超聲輔助乙醇提取米糠油

王玉瑩，呂詩文，于楓，宮雨晴，賀雷雨，孫麗慧*

1. 大連理工大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（盤錦 124221）；2. 大連理工大學(xué)生命科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院（盤錦 124221）

米糠作為稻米加工中的主要副產(chǎn)物，是一種廉價且來源廣泛的資源。米糠約占稻米總質(zhì)量的7%[1]，卻具有極高的營養(yǎng)價值[2]。米糠中含有15%～22%的油脂[3]，米糠油中的油酸與亞油酸比例約為1.1∶1，符合世界衛(wèi)生組織推薦的黃金比例[4]，并含有豐富的γ-谷維素、維生素B和維生素E等活性成分[5]，同時食用米糠油不會引起過敏反應(yīng)[6]。

傳統(tǒng)的油脂提取方法主要包括壓榨法和溶劑浸出法。由于溶劑浸出法具有出油率高、處理量大等優(yōu)點，被廣泛用于目前米糠油的生產(chǎn)中。在眾多溶劑中，正己烷因具有較高的出油率和較低的成本而被主要采用[6]。然而，殘留的正己烷會對環(huán)境和人類健康帶來潛在的風(fēng)險，另外正己烷蒸汽與空氣混合在高溫或遇明火條件下容易引起燃燒和爆炸，存在安全隱患，因此有些科研工作者一直在尋找替代溶劑。Capellini等[8]使用乙醇作為萃取米糠油的溶劑，在50℃下產(chǎn)率達到約12%。李佳穎等[9]對不同溶劑提取小米糠油進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用乙醇提取盡管出油率較低，但是具有毒性小、價格低的優(yōu)點，且提油后的乙醇后續(xù)處理也相對簡單。

為了提高乙醇對米糠油的提取率，需采用其他輔助手段。超聲波輔助法是利用超聲波振動產(chǎn)生的能量使植物細胞壁瞬間被破壞，促進其內(nèi)部油脂分子迅速分散到溶劑中從而提高出油率和出油效率的方法，具有設(shè)備簡單、易操作等優(yōu)點。超聲輔助乙醇提取已被應(yīng)用于花生油、榛子油、翅堿蓬籽油等多種植物油的提取[10-12]，然而用于米糠油的研究仍鮮見報道。

此次試驗使用超聲輔助乙醇提取米糠油，采用乙醇作為提取溶劑，可以減少有害物質(zhì)殘留，降低生產(chǎn)操作風(fēng)險，并對提取的米糠油理化性質(zhì)進行分析，為米糠油的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠，遼寧盤錦興旺米糠油有限公司；2-硫代巴比妥酸，Sangon Biotech有限公司（中國上海）；DPPH（1, 1-二苯基-2-吡啶并肼基），和光純藥工業(yè)株式會社（日本大阪）；γ-谷維素（＞98%），阿達馬斯試劑有限公司（中國上海）；其他化學(xué)藥品均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

H1850臺式高速離心機，湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；SB-120DT超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；UV-5800紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；SZC-101上海纖檢自動脂肪測定儀，上海纖檢儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠油制取

溶劑萃?。盒迈r米糠經(jīng)孔徑0.250 mm篩除去雜質(zhì)后，按照1∶8（g/mL）的比例分散在正己烷或無水乙醇中，于50 ℃浸提40 min，采用自動脂肪測定儀測定油脂含量。

超聲輔助乙醇提?。簩⒑Y選后的米糠與無水乙醇按1∶8（g/mL）的比例混合，在超聲頻率40 kHz下處理10～40 min，然后于50 ℃浸提40 min，采用自動脂肪測定儀測定油脂含量。

1.3.2 米糠油理化性質(zhì)分析

1.3.2.1 米糠油蠟含量的測定

通過測定丁酮中的不溶物來計算蠟的含量[13]。將米糠油與丁酮按照1∶5（V/V）的比例完全混合，靜置10 min后，用提前稱好質(zhì)量的濾紙將混合物快速過濾，隨后將濾紙在105 ℃下干燥至恒質(zhì)量，米糠油中蠟的質(zhì)量為增加的濾紙質(zhì)量。

1.3.2.2 米糠油的過氧化值的測定

參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》測定米糠油的過氧化值。

1.3.2.3 米糠油的硫代巴比妥酸數(shù)的測定

參照GB/T 35252—2017《動植物油脂 2-硫代巴比妥酸值的測定 直接法》測定米糠油的硫代巴比妥酸數(shù)。

1.3.2.4 米糠油皂化值的測定

參照GB/T 5534—2008《動植物油脂 皂化值的測定》測定米糠油的皂化值。

1.3.2.5 米糠油β-胡蘿卜素的測定

β-胡蘿卜素的含量測定參考文獻[14]。將米糠油樣品分散在正己烷中，使其濃度為10%（g/mL），記錄446 nm處樣品的吸光度。米糠油的β-胡蘿卜素含量按式（1）計算：

式中：383為β-胡蘿卜素的消光系數(shù)；A446為樣品在446 nm處的吸光度；L為比色皿的長度，cm；c為正己烷中米糠油的濃度，g/100 mL。

1.3.2.6 米糠油γ-谷維素含量的測定

參照LS/T 6121.1—2017《糧油檢驗 植物油中谷維素含量的測定 分光光度法》測定米糠油的γ-谷維素含量。

1.3.2.7 米糠油的抗氧化活性測定

根據(jù)Soares等[15]的方法，采用DPPH自由基測定米糠油的抗氧化活性。將1.5 mL米糠油樣品與1.5 mL DPPH溶液充分混合，然后將所得溶液于暗處靜置30 min。記錄溶液在522 nm處的吸光度，以乙醇溶液作為空白。米糠油的抗氧化活性按式（2）計算：

式中：A，AB和ADPPH分別為樣品、空白和DPPH溶液的吸光度。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗至少重復(fù)3次，試驗結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)方差”表示，并運用t檢驗進行平均數(shù)之間的差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠油提取率

采用超聲輔助乙醇提取米糠油，考察不同超聲處理時間（10～40 min）對提取率的影響，并與單獨使用溶劑提取進行比較，結(jié)果如圖1所示。利用正己烷作為溶劑時提取率最高（15.5%），而單獨采用乙醇溶劑的提取率最低（12.1%），這主要是因為低極性的正己烷比乙醇溶解油脂的能力更強[16]。在乙醇溶劑提取米糠油的過程中輔以超聲波可顯著提高出油率（p＜0.05），當(dāng)超聲處理時間為20 min時，米糠油提取率可達14.2%，達到傳統(tǒng)正己烷溶劑提取率的91.6%，這主要歸因于超聲波的機械波動和空化效應(yīng)，導(dǎo)致米糠中油脂可以與溶劑更高效地接觸[17]。該條件下的提取結(jié)果與宋玉卿等[18]的研究接近，他們利用超臨界CO2提取米糠油，在30 MPa，45 ℃下萃取80 min，米糠油提取率為14.32%。此外，隨著超聲時間繼續(xù)增加，米糠油的提取率逐漸下降，分析原因可能是超聲波處理時間過長，出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，減弱了空化效應(yīng)，降低了油脂的溶解速率[19]。

圖1 米糠油的提取率

2.2 米糠油蠟含量

米糠油蠟主要是由高級脂肪酸與高級脂肪醇組成的酯，一般是不能被人體消化吸收[14]。從表1中可以看出，采用正己烷和乙醇提取的米糠油所含蠟的含量沒有顯著差異（p＞0.05），而經(jīng)過超聲處理以后，米糠油中蠟的含量顯著提高（p＜0.05），且與超聲時間呈正相關(guān)變化。這可能是因為超聲處理使米糠的細胞壁破碎，導(dǎo)致更多的蠟暴露在米糠油提取液中，然而米糠油中蠟的含量過高將會影響米糠油的品質(zhì)，通常需要經(jīng)過脫蠟處理。

表1 米糠油理化性質(zhì)分析

2.3 米糠油的過氧化值

過氧化值是衡量油脂氧化程度的指標(biāo)，可以反映油脂的新鮮程度。由表1可知，單獨采用正己烷或乙醇提取得到的米糠油，過氧化值沒有顯著差異（p＞0.05），而當(dāng)采用超聲輔助乙醇提取后，米糠油的過氧化值快速提高，并隨超聲處理時間的增加呈現(xiàn)上升趨勢，這可能是因為超聲處理釋放出米糠內(nèi)部的脂肪酶，當(dāng)脂肪酶與油脂相接觸時會快速發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致油脂被氧化?？紤]到國際食品法典委員會對米糠油的過氧化值規(guī)定在10 meq/kg以下，因此在超聲輔助提取米糠油時，超聲時間不應(yīng)過長。此外，超聲處理也會增加油脂和氧氣的接觸機會，這也會加劇油脂被氧化。

2.4 米糠油的硫代巴比妥酸數(shù)

丙二醛（MDA）作為脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物，能與硫代巴比妥酸發(fā)生反應(yīng)，因此硫代巴比妥酸數(shù)可用來反映脂質(zhì)的氧化程度[20]。從表1中可以看出，在提取過程中輔以超聲處理后，米糠油的硫代巴比妥酸數(shù)明顯提高（p＜0.05），且超聲時間越長，增加程度越明顯，這可能是因為超聲處理加快了多不飽和脂肪酸的降解，從而導(dǎo)致米糠油中丙二醛含量的增加。另外，單獨經(jīng)乙醇提取的米糠油硫代巴比妥酸數(shù)高于經(jīng)正己烷提取的樣品，這可能歸因于2種溶劑極性上的差異。

2.5 米糠油的皂化值

通常將1 g油發(fā)生皂化所需的KOH量稱為皂化值，它往往與脂肪酸的平均分子量表現(xiàn)出反比關(guān)系[21]。由表1可知，超聲輔助處理的米糠油皂化值低于單獨用乙醇提取的米糠油，這是因為超聲處理之后，米糠油中如色素和固醇等不可皂化物的數(shù)量會增多，導(dǎo)致皂化值降低。另外，脂肪酸的平均分子量會因為多不飽和脂肪酸的降解而增大，這種變化也可能導(dǎo)致皂化值的降低。

2.6 米糠油的β-胡蘿卜素含量

作為米糠油中最常見的一種類胡蘿卜素，β-胡蘿卜素可以用作天然的抗氧化劑[22]。研究表明，β-胡蘿卜素與油脂的氧化機制存在密切關(guān)系，會對米糠油的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響[23]。由于溶劑極性的不同，β-胡蘿卜素在乙醇中的溶解度很差，而在正己烷中則更容易被溶解。從圖2可以看出，經(jīng)正己烷提取的米糠油中β-胡蘿卜素含量顯著低于其他樣品，當(dāng)超聲處理10 min時，米糠油中的β-胡蘿卜素含量達到較高值，繼續(xù)增加超聲處理時間，β-胡蘿卜素的含量沒有明顯變化。

圖2 米糠油中β-胡蘿卜素含量

2.7 米糠油的γ-谷維素含量

γ-谷維素是米糠油中最重要的營養(yǎng)要素之一，具有改善內(nèi)分泌失調(diào)、促進睡眠等功效，此外還具備抗衰老、抗氧化等多種生理功能。由圖3可知，乙醇溶劑萃取米糠油中的γ-谷維素含量顯著高于正己烷溶劑萃取的米糠油，這可能是由于γ-谷維素在乙醇和正己烷中溶解度的不同。此外，試驗還表明超聲處理可以顯著提高米糠油中γ-谷維素的含量，然而超聲時間的長短對米糠油中γ-谷維素含量影響并不顯著。

2.8 米糠油的抗氧化活性

米糠油中富含γ-谷維素、生育酚等多種活性成分，具有較好的抗氧化活性[24]。從圖4可以看出，單獨經(jīng)乙醇提取的米糠油抗氧化活性顯著高于經(jīng)正己烷提取的樣品（p＜0.05）。由圖2和圖3可知，采用乙醇溶劑提取的米糠油中，β-胡蘿卜素、γ-谷維素的含量更高。研究人員發(fā)現(xiàn)，米糠油的抗氧化活性會因為β-胡蘿卜素和γ-谷維素的含量而得到改善[14]。而在乙醇提取過程中輔以超聲處理，也在一定程度上提高了米糠油的抗氧化活性，但隨著超聲時間的延長，其抗氧化活性沒有顯著差異（p＞0.05）。

圖3 米糠油中γ-谷維素含量

圖4 米糠油的抗氧化活性

3 結(jié)論

此次試驗以米糠為原料，對經(jīng)過正己烷提取、乙醇提取及超聲輔助乙醇提取3種不同方式提取的米糠油，進行提油率和理化性質(zhì)的對比分析，結(jié)果表明，超聲輔助乙醇提取是一種提取米糠油的有效方法，在40 kHz超聲處理20 min時，米糠油的最高提取率為14.2%，達到傳統(tǒng)正己烷法提取率的91.6%。超聲處理后米糠油中β-胡蘿卜素和γ-谷維素含量升高，抗氧化活性也得到一定改善。由于超聲波處理，米糠油中的蠟含量、過氧化值、硫代巴比妥酸數(shù)和皂化值均有不同程度的提高，因此超聲輔助時間不宜過長?？傮w而言，超聲輔助乙醇提取方法可以達到有效提取米糠油的目的。