用不同的復(fù)合酶配比，對糙米出油效率有重要影響，當(dāng)采用復(fù)合酶C和復(fù)合酶D時，糙米出油效率在60%以上。糙米從外至里可分為果皮、種皮、糊粉層和胚乳，果皮和種皮為外糠層，果皮的厚度約為7～10μm，種皮的厚度約為3～4μm，糙米籽粒從外皮層到內(nèi)皮層，蛋白質(zhì)含量呈上升趨勢，而脂肪、膳食纖維含量呈下降趨勢［17］，同時糙米表面的米糠中約含有13%的蛋白質(zhì)、14%的纖維素，加入反應(yīng)體系中的纖維素酶能夠酶解糙米表面外糠層中的纖維素，將糙米表面外糠層的組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，同時糊粉層對胚乳也起到間接的保護(hù)作用，這樣油脂與蛋白質(zhì)、碳水化合物構(gòu)成脂蛋白、脂多糖等復(fù)合體就暴露出來，而后中性蛋白酶將油脂復(fù)合體破壞，進(jìn)而釋放出其中的油脂。考慮到糙米表面的米糠層較薄，纖維含量相對較低，同時為更好的破壞油脂復(fù)合體，因此，本研究選擇復(fù)合酶C進(jìn)行在糙米狀態(tài)下提取米糠油的工藝試驗(yàn)。

2.1.2 加酶量對糙米出油效率的影響

在pH 6.0、酶解溫度45℃、酶解時間50 min和料液比1∶4（m∶V）的條件下，研究不同加酶量對糙米出油效率的影響。

如圖3所示，當(dāng)加酶量低于1.5%時，隨著加酶量的增大，出油效率迅速升高；當(dāng)加酶量為2.5%時，出油效率較高。原因可能是隨著加酶量的增大，糙米米糠皮層被降解程度提高，釋放出的游離脂肪酸的量也就多，出油效率增高；隨著加酶量的進(jìn)一步增大，出油效率升高的趨勢趨于平緩，考慮到出油效率和酶解的成本，最終選擇加酶量為1.5%。

圖3 加酶量對糙米出油效率的影響

2.1.3 酶解溫度對糙米出油效率的影響

在pH 6.0、料液比1∶4（m∶V）、酶解時間50 min 和加酶量1.5%的條件下，研究不同酶解溫度對糙米出油效率的影響。

如圖4所示，當(dāng)酶解溫度低于45℃時，隨著酶解溫度的高，糙米出油效率增高；當(dāng)酶解溫度為45℃時，糙米出油效率較高；當(dāng)溫度高于45℃時，糙米出油效率呈下降的趨勢。原因可能是隨著酶解溫度的升高，酶的活性變強(qiáng)，超過酶的最適溫度，酶活性降低，過高的溫度會使酶變性失去催化活性，而后導(dǎo)致出油效率降低，最終選擇酶解溫度為45℃。

圖4 酶解溫度對糙米出油效率的影響

2.1.4 酶解時間對糙米出油效率的影響

在pH 6.0、酶解溫度45 ℃、料液比1∶4（m∶V）和加酶量1.5%的條件下，研究不同酶解時間對糙米出油效率的影響。

如圖5所示，當(dāng)酶解時間小于50 min時，隨著酶解時間的延長，糙米出油效率逐漸增高；當(dāng)酶解時間為50 min時，糙米出油效率較高。原因可能是在酶解反應(yīng)前期，酶的活性較高，糙米出油效率也就高；當(dāng)酶解反應(yīng)到一定的時間，酶部分變性失活，導(dǎo)致糙米出油效率開始降低，考慮到酶解時間對糙米品質(zhì)的影響，酶解時間不宜過長，最終選擇酶解時間為50 min。

圖5 酶解時間對糙米出油效率的影響

2.1.5 料液比對糙米出油效率的影響

在pH 6.0、酶解溫度45℃、酶解時間50 min和加酶量1.5%的條件下，研究不同料液比對糙米出油效率的影響。

如圖6所示，當(dāng)料液比低于1∶4（m∶V）時，隨著料液比的增大，糙米出油效率快速增大；在料液比為1∶4（m∶V）時，糙米出油效率達(dá)到最高。原因可能是當(dāng)料液比較小時不利于酶和糙米的有效接觸反應(yīng)，隨著的料液比的增大，酶和糙米全面有效的反應(yīng)，糙米出油效率明顯的提高；當(dāng)料液比過大時，不利于酶分子與糙米反應(yīng)，糙米出油效率降低，最終選擇料液比為1∶4（m∶V）。

圖6 料液比對糙米出油效率的影響

2.1.6 pH對糙米出油效率的影響

在酶解溫度45℃、酶解時間50 min、加酶量為1.5%和料液比1∶4（m∶V）的條件下，研究不同pH對糙米出油效率的影響。

如圖7所示，當(dāng)pH＜6.0時，隨著pH的增大，糙米出油效率升高；當(dāng)pH為6.0時，糙米出油效率較高；當(dāng)pH＞6.0時，糙米出油效率呈現(xiàn)出先緩慢下降的趨勢。原因是pH在6.0附近時，酶活高，酶對底物作用的效果明顯，糙米出油效率高；反之，糙米出油效率低，最終選擇pH為6.0。

圖7 pH對糙米出油效率的影響

2.2 回歸方程的建立與分析

通過單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面設(shè)計，以加酶量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）、料液比（D）和pH（E）為自變量，以糙米出油效率（R1）為響應(yīng)值設(shè)計響應(yīng)面試驗(yàn)。自變量水平編碼見表1。自量水平編碼見表1，試驗(yàn)設(shè)計方案及結(jié)果見表2。

表1 因素水平編碼表

表2 響應(yīng)面設(shè)計方案及試驗(yàn)結(jié)果

通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到糙米出油效率（R1）對自變量加酶量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）、料液比（D）和pH（E）的回歸方程為：糙米出油效率＝68．63＋2．10A＋1．12B ＋2．92C －0．43D ＋ 0．48E ＋ 0．78AB ＋ 0．029AC － 0．73AD －1．64AE － 1．78BC ＋ 1．58BD ＋ 1．72BE ＋ 0．49CD ＋0．26CE － 0．020DE － 3．16A2－2．03B2－1．86C2－3．63D2－1．20E2

表3 方差分析結(jié)果

表3 （續(xù)）

由表3可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著，失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05）。

應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化分析方法對回歸模型進(jìn)行分析，尋找最優(yōu)響應(yīng)結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面尋優(yōu)結(jié)果

為檢驗(yàn)響應(yīng)面方法所得結(jié)果的可靠性，按照上述整理值進(jìn)行試驗(yàn)，得到的糙米出油效率69.85%。預(yù)測值與試驗(yàn)值之間的良好擬合性證實(shí)了模型的有效性。

2.3 細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化

應(yīng)用S－3400型掃描電鏡儀觀察原料糙米與水酶法提油處理后糙米表面結(jié)構(gòu)，普通精米與水酶法提油處理后加工獲得的精米表面結(jié)構(gòu)。

圖8 原料糙米的表面結(jié)構(gòu)

圖9 水酶法提油處理后糙米表面結(jié)構(gòu)

由圖8和圖9可以看出，原料糙米的細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)完整質(zhì)密，而經(jīng)水酶法提油處理后的糙米皮層結(jié)構(gòu)粗糙不完整，分析原因可能是糙米皮層經(jīng)酶解后細(xì)胞結(jié)構(gòu)顯著被破壞，粗纖維大部分被分解，形成很多微小的“通孔”，這樣脂蛋白、脂多糖等復(fù)合體易游離出去。

由圖10和圖11可以看出，普通精米表面結(jié)構(gòu)與水酶法提油處理后的加工獲得的精米的顯微結(jié)構(gòu)并沒有明顯的變化，組織結(jié)構(gòu)完整，說明在糙米狀態(tài)下水酶法提油處理后對糙米的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并沒有的破壞，水酶法提油處理后的加工獲得的精米的結(jié)構(gòu)完好。

圖10 普通精米表面結(jié)構(gòu)

圖11 處理后的加工獲得的精米表面結(jié)構(gòu)

2.4 酶解后糙米的品質(zhì)分析

2.4.1 糙米的加工品質(zhì)

糙米的加工品質(zhì)指標(biāo)主要包括整精米率及碎米率等。本試驗(yàn)選擇6組試驗(yàn)樣品，以整精米率為考察指標(biāo)，研究普通糙米和酶解后糙米的整精米率的變化。

如圖12所示，普通糙米的整精米率介于61.7%～64%之間，整精米率平均值約為62.63%；酶解后的糙米的整精米率介于62.1% ～64.8%之間，整精米率平均值63.08%，略高于普通糙米的整精米率，酶解后的糙米的整精米率變化趨勢也接近普通糙米的整精米率，整精米率平均值相差0.45%。結(jié)果說明，酶解后的糙米仍具有較優(yōu)的加工品質(zhì)，酶解過程并沒有破壞糙米的加工品質(zhì)。

圖12 普通糙米和酶解后糙米的整精米率的變化趨勢分析

2.4.2 糙米的蒸煮品質(zhì)

糙米的蒸煮特性用于表征糙米經(jīng)加工后的大米在水中加熱蒸煮時籽粒及米湯的變化情況。本試驗(yàn)選擇干物質(zhì)、膨脹率為考察指標(biāo)，研究酶解后糙米的蒸煮品質(zhì)。

如圖13所示，正常糙米的干物質(zhì)和酶解后的糙米的干物質(zhì)的變化區(qū)間較為接近，平均值分別為42.03 mg／g，41.92 mg／g。淀粉顆粒通過碎米的斷裂面進(jìn)入米湯中，導(dǎo)致米湯中的淀粉濃度增加，即米湯干物質(zhì)的增加。當(dāng)米粒中的淀粉顆粒流失到米湯中，米粒的持水能力減弱，其膨脹體積也就越來越小。膨脹體積、米湯固形物、吸水率與米飯食味的關(guān)系密切，一般認(rèn)為，吸水率強(qiáng)、膨脹體積大、米湯固形物多的米飯食味較好。結(jié)果說明，酶解后的糙米仍舊具有較優(yōu)的蒸煮品質(zhì)，具有較好米飯食味、食用品質(zhì)。

圖13 普通糙米和酶解后糙米的干物質(zhì)、膨脹率的變化趨勢分析

3 結(jié)論

在糙米狀態(tài)下采用水酶法工藝提取米糠油，很好的克服了因碾磨糙米時被激活的脂肪酶與米糠油接觸后發(fā)生水解反應(yīng)而導(dǎo)致油酸敗的問題，以米糠出油效率為指標(biāo)，得到最優(yōu)水酶法工藝條件。結(jié)果表明，當(dāng)纖維素酶∶中性蛋白酶的比例為7∶3，加酶量為1.6%，酶解溫度為45℃，酶解時間為50 min，初始pH 為6.0，料液比為1∶4（m∶V）時，糙米出油效率達(dá)到69.85%，米糠油的酸價為1.26 mg／g。酶解后的糙米的整精米率變化趨勢也接近正常糙米的整精米率，整精米率平均值相差0.45%。普通糙米和酶解后的糙米的干物質(zhì)、膨脹率的變化區(qū)間較為接近。通過掃描電鏡儀觀察，水酶法提油處理后的糙米表面米糠的結(jié)構(gòu)破壞明顯，有利于脂蛋白、脂多糖等復(fù)合體游離出來；但是在糙米狀態(tài)下水酶法提油處理后，精米的結(jié)構(gòu)并沒有變化，精米的結(jié)構(gòu)和品質(zhì)完好，酶解過程并沒有破壞糙米的加工品質(zhì)和食用品質(zhì)。

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Research on Aqueous Enzymatic Extraction of Rice Bran Oil under the State of Brown Rice

Ren Yue1Wang Wenhua1Wang Yuqi1Sun Libin1Yu Dianyu1Zhu Xiuqing1，2，3
（Food College，Northeast Agricultural University1，Haerbin 150030）
（National Soybean Engineering and Technique Research Center2，Haerbin 150028）
（Soybean Technology Development Research Center of Heilongjiang Province3，Haerbin 150028）

In order to avoid rice bran oil being hydrolyzed by activated lipase when brown rice was milled，and to get stable quality，high level of edible rice bran oil，aqueous enzymatic method under the state of brown rice was used to extract rice bran oil innovatively.With the oil yield rate as the indicator，the optimal technology conditions of the extraction were obtained through single factor experiment and response surface analysis.The influences of enzymatic hydrolysis parameters on the yield of free oil were investigated to obtain optimal enzymatic extraction conditions.Results indicated that under optimal culture conditions below：enzyme dosage 1.5%，temperature of enzyme hydrolysis 45 ℃，time period 50 min，pH value 6.0，the ratio of solid to liquid 1∶4（m∶V），the extraction rate of rice bran oil 69.85%，rice bran oil acid value under the above conditions was 1.26 mg／g.The results of scanning electron microscope showed that surface structure of brown rice was changed obviously and quality of polished rice was in good conditions after oil extraction by aqueous enzymatic method.

brown rice，aqueous enzymatic extraction，acid value，oil yield

TS224

A

1003－0174（2016）08－0048－07

“十二五”國家科技支撐計劃（2012BAD34B02）

2014－12－08

任悅，女，1992年出生，碩士，糧食油脂及植物蛋白工程

朱秀清，女，1968年出生，高級工程師，大豆蛋白