超临界流体萃取与二乙醇胺法综合制备米糠油

王金玲，张洪超，姜元松，熊 畅

（东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨 150040）

超临界流体萃取与二乙醇胺法综合制备米糠油

王金玲，张洪超，姜元松，熊 畅

（东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨 150040）

以市购米糠为原料，采用超临界流体萃取法提取米糠油，并对毛糠油的简化精炼工艺进行研究。原料经微波预处理降低解脂酶活性后，利用超临界CO2分段萃取，先后控制条件15MPa、32℃、1.0h和35MPa、40℃、4.0h获得毛糠油Ⅰ、Ⅱ。用二乙醇胺处理毛糠油Ⅱ，通过单因素实验和正交实验得出二乙醇胺法精炼毛糠油的最佳条件为:二乙醇胺加入量为油重的9%，精炼温度为50℃，振荡时间为15min。在此条件下精炼毛糠油，油脂酸价可降至0.85mgKOH/g，酸价降低率达到94.33%。超临界流体萃取与二乙醇胺法精炼综合处理所得米糠油清澈、透明，谷维素含量为1.73%，色度达到了国家标准。

米糠油，超临界CO2萃取，二乙醇胺，精炼

米糠油中饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸的含量比例为1∶2.1∶1.8，接近美国心脏学会和世界卫生组织建议的脂肪酸最佳摄入比例1∶2.1∶1.1，而且米糠油作为谷维素含量最多的油脂之一，其开发利用引起了国内外广泛关注［1］。传统米糠油制备方法为压榨法或有机溶剂浸出法，但压榨油具有酸值高，溶剂浸出油具有溶剂残留等问题，且两种方法所得毛糠油都需经过脱酸、脱胶、脱蜡、脱色和脱臭等步骤才能达到食用标准，工序复杂。米糠油精炼中以脱酸为重点，采用传统的物理精炼法和化学精炼法，不仅油脂酸价和色度等指标难以达成统一，而且精炼过程中营养物质受到较大影响［2－3］。超临界流体萃取法［4］分段萃取米糠油，可以将游离脂肪酸（FFA）、蜡和不皂化物等杂质集中在低温低压区，同时所得米糠油磷和铁含量极低，降低了米糠油变质的几率［5］，油的色度明显低于传统制备方法［6］，风味更为纯正。二乙醇胺是一种弱碱，用于精炼毛糠油时不会皂化中性油，而且可以保留油中谷维素，同时得到应用价值较高的乙醇胺盐［7］。本文将超临界CO2分段萃取法和二乙醇胺精炼法综合应用在米糠油制备中，为米糠油生产工艺的改进提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜米糠 市购;CO2气体 哈尔滨黎明气体有限公司，纯度大于99.5%;无水乙醇、无水乙醚、二乙醇胺、正庚烷 天津市北辰方正化学试剂厂，分析纯。

HA121－50－02超临界萃取装置 江苏华安超临界萃取有限公司;LG微波炉 乐金电子（天津）有限公司;SWB－2000恒温水浴振荡箱 天津奥特赛恩斯仪器有限公司;TDL－40B－W台式低速大容量离心机

湖南星科科学仪器有限公司;T6－新世纪紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 超临界分段萃取米糠油 萃取工艺流程:原料→过筛（40目）→水分测定→微波辐照→称重→装料→密封→升温升压到预定值Ⅰ→超临界萃取→毛糠油Ⅰ→升温升压到预定值Ⅱ→超临界萃取→毛糠油Ⅱ

1.2.1.1 微波辐射 实验中将原料分批处理，每次称取250g米糠（含水量13%），高火处理，辐照8m in，定期取出调匀，防止米糠焦糊，取出自然冷却至室温后，置入25℃恒温箱保存，待用［8］。

1.2.1.2 分段萃取 准确称取250g微波处理后的米糠装入萃取釜，启动萃取设备，向CO2流体中加入5%无水乙醇作为夹带剂［9］，设置萃取条件Ⅰ为15MPa、32℃，萃取1.0h，分离得到毛糠油Ⅰ;升温升压至条件Ⅱ为35MPa、40℃，继续萃取4.0h，分离得到毛糠油Ⅱ［10］，分离脱脂米糠，计算米糠油得率（以进料的百分比计）。

其中:m1为毛糠油Ⅰ的质量;m2为毛糠油Ⅱ的质量;m0为原料米糠的质量。

1.2.2 二乙醇胺法精炼米糠油 精炼工艺流程:油碱混合→水浴振荡→离心分出油相→水洗二次→干燥→脱酸、脱胶米糠油

1.2.2.1 单因素实验 采用毛糠油Ⅱ进行精炼，以毛糠油酸价降低率为指标评价精炼效果。

单因素选择为二乙醇胺质量比、水浴振荡温度和振荡时间，各因素水平设计见表1。

精炼的具体操作方法为:取10g毛糠油Ⅱ于离心试管中，迅速加入一定量二乙醇胺，在恒温水浴振荡箱（转速100 r/m in）中作用一段时间，离心（转速3000 r/m in）30min，分出油相，用油重10%去离子水洗油相二次，干燥后既得脱酸、脱胶米糠油［7］。按国标法检测酸价，计算酸价降低率。

表1 单因素实验因子及水平设计Table 1 Factors and levels of single factor experiment

初始精炼条件为:二乙醇胺用量为油重5%，水浴温度为35℃，水浴振荡时间为10m in。每个实验3次重复。

1.2.2.2 正交实验 在单因素实验基础上选取二乙醇胺质量比、水浴振荡温度、振荡时间3个因素，每个因素取3个水平进行L9（33）正交实验，优化毛糠油的精炼条件（见表2）。每个实验3次重复。

表2 二乙醇胺精炼毛糠油正交实验因素及水平表Table 2 Factors and levels in the L9（33）orthogonal experiment

1.2.3 脱蜡 将二乙醇胺精炼后的米糠油缓慢冷却至10℃，保温6.0h结晶、养晶，然后升温至15℃，离心（转速3000 r/min，时间10m in）分离，得到精炼米糠油成品，测定蜡质含量［11］。

1.3 米糠油质量评价指标

酸价的测定:GB/T 5530－2005;谷维素的测定:按参考文献［12］的方法测定;色度测定:GB/T 22460－2008/ISO 15305:1998，罗维朋比色槽法;磷的测定:GB/T 5537－2008，钼蓝比色法;油脂透明度、气味、滋味鉴定:GB/T 5525－2008;油脂过氧化值测定: GB/T 5538－2005;油脂中蜡质含量测定:丙酮不溶物测定法［11］。

1.4 数据处理与分析

单因素实验结果图表绘制与偏差分析采用Excel软件。单因素实验结果新复极差检验采用DPS数据处理系统（V3.01）统计分析。正交实验数据采用正交实验设计助手（II 3.1）进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 超临界萃取米糠油质量评价

米糠油超临界分段萃取结果见表3。

由表3可见:经过分段萃取，毛糠油Ⅰ酸价约为毛糠油Ⅱ酸价的3.8倍，说明米糠中FFA主要集中于低压低温区浸出;油Ⅱ得率接近油Ⅰ得率的30倍，说明大部分中性油集中在高温高压下浸出，有利于食用米糠油的工业化生产;油Ⅱ微浊，色泽为浅黄色，与食用油标准相差不大，可以通过后续精炼工艺迅速达到食用米糠油标准。

2.2 二乙醇胺法精炼米糠油

2.2.1 单因素实验结果及分析

2.2.1.1 二乙醇胺质量比对米糠油精炼效果的影响 由图1可见，随着二乙醇胺使用量的增加，毛糠油酸价降低率逐渐增大。趋势为先大幅度增加，之后趋于平缓。这与毛糠油的原始酸价有直接的关系，还与二乙醇胺的作用时间和作用温度有关。由图1分析可知，当二乙醇胺加入量为毛糠油油重7%时，酸价降低率接近90%，增加二乙醇胺用量，酸价降低率维持在90%附近且差异不显著。由于米糠油中含有植物甾醇与VE等不皂化物，增加二乙醇胺用量时二者的损失会相应增加［13］，因此综合各因素考虑，二乙醇胺加入量应控制在5%～9%，7%为进一步正交实验的中心水平。

表3 米糠油超临界分段萃取结果Table 3 The results of rice bran oil by stage extraction using supercritical CO2

图1 二乙醇胺质量比对米糠油精炼效果的影响Fig.1 Effect of diethanolamine’s dose on rice bran oil refining

2.2.1.2 水浴温度对米糠油精炼效果的影响 由图2分析可知，随温度增加，毛糠油酸价降低率逐渐增加。温度达到45℃时，酸价降低率趋于恒定。由于进一步升高温度，会使VE、谷维素等营养物质的稳定性降低，而铁离子与脂肪酸高温下相互作用会导致油脂色泽加深［5］。实验数据经极差检验显示，水浴温度为45℃时的酸价降低率均值与40℃的均值比较差异显著，与50℃时的结果比较差异不显著，因此二乙醇胺作用时水浴温度应该控制在40～50℃，45℃为正交实验中水浴温度的中心水平。

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图2 水浴温度对米糠油精炼效果的影响Fig.2 Effect of temperature on rice bran oil refining

2.2.1.3 振荡时间对米糠油精炼效果的影响 延长振荡时间有利于二乙醇胺与毛糠油充分混合，增强精炼效果。由图3分析可知，随着振荡时间的延长，短时间内酸价降低幅度明显，10m in后酸价降低率变化幅度缩小，这是由于毛糠油中FFA有限，实验后期酸价降低率将趋于定值。数据经极差分析显示，振荡时间为10m in时的酸价降低率均值与5m in的结果比较差异显著，与15m in的结果比较差异不显著，因此选择振荡时间10m in为进一步正交实验的中心水平。

2.2.2 正交实验结果及分析 二乙醇胺精炼毛糠油Ⅱ正交实验结果见表4，方差分析见表5。

图3 振荡时间对米糠油精炼效果的影响Fig.3 Effect of time on rice bran oil refining

表4 二乙醇胺精炼毛糠油正交实验结果Table 4 Results of the L9（33）orthogonal experiment

表5 二乙醇胺精炼毛糠油正交实验结果方差分析Table 5 Variance analysis of the results about the L9（33）orthogonal experiment

由表4分析可知，影响二乙醇胺脱酸脱胶效果的因素顺序是:水浴温度＞二乙醇胺质量比＞振荡时间，其中水浴温度和二乙醇胺质量比这两个因素对精炼效果影响较为显著。二乙醇胺对毛糠油Ⅱ精炼的最佳条件为A3B3C3，即二乙醇胺质量比为9%，温度为50℃，振荡时间为15m in。按此参数进行验证实验，精炼后米糠油的酸价为0.85mgKOH/g，酸价降低率为94.33%，与正交实验各组处理结果相比，精炼效果最好。

由表5方差分析可以看出，水浴温度对酸价降低率的影响显著，其他两项的影响不显著，此结果与正交实验结果的极差分析结论一致。

2.3 超临界分段萃取与二乙醇胺综合应用制备米糠油的品质

2.3.1 米糠油外观 超临界萃取和二乙醇胺综合处理所得米糠油，具有独特香味，清澈、透明，淡黄色，经罗维朋比色槽法色度测定，色度（133.4mm罗维朋比色槽）（Y）35（R）3.6，明显低于传统精炼米糠油色度，达到了精炼米糠油的国家标准［14］。

2.3.2 谷维素含量 对综合方法所得精炼油进行谷维素含量测定，结果表明精炼油中谷维素含量为1.73%，具有较好的营养价值。

2.3.3 磷含量 超临界流体萃取米糠油中磷含量较低，通过二乙醇胺精炼又会脱除一部分含磷物质。对综合处理后的米糠油进行磷含量测定，结果显示精炼油平均含磷量为3.1mg/kg，控制在目前脱胶效果最好的酶法脱胶范围（含磷量低于 5mg/kg）［15］之内。

2.3.4 过氧化值 对综合方法所得精炼油进行过氧化值测定，结果为4.5mmol/kg，油脂具有较好的稳定性。

2.3.5 蜡质含量 精炼米糠油成品蜡质含量测定结果为0.43%，与普通米糠油中2%～4%的蜡质含量［16］相比明显降低，提高了米糠油的食用口感。

3 讨论

传统的压榨法制备米糠油得率低，有机溶剂浸出法油脂得率虽然高，但是和压榨毛油一样，酸价高且色泽深［6］，磷、铁含量高使毛油易于变质，增加了精炼工序的复杂性与物质消耗量。超临界流体萃取油脂得率接近有机溶剂浸出油脂得率，但酸价降低且色泽浅，同时甾醇含量得到针对性提高［4］。本研究采用分段萃取法，不仅使中性油脂集中于高温高压区，而且油脂品质得到显著改善。

超临界萃取米糠油的得率与米糠的新鲜程度有直接关系，本实验中使用的米糠是从市场购买，新鲜程度受到影响，因此毛糠油出油率偏低，选用新鲜米糠此问题能够得到解决。

传统的米糠油碱炼可以获得理想的酸值和色泽，但中性油的损失较大，同时生成大量成分复杂的皂脚;物理精炼设备复杂，温度设置较高，油品质明显低于碱炼法［17］。本研究中使用的二乙醇胺精练法具有的独特优势，能在一定程度上避免传统碱炼和物理精炼的问题。

本实验简化米糠油精炼工艺，考察了米糠油脱酸效果及谷维素含量，而米糠油中其它营养素如甾醇及VE在精炼中是否损失及损失多少尚不得知，需进一步研究。但生产富含谷维素的优质米糠油，此方法具有明显的优势。

4 结论

经超临界分段萃取、二乙醇胺精炼和脱蜡综合工艺处理所得米糠油具有焙烤食品独特香味，油脂澄清、透明，呈现淡黄色，综合处理后酸价可降至0.85mgKOH/g，磷含量降至3.1mg/kg，过氧化值为4.5mmol/kg，蜡质含量0.43%，符合国家浸出成品米糠油质量指标。

超临界流体分段萃取和二乙醇胺法的综合应用，节省了传统毛糠油精炼工艺中单独脱色、脱胶和脱臭的工艺，是一种制备食用米糠油新型、简捷、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，讲师，研究方向:天然产物。

东北林业大学基金（101022549）。