超声辅助乙醇提取米糠油

王玉莹，吕诗文，于枫，宫雨晴，贺雷雨，孙丽慧*

1. 大连理工大学海洋科学与技术学院（盘锦 124221）；2. 大连理工大学生命科学与药学学院（盘锦 124221）

米糠作为稻米加工中的主要副产物，是一种廉价且来源广泛的资源。米糠约占稻米总质量的7%[1]，却具有极高的营养价值[2]。米糠中含有15%～22%的油脂[3]，米糠油中的油酸与亚油酸比例约为1.1∶1，符合世界卫生组织推荐的黄金比例[4]，并含有丰富的γ-谷维素、维生素B和维生素E等活性成分[5]，同时食用米糠油不会引起过敏反应[6]。

传统的油脂提取方法主要包括压榨法和溶剂浸出法。由于溶剂浸出法具有出油率高、处理量大等优点，被广泛用于目前米糠油的生产中。在众多溶剂中，正己烷因具有较高的出油率和较低的成本而被主要采用[6]。然而，残留的正己烷会对环境和人类健康带来潜在的风险，另外正己烷蒸汽与空气混合在高温或遇明火条件下容易引起燃烧和爆炸，存在安全隐患，因此有些科研工作者一直在寻找替代溶剂。Capellini等[8]使用乙醇作为萃取米糠油的溶剂，在50℃下产率达到约12%。李佳颖等[9]对不同溶剂提取小米糠油进行对比，结果发现采用乙醇提取尽管出油率较低，但是具有毒性小、价格低的优点，且提油后的乙醇后续处理也相对简单。

为了提高乙醇对米糠油的提取率，需采用其他辅助手段。超声波辅助法是利用超声波振动产生的能量使植物细胞壁瞬间被破坏，促进其内部油脂分子迅速分散到溶剂中从而提高出油率和出油效率的方法，具有设备简单、易操作等优点。超声辅助乙醇提取已被应用于花生油、榛子油、翅碱蓬籽油等多种植物油的提取[10-12]，然而用于米糠油的研究仍鲜见报道。

此次试验使用超声辅助乙醇提取米糠油，采用乙醇作为提取溶剂，可以减少有害物质残留，降低生产操作风险，并对提取的米糠油理化性质进行分析，为米糠油的开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜米糠，辽宁盘锦兴旺米糠油有限公司；2-硫代巴比妥酸，Sangon Biotech有限公司（中国上海）；DPPH（1, 1-二苯基-2-吡啶并肼基），和光纯药工业株式会社（日本大阪）；γ-谷维素（＞98%），阿达马斯试剂有限公司（中国上海）；其他化学药品均为分析纯。

1.2 仪器与设备

H1850台式高速离心机，湖南湘仪实验仪器开发有限公司；SB-120DT超声波清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司；UV-5800紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；SZC-101上海纤检自动脂肪测定仪，上海纤检仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠油制取

溶剂萃取：新鲜米糠经孔径0.250 mm筛除去杂质后，按照1∶8（g/mL）的比例分散在正己烷或无水乙醇中，于50 ℃浸提40 min，采用自动脂肪测定仪测定油脂含量。

超声辅助乙醇提取：将筛选后的米糠与无水乙醇按1∶8（g/mL）的比例混合，在超声频率40 kHz下处理10～40 min，然后于50 ℃浸提40 min，采用自动脂肪测定仪测定油脂含量。

1.3.2 米糠油理化性质分析

1.3.2.1 米糠油蜡含量的测定

通过测定丁酮中的不溶物来计算蜡的含量[13]。将米糠油与丁酮按照1∶5（V/V）的比例完全混合，静置10 min后，用提前称好质量的滤纸将混合物快速过滤，随后将滤纸在105 ℃下干燥至恒质量，米糠油中蜡的质量为增加的滤纸质量。

1.3.2.2 米糠油的过氧化值的测定

参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》测定米糠油的过氧化值。

1.3.2.3 米糠油的硫代巴比妥酸数的测定

参照GB/T 35252—2017《动植物油脂 2-硫代巴比妥酸值的测定 直接法》测定米糠油的硫代巴比妥酸数。

1.3.2.4 米糠油皂化值的测定

参照GB/T 5534—2008《动植物油脂 皂化值的测定》测定米糠油的皂化值。

1.3.2.5 米糠油β-胡萝卜素的测定

β-胡萝卜素的含量测定参考文献[14]。将米糠油样品分散在正己烷中，使其浓度为10%（g/mL），记录446 nm处样品的吸光度。米糠油的β-胡萝卜素含量按式（1）计算：

式中：383为β-胡萝卜素的消光系数；A446为样品在446 nm处的吸光度；L为比色皿的长度，cm；c为正己烷中米糠油的浓度，g/100 mL。

1.3.2.6 米糠油γ-谷维素含量的测定

参照LS/T 6121.1—2017《粮油检验 植物油中谷维素含量的测定 分光光度法》测定米糠油的γ-谷维素含量。

1.3.2.7 米糠油的抗氧化活性测定

根据Soares等[15]的方法，采用DPPH自由基测定米糠油的抗氧化活性。将1.5 mL米糠油样品与1.5 mL DPPH溶液充分混合，然后将所得溶液于暗处静置30 min。记录溶液在522 nm处的吸光度，以乙醇溶液作为空白。米糠油的抗氧化活性按式（2）计算：

式中：A，AB和ADPPH分别为样品、空白和DPPH溶液的吸光度。

1.3.3 数据处理

所有试验至少重复3次，试验结果以“平均值±标准方差”表示，并运用t检验进行平均数之间的差异性分析。

2 结果与分析

2.1 米糠油提取率

采用超声辅助乙醇提取米糠油，考察不同超声处理时间（10～40 min）对提取率的影响，并与单独使用溶剂提取进行比较，结果如图1所示。利用正己烷作为溶剂时提取率最高（15.5%），而单独采用乙醇溶剂的提取率最低（12.1%），这主要是因为低极性的正己烷比乙醇溶解油脂的能力更强[16]。在乙醇溶剂提取米糠油的过程中辅以超声波可显著提高出油率（p＜0.05），当超声处理时间为20 min时，米糠油提取率可达14.2%，达到传统正己烷溶剂提取率的91.6%，这主要归因于超声波的机械波动和空化效应，导致米糠中油脂可以与溶剂更高效地接触[17]。该条件下的提取结果与宋玉卿等[18]的研究接近，他们利用超临界CO2提取米糠油，在30 MPa，45 ℃下萃取80 min，米糠油提取率为14.32%。此外，随着超声时间继续增加，米糠油的提取率逐渐下降，分析原因可能是超声波处理时间过长，出现乳化现象，减弱了空化效应，降低了油脂的溶解速率[19]。

图1 米糠油的提取率

2.2 米糠油蜡含量

米糠油蜡主要是由高级脂肪酸与高级脂肪醇组成的酯，一般是不能被人体消化吸收[14]。从表1中可以看出，采用正己烷和乙醇提取的米糠油所含蜡的含量没有显著差异（p＞0.05），而经过超声处理以后，米糠油中蜡的含量显著提高（p＜0.05），且与超声时间呈正相关变化。这可能是因为超声处理使米糠的细胞壁破碎，导致更多的蜡暴露在米糠油提取液中，然而米糠油中蜡的含量过高将会影响米糠油的品质，通常需要经过脱蜡处理。

表1 米糠油理化性质分析

2.3 米糠油的过氧化值

过氧化值是衡量油脂氧化程度的指标，可以反映油脂的新鲜程度。由表1可知，单独采用正己烷或乙醇提取得到的米糠油，过氧化值没有显著差异（p＞0.05），而当采用超声辅助乙醇提取后，米糠油的过氧化值快速提高，并随超声处理时间的增加呈现上升趋势，这可能是因为超声处理释放出米糠内部的脂肪酶，当脂肪酶与油脂相接触时会快速发生水解反应，导致油脂被氧化。考虑到国际食品法典委员会对米糠油的过氧化值规定在10 meq/kg以下，因此在超声辅助提取米糠油时，超声时间不应过长。此外，超声处理也会增加油脂和氧气的接触机会，这也会加剧油脂被氧化。

2.4 米糠油的硫代巴比妥酸数

丙二醛（MDA）作为脂质过氧化的主要产物，能与硫代巴比妥酸发生反应，因此硫代巴比妥酸数可用来反映脂质的氧化程度[20]。从表1中可以看出，在提取过程中辅以超声处理后，米糠油的硫代巴比妥酸数明显提高（p＜0.05），且超声时间越长，增加程度越明显，这可能是因为超声处理加快了多不饱和脂肪酸的降解，从而导致米糠油中丙二醛含量的增加。另外，单独经乙醇提取的米糠油硫代巴比妥酸数高于经正己烷提取的样品，这可能归因于2种溶剂极性上的差异。

2.5 米糠油的皂化值

通常将1 g油发生皂化所需的KOH量称为皂化值，它往往与脂肪酸的平均分子量表现出反比关系[21]。由表1可知，超声辅助处理的米糠油皂化值低于单独用乙醇提取的米糠油，这是因为超声处理之后，米糠油中如色素和固醇等不可皂化物的数量会增多，导致皂化值降低。另外，脂肪酸的平均分子量会因为多不饱和脂肪酸的降解而增大，这种变化也可能导致皂化值的降低。

2.6 米糠油的β-胡萝卜素含量

作为米糠油中最常见的一种类胡萝卜素，β-胡萝卜素可以用作天然的抗氧化剂[22]。研究表明，β-胡萝卜素与油脂的氧化机制存在密切关系，会对米糠油的稳定性产生一定影响[23]。由于溶剂极性的不同，β-胡萝卜素在乙醇中的溶解度很差，而在正己烷中则更容易被溶解。从图2可以看出，经正己烷提取的米糠油中β-胡萝卜素含量显著低于其他样品，当超声处理10 min时，米糠油中的β-胡萝卜素含量达到较高值，继续增加超声处理时间，β-胡萝卜素的含量没有明显变化。

图2 米糠油中β-胡萝卜素含量

2.7 米糠油的γ-谷维素含量

γ-谷维素是米糠油中最重要的营养要素之一，具有改善内分泌失调、促进睡眠等功效，此外还具备抗衰老、抗氧化等多种生理功能。由图3可知，乙醇溶剂萃取米糠油中的γ-谷维素含量显著高于正己烷溶剂萃取的米糠油，这可能是由于γ-谷维素在乙醇和正己烷中溶解度的不同。此外，试验还表明超声处理可以显著提高米糠油中γ-谷维素的含量，然而超声时间的长短对米糠油中γ-谷维素含量影响并不显著。

2.8 米糠油的抗氧化活性

米糠油中富含γ-谷维素、生育酚等多种活性成分，具有较好的抗氧化活性[24]。从图4可以看出，单独经乙醇提取的米糠油抗氧化活性显著高于经正己烷提取的样品（p＜0.05）。由图2和图3可知，采用乙醇溶剂提取的米糠油中，β-胡萝卜素、γ-谷维素的含量更高。研究人员发现，米糠油的抗氧化活性会因为β-胡萝卜素和γ-谷维素的含量而得到改善[14]。而在乙醇提取过程中辅以超声处理，也在一定程度上提高了米糠油的抗氧化活性，但随着超声时间的延长，其抗氧化活性没有显著差异（p＞0.05）。

图3 米糠油中γ-谷维素含量

图4 米糠油的抗氧化活性

3 结论

此次试验以米糠为原料，对经过正己烷提取、乙醇提取及超声辅助乙醇提取3种不同方式提取的米糠油，进行提油率和理化性质的对比分析，结果表明，超声辅助乙醇提取是一种提取米糠油的有效方法，在40 kHz超声处理20 min时，米糠油的最高提取率为14.2%，达到传统正己烷法提取率的91.6%。超声处理后米糠油中β-胡萝卜素和γ-谷维素含量升高，抗氧化活性也得到一定改善。由于超声波处理，米糠油中的蜡含量、过氧化值、硫代巴比妥酸数和皂化值均有不同程度的提高，因此超声辅助时间不宜过长。总体而言，超声辅助乙醇提取方法可以达到有效提取米糠油的目的。