水酶法提取小麦胚芽油中破乳的研究

陶海腾，马娇，徐同成，邱斌，刘玮，刘丽娜，杜方岭，*

（1.山东省农业科学院农产品所，山东济南250100；2.国家食品质量安全监督检验中心，北京100094）

水酶法提取小麦胚芽油中破乳的研究

陶海腾1，马娇2，徐同成1，邱斌1，刘玮1，刘丽娜1，杜方岭1，*

（1.山东省农业科学院农产品所，山东济南250100；2.国家食品质量安全监督检验中心，北京100094）

研究不同处理对小麦胚芽油水酶法提取乳化液的影响，确定最佳破乳工艺。选用离心、加热、调节pH、萃取等作为破乳手段，研究了不同处理对破乳率的影响。所有处理都有破乳的效果，只是破乳的程度不一样，各种处理组合效果更佳。本研究建立的冷冻+超声微波解冻组合破乳工艺为：将乳状液在-25℃条件下冷冻24 h，超声波功率为：450 W、微波550 W协同解冻至乳状液解冻升至25℃；解冻后5 000 r/min，离心20 min，取上层清油，经测定回收率达到98%，而且属于低温的物理操作，营养成分损失很少，回收的为高品质的油脂。

水酶法；小麦胚芽油；破乳；组合

小麦胚芽油富含维生素E、亚油酸、亚麻酸、二十八碳醇及多种生理活性组分，具有很高的营养价值。目前，我国小麦胚芽油主要依赖进口，价格昂贵，每公斤在2 000美元左右，但是小麦胚芽油提取比较困难，大概为1 000 kg小麦能提出15 kg胚芽，而100 kg小麦胚芽中仅仅能提炼出4 kg～6 kg的小麦胚芽油，我国是小麦的生产和消费大国，小麦胚芽资源非常丰富，因此加强小麦胚芽油的提取工艺的研究具有重要的意义［1-3］。

水酶法是以机械和酶解为手段降解植物细胞壁，使油脂得以释放，可以满足食用油生产“安全、高效、绿色”的要求，与传统工艺相比，小麦胚芽油水酶法提取技术设备简单、操作安全，不仅可以提高效率，而且所得的毛油质量高、色泽浅、易于精炼［4-6］。但水酶法提取过程中，油脂乳化现象严重，反应一段时间后，油脂、蛋白质等大分子物质从小麦胚芽细胞内分散到水相中。由于油脂自身的极性与黏性，以及亲水亲脂蛋白（表面活性物质）的存在，使得本来不相溶的油脂、水连在一起，不易彻底分离，形成乳化油［7-8］。由于乳化油中含有水、蛋白等非油成分，影响油脂品质，导致所含的油脂不能被利用，因此水酶法提取的破乳技术越来越受到关注［9-10］。小麦胚芽油水酶法提取过程，由于小麦胚芽油自身的乳化性，以及胚芽蛋白特殊的黏性，乳化现象也比较严重，本实验通过研究不同处理对破乳率的影响，建立适合小麦胚芽油水酶法提取的破乳技术，为水酶法在小麦胚芽油提取的规模化应用提供重要参考。

1材料与方法

1.1材料和仪器

小麦胚芽，购自山东菏泽康佰益生物科技有限公司。纤维素酶，酶活力（U/g）≥15 000，蛋白酶，酶活力（U/g）≥50 000，购自国药集团化学试剂有限公司，其余试剂均为分析纯或色谱纯。XO-SM100型超声微波组合反应系统：南京先欧仪器制造有限公司；SHA-B型恒温振荡器：常州国华仪器有限公司；CR22DⅢ型高速冷冻离心机：日立公司；7890-A气相色谱仪：安捷伦公司；HP-INNOWAX色谱柱：安捷伦公司；1200液相色谱仪：安捷伦公司；SZF-06A索氏提取器：杭州汇尔仪器设备有限公司；79-1磁力搅拌器：金坛市鸿科仪器厂。

1.2研究方法

1.2.1乳状液制备流程

小麦胚芽→干燥灭酶→粉碎→调节水料比→调pH→超声波处理→酶解→升温灭酶→离心沉淀→乳状液（首次离心后的一相）

操作要点：取预处理的小麦胚芽100g放入1000mL锥形瓶中，加600 mL超纯水，pH调至5 400 W超声处理20 min，加酶提取温度为45℃，提取时间为6 h。首次离心后取10 mL乳状液进行破乳试验。乳状液中脂肪酸含量测定参照罗紫哥特里（Rose-Gottlieb）法。

破乳效果的评价：

式中：m1为破乳离心后清油质量，g；m2为乳状液质量，g。

1.2.2离心分离破乳

该法是利用油水两相的密度差进行破乳的，对于中重度乳化现象，将乳化混合物移入离心分离机中，进行高速离心分离。实验证明该方法对于重度乳化现象效果明显且省时。

1）不同离心速度对破乳的影响

采用3 000、5 000、7 000、8 500、10 000 r/min进行试验，离心20 min后，转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

2）不同离心时间对破乳的影响

采用10000r/min的转速，选取离心时间分别为10、15、20、25、30 min。离心后转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

1.2.3调节pH破乳

调节乳状液的pH，相当于在乳状液中加入电解质HCl、NaOH与NaCl，以中和乳状液本身所带电荷，破坏油-水界面上的吸附膜，使乳状液脱稳实现油水分离，从而达到破乳的目的。调节乳状液的pH分别为3、5、7、9、11，以5 000 r/min的转速离心分离20 min，离心后转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

1.2.4有机溶剂萃取破乳

萃取溶剂是根据“相似相溶”的原则来选择的。萃取溶剂选择要求：（1）溶剂化学稳定性好，易于回收；（2）溶剂价廉易得；（3）溶剂的安全性好，应是低毒或无毒的溶剂；（4）萃取能力高、分离程度高。

1.2.4.1以正己烷作萃取剂进行试验

量取10mL乳状液，分别加入体积含量10%、20%、30%、40%、50%的正己烷，振荡数分钟，以5 000 r/min的转速离心分离20 min，离心后转入分液漏斗分液，减压蒸馏回收有机溶剂，称其清油净重。

1.2.4.2以氯仿和甲醇作萃取剂进行试验

量取10mL乳状液，分别加入体积含量10%、20%、30%、40%、50%的氯仿/甲醇（2∶1，v/v），振荡数分钟，以5 000 r/min的转速离心分离20 min，离心后转入分液漏斗分液，减压蒸馏回收有机溶剂，称其清油净重。

1.2.5加热振荡破乳

温度是影响乳化的重要因素。加热升温可以降低液滴的表面张力，降低黏度，从而降低乳状液的稳定性，利于破乳；其次，升温会加速油水分子的运动，增加液滴相互碰撞机会，易于实现破乳。

1.2.5.1不同加热温度对破乳的影响

分别把乳状液加热到75、80、85、90、95℃并保持10 min，以5 000 r/min的转速离心分离20 min，离心后转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

1.2.5.2不同加热时间对破乳的影响

把乳状液加热到95℃，并分别保持10、15、20、25、30 min，以5 000 r/min的转速离心分离20 min，离心后转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

1.2.6冷冻破乳

当乳化现象严重，采用以上的一种或多种措施不能有效破乳时，可以采用下面的方法。

1）冷冻处理：分别将分离的乳状液在-25℃条件下冷冻6、12、18、24、30 h；

2）超声微波辅助解冻：经过冷冻处理后的乳状液，超声波、微波协同提取，其条件是超声波功率：450 W，微波550 W协同处理2 h，至乳状液解冻升至25℃；

3）二次离心分离：解冻后的乳状液在5 000 r/min，离心20 min，离心后转入分液漏斗分液，取上层清油称量。

2结果与讨论

2.1乳状液含油量

由罗紫-哥特里法测得乳状液中含油量，即脂肪含量为26.15%。

2.2离心破乳

离心速度和时间对乳状液中油回收率的影响见图1、图2。

图1　离心速度对乳状液中油回收率的影响Fig.1Effect of centrifugal speed on oil recoveries in the emulsion

图2　离心时间对乳状液中油回收率的影响Fig.2Effect of centrifugal time on oil recoveries in the emulsion

此法破乳效果较明显，随着离心速度和离心时间的增长，乳状液中油回收率也随之增长。离心速度达到10 000 r/min后，再增加转速需要的成本会更高，在生产中不实用，所以选择5 000 r/min作为离心时间。离心时间达到15 min之后，乳状液中油回收率随离心时间增高的速率明显下降，离心20 min后，乳状液中油回收率基本不再随离心时间增长，所以选择20 min作为离心时间。

2.3调节pH破乳

pH对乳状液中油回收率的影响见图3。

图3　pH对乳状液中油回收率的影响Fig.3Effect of pH on oil recoveries in the emulsion

乳状液在碱性条件下，不但不利于破乳，反而使乳化现象加重，在pH为11时破乳效果更差。原因是在强碱性条件下，乳状液中的酸性官能团离子化，其表面活性变得更强；在强酸性条件下，乳状液中碱性官能团离子化，其表面活性变得更强。结果pH在5时破乳效果最好。

2.4有机溶剂萃取破乳

正己烷对乳状液中油回收率的影响见图4。

图4　正己烷对乳状液中油回收率的影响Fig.4Effect of N-hexane on oil recoveries in the emulsion

随着破乳剂正己烷用量的改变，清油得率随着改变。在正己烷用量较低时，清油得率较低，破乳效果较差。随着正己烷用量的增大，清油得率增大，破乳效果相应增加。当正己烷用量为料液总体积的40%～50%时，清油得率明显提高。当正己烷用量为料液总体积的50%时，清油得率最高。

甲醇+氯仿对乳状液中油回收率的影响见图5。

图5　甲醇+氯仿对乳状液中油回收率的影响Fig.5Effect of methanol+chloroform on oil recoveries in the emulsion

随着破乳剂用量的改变，清油得率随着改变。在甲醇+氯仿用量较低时，清油得率较低，破乳效果较差；随着甲醇+氯仿用量的增大，清油得率增大，破乳效果相应增加；当甲醇+氯仿用量为料液总体积的40%～50%时，清油得率明显提高；用量为料液总体积的50%时，清油得率最高。

2.5加热振荡破乳

加热温度对乳状液中油回收率的影响见图6。

图6　加热温度对乳状液中油回收率的影响Fig.6Effect of heating temperature on oil recoveries in the emulsion

最低回收率为27.96%，最高回收率为35.46%，结果表明加热对油回收率的影响不显著。加热时间对乳状液中油回收率的影响见图7。

由图7可知，最低回收率为35.12%，最高回收率为43.79%；乳状液中油回收率随时间的增加而增加，25 min以后油回收率基本不再随时间增加。

2.6冷冻破乳

冷冻时间对乳状液中油回收率的影响见图8。

图8　冷冻时间对乳状液中油回收率的影响Fig.8Effect of freezing time on oil recoveries in the emulsion

最低回收率为37.48%，最高回收率为95.33%，结果表明冷冻对破乳的效果十分明显；Boekel等［11］认为冷冻解冻能较好地破坏乳状液稳定性是因为冷冻过程中乳状液中出现油相结晶，这些脂肪晶体可以刺入水相，假如脂肪晶体恰好出现在相邻油滴之间，则将刺穿界面膜引起油滴的聚集，从而大幅度降低乳状液稳定性达到破乳的目的［12］。

2.7冷冻+超声微波解冻组合破乳

冷冻+超声微波解冻组合破乳的工艺为：将乳状液在-25℃条件下冷冻24 h，超声波功率450 W、微波550 W协同解冻至乳状液解冻升至25℃；解冻后5 000 r/min，离心20 min，取上层清油，经测定回收率达到98%。

3结论

提取过程中，离心、加热、调节pH（加电解质）、萃取等操作都有破乳的效果，只是破乳的程度不一样。本研究建立了冷冻+超声微波共同解冻，相当于3种方法的结合，体现协同性，破乳效果好，具体工艺为：将乳状液在-25℃条件下冷冻24h，超声波功率：450W、微波550 W协同解冻至乳状液解冻升至25℃；解冻后5 000 r/min，离心20 min，取上层清油。经测定小麦胚芽油的回收率达到98%，而且属于低温的物理操作，营养成分没有受热破坏，回收的属于高品质油脂。

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Researches of Demulsification in Extracting Wheat Germ Oil by Aqueous Enzymatic Method

TAO Hai-teng1，MA Jiao2，XU Tong-cheng1，QIU Bin1，LIU Wei1，LIU Li-na1，DU Fang-ling1，*
（1.Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Ji'nan 250100，Shandong，China；2.China National Food&Safety Supervision and Inspection Center，Beijing 100094，China）

Effects of different treatments on emulsion in extracting wheat germ oil by aqueous enzymatic method were studied to determine the best demulsification technology.Centrifugal，heating，regulating pH and liquidliquid extraction were selected to study effects of different treatments on the demulsification rate.All treatments played effects of demulsification，but differences existed on demulsification rate，combination of some treatments could gain the higher demulsification rate.The established demulsification combination of freezing and ultrasonic microwave thawing was that：the emulsion freezing at-25℃for 24 h，thawing by ultrasonic（450 W）and microwave（550 W）until rising to 25℃，5 000 r/min centrifugal for 20 min，the supernatant oils were selected.The measured recovery rate reached 98%，for all treatments belonging to physics operation under low temperature，few damages occurred on nutrients to gain the higher quality oil.

water enzymatic；wheat germ oil；demulsification；combination

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.013

2013-10-25

山东省科技发展计划项目“小麦胚芽油提取关键技术研究”（2012GNC11030）；山东省农业重大应用技术创新课题“大宗粮油作物精深加工关键技术研究”（鲁财农指［2011］39）

陶海腾（1979—），男（汉），助理研究员，博士，主要从事粮油加工研究。

杜方岭（1972—），男，研究员，主要从事粮油加工研究。