高酸值薏米糠油脫酸技術及其活性研究

湯 翠，王明力，趙 婕，閆 巖，萬良鈺，劉寬博，朱文嫻，熊麗莎

(1.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽550025； 2.貴州大學 發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室，貴陽550025)

油脂加工

高酸值薏米糠油脫酸技術及其活性研究

湯 翠1，王明力2，趙 婕1，閆 巖1，萬良鈺1，劉寬博1，朱文嫻1，熊麗莎1

(1.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽550025； 2.貴州大學 發(fā)酵工程與生物制藥重點實驗室，貴陽550025)

為降低薏米糠油酸值，提高其品質，采用響應面法優(yōu)化了薏米糠油的堿煉脫酸工藝條件，并研究了精煉薏米糠油的活性。結果表明：薏米糠油堿煉脫酸最佳工藝條件為超量堿0.21%、堿煉時間33 min、堿液質量分數(shù)26.58%、堿煉溫度58℃，在最佳工藝條件下薏米糠油酸值(KOH)從45.9 mg/g 降到0.59 mg/g；精煉薏米糠油在質量濃度0.75～12 mg/mL范圍內對酪氨酸酶的抑制率表現(xiàn)出良好的劑量依賴關系，IC50為2 mg/mL；同時精煉薏米糠油對DPPH自由基的清除能力IC50為6.36 mg/mL，表明其具有一定的美白、抗氧化功效。精煉薏米糠油是一種高品質、高生物活性的天然植物油，有望開發(fā)為功能性油脂產品。

薏米糠油；堿煉脫酸；響應面法；活性

薏米(Coixlachryma-jobiL.)，為一年生禾本科薏苡屬草本植物的種仁，又名薏苡仁、苡米、苡仁等[1]。野生薏苡屬原產于南亞，后來引入印度、緬甸、中國和馬來西亞等國家栽培[2]，其根、莖、葉和果實均可利用[3]，具有很高的藥用價值和食用價值[4]。薏米加工成精米過程中會除去大量的外部物質——薏米糠，其由皮層及少量米胚和碎薏米組成，可占薏米總質量的6%～10%。貴州作為薏米的主要產區(qū)，每年初級加工薏米25萬t[5]，產生的薏米糠為企業(yè)帶來極大的貯庫壓力，一直以來被當作廉價的動物飼料，造成了薏米糠資源的極大浪費。

研究表明，薏米糠營養(yǎng)成分與統(tǒng)糠接近[6]，薏米糠含蛋白質28.5%、多糖5.65%、脂肪18.45%[7]。薏米糠中提取的乙酸乙酯提取物可通過平衡Th1/Th2型細胞因子免疫效應來減少過敏反應[8]；其黃酮類化合物具有較好的抗炎效果[9]，乙酸乙酯提取物、甲醇提取物都表現(xiàn)出一定的抗癌、抗炎效果[10-11]。另外，薏米糠中分離出的內酰胺類化合物能抑制肺癌和結腸癌細胞，抗癌效果IC50可達到28.6～72.6 mg/mL[12]。目前，薏米糠油對酪氨酸酶的抑制活性及對DPPH自由基清除率的研究未見報道。但已有研究表明薏苡仁提取液對酪氨酸酶有抑制作用，其IC50為1.4 mg/mL，有一定的美白效果[13]，但薏苡仁中油脂含量僅為7%～8%，而薏米糠中含量為20%左右。因此，研究薏米糠油抗氧化及美白功效為拓寬其應用領域具有重要的意義。

目前，薏米加工企業(yè)逐漸重視薏米糠油的開發(fā)與利用，但薏米糠來源復雜，貯存粗放，在運輸貯存過程中容易酸敗，導致薏米糠毛油酸值(KOH)很高，一般達到45.9 mg/g左右，嚴重影響薏米糠油的品質。油脂堿煉脫酸法脫酸效率高，而且皂腳絮狀沉淀能去除部分膠雜和色素物質。關于薏米糠油的提取已有相關報道[14-15]，但對薏米糠油的精煉還未見報道。因此，本文參考工業(yè)油脂堿煉脫酸工藝，采用響應面法優(yōu)化薏米糠油堿煉脫酸工藝，對其進行活性檢測，以期獲得品質良好的精煉薏米糠油，實現(xiàn)其工業(yè)化生產和增值加工。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

薏米糠毛油，由貴州匯珠薏仁集團有限公司提供(有機溶劑浸提，酸值(KOH)45.9 mg/g)。1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，美國Sigma公司；磷酸鈉緩沖液(PBS緩沖液，pH 6.8)； 酪氨酸酶，用PBS配制成200 U/mL的溶液；L-酪氨酸，用PBS配制成1.5 mmol/L的溶液；熊果苷，上海源葉生物科技有限公司；NaOH、無水乙醇、酚酞、檸檬酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉，均為分析純。

HH-2電熱恒溫水浴鍋，3K18離心機，81-2恒溫磁力攪拌儀，UV-2550紫外分光光度計。

1.2 試驗方法

1.2.1 薏米糠毛油脫膠、脫蠟

脫膠[16]：稱取一定質量薏米糠毛油于錐形瓶中，將其加熱至60℃，加入45%檸檬酸溶液(添加量為油質量的0.2%)，攪拌反應5 min，充分混勻后加入油質量2.5%的蒸餾水，攪拌反應40 min后經離心分離(4 500 r/min，15 min)膠質，得脫膠油。

脫蠟[17]：脫膠油放入冰箱冷藏結晶，72 h后取出升溫至15℃，4 500 r/min、15 min 離心分離，得到脫蠟油。

1.2.2 薏米糠油堿煉脫酸工藝

稱取一定質量的薏米糠脫蠟油，加入一定質量分數(shù)的NaOH溶液，于一定溫度下攪拌反應一定時間，反應結束后4 500 r/min、15 min 離心分離，除去皂腳，水洗、干燥后得到精煉油。

1.2.3 堿煉脫酸單因素試驗

每次試驗稱取5 g薏米糠脫蠟油，分別以加堿量、堿液質量分數(shù)、堿煉時間、堿煉溫度4個因素進行單因素試驗，以薏米糠油酸值為衡量指標。

加堿量需經過精確計算，并根據油的品質來確定。實際耗堿量=理論堿量+超量堿；理論堿量根據公式計算，超量堿一般占毛油質量的0.05%～0.3%，根據試驗優(yōu)化確定。在堿液質量分數(shù)21.55%、堿煉時間20 min、堿煉溫度40℃條件下，分別添加除理論堿量外0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的超量堿，研究超量堿對薏米糠油酸值的影響。

理論堿量GNaOH=G油×AV×7.13×10-4

式中：GNaOH為理論堿量，kg；G油為毛油質量，kg；AV為毛油的酸值。

在堿液質量分數(shù)21.55%、堿煉溫度40℃、超量堿0.20%的條件下，分別反應10、20、30、40、50 min。研究堿煉時間對毛油酸值的影響。

在堿煉溫度40℃、超量堿0.20%的條件下，分別添加質量分數(shù)19.65%、21.55%、23.50%、25.50%、27.65%的堿液，反應30 min，研究堿液質量分數(shù)對毛油酸值的影響。

在堿液質量分數(shù)25.50%、超量堿0.20%的條件下，分別在堿煉溫度40、50、60、70、80℃條件下反應30 min。研究堿煉溫度對毛油酸值的影響。

1.2.4 精煉薏米糠油對酪氨酸酶的抑制率測定

精確稱取精煉薏米糠油1.20 g溶于100 mL丙二醇-乙酸乙酯(體積比8∶1)溶液，得到受試液T5(12 mg/mL)，取5 mL受試液T5，對倍稀釋得到受試液T4(6 mg/mL)，同樣方法得到受試液T3(3 mg/mL)、T2(1.5 mg/mL)、T1(0.75 mg/mL)。用去離子水將熊果苷配制成0.75、1.5、3、6、12 mg/mL(對倍稀釋法)的溶液作為陽性對照。采用多巴速率法[18]測定樣品對酪氨酸酶活性的抑制作用。

式中：A為標準對照的吸光值；B為受試液(或陽性對照)的吸光值。

1.2.5 精煉薏米糠油對DPPH自由基清除率測定

將10mg/mL精煉薏米糠油用無水乙醇分別稀釋成質量濃度為2、4、6、8、10mg/mL薏米糠油溶液，分別取3mL不同質量濃度的薏米糠油溶液于試管中，加入2mL0.2mmol/L的DPPH溶液，混勻后避光靜置30min，在517nm處測定吸光值，以維生素C為陽性對照，以蒸餾水為空白對照，做3次平行試驗[19]。以下列公式計算試樣對DPPH自由基的清除率：

式中：A1為3mL樣品溶液+2mLDPPH溶液的吸光值；A2為3mL樣品溶液+2mL無水乙醇的吸光值；A3為3mL蒸餾水+2mLDPPH溶液的吸光值。

2 結果與分析

2.1 薏米糠油堿煉脫酸單因素試驗

2.1.1 超量堿對薏米糠油酸值的影響

超量堿對薏米糠油酸值的影響結果如圖1所示。

圖1 超量堿對薏米糠油酸值的影響

從圖1可以看出，隨著超量堿的增加，薏米糠油的酸值迅速降低，在0.20%時達到最低值。隨后，由于堿量過多，影響界面反應速率，中和反應不完全，導致酸值升高[20]。因此，超量堿選擇0.20%。

2.1.2 堿煉時間對薏米糠油酸值的影響

堿煉時間對薏米糠油酸值的影響結果如圖2所示。從圖2可以看出，隨著堿煉時間的延長，薏米糠油的酸值先降低后緩慢增加。試驗發(fā)現(xiàn)，合適的堿煉時間有利于改善毛油的色澤。當堿煉時間超過30min，毛油酸值緩緩升高，說明油脂與堿液接觸的時間過長，中性油被水解和皂化的概率增加，導致毛油的酸值升高。因此，堿煉時間選擇30min。

圖2 堿煉時間對薏米糠油酸值的影響

2.1.3 堿液質量分數(shù)對薏米糠油酸值的影響

堿液質量分數(shù)對薏米糠油酸值的影響結果如圖3所示。

圖3 堿液質量分數(shù)對薏米糠油酸值的影響

從圖3可以看出，隨著堿液質量分數(shù)的增加，薏米糠油的酸值先降低后增加。堿液過濃，容易導致中性油脂被皂化，同時堿液分散所形成的堿滴大，表面積小，導致油堿接觸不全面，脫酸能力反而降低[20]，堿液質量分數(shù)在25.50%后薏米糠油酸值反而增高，在25.50%時薏米糠油酸值達到最低值。因此，堿液質量分數(shù)選擇25.50%。

2.1.4 堿煉溫度對薏米糠油酸值的影響

堿煉溫度對薏米糠油酸值的影響結果如圖4所示。

圖4 堿煉溫度對薏米糠油酸值的影響

從圖4可以看出，在40～80℃范圍內，隨著堿煉溫度升高，薏米糠油的酸值迅速降低，60℃時酸值(KOH)降到最低值(1.86mg/g)，之后隨著堿煉溫度升高，酸值升高。因為堿煉溫度較高時，油脂中的脂肪酶活性較高，脂肪酶的作用會使油脂中游離脂肪酸的含量升高，反而造成酸值升高。因此，適宜的堿煉溫度為60℃。

2.2 薏米糠油堿煉脫酸響應面試驗

2.2.1 試驗設計及模型分析

根據單因素試驗結果，采用Box-Behnken設計響應面試驗，運用Design-Expert8.0軟件進行數(shù)據處理、分析，對薏米糠油脫酸工藝條件進行優(yōu)化。確定以超量堿(A)、堿煉時間(B)、堿液質量分數(shù)(C)、堿煉溫度(D)4個因素為自變量，薏米糠油酸值(Y)為響應值，采用四因素三水平的響應面分析設計試驗，響應面分析因素與水平編碼見表1。

表1 響應面分析因素與水平編碼

通過Box-Behnken中心組合試驗設計結合 Design-Expert 8.0軟件設計響應面試驗設計方案及結果見表2。

利用Design-Expert 8.0軟件進行二次多元回歸擬合，所得的回歸方程為：

Y=434.997 37-17.038 45A-2.216 24B-19.972 67C-1.812 43D-9.395×10-4AB+0.073 42AC-0.105 5AD+0.041 00BC+3.815 05×10-4BD-1.177 5×10-4CD+4.849 15A2+9.961 11×10-3B2+0.281 95C2+0.016 51D2

對試驗數(shù)據處理后，得到方差分析見表3。

表2 Box-Behnken響應面試驗設計方案及結果

表3 回歸變量方差分析結果

注：**差異極顯著(P<0.01)；*差異顯著(P<0.05)。

從表3可以看出，模型P<0.01，表明模型達到極顯著；失擬項P=0.161 9>0.05，失擬不顯著，說明該模型擬合度和可信度均很高。因此，此模型可用于預測薏米糠油酸值及堿煉脫酸工藝優(yōu)化。對回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，A、B、C、D、AC、AD、BC、BD、A2、B2、C2、D2對酸值的影響均達到極顯著水平(P<0.000 1)。

根據表中F大小可以知道各因素對薏米糠油酸值的影響強弱，F(xiàn)越大，影響作用越強。因此，對薏米糠油酸值的影響程度大小依次為： 堿液質量分數(shù)>超量堿>堿煉時間>堿煉溫度。

2.2.2 響應面分析與優(yōu)化

利用Design-Expert 8.0分析軟件，經過方差分析和回歸模型，最終確定了薏米糠油堿煉脫酸的最佳工藝條件為超量堿0.21%、堿煉時間32.79 min、堿液質量分數(shù)26.58%、堿煉溫度58.06℃，在此優(yōu)化條件下薏米糠油酸值(KOH)預測值為0.55 mg/g。

為了方便實際操作，選擇超量堿0.21%、堿煉時間33 min、堿液質量分數(shù)26.58%、堿煉溫度58℃，在該條件下對薏米糠油堿煉脫酸，4組平行試驗得薏米糠油酸值(KOH)平均值為0.59 mg/g，與預測值接近，進一步證明了試驗模型的可靠性以及預測值的準確性。

2.3 精煉薏米糠油品質分析(見表4)

表4 精煉薏米糠油品質分析

從表4可以看出，精煉薏米糠油酸值(KOH)為0.59 mg/g，參考米糠油的標準，可達到國家三級標準(≤1 mg/g)。薏米糠油的精煉得率在50%～70%之間，耗損較大，原因是毛油在經過脫膠、脫蠟、脫酸的精煉過程中有一定的損失；尤其是堿煉脫酸工序，若堿液質量分數(shù)過低，容易發(fā)生乳化現(xiàn)象，油脂和皂腳分離效果較差，使得堿煉得率降低; 但堿液質量分數(shù)過高，則容易造成油脂與堿液發(fā)生皂化反應，使堿煉得率降低[20]。因此，需要選擇適宜質量分數(shù)、適宜量的堿液精煉薏米糠油。

2.4 精煉薏米糠油對酪氨酸酶的抑制率

精煉薏米糠油及熊果苷對酪氨酸酶活性的抑制率如圖5所示。

圖5 精煉薏米糠油及熊果苷對酪氨酸酶的抑制率

從圖5可以看出，精煉薏米糠油對酪氨酸酶的抑制率在0. 75～12 mg/mL質量濃度范圍內平緩上升，抑制作用與其質量濃度有一定的量效關系。通過和美白活性物質熊果苷的對比發(fā)現(xiàn)，同質量濃度下薏米糠油對酪氨酸酶的抑制率相對較高。根據精煉薏米糠油質量濃度與酪氨酸酶抑制率曲線可知薏米糠油對酪氨酸酶的IC50為2 mg/mL。試驗證明，精煉薏米糠油具有抑制酪氨酸酶活性的作用，因此可以考慮將其作為一種美白劑添加至化妝品中。

2.5 精煉薏米糠油對DPPH自由基的清除率

精煉薏米糠油及VC對DPPH自由基的清除率結果如圖6所示。

圖6 精煉薏米糠油及VC對DPPH自由基的清除率

從圖6可以看出，在2～10 mg/mL質量濃度范圍內，VC對DPPH自由基的清除率基本無變化，均大于95%；而精煉薏米糠油隨著質量濃度的增加，清除率逐漸增大，表現(xiàn)出良好的劑量依賴關系。根據精煉薏米糠油清除DPPH自由基曲線，可知對DPPH自由基清除能力的IC50為6.36 mg/mL。結果表明精煉薏米糠油有一定的抗氧化作用。

3 結 論

(1)采用堿煉脫酸法對高酸值薏米糠油脫酸，在單因素試驗基礎上，通過響應面回歸方程模型得出最佳工藝條件為超量堿0.21%、堿煉時間33 min、堿液質量分數(shù)26.58%、堿煉溫度58℃。在最佳工藝條件下，薏米糠油酸值(KOH)達到0.59 mg/g，可達到國家三級米糠油標準(≤1 mg/g)。同時，各因素對薏米糠油酸值的影響程度大小依次為堿液質量分數(shù)>超量堿>堿煉時間>堿煉溫度。因此，高酸值薏米糠油在適宜條件下，經堿煉脫酸處理可以使其酸值顯著降低，提升其品質。但堿煉脫酸有一定的損耗，后續(xù)研究可采取適當?shù)姆椒ㄌ岣咿裁卓酚偷木珶挼寐省?/p>

(2)精煉薏米糠油在質量濃度 0.75～12 mg/mL范圍內對酪氨酸酶的抑制率具有良好的劑量依賴關系，且IC50為2 mg/mL；精煉薏米糠油對DPPH自由基的清除能力隨著質量濃度的增加逐漸增加，IC50為6.36 mg/mL。綜上所述，薏米糠油具有一定的美白、抗氧化功效。

因此，高酸值薏米糠油通過堿煉脫酸后，獲得的高品質、高生物活性天然植物油可應用于保健食品及美容化妝品領域，可實現(xiàn)對農副產品的有效利用，并提升產業(yè)鏈附加值。

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Deacidification of adlay bran oil with high acid value and its activity

TANG Cui1, WANG Mingli2, ZHAO Jie1, YAN Yan1, WAN Liangyu1,LIU Kuanbo1, ZHU Wenxian1, XIONG Lisha1

(1.College of Wine and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Province Key Laboratory of Fermentation Technology and Biological Pharmacy,Guizhou University, Guiyang 550025, China)

In order to improve the quality and reduce the acid value of adlay bran oil, the alkali refining deacidification conditions of adlay bran oil were optimized by response surface methodology, and the activity of refined adlay bran oil was studied. The results showed that the optimal alkali refining deacidification conditions of adlay bran oil were obtained as follows: excessive alkali 0.21%, alkali refining time 33 min, mass concentration of alkali solution 26.58%, and alkali refining temperature 58℃. Under these conditions, the acid value of adlay bran oil reduced from 45.9 mgKOH/g to 0.59 mgKOH/g. Besides, the refined adlay bran oil had dosage-dependant relationship with inhibitory rate of tyrosinase in the mass concentration of 0.75-12 mg/mL, and theIC50was 2 mg/mL. TheIC50of refined adlay bran oil against DPPH radical was 6.36 mg/mL. It turned out that adlay bran oil had certain whitening effect and antioxidant activity. In a word, refined adlay bran oil was a kind of natural vegetable oil with high quality and biological activity, which might be developed as functional oil in the future．

adlay bran oil; alkali refining deacidification; response surface methodology; activity

2016-09-09；

2016-12-23

貴州大學研究生創(chuàng)新基金 (研理工2016054)；貴州省中藥現(xiàn)代化科技產業(yè)研究開發(fā)專項項目(黔科合中藥字[2011]5077號)；薏米精深加工產業(yè)關鍵技術提升與應用項目(黔科合重大專項字(2014)6023)

湯 翠(1989)，女，在讀碩士，研究方向為食品資源與利用(E-mail)1151230559@163.com。

王明力，教授，博士(E-mail)wmlgycn@163.com。

TS224.6；TS201.2

A

1003-7969(2017)03-0018-06