超臨界流體萃取與二乙醇胺法綜合制備米糠油

王金玲，張洪超，姜元松，熊 暢

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

超臨界流體萃取與二乙醇胺法綜合制備米糠油

王金玲，張洪超，姜元松，熊 暢

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

以市購(gòu)米糠為原料，采用超臨界流體萃取法提取米糠油，并對(duì)毛糠油的簡(jiǎn)化精煉工藝進(jìn)行研究。原料經(jīng)微波預(yù)處理降低解脂酶活性后，利用超臨界CO2分段萃取，先后控制條件15MPa、32℃、1.0h和35MPa、40℃、4.0h獲得毛糠油Ⅰ、Ⅱ。用二乙醇胺處理毛糠油Ⅱ，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得出二乙醇胺法精煉毛糠油的最佳條件為:二乙醇胺加入量為油重的9%，精煉溫度為50℃，振蕩時(shí)間為15min。在此條件下精煉毛糠油，油脂酸價(jià)可降至0.85mgKOH/g，酸價(jià)降低率達(dá)到94.33%。超臨界流體萃取與二乙醇胺法精煉綜合處理所得米糠油清澈、透明，谷維素含量為1.73%，色度達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

米糠油，超臨界CO2萃取，二乙醇胺，精煉

米糠油中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸的含量比例為1∶2.1∶1.8，接近美國(guó)心臟學(xué)會(huì)和世界衛(wèi)生組織建議的脂肪酸最佳攝入比例1∶2.1∶1.1，而且米糠油作為谷維素含量最多的油脂之一，其開(kāi)發(fā)利用引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注［1］。傳統(tǒng)米糠油制備方法為壓榨法或有機(jī)溶劑浸出法，但壓榨油具有酸值高，溶劑浸出油具有溶劑殘留等問(wèn)題，且兩種方法所得毛糠油都需經(jīng)過(guò)脫酸、脫膠、脫蠟、脫色和脫臭等步驟才能達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)，工序復(fù)雜。米糠油精煉中以脫酸為重點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的物理精煉法和化學(xué)精煉法，不僅油脂酸價(jià)和色度等指標(biāo)難以達(dá)成統(tǒng)一，而且精煉過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)受到較大影響［2－3］。超臨界流體萃取法［4］分段萃取米糠油，可以將游離脂肪酸（FFA）、蠟和不皂化物等雜質(zhì)集中在低溫低壓區(qū)，同時(shí)所得米糠油磷和鐵含量極低，降低了米糠油變質(zhì)的幾率［5］，油的色度明顯低于傳統(tǒng)制備方法［6］，風(fēng)味更為純正。二乙醇胺是一種弱堿，用于精煉毛糠油時(shí)不會(huì)皂化中性油，而且可以保留油中谷維素，同時(shí)得到應(yīng)用價(jià)值較高的乙醇胺鹽［7］。本文將超臨界CO2分段萃取法和二乙醇胺精煉法綜合應(yīng)用在米糠油制備中，為米糠油生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮米糠 市購(gòu);CO2氣體 哈爾濱黎明氣體有限公司，純度大于99.5%;無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚、二乙醇胺、正庚烷 天津市北辰方正化學(xué)試劑廠，分析純。

HA121－50－02超臨界萃取裝置 江蘇華安超臨界萃取有限公司;LG微波爐 樂(lè)金電子（天津）有限公司;SWB－2000恒溫水浴振蕩箱 天津奧特賽恩斯儀器有限公司;TDL－40B－W臺(tái)式低速大容量離心機(jī)

湖南星科科學(xué)儀器有限公司;T6－新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超臨界分段萃取米糠油 萃取工藝流程:原料→過(guò)篩（40目）→水分測(cè)定→微波輻照→稱重→裝料→密封→升溫升壓到預(yù)定值Ⅰ→超臨界萃取→毛糠油Ⅰ→升溫升壓到預(yù)定值Ⅱ→超臨界萃取→毛糠油Ⅱ

1.2.1.1 微波輻射 實(shí)驗(yàn)中將原料分批處理，每次稱取250g米糠（含水量13%），高火處理，輻照8m in，定期取出調(diào)勻，防止米糠焦糊，取出自然冷卻至室溫后，置入25℃恒溫箱保存，待用［8］。

1.2.1.2 分段萃取 準(zhǔn)確稱取250g微波處理后的米糠裝入萃取釜，啟動(dòng)萃取設(shè)備，向CO2流體中加入5%無(wú)水乙醇作為夾帶劑［9］，設(shè)置萃取條件Ⅰ為15MPa、32℃，萃取1.0h，分離得到毛糠油Ⅰ;升溫升壓至條件Ⅱ?yàn)?5MPa、40℃，繼續(xù)萃取4.0h，分離得到毛糠油Ⅱ［10］，分離脫脂米糠，計(jì)算米糠油得率（以進(jìn)料的百分比計(jì)）。

其中:m1為毛糠油Ⅰ的質(zhì)量;m2為毛糠油Ⅱ的質(zhì)量;m0為原料米糠的質(zhì)量。

1.2.2 二乙醇胺法精煉米糠油 精煉工藝流程:油堿混合→水浴振蕩→離心分出油相→水洗二次→干燥→脫酸、脫膠米糠油

1.2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 采用毛糠油Ⅱ進(jìn)行精煉，以毛糠油酸價(jià)降低率為指標(biāo)評(píng)價(jià)精煉效果。

單因素選擇為二乙醇胺質(zhì)量比、水浴振蕩溫度和振蕩時(shí)間，各因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

精煉的具體操作方法為:取10g毛糠油Ⅱ于離心試管中，迅速加入一定量二乙醇胺，在恒溫水浴振蕩箱（轉(zhuǎn)速100 r/m in）中作用一段時(shí)間，離心（轉(zhuǎn)速3000 r/m in）30min，分出油相，用油重10%去離子水洗油相二次，干燥后既得脫酸、脫膠米糠油［7］。按國(guó)標(biāo)法檢測(cè)酸價(jià)，計(jì)算酸價(jià)降低率。

表1 單因素實(shí)驗(yàn)因子及水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of single factor experiment

初始精煉條件為:二乙醇胺用量為油重5%，水浴溫度為35℃，水浴振蕩時(shí)間為10m in。每個(gè)實(shí)驗(yàn)3次重復(fù)。

1.2.2.2 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選取二乙醇胺質(zhì)量比、水浴振蕩溫度、振蕩時(shí)間3個(gè)因素，每個(gè)因素取3個(gè)水平進(jìn)行L9（33）正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化毛糠油的精煉條件（見(jiàn)表2）。每個(gè)實(shí)驗(yàn)3次重復(fù)。

表2 二乙醇胺精煉毛糠油正交實(shí)驗(yàn)因素及水平表Table 2 Factors and levels in the L9（33）orthogonal experiment

1.2.3 脫蠟 將二乙醇胺精煉后的米糠油緩慢冷卻至10℃，保溫6.0h結(jié)晶、養(yǎng)晶，然后升溫至15℃，離心（轉(zhuǎn)速3000 r/min，時(shí)間10m in）分離，得到精煉米糠油成品，測(cè)定蠟質(zhì)含量［11］。

1.3 米糠油質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

酸價(jià)的測(cè)定:GB/T 5530－2005;谷維素的測(cè)定:按參考文獻(xiàn)［12］的方法測(cè)定;色度測(cè)定:GB/T 22460－2008/ISO 15305:1998，羅維朋比色槽法;磷的測(cè)定:GB/T 5537－2008，鉬藍(lán)比色法;油脂透明度、氣味、滋味鑒定:GB/T 5525－2008;油脂過(guò)氧化值測(cè)定: GB/T 5538－2005;油脂中蠟質(zhì)含量測(cè)定:丙酮不溶物測(cè)定法［11］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖表繪制與偏差分析采用Excel軟件。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果新復(fù)極差檢驗(yàn)采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（V3.01）統(tǒng)計(jì)分析。正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)助手（II 3.1）進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 超臨界萃取米糠油質(zhì)量評(píng)價(jià)

米糠油超臨界分段萃取結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn):經(jīng)過(guò)分段萃取，毛糠油Ⅰ酸價(jià)約為毛糠油Ⅱ酸價(jià)的3.8倍，說(shuō)明米糠中FFA主要集中于低壓低溫區(qū)浸出;油Ⅱ得率接近油Ⅰ得率的30倍，說(shuō)明大部分中性油集中在高溫高壓下浸出，有利于食用米糠油的工業(yè)化生產(chǎn);油Ⅱ微濁，色澤為淺黃色，與食用油標(biāo)準(zhǔn)相差不大，可以通過(guò)后續(xù)精煉工藝迅速達(dá)到食用米糠油標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 二乙醇胺法精煉米糠油

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1.1 二乙醇胺質(zhì)量比對(duì)米糠油精煉效果的影響 由圖1可見(jiàn)，隨著二乙醇胺使用量的增加，毛糠油酸價(jià)降低率逐漸增大。趨勢(shì)為先大幅度增加，之后趨于平緩。這與毛糠油的原始酸價(jià)有直接的關(guān)系，還與二乙醇胺的作用時(shí)間和作用溫度有關(guān)。由圖1分析可知，當(dāng)二乙醇胺加入量為毛糠油油重7%時(shí)，酸價(jià)降低率接近90%，增加二乙醇胺用量，酸價(jià)降低率維持在90%附近且差異不顯著。由于米糠油中含有植物甾醇與VE等不皂化物，增加二乙醇胺用量時(shí)二者的損失會(huì)相應(yīng)增加［13］，因此綜合各因素考慮，二乙醇胺加入量應(yīng)控制在5%～9%，7%為進(jìn)一步正交實(shí)驗(yàn)的中心水平。

表3 米糠油超臨界分段萃取結(jié)果Table 3 The results of rice bran oil by stage extraction using supercritical CO2

圖1 二乙醇胺質(zhì)量比對(duì)米糠油精煉效果的影響Fig.1 Effect of diethanolamine’s dose on rice bran oil refining

2.2.1.2 水浴溫度對(duì)米糠油精煉效果的影響 由圖2分析可知，隨溫度增加，毛糠油酸價(jià)降低率逐漸增加。溫度達(dá)到45℃時(shí)，酸價(jià)降低率趨于恒定。由于進(jìn)一步升高溫度，會(huì)使VE、谷維素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的穩(wěn)定性降低，而鐵離子與脂肪酸高溫下相互作用會(huì)導(dǎo)致油脂色澤加深［5］。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)極差檢驗(yàn)顯示，水浴溫度為45℃時(shí)的酸價(jià)降低率均值與40℃的均值比較差異顯著，與50℃時(shí)的結(jié)果比較差異不顯著，因此二乙醇胺作用時(shí)水浴溫度應(yīng)該控制在40～50℃，45℃為正交實(shí)驗(yàn)中水浴溫度的中心水平。

配套服務(wù)企業(yè)包括物流包裝生產(chǎn)制造企業(yè)、農(nóng)資企業(yè)、農(nóng)機(jī)企業(yè)等等，服務(wù)于種植戶、物流等對(duì)象，系統(tǒng)模塊可以用于信息發(fā)布、數(shù)據(jù)收集等。

圖2 水浴溫度對(duì)米糠油精煉效果的影響Fig.2 Effect of temperature on rice bran oil refining

2.2.1.3 振蕩時(shí)間對(duì)米糠油精煉效果的影響 延長(zhǎng)振蕩時(shí)間有利于二乙醇胺與毛糠油充分混合，增強(qiáng)精煉效果。由圖3分析可知，隨著振蕩時(shí)間的延長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)酸價(jià)降低幅度明顯，10m in后酸價(jià)降低率變化幅度縮小，這是由于毛糠油中FFA有限，實(shí)驗(yàn)后期酸價(jià)降低率將趨于定值。數(shù)據(jù)經(jīng)極差分析顯示，振蕩時(shí)間為10m in時(shí)的酸價(jià)降低率均值與5m in的結(jié)果比較差異顯著，與15m in的結(jié)果比較差異不顯著，因此選擇振蕩時(shí)間10m in為進(jìn)一步正交實(shí)驗(yàn)的中心水平。

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 二乙醇胺精煉毛糠油Ⅱ正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析見(jiàn)表5。

圖3 振蕩時(shí)間對(duì)米糠油精煉效果的影響Fig.3 Effect of time on rice bran oil refining

表4 二乙醇胺精煉毛糠油正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of the L9（33）orthogonal experiment

表5 二乙醇胺精煉毛糠油正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of the results about the L9（33）orthogonal experiment

由表4分析可知，影響二乙醇胺脫酸脫膠效果的因素順序是:水浴溫度＞二乙醇胺質(zhì)量比＞振蕩時(shí)間，其中水浴溫度和二乙醇胺質(zhì)量比這兩個(gè)因素對(duì)精煉效果影響較為顯著。二乙醇胺對(duì)毛糠油Ⅱ精煉的最佳條件為A3B3C3，即二乙醇胺質(zhì)量比為9%，溫度為50℃，振蕩時(shí)間為15m in。按此參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，精煉后米糠油的酸價(jià)為0.85mgKOH/g，酸價(jià)降低率為94.33%，與正交實(shí)驗(yàn)各組處理結(jié)果相比，精煉效果最好。

由表5方差分析可以看出，水浴溫度對(duì)酸價(jià)降低率的影響顯著，其他兩項(xiàng)的影響不顯著，此結(jié)果與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析結(jié)論一致。

2.3 超臨界分段萃取與二乙醇胺綜合應(yīng)用制備米糠油的品質(zhì)

2.3.1 米糠油外觀 超臨界萃取和二乙醇胺綜合處理所得米糠油，具有獨(dú)特香味，清澈、透明，淡黃色，經(jīng)羅維朋比色槽法色度測(cè)定，色度（133.4mm羅維朋比色槽）（Y）35（R）3.6，明顯低于傳統(tǒng)精煉米糠油色度，達(dá)到了精煉米糠油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［14］。

2.3.2 谷維素含量 對(duì)綜合方法所得精煉油進(jìn)行谷維素含量測(cè)定，結(jié)果表明精煉油中谷維素含量為1.73%，具有較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2.3.3 磷含量 超臨界流體萃取米糠油中磷含量較低，通過(guò)二乙醇胺精煉又會(huì)脫除一部分含磷物質(zhì)。對(duì)綜合處理后的米糠油進(jìn)行磷含量測(cè)定，結(jié)果顯示精煉油平均含磷量為3.1mg/kg，控制在目前脫膠效果最好的酶法脫膠范圍（含磷量低于 5mg/kg）［15］之內(nèi)。

2.3.4 過(guò)氧化值 對(duì)綜合方法所得精煉油進(jìn)行過(guò)氧化值測(cè)定，結(jié)果為4.5mmol/kg，油脂具有較好的穩(wěn)定性。

2.3.5 蠟質(zhì)含量 精煉米糠油成品蠟質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果為0.43%，與普通米糠油中2%～4%的蠟質(zhì)含量［16］相比明顯降低，提高了米糠油的食用口感。

3 討論

傳統(tǒng)的壓榨法制備米糠油得率低，有機(jī)溶劑浸出法油脂得率雖然高，但是和壓榨毛油一樣，酸價(jià)高且色澤深［6］，磷、鐵含量高使毛油易于變質(zhì)，增加了精煉工序的復(fù)雜性與物質(zhì)消耗量。超臨界流體萃取油脂得率接近有機(jī)溶劑浸出油脂得率，但酸價(jià)降低且色澤淺，同時(shí)甾醇含量得到針對(duì)性提高［4］。本研究采用分段萃取法，不僅使中性油脂集中于高溫高壓區(qū)，而且油脂品質(zhì)得到顯著改善。

超臨界萃取米糠油的得率與米糠的新鮮程度有直接關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)中使用的米糠是從市場(chǎng)購(gòu)買，新鮮程度受到影響，因此毛糠油出油率偏低，選用新鮮米糠此問(wèn)題能夠得到解決。

傳統(tǒng)的米糠油堿煉可以獲得理想的酸值和色澤，但中性油的損失較大，同時(shí)生成大量成分復(fù)雜的皂腳;物理精煉設(shè)備復(fù)雜，溫度設(shè)置較高，油品質(zhì)明顯低于堿煉法［17］。本研究中使用的二乙醇胺精練法具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能在一定程度上避免傳統(tǒng)堿煉和物理精煉的問(wèn)題。

本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)化米糠油精煉工藝，考察了米糠油脫酸效果及谷維素含量，而米糠油中其它營(yíng)養(yǎng)素如甾醇及VE在精煉中是否損失及損失多少尚不得知，需進(jìn)一步研究。但生產(chǎn)富含谷維素的優(yōu)質(zhì)米糠油，此方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

經(jīng)超臨界分段萃取、二乙醇胺精煉和脫蠟綜合工藝處理所得米糠油具有焙烤食品獨(dú)特香味，油脂澄清、透明，呈現(xiàn)淡黃色，綜合處理后酸價(jià)可降至0.85mgKOH/g，磷含量降至3.1mg/kg，過(guò)氧化值為4.5mmol/kg，蠟質(zhì)含量0.43%，符合國(guó)家浸出成品米糠油質(zhì)量指標(biāo)。

超臨界流體分段萃取和二乙醇胺法的綜合應(yīng)用，節(jié)省了傳統(tǒng)毛糠油精煉工藝中單獨(dú)脫色、脫膠和脫臭的工藝，是一種制備食用米糠油新型、簡(jiǎn)捷、高效的方法。

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Preparation of rice bran oil by supercritical fluid extraction and diethanolam ine refining

WANG Jin－ling，ZHANG Hong－chao，JIANG Yuan－song，XIONG Chang
（School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Rice b ran oil was extrac ted by superc ritical CO2from rice bran bought from market，the p rocess of refining crude rice bran oilwas studied through add ing diethanolam ine.Two rice b ran oil sam p lesⅠandⅡ were ob tained by stage extraction using supercritical CO2w ith cond itions of 15MPa，32℃，1.0h and 35MPa，40℃，4.0h，respec tively，after rice bran p retreatmentbym icrowave radiation.Based on the results of sing le factor experiments，orthogonal experim entwas designed to op tim ize the op timal refining cond itions by add ing d iethanolam ine，which were:d iethanolam ine to oil rate of9%，tem perature of50℃，shaking refining tim e of 15m in.Under these cond itions，the acid value of refined rice bran oil decreased to 0.85mgKOH/g，and the rate of decrease was 94.33%.The rice b ran oil after refining was c lear，transparent，and the oryzanol content was up to 1.73%，the color of refined rice b ran oil reached the national standard.

rice bran oil;supercritical CO2extraction;diethanolam ine;refining

TS229

A

1002－0306（2012）06－0320－04

2011－04－15

王金玲（1975－），女，講師，研究方向:天然產(chǎn)物。

東北林業(yè)大學(xué)基金（101022549）。