有機(jī)溶劑法提取米糠油工藝的研究

劉瑞利，張傳許，占劍峰，2*

（1.中糧糧油工業(yè)（黃岡）有限公司，湖北 黃岡 438000；2.黃岡師范學(xué)院大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 黃岡 438000）

米糠是稻谷脫殼后的副產(chǎn)物，富含脂肪、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等[1]，其中油脂含量為15%～22%，蛋白質(zhì)為12%～16%，水分為7%～14%，灰分為8%～12%，無氮浸出物為33%～53%[2]。米糠油中亞油酸含量為38%，油酸為42%，比例約為1∶1，符合國際衛(wèi)生組織推薦的最佳比例[3]。米糠油中亞麻酸含量低，使其具有良好的熱穩(wěn)定性，不易氧化，不會(huì)產(chǎn)生異味[4]。米糠油中飽和脂肪酸含量低，無長鏈飽和脂肪酸，使其具有較低的熔點(diǎn)和黏度，因此具有較好的口感[5]。同時(shí)脂肪酸組成中含有其他油脂沒有的一些成分，因此有較高的營養(yǎng)價(jià)值及藥用價(jià)值，日益受到油脂工作者的重視[6]。

米糠油的提取方法中，傳統(tǒng)的壓榨法雖然具有品質(zhì)量好、色澤優(yōu)等特點(diǎn)，但傳統(tǒng)壓榨法得率低，能耗大[7-8]；超臨界CO2萃取法和膜分離技術(shù)雖可解決溶劑殘留等問題，但存在設(shè)備價(jià)格貴，難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[9-10]等問題；浸提法主要是通過有機(jī)溶劑對(duì)粉碎的米糠進(jìn)行浸取、抽提和溶劑回收等得到粗油，該方法出油率高，處理量大，效率高，也是目前企業(yè)常用的油脂提取方法[11-12]。

本研究以市售米糠為原料，以優(yōu)化米糠油提取工藝為目標(biāo)，考察提取過程中的不同有機(jī)溶劑、溫度、提取時(shí)間、料液比和烘烤時(shí)間等因素對(duì)米糠油提取率的影響，采用響應(yīng)面的分析方法，確定最佳提取工藝。通過研究找到一種在生產(chǎn)中簡(jiǎn)單易行，浸出粕變性程度小，同時(shí)具有出油率較高、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)的提取工藝，使其在生產(chǎn)中得到應(yīng)用推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米糠（粗脂肪含量為14.76%）：市售；無水乙醇、正己烷、環(huán)己烷、石油醚、丙酮、乙醚等均為分析純：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SZC-101上海纖檢自動(dòng)脂肪測(cè)定儀：上海纖檢儀器有限公司；PB2002-10 Metter-Toledo Group電子天平：梅特勒-托利多國際有限公司；GZX-9240MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠油的提取工藝及操作要點(diǎn)

米糠→粉碎→烘干→有機(jī)溶劑浸泡→抽提→溶劑回收→粗米糠油

烘干：將米糠攤開，置于烘箱中，溫度60℃，烘30 min；

有機(jī)溶劑浸泡：將烘干后的米糠用濾紙包好，置于有機(jī)溶劑中，浸泡1 h；

抽提：將溫度設(shè)為85℃，進(jìn)行抽提。

1.3.2 米糠油提取單因素試驗(yàn)

（1）有機(jī)溶劑的選擇

取一定量米糠，分別加入200 mL石油醚、丙酮、乙醚、混合溶劑（正己烷/環(huán)己烷=4∶1，V/V），70 ℃恒溫浸出2 h，采用自動(dòng)脂肪測(cè)定儀測(cè)定溶劑中油脂的含量。

（2）液料比

取一定量米糠，液料比設(shè)為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1（mL∶g），在溫度70℃條件下恒溫浸出2 h，采用自動(dòng)脂肪測(cè)定儀測(cè)定溶劑中油脂的含量。

（3）提取溫度

取一定量米糠，加入200mL混合溶劑，在液料比為20∶1（mL∶g），分別在40℃、50℃、60℃，70℃、80℃的溫度條件下恒溫浸出2h，采用自動(dòng)脂肪測(cè)定儀測(cè)定溶劑中油脂的含量。

（4）提取時(shí)間

取一定量米糠，加入混合溶劑，液料比為20∶1（mL∶g），在70 ℃恒溫浸出，浸出時(shí)間分別為0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h，采用自動(dòng)脂肪測(cè)定儀測(cè)定溶劑中油脂的含量。

（5）烘烤時(shí)間

取一定量米糠，干燥時(shí)間分別為10min、20min、30min、40min、50min，再分別加入混合溶劑，在70℃恒溫浸出2 h，采用自動(dòng)脂肪測(cè)定儀測(cè)定溶劑中油脂的含量。

1.3.3 米糠油提取工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以提取溫度、提取時(shí)間、料液比為評(píng)價(jià)因素，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.4 油脂含量與米糠油脂提取率的測(cè)定

油脂含量的測(cè)定參考GB/T 5512—2008《糧油檢驗(yàn)糧食中粗脂肪含量測(cè)定》[13]。米糠油脂提取率計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 提取過程對(duì)米糠油提取率的影響研究

2.1.1 不同有機(jī)溶劑對(duì)米糠油浸出的影響

表2 不同溶劑對(duì)米糠油脂提取率的影響Table 2 Effect of different solvents on rice bran oil extraction rate

由表2可知，石油醚對(duì)米糠油脂的提取率較低，且石油醚回收時(shí)間長；丙酮對(duì)米糠油的提取率雖比較高，但萃取速度較慢；乙醚對(duì)米糠油的提取得率低，萃取時(shí)間長；用混合溶劑提取米糠油時(shí)提取率高，同時(shí)回收時(shí)間較短，是一種較好的提取劑[14]。因此選擇混合溶劑（正己烷/環(huán)己烷=4∶1，V/V）作為米糠油的提取溶劑。

2.1.2 液料比對(duì)米糠油脂提油率的影響

圖1 液料比對(duì)米糠油脂提取率的影響Fig.1 Effect of solvent to material ratio on rice bran oil extraction rate

不同液料比條件下米糠油脂的提取結(jié)果見圖1。由圖1可知，隨著液料比的增加，提取率越來越高，但是當(dāng)液料比超過20∶1（mL∶g）時(shí)，提高趨勢(shì)不再明顯。液料比越大有利于油的提取，但是當(dāng)充分飽和后，提高趨勢(shì)不明顯，而且當(dāng)料液比過大時(shí)，就會(huì)使后序工藝中油與溶劑的分離時(shí)間變長，從而增大能耗，導(dǎo)致了成本的升高[15]。綜合考慮，選擇液料比為20∶1（mL∶g）。

2.1.3 提取溫度對(duì)米糠油脂提取率的影響

不同溫度對(duì)米糠油脂提取率的影響見圖2。由圖2可知，溫度＜70℃時(shí)，提油率隨溫度的升高而增加，這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，油更容易被萃取到有機(jī)溶劑中；當(dāng)溫度＞70℃后，提油率隨溫度的升高而降低，因?yàn)楫?dāng)溫度升至70℃以上時(shí)，高溫可能影響了蛋白質(zhì)等其他成分，阻礙了油脂的浸出[16]。故選擇提取溫度為70℃。

圖2 提取溫度對(duì)米糠油脂提取率的影響Fig.2 Effect of extracting temperature on rice bran oil extraction rate

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響

提取時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響見圖3。由圖3可知，提取時(shí)間在2.0 h之前，隨著提取時(shí)間的增加，提取率增長較快，2.0 h后隨著時(shí)間增加，提取率增長不明顯。因此，綜合考慮，選擇2.0 h為最佳的提取時(shí)間。

圖3 提取時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響Fig.3 Effect of extracting time on rice bran oil extraction rate

2.1.5 米糠粉烘烤時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響

圖4 烘烤時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響Fig.4 Effects of baking time on rice bran oil extraction rate

烘烤時(shí)間對(duì)米糠油脂提取率的影響結(jié)果見圖4。由圖4可知，在烘烤時(shí)間40 min以內(nèi)時(shí)，米糠油提取率隨米糠粉烘烤時(shí)間的增加而升高，當(dāng)烘烤時(shí)間為40 min時(shí)，油脂的提取率最高，此后下降。這可能是因?yàn)樗趾刻?，料坯中僅含有化合水和內(nèi)層結(jié)合水，起不到夾帶劑的作用；而水分含量過高，料坯中含有大量的游離水和外層結(jié)合水，易在物料顆粒表面形成水膜；影響溶劑的滲透和對(duì)油脂的溶解作用[17]。同時(shí)米糠粉夾帶淀粉，水分促使淀粉將糊化，米糠油進(jìn)入溶劑中將會(huì)變得十分困難[18]。故選擇最佳烘烤時(shí)間為40 min。

2.2 提取工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取3個(gè)因素（溫度、提取時(shí)間和液料比），以米糠油脂提取率作為響應(yīng)值，通過Design-Expert軟件設(shè)計(jì)的3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，方差分析見表4。

表3 響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface method

表4 各因素和回歸方程的方差分析Table 4 Variance analysis of factors and regression equation

采用Design Expert統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)模型及回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)見表4。3個(gè)因素對(duì)感官評(píng)定影響的重要性次序依次為：溫度＞提取時(shí)間＞料液比。經(jīng)回歸擬合后求得提取率R與各因素的擬合方程為：

R=11.82+0.18A-0.13B+0.021C-0.043AB+0.042AC+0.17BC-4.18A2-2.43B2-3.0C2

從表4可以看出，回歸模型的F值為859.21，P＜0.000 1，表示差異極其顯著；而失擬項(xiàng)的F值為2.49，P值為0.199 1，差異不顯著，各因素中一次項(xiàng)A、B，交互項(xiàng)BC和二次項(xiàng)A2、B2、C2的影響都是顯著的，方程的決定系數(shù)為0.997 9，說明該模型擬合結(jié)果良好。

將模型中的A固定在0水平，得到時(shí)間和料液比兩個(gè)因素交互作用對(duì)油脂提取率影響的響應(yīng)曲面與等高線圖如圖5所示。從響應(yīng)面分析圖上可以找出最佳參數(shù)以及各參數(shù)之間的相互作用。根據(jù)方程，得出有機(jī)溶劑提取米糠油的最佳條件：溫度70.21℃，提取時(shí)間1.99 h，液料比為20∶1（mL∶g）。

圖5 液料比和提取時(shí)間交互作用對(duì)米糠油脂提取率影響的響應(yīng)面與等高線Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between solvent to material ratio and extracting time on rice bran oil yield optimization

檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化的測(cè)定條件進(jìn)行有機(jī)溶劑提取米糠油的試驗(yàn)，考慮到實(shí)際的操作情況，將測(cè)定的條件修正為溫度為70℃，提取時(shí)間為2.0 h，液料比為20∶1（mL∶g）。在此條件下做3次平行試驗(yàn)，得到米糠油脂的提取率為11.78%，實(shí)際值與理論值的相對(duì)誤差為0.34%，可見該模型可以很好地反映各因素對(duì)米糠油的提取率的影響，同時(shí)也證明了用該方法研究米糠油的提取率的可行性。由于米糠中油脂的總含量為14.76%，故米糠油的提取率為79.81%。

3 結(jié)論

采用有機(jī)溶劑提取米糠油的工藝中，混合溶劑（正己烷/環(huán)己烷=4∶1，V/V）在提取油脂過程中具有最高的提取率，通過對(duì)米糠油提取過程影響因素的分析，結(jié)合響應(yīng)面的分析方法，得出最佳的提取工藝為：提取溫度70℃、提取時(shí)間2.0 h，液料比20∶1（mL∶g），米糠烘烤時(shí)間40 min，在此條件下，米糠油的提取率為79.81%。

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