低溫破壁法與溶劑浸出法制備米糠油研究

張金建，唐思煜，趙優(yōu)萍，崔艷麗，毛建衛(wèi),3,4

(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023；2.浙江大學(xué) 理學(xué)院，杭州 310027；3.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023；4.浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，杭州 310023)

低溫破壁法與溶劑浸出法制備米糠油研究

張金建1，唐思煜1，趙優(yōu)萍1，崔艷麗2，毛建衛(wèi)1,3,4

(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州 310023；2.浙江大學(xué) 理學(xué)院，杭州 310027；3.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023；4.浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，杭州 310023)

比較了用正己烷浸提、無水乙醇浸提及低溫破壁壓榨3種方法對(duì)米糠油提取率的影響，分析了所得米糠油的理化特性，并采用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)測定了米糠油中的主要成分及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。研究結(jié)果表明，用低溫破壁法提取的米糠油中酸值和過氧化值較低；GC-MS分析表明，3種方法提取的米糠油中主要含有十六烷酸(棕櫚酸)、十八碳二烯酸(亞油酸)和十八碳烯酸(油酸)3種脂肪酸，其中3種提取法的棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為24.30%、0.26%、28.50%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為39.00%、10.78%、36.00%，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為31.40%、87.16%、14.10%，其余成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為5.3%、1.8%、21.4%。

米糠油；提取工藝；理化性質(zhì)；脂肪酸組成

稻谷是中國主要的糧食作物之一，其加工的副產(chǎn)物米糠雖然僅占稻谷質(zhì)量的6%～8%，但是卻占稻谷大約60%的營養(yǎng)成分[1-4]，且中國每年米糠產(chǎn)量達(dá)到1 400多萬噸，是一種量大而面廣的可再生資源。米糠中含有13%～22%的油脂，12%～17%的蛋白質(zhì)，23%～30%的膳食纖維，以及多糖、植酸、神經(jīng)酰胺、植物甾醇、生育酚、谷維素、γ-氨基丁酸、二十八碳烷醇和B族維生素等生物活性物質(zhì)[3-6]。目前中國主要將米糠作為動(dòng)物飼料廉價(jià)消耗掉，未能進(jìn)行精深加工，以致對(duì)資源造成很大的浪費(fèi)。米糠油為米糠中主要的成分之一，也是米糠利用過程中需要首先浸提的成分，其開發(fā)利用前景廣闊。目前米糠油的提取方法主要有壓榨法、超臨界二氧化碳萃取法、浸出法等，其中，壓榨法包括熱壓榨和冷壓榨兩種，前者會(huì)導(dǎo)致米糠油中的營養(yǎng)成分損失，后者僅在精煉過程中有一定的損失；超臨界二氧化碳萃取法雖然比較環(huán)保，但是由于設(shè)備價(jià)格昂貴，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并且部分營養(yǎng)成分不能完全萃取[5-11]。低溫破壁法為冷榨法的一種，有較好的應(yīng)用前景[12-17]。鑒于目前浸出法應(yīng)用最為廣泛，本研究選擇低溫破壁法與溶劑浸提法(正己烷、無水乙醇)提取米糠油，從米糠油提取率、理化特性和主要成分種類等方面進(jìn)行對(duì)比分析，考察低溫破壁法和溶劑浸提法對(duì)米糠油提取的影響，旨在為米糠油的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材 料

米糠原料：浙江恒樂有限責(zé)任公司提供。

1.1.2 試 劑

無水乙醇、正己烷、酚酞試劑、可溶性淀粉、異辛烷、冰乙酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、碘化鉀、無水硫代硫酸鈉等均為分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

1.2.1 儀 器

Agilent 7890/5975C-GC/MSD，安捷倫科技有限公司。

1.2.2 設(shè) 備

低溫破壁裝置，浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海創(chuàng)奕科教設(shè)備有限公司；GZX-9240MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊公司；TG-18K臺(tái)式高速離心機(jī)，長沙東旺實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 米糠油的制備方法

將米糠在60 ℃條件下干燥3 h，測得水分為2.7%，作為備用米糠。將備用米糠分別通過低溫破壁法、正己烷浸提法、無水乙醇浸提法提取米糠油，低溫破壁法出油溫度為60 ℃左右，正己烷浸提法和無水乙醇浸提法通過索氏提取制備米糠油，提取溫度分別為70 ℃和85 ℃，提取時(shí)間分別為4 h和12 h。所得米糠油作為待測樣品，提取率以提取米糠油質(zhì)量與所取的備用米糠原料質(zhì)量之比計(jì)算[3]。

式中：R為提取率；m1為提取的米糠油質(zhì)量，g；m2為所取的備用干燥后的米糠質(zhì)量，g。

1.4 理化特性與質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測方法

1.4.1 水分、過氧化值、酸值的測定

[14-23],原料的水分按照GB/T 5528—2008《動(dòng)植物油脂水分及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定》[24]測定，米糠油的過氧化值按照GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂 過氧化值測定》[25]測定，酸值按照GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂 酸值和酸度測定》[26]測定。

1.4.2 脂肪酸組成的測定

參考文獻(xiàn)[27-31]，用GC-MS進(jìn)行脂肪酸測定，色譜條件：DB-FFAP(30 m×0.25 μm)毛細(xì)管柱；載氣為高純氦；進(jìn)樣方式為分流進(jìn)樣，分流比1∶10；升溫程序柱子初始溫度100 ℃；以10 ℃/min升至150 ℃保持5 min，再以3 ℃/min升至195 ℃保持5 min，最后以5 ℃/min升至230 ℃保持15 min；進(jìn)樣量為1 μL。

質(zhì)譜條件：GC-MS 接口溫度230 ℃， 離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，電子電離源(electron ionization，EI)，電力能量70 eV；檢測器電壓0.7 kV，溶劑延遲3 min，掃描質(zhì)量范圍40～350 u。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取法對(duì)米糠油提取率的影響

實(shí)驗(yàn)表明，采用正己烷浸提法、無水乙醇浸提法及低溫破壁法提取米糠油的提取率分別為14%、9%、7%?？梢钥闯觯和榻岱ㄌ崛∶卓酚偷男Ч詈?，無水乙醇浸提法次之，低溫破壁法提取率最低。正己烷浸提法提取率雖然很高，但是米糠油中殘留有機(jī)溶劑，從食品安全方面考慮，提取的米糠油對(duì)人的傷害極大。無水乙醇浸提法提取率雖然比低溫破壁法提取率略高，但是由于提取溫度較高，可能造成營養(yǎng)成分的損失。而低溫破壁法可以減少高溫對(duì)米糠油中營養(yǎng)成分的破壞，保留較多的營養(yǎng)物質(zhì)，并避免了正己烷浸提過程中的溶劑殘留，從營養(yǎng)和安全角度看，是最佳的提取方法。

2.2 米糠中水分對(duì)米糠油提取率的影響

米糠中不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)正己烷和無水乙醇浸提法提取米糠油的影響：底物米糠中的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取效果有一定的影響。采用正己烷和無水乙醇提取不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的米糠油，其提取率如表1所示，隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的遞減，米糠油的提取率不斷增加，這說明通過控制原料中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以有效提高米糠油提取率。

米糠中不同水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)低溫破壁法提取米糠油的影響：表2是通過改變?cè)厦卓分械乃?，用低溫破壁法提取米糠油的結(jié)果，從中可以觀察到，隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的遞減，米糠油的提取率不斷增加。與正己烷、無水乙醇提取米糠油類似，控制原料中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以有效增加米糠油提取率。

表1 米糠中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)正己烷和無水乙醇浸提法提取米糠油的影響

Table 1 Effects of water percent on extraction rate of n-hexane and ethanol extraction methods %

米糠水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)正己烷浸提法提取率無水乙醇浸提法提取率2．714．513．93．112．613．75．812．111．910．010．59．3

表2 米糠中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)低溫破壁法提取米糠油的影響

Table 2 Effects of water percentaqe on rice bran oil extraction rate by cold pressed extraction method %

米糠水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低溫破壁法提取率2．78．23．18．13．57．95．05．15．64．9

從表1、表2可以看出,有機(jī)溶劑提取米糠油，隨著米糠水分的增加，米糠油的提取率越來越低，水分對(duì)米糠油提取影響很大。低溫破壁法對(duì)米糠中含有的水分也有非常嚴(yán)格的要求，水分在6%左右基本上不出油，在水分較低的條件下，進(jìn)行二次壓榨出油量會(huì)更高。整體而言，正己烷浸提法的提取率比無水乙醇浸提法和低溫破壁法提取率高，但是存在潛在的食品安全問題，而低溫破壁法和無水乙醇浸提法在提取米糠油方面具有非常好的前景，同時(shí)考慮到低溫破壁法相比乙醇浸提法溫度更低，在改善提取率的基礎(chǔ)上，低溫破壁法更具有潛在的可行性。

2.3 米糠油的理化特性

表3是對(duì)3種方法提取的米糠油進(jìn)行理化性質(zhì)測定的結(jié)果，從中可知米糠油水分、過氧化值、酸值的差異。

表3 基本指標(biāo)Table 3 Basic indicators

由表3可以看出，用有機(jī)溶劑浸出的米糠油酸值比較高，這是因?yàn)橛糜袡C(jī)溶劑浸提了大部分游離脂肪酸，這同時(shí)反映出用低溫破壁法是制備低酸值米糠油的一種方法。對(duì)于過氧化值而言，用有機(jī)溶劑浸出的米糠油質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，主要是因?yàn)樵谟糜袡C(jī)溶劑浸提米糠油的同時(shí)有過氧化物浸出，導(dǎo)致測得的過氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高。

2.4 GC-MS分析米糠油及其成分

采用GC-MS測定正己烷浸提法、無水乙醇浸提法和低溫破壁法提取米糠油中脂肪酸的組成[29-33]，結(jié)果采用HPMSD化學(xué)工作站檢索標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫，通過歸一化峰面積法測定各成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。表4～6為用低溫破壁法、無水乙醇浸提法和正己烷浸提法提取的米糠油中脂肪酸的組成。

表4 低溫破壁法浸提米糠油中脂肪酸的組成Table 4 Composition of fatty acid in rice bran oil extracted by cold pressed extraction

表5 無水乙醇法浸提米糠油中脂肪酸的組成Table 5 Composition of fatty acid in rice bran oil extracted by ethyl alcohol extraction

表6 正己烷法浸提米糠油中脂肪酸的組成Table 6 Composition of fatty acid in rice bran oil extracted by n-hexane extraction

從表4～6可以得出：用正己烷浸提法、無水乙醇浸提法、低溫破壁法提取的米糠油主要包含棕櫚酸、亞油酸、油酸3種成分，其中3種提取法的棕櫚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為24.30%、0.26%、28.50%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為39.00%、10.78%、36.00%，油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為31.40%、87.16%、14.10%，其余成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為5.3%、1.8%、21.4%，并經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)分析，低溫破壁法米糠油其余成分主要為各種生物活性物質(zhì)。3種方法提取的主要物質(zhì)在出峰時(shí)間上基本一致，但是在相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上差別比較大，尤其是用無水乙醇浸提法提取的油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，而棕櫚酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅僅為0.26%。用正己烷浸提法和用無水乙醇浸提法提取的不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)占總脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一半以上，用低溫破壁法提取的不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比例接近1∶1。

3 結(jié) 語

本研究主要通過3種方法來提取米糠油，并研究了不同方法對(duì)米糠油提取率的影響；對(duì)于不同方法提取的米糠油進(jìn)行了理化性質(zhì)測定，低溫破壁法提取的米糠油中酸值和過氧化值比較低；通過運(yùn)用GC-MS技術(shù)手段檢測了用不同方法提取米糠油的成分及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中棕櫚酸、亞油酸、油酸3種脂肪酸在不同提取方法中質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高。3種提取方法提取的米糠油中飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例相差很大，而低溫破壁法提取的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近。今后,對(duì)不同提取方法的米糠油的生理活性成分還需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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Study on rice bran oil extraction by cold pressed extraction method and solvent extraction method

ZHANG Jinjian1,TANG Siyu1,ZHAO Youping1,CUI Yanli2,MAO Jianwei1,3,4

(1.School of Biological and Chemical Engineering，Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,China; 2.School of Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China 3.Zhejiang Provincial Key Laboratory for Chemical and Biological Processing Technology of Farm Produce, Hangzhou 310023, China; 4.Zhejiang CollaborativeInnovation Center of Chemical and Biological Manufacturing for Agricultural Biological Resources, Hangzhou 310023, China)

The extraction rates of rice bran oil by n-hexane extraction, ethanol extraction and cold pressed extraction methods were compared and the physical and chemical properties of the three extracted oils were analyzed. The gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS) method was used to determine the main compositions and relative percentage of the three extractedrice bran oils. The results showed that the bran oil extracted by cold pressed extraction method have low acid value and peroxide value; GC-MS analysis indicated that there are mainly three kinds of fatty acids, i.e.hexadecanoic acid, octadecadienoic acid and octadecenoic acid in rice bran oil extracted by the three methods. The exadecanoic acid contents are of 24.30%, 0.26% and 28.50%, respectively in the bran oils extracted by n-hexane extraction, ethanol extraction and cold pressed extraction methods, respectively. And the octadecadienoic acid contents are of 39.00%, 10.78% and 36.00% , while the octadecenoic acid contents are of 31.40%, 87.16%, 14.10% and the other components are of 5.3%, 1.8% and 21.4%, respectively.

rice bran oil; extraction conditions; physical and chemical properties; fatty acid composition

10.3969/j.issn.1671-8798.2016.06.007

2016-11-09

國家國際科技合作項(xiàng)目(2010DFA34370)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30870553)；浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015C02031)；浙江省國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2013C14012)

張金建(1990— )，男，山西省運(yùn)城人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯镔|(zhì)資源利用技術(shù)與工程。

毛建衛(wèi)，男，教授，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)生物資源生化制造研究。

TS210.9;TS225.19

A

1671-8798(2016)06-0450-06